纳氏比色分光光度法测定土壤中的速效氮和总氮含量

杨小秋 高 峰

（江汉大学光电化学材料与器件省部共建教育部重点实验室，武汉430056）

1 引言

土壤中氮的含量是反映土壤养分的供应能力和配方施肥的关键依据。速效氮可以被植物直接吸收利用，与植物氮素营养有好的相关性，能确切的反映出近期内土壤的供氮水平，总氮量则是衡量土壤是否肥沃的重要指标。所以速效氮和总氮的测定可以为农业生产提供较好的指导作用，减少由于施肥不合理造成的环境生态问题［1］。速效氮测定一般用碱解扩散法，但是操作繁琐耗时。土壤总氮测定方法一般采用重铬酸钾硫酸消化，消解液加碱蒸馏，馏出液经硼酸吸收后用盐酸标定［2］，该法过程比较麻烦且滴定的误差较大。本实验在前人研究［3－6］的基础上，对速效氮和总氮的测定方法加以改进，用氯化钠超声提取速效氮，微波消解土壤样品，然后用纳氏比色分光光度法对速效氮和总氮进行同时测定，方法简便易行，快速准确，取得了较满意的结果。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

紫外可见分光光度计UV240－1PC（日本岛津）；微波炉（格兰仕）；超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；聚四氟乙烯消解罐（50mL）；土壤有效态成分分析标准物质（GBW0713a，地球物理地球化学勘查研究所）；氨氮标准溶液（上海市计量测试技术研究院，N含量为1g／L，使用时逐级稀释）；浓硫酸，氢氟酸，30%的双氧水，氢氧化钠，碘化钾和碘化汞等。酒石酸钾钠溶液，纳氏试剂按照国家环境保护标准《水质 氨氮的测定 纳氏比色分光光度法》（HJ535－2009）中的步骤配制。以上试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

2.2 试验方法

2.2.1 速效氮的提取

准确称取过40目的土壤样品5g于50mL细胞瓶中，加入50mL20%氯化钠溶液，放入超声波清洗器，超声一个小时后取出，过滤后待测。

2.2.2 土壤样品消解

准确称取过40目的0.5g土壤样品加入10mL浓硫酸，6mL双氧水和0.5mL氢氟酸，放入微波炉中高温消解20min，冷却后取出，趁热再滴入2mL双氧水，放入微波炉中高温消解10min，直至溶液消解至清亮无色，转移至50mL容量瓶中定容待测。

2.2.3 标准曲线的绘制

分别取0，1，2，3，4mL的10mg／L的氨氮标准溶液于5个25mL比色管中，加入2mL的50%的酒石酸钾钠，1.5mL的纳氏试剂，定容于25mL，摇匀，10min后于420nm波长处在紫外可见分光光度计上测定。以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得到曲线方程y＝0.2203x－0.0024，相关系数r2＝0.999。

2.2.4 样品测定

分别取2.2.1中的提取液和2.2.2中的消解液5mL于25mL比色管中，在消解液中滴入1mL30%的氢氧化钠溶液中和多余的酸，然后再分别加入2mL的50%的酒石酸钾钠，1.5mL的纳氏试剂，定容于25mL，摇匀反应10min后于420nm波长处在紫外可见分光光度计上测定吸光度，带入步骤2.2.3中的标准曲线方程，换算出浓度及百分含量。

3 结果与讨论

3.1 提取剂的选择

对蒸馏水，20%的氯化钠溶液及10%的硫酸钠溶液的提取效果进行了考察，因硫酸钠的溶解度较低，所以取10%的硫酸钠加以比较。准确称取土壤样品5g于50mL细胞瓶中，分别加入50mL蒸馏水、50mL20%氯化钠溶液、50mL10% 硫酸钠溶液，超声30min后取出，过滤后加入纳氏试剂和酒石酸钾钠测定，得到提取液的吸光度分别为0.125、0.257、0.238，可见氯化钠的提取效果最好，所以选用氯化钠溶液作为提取剂。

3.2 提取剂浓度的选择

准确称取土壤样品5g于50mL细胞瓶中，分别加入50mL5%、10%、15%、20%、25%、30% 的 氯化钠溶液，放入超声波清洗器，超声1h后取出，过滤后加入纳氏试剂和酒石酸钾钠上机测定，以氯化钠溶液的浓度为横坐标，吸光度为纵坐标做图来比较提取剂浓度对提取效果的影响（图1），从图1可以看出，当氯化钠浓度为20%的时候，提取液的吸光度最高，之后趋于平衡，所以本实验确定氯化钠提取剂的浓度20%。

图1 提取剂浓度的选择

3.3 提取方式和提取时间的选择

准确称取土壤样品5g于50mL细胞瓶中，加入50mL20%的氯化钠溶液，分别放入超声波清洗器和振荡器中，提取0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h，过滤后加入纳氏试剂和酒石酸钾钠上机测定，实验结果如图2.由图2可以看到，超声提取在1h之后提取液的吸光度基本上没有什么变化，振荡提取在2h之后开始达到平衡，两种提取方式平衡值趋于一致，超声提取达到平衡的时间比振荡提取的较短，所以本实验确定用超声提取的方式提取1h。

图2 提取时间和提取方式的选择

3.4 土壤粒度对提取效果的影响

分别准确称取过20目，40目、60目、100目的土壤样品5g于50mL细胞瓶，加入50mL 20%氯化钠溶液超声1h后取出，过滤后用纳氏比色法上机测定，测得的提取液的吸光度分别为0.178、0.194、0.183、0.166，从实验结果可以看出，土壤粒度对提取效果总体影响不大，过40目的样品提取效果较好，所以土壤样品粒度选择过40目筛。

3.5 微波消解条件的选择

较常用的消解样品酸有硝酸，硫酸和高氯酸，本实验测氮所以只能选硫酸或者高氯酸，高氯酸氧化性较强，考虑到高温加热有爆炸的可能，所以选择硫酸，考虑到土壤中的有机基质和二氧化硅，选择硫酸双氧水和氢氟酸作为消解酸系。由于硫酸沸点高于聚四氟乙烯所能承受的的最高温度［7］，所以加热的时候选用微波炉的中高温档，并且分段加热。第一阶段加热20min，第二阶段加热10min，一般第二阶段结束就可以消解完全，少量没有消解完全的可以再滴加0.5mL的双氧水，继续加热5min，直至溶液清亮无色。

3.6 精密度和检出限

取七方乡样品按照实验方法提取速效氮并测定，平行测定8测得到相对标准偏差为2.87%；取熊集乡样品按照试验方法消解并测定总氮，平行测定8次得到相对标准偏差为3.3%，说明该方法的重复性比较好。分别取测定速效氮和总氮的空白溶液测定11次，得到本方法的检出限，速效氮的为0.16mg／kg，，总氮的检出限为0.13mg／kg。

3.7 样品分析

分别称取湖北枣阳市几个乡镇的土壤样品及国家标准物质（GBW07413a），应用本方法对速效氮和总氮含量进行测定，每个地方的样品平行取3个，每个样品平行测定两次，并且做加标回收实验，取其平均值，实验结果如表1。

表1 样品分析结果及加标回收率

从表1可以看到，本方法的加标回收率在90%左右，国标GBW07413a总氮的测定结果在推荐值的误差范围内，说明该方法比较准确。

4 结论

利用氯化钠提取土壤中的速效氮，微波消解土壤样品，用纳氏比色法对速效氮和总氮进行同时测定，节省时间并减少污染。本方法步骤简便，精密度及准确度均符合日常分析测试要求，可以推广使用。不过本方法实际样品的加标回收率及国家标准样品测定值与推荐者相比均有些偏低，可能与样品的提取效率及样品消解测定过程中的损失有关。

［1］马立珊 .农业氮素管理与环境质量［M］.南京：江苏科学技术出版社，1992：23－24.

［2］中国科学院南京土壤研究所 .土壤理化分析［M］.上海：上海科学技术出版社，1978：81－84.

［3］袁静，季平扬，袁艺 .修正的凯氏法测定土壤中的总氮［J］.环境科学与管理，2009，34（2）：143－146.

［4］刘本先，刘文彬，刘文峰 .土壤中速效氮的测定方法［J］.农村科技，2007，（10）：18.

［5］黄智伟，王宪，邱海源，等 .土壤重金属含量的微波法与电热板消解法测定的应用比较［J］.厦门大学学报：自然科学版，2007，46（s1）：103－106.

［6］夏栋，潘家荣，张博，等 .土壤速效氮两种测定方法的测定值相关性研究 .三峡大学学报（自然科学版）.2010，32（2）：95－97.

［7］李占彬，谭红，谢锋，等 .高压密封消解石墨炉原子吸收测定土壤中的全钼［J］.贵州大学学报（自然科学版），2009，26（3）：21－23.