微波消解ICP-AES法測定沼肥中的磷和鉀

沈　月，蔡　瑋，傅恩誠，陳思力，陸若輝

(浙江省農業技術推廣中心，浙江 杭州　310020)

沼液和沼渣總稱為沼肥，是農作物秸稈、畜禽糞便或其他農副產品的下腳料通過厭氧發酵產生沼氣的副產物[1]。沼肥既可以解決農業廢棄物對環境的污染，是養殖糞污治理和資源化的重要方式，又可緩解農村能源緊張。而且沼肥中保留了90%作物營養[2]，作為一種生產資料，可部分代替化肥和農藥[3]，目前已在農業生產上得到廣泛的應用。但因投料的種類、比例和加水量的不同，養分含量會有較大差異[4]，如豬糞為原料的沼肥，全磷含量比其他原料的沼肥要高出較多。因此，在用肥時清楚這些差別才能更有利于發揮沼肥的肥效。

目前，沼肥中養分磷和鉀的檢測是采用有機肥標準NY 525—2012[5]。前處理使用濃硫酸-過氧化氫在電爐上消解，通常需要8～10 h，還要放置過夜，耗時長，試劑消耗量大，消解好的溶液還要通過分光光度法測磷和火焰光度計法測鉀。總之，該方法成熟，穩定性好但繁瑣不易操作，且測定周期長，精密度差，檢出限高[6]。因此我們結合沼肥不同于一般意義上的有機肥料的特點，選擇引入微波消解儀和電感耦合等離子發射光譜儀用于檢測沼肥養分中的磷和鉀，找到又好又快的方法，為農業生產服務。

1　材料與方法

1.1　儀器與設備

THERMO ICAP6000型電感耦合等離子發射光譜儀；MARS型微波消解儀，帶聚四氟乙烯消解罐。BHW-09C恒溫加熱器。

1.2　試劑及配制

磷酸二氫鉀為基準試劑，濃硝酸為優級純。

磷酸二氫鉀標準溶液(1 000 mg·L-1)。稱取1.000 0 g已于(105 ±2)℃烘箱中干燥3 h的磷酸二氫鉀基準物質于400 mL燒杯中，加水溶解后轉入1 000 mL的容量瓶中，定容、搖勻，得到1 000 mg·L-1磷酸二氫鉀標準溶液，其中磷含量(以P2O5計)為521.5 mg·L-1，鉀含量(以K2O計)為346.1 mg·L-1。

1.3　儀器條件

RF發生器，射頻功率1 150 W，輔助氣流量0.5 L·min-1，觀察高度12 mm，分析泵速50 r·min-1。分析線分別為鉀766.4 nm和磷213.6 nm。

1.4　樣品處理

沼渣。準確稱取0.2～0.5 g(精確至0.1 mg)試樣于干燥的微波消解罐中，加少量水潤濕加入8 mL濃硝酸，置于120 ℃恒溫加熱器(趕酸器)上預消解15 min[7]，取出，稍冷后置于微波消解儀中消解。消解程序分為兩步：第1步在10 min內升溫至120 ℃，持續3 min；第2步在20 min內升溫至175 ℃，持續20 min；微波壓力條件為16罐以內選擇800 W，超過16罐選擇1 600 W。消解完成后待罐內溫度50～60 ℃時取出消解罐，放置消解罐于170 ℃的趕酸器上排酸至近1 mL紅棕色溶液變為無色或淡黃色清液，冷卻后轉移到250 mL容量瓶中，用5%硝酸稀釋定容，同時做空白實驗。

沼液。準確稱取3～5 g(精確至0.1 mg)試樣于干燥的微波消解罐中加入8 mL濃硝酸消解步驟同上，消解后的溶液冷卻后轉移到50 mL容量瓶中，用5%硝酸稀釋定容，同時做空白實驗。

2　結果與分析

2.1　樣品消解方法和消解條件的選擇

標準方法中的前處理使用濃硫酸-過氧化氫在電爐上消解，放置過夜后消解通常還需8～10 h，耗時長，試劑消耗量大，對環境和工作人員污染較大。微波消解在分解樣品時可提高酸的分解效率，保證試樣無揮發損失，試劑用量少，空白低重現性好等優點[8]。因此選擇用微波消解法，但因沼肥特別是沼渣中有機物含量高，消解時壓力會上沖過高，為防止這個問題，參考其他文獻[8]，在微波消解前在趕酸器中進行預消解，可很好的解決這個問題。

參考其他標準和文獻，試驗不同組合酸的消解情況。根據表1，選擇簡單且效果好的8 mL HNO3作為消解體系。

表1　不同組合酸消解情況比較

2.2　與標準方法測定結果的比較

選取1～4號4個沼渣和5～8號4個沼液樣品，分別采用NY 525—2012和本方法，測定沼肥中全磷和全鉀的結果，并進行對比。

由表2可見，2種方法所得的沼肥數據基本吻合，試驗誤差在要求范圍內。沼渣中磷的相對偏差在0～0.4%，鉀的相對偏差在0～4.0%，沼液中磷和鉀的實際差值≤0.1 g·L-1，試驗表明，可以采用這個方法代替標準方法NY 525—2012用于沼肥中全磷和全鉀含量的測定。另從這些數據也可看出，沼肥與傳統意義上的有機肥是有區別的，有些沼肥磷含量特別高，用傳統的分光光度法測磷就會遇到比色時超過標線的情況，而沼液中得磷和鉀含量又很低，需要加大很多稱樣量才能獲得準確結果。而靈敏度高、檢出限低、精密度好、線性范圍寬的ICP就很好的解決了這些問題。

表2　2種處理對氮磷鉀含量的影響

2.3　精密度和加標回收率

用本方法分別選取2個濃度差別較大的沼渣樣品進行加標回收試驗，并進行6次重復測定，分別計算加標回收率和相對標準偏差。從表3可知，磷和鉀的回收率分別為98%～101%和96%～102%，相對標準偏差均小于4%，表明所建方法穩定，準確可靠。

表3　加標回收率和相對標準偏差

3　小結

采用微波消解法對沼肥進行前處理，針對沼肥中沼渣和沼液養分差別很大的特點，選取了稱樣量和定容體積，并優化了微波消解條件，同時應用電感耦合等離子體反射光譜儀，建立了沼肥中磷和鉀的測定方法。通過加標回收率試驗驗證，該方法準確高效，重現性好，檢出范圍寬，適合沼肥中磷和鉀的測定，且縮短了檢測周期，提高了工作效率。

參考文獻：

[1]付艷輝. 沼肥的潛在價值和應用現狀以及發展趨勢[J]. 農業與技術，2015，35(3)：148-150.

[2]黃勤樓，翁伯奇，湯祖華，等. 水稻應用沼肥效果研究[J]. 中國生態農業學報，2004，12(2)：108-110.

[3]張亞莉，董仁杰，劉玉青. 沼肥在農業生產中的應用[J]. 安徽農業科學，2007，35(35)：11549-11550.

[4]齊興國. 沼肥的特點及在農業生產應用中應注意的問題[J]. 現代農業科技，2015(21)：214-217.

[5]中華人民共和國農業部. NY 525-2012 有機肥料[S]. 北京：中國標準出版社，2012.

[6]馬曉紅，宋吉利，曹鵬，等. ICP-OES法測定有機肥中的鉀和磷[J]. 磷肥與復肥，2010，25(5)：81-83.

[7]李少芳. 微波消解法在有機肥料的磷和鉀的測定中的應用[J]. 廣州化工，2016，44(9)：118-119.

[8]郭啟新，張蕾，舒平. 微波消解-ICP-OES法在有機肥、復混肥和尿素中多種元素含量的研究[J]. 中國土壤與肥料，2015(5)：122-126.