土壤中交換性鈣和鎂的測(cè)定ICP-OES法

呂亮，馬盼，鞏少巖

（1濟(jì)南市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心，濟(jì)南 250316；2濟(jì)南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，濟(jì)南 250316；3濟(jì)南護(hù)理職業(yè)學(xué)院，濟(jì)南 250002）

0 引言

鈣和鎂是植物生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的2 種元素，鈣對(duì)于植物細(xì)胞的穩(wěn)定和生長(zhǎng)以及信號(hào)傳遞具有重要作用，鎂在光合作用的3個(gè)主要階段即原初反應(yīng)、電子傳遞和光合磷酸化、碳同化中都起著重要的作用[1]。植物缺鈣就會(huì)生長(zhǎng)受阻，節(jié)間較短，組織柔軟；植物缺鎂會(huì)出現(xiàn)失綠癥，儲(chǔ)藏組織淀粉含量降低[2-3]，所以及時(shí)合理的補(bǔ)充鈣、鎂元素可防治蔬菜因缺鈣、鎂所引起的一系列植株壞死癥狀，提高土壤鈣鎂含量能改善植物的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[4]。測(cè)定土壤交換性鈣鎂含量對(duì)研究合理施肥、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)有重要意義[5]。

目前，土壤中交換性鈣鎂的測(cè)定通常采用乙酸銨-離心機(jī)浸提-EDTA 絡(luò)合滴定法或原子吸收光譜法。該離心浸提法浸提次數(shù)3～4次，過程繁雜，且每批浸提的樣品數(shù)受離心機(jī)孔數(shù)的限制（一般4～8 孔），定容所需試劑量大(250 mL)，而且在用原子吸收分光光度計(jì)檢測(cè)過程中需加入氯化鍶溶液以消除鋁、磷和硅對(duì)鈣測(cè)定的干擾，所以該浸提方法制備浸提液過程繁雜，速度慢，每批制備的樣品數(shù)量少，消耗試劑量大，成本高。

筆者采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICPOES)作為檢測(cè)手段，以乙酸銨為土壤交換劑，用振蕩提取的方法提取出土壤中的交換性鈣、鎂，過程簡(jiǎn)單，定容所需試劑量小(50 mL)，且可以大批量浸提，大大縮短浸提時(shí)間及流程。而且由于使用ICP-OES檢測(cè)，無(wú)需加入氯化鍶溶液以消除鋁、磷和硅對(duì)鈣測(cè)定的干擾，節(jié)約試劑，減少成本。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2019年5—10月在濟(jì)南市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)所用玻璃器具均應(yīng)達(dá)到《化工部化學(xué)工業(yè)計(jì)量器具分級(jí)管理辦法》規(guī)定的A級(jí)計(jì)量器具要求。

ICP-OES（電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀）；分析天平：感量0.01 g；水浴振蕩器：滿足(180±20)r/min 的振蕩頻率或達(dá)到相同效果；塑料瓶：200、100 mL，具有內(nèi)蓋。

鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液[ρ(Ca2+)=1000 mg/L，水為基體]。

鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液[ρ(Mg2+)=1000 mg/L，水為基體]。

鎂標(biāo)準(zhǔn)使用液：準(zhǔn)確移取鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00 mL于100 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，此溶液中鎂濃度為ρ(Mg2+)=100.00 mg/L。

乙酸銨溶液[c(CH3COONH4)=1 mol/L，pH 7.0]：稱取乙酸銨(CH3COONH4)77.09 g 溶于950 mL 水中，用(1+1)氨水溶液和稀乙酸調(diào)節(jié)至pH 7.0，加水稀釋到1 L，搖勻。

所有玻璃器皿使用前均需依次用5%的硝酸和去離子水分別浸泡4 h，然后用去離子水沖洗3～5 次，晾干備用。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 儀器設(shè)備及條件電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；功率(KW)：(P)1.00；等離子氣流量(L/min)：15.0；輔助氣流量(L/min)：1.50；霧化器壓力(N)(kPa)：1。

1.3.2 樣品處理稱取通過2 mm 篩孔的風(fēng)干土樣2.00 g（質(zhì)地輕的土壤稱5.00 g）于200 mL 塑料瓶中，加入50.0 mL 乙酸銨溶液，塞緊瓶塞，搖勻，在水浴振蕩器上于(25±2)℃振蕩30 min[振蕩頻率：(180±20) r/min]后，立即過濾。

若上述濾液較混濁，可取上述濾液于離心管中以3000～4000 r/min 離心5 min，離心液直接用ICP-OES測(cè)定。若上述濾液較澄清，能滿足實(shí)驗(yàn)要求，可省略此步驟。

1.3.3 測(cè)定鈣、鎂混合系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確移取鈣標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00、0.25、0.5、1.00、2.00、2.50 mL于6個(gè)50 mL容量瓶中；另分別吸?。?.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 的鎂標(biāo)準(zhǔn)使用液于上述50 mL 容量瓶中，用乙酸銨溶液稀釋至刻度，搖勻。即為含鈣(Ca) 0.00、5.00、10.00、20.00、40.00、50.00 mg/L和含鎂(Mg)0.00、4.00、8.00、12.00、16.00、20.00 mg/L的鈣鎂混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

在ICP-OES 上，相同工作條件下分別測(cè)定空白和試樣溶液，從儀器上直接讀取濃度值。

1.3.4 結(jié)果計(jì)算交換性鈣、鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式(1)～(2)計(jì)算。

式中：ρ為從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得測(cè)定液的鈣（或鎂）濃度，單位為毫克每升(mg/L)；V為測(cè)定液體積，單位為毫升(mL)；D為分取倍數(shù)，D=浸出液總體積/吸取浸出液體積；20.04為鈣(Ca2+)離子的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol)；12.15 為鎂(Mg2+)離子的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol)；1000為將毫升換算成升的系數(shù)；m為風(fēng)干試樣質(zhì)量，單位為克(g)。

重復(fù)試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果以算術(shù)平均值表示，保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法檢出限和測(cè)定下限

方法編制單位按照樣品分析的全步驟，重復(fù)7 次空白試驗(yàn)，計(jì)算7次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按照式(3)計(jì)算方法檢出限。

式中：MDL為檢出限；n為樣品的平行測(cè)定次數(shù)；t為自由度為n-1，置信度為99%時(shí)的t值（n=7時(shí)，t=3.143）；S為n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

測(cè)定下限為4倍方法檢出限。方法檢出限和測(cè)定下限結(jié)果見表1。由表1可見，使用本方法測(cè)定土壤中交換性鈣和鎂的方法檢出限分別為0.0120、0.0084 mg/kg，測(cè)定下限分別為0.1898，0.2338 mg/kg。

2.2 方法準(zhǔn)確度

一般用測(cè)得值與真實(shí)值的相對(duì)誤差來(lái)表示測(cè)得值的準(zhǔn)確度，結(jié)果見表2。由表2可見，4種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07412、GBW07416、ASA-1a、ASA-4a)交換性鈣和鎂的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差分別為1.41%和0.28%、0.00%和0.83%、1.12%和4.65%、0.77%和0.25%，它們的數(shù)值均小于5.00%，均在有效范圍之內(nèi)，方法準(zhǔn)確度有保證。

2.3 精密度

精密度系指在規(guī)定的測(cè)試條件下，同一（或多個(gè)）均勻供試品，經(jīng)多次取樣測(cè)定所得結(jié)果之間的接近程度。精密度一般用偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差或相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。精密度分為：在相同條件下，由一個(gè)分析人員測(cè)定所得結(jié)果的精密度稱為重復(fù)性；在不同實(shí)驗(yàn)室由不同分析人員測(cè)定結(jié)果之間的精密度稱為重現(xiàn)性。這里，筆者分別使用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、方法重復(fù)性以及重現(xiàn)性來(lái)說(shuō)明本試驗(yàn)方法的精密度。

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（亦稱為變異系數(shù)），因?yàn)樗芨玫乇碚鞫啻畏治鰷y(cè)定結(jié)果的離散度，對(duì)偏差的平方進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，因而它對(duì)一組分析測(cè)定中的極值反應(yīng)比較靈敏，也就是說(shuō)能使大的偏差比小的偏差對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的貢獻(xiàn)更大些。這樣能使標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差要比平均偏差和相對(duì)偏差能更明顯地反映定量分析結(jié)果的波動(dòng)情況，所以在此對(duì)4 種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)土壤中的鈣、鎂含量進(jìn)行對(duì)比測(cè)定，并用鈣、鎂元素各自的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)說(shuō)明本方法的精密度情況，見表3。

由同一操作者使用同一設(shè)備，按照ICP-OES法，對(duì)用4種土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行土壤交換性鈣和鎂的含量測(cè)定，驗(yàn)證其重復(fù)性，測(cè)定結(jié)果見表4。

《土壤分析技術(shù)規(guī)范》（第二版）規(guī)定平行測(cè)定結(jié)果允許相對(duì)相差如表5所示。

由不同操作者使用相同的設(shè)備，按照ICP-OES法，對(duì)用4 種土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行土壤交換性鈣和鎂的含量測(cè)定，驗(yàn)證其再現(xiàn)性，測(cè)定結(jié)果見表6。

由表3 可見，測(cè)定所得4 種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07412、GBW07416、ASA-1a、ASA-4a)交換性鈣和鎂的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.29%和2.24%、4.31%和3.97%、2.16%和1.28%、1.62%和1.35%，它們的數(shù)值均小于5.00%。由表4 和表5 可見，4 種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07412、GBW07416、ASA-1a、ASA-4a)交換性鈣和鎂的最大相對(duì)相差符合《土壤分析技術(shù)規(guī)范（第二版）》規(guī)定平行測(cè)定結(jié)果允許的相對(duì)相差，本方法重復(fù)性良好。由表6可見，不同實(shí)驗(yàn)人員使用本方法對(duì)4種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07412、GBW07416、ASA-1a、ASA-4a)所測(cè)得交換性鈣和鎂的結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度的范圍之內(nèi)，本方法的再現(xiàn)性也很好。

表2 4種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鈣、鎂測(cè)得值與真實(shí)值的相對(duì)誤差結(jié)果 cmol/kg

表3 4種不同含量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鈣、鎂元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果 cmol/kg

表4 ICP-OES法測(cè)定4種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中交換性鈣和鎂的含量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果 cmol/kg

表5 平行測(cè)定結(jié)果允許相對(duì)相差

3 結(jié)果與討論

本方法采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定土壤中交換性鈣、鎂含量，以乙酸銨為土壤交換劑，用振蕩提取的方法提取出土壤中的交換性鈣、鎂，過程簡(jiǎn)單，定容所需試劑量小(50 mL)，且可以大批量浸提，大大縮短浸提時(shí)間及流程。而且由于使用ICP-OES 檢測(cè)，無(wú)需加入氯化鍶溶液以消除鋁、磷和硅對(duì)鈣測(cè)定的干擾，節(jié)約試劑，減少成本。

本方法的推廣有利于及時(shí)了解土壤交換性鈣、鎂的含量和分布狀況，為政府制定切實(shí)可行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施，保證農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)民增收提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)保護(hù)、改進(jìn)土壤墑情具有重要意義。

表6 ICP-OES法測(cè)定4種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鈣、鎂的含量再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果 cmol/kg