微波堿熔消解快速測定土壤中全鉀*

杜雄雁，楊明芳，余 浪，彭 樺

(云南磷化集團磷資源開發利用工程技術研究中心，云南 昆明 650600)

鉀元素作為土壤中的大量礦質元素，影響著植物生長，使植物生長健壯，增強作物的抗逆性，參與光合作用蛋白質的合成。土壤中全鉀含量測定仲裁方法為NY/T 87-1988《土壤全鉀測定法》(原GB 9836-88)[1],但消解試樣繁瑣、耗時。本文研究建立了一種快速的檢測方法，對查明土壤中重要元素鉀的賦存狀態、測土配方施肥、指導生產等顯得尤為重要。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

微波消解儀ETH0S UP(Milestone s.r.l)；特氟隆PTFE 30 mL 微波帶螺旋帶蓋消解罐(自帶)；電感耦合等離子體發射光譜儀Avio 200(Perkin Elmer)。

NaOH(GR)、1000 mg/L 鉀標準溶液(北京國家標準物質研究中心)。標準曲線制作：吸取 100 μg/mL 鉀標準溶液2、5、10、20、40、60 mL,分別放入 100 mL 容量瓶，加入與待測液中等量試劑成分，使標液中離子成分與待測液相近。在配制標液時，各加 0.4 g NaOH(GR)和H2SO4(體積比1∶3)溶液 1 mL ，水定容至 100 mL，此為含鉀分別為2、5、10、20、40、60 μg/mL 的系列標準溶液。常規玻璃器皿，本實驗所用水應符合GB/T 6682中三級水的規格。所列試劑，除特殊規定外，均指分析純試劑。

1.2 試樣制備

土壤樣在風干室風干，取不少于 20 g 于瑪瑙研缽中研細,粉碎樣全部通過 0.149 mm 孔徑實驗篩，置于干燥器中備用。按GB/T 32722-2016《土壤質量，土壤樣品長期和短期保存指南》操作。

1.3 分析步驟

稱取土壤樣 0.25 g，精確至 0.0001 g，置于特氟隆微波消解罐中，加入少許無水酒精濕潤樣品，再加入 2.0 g NaOH(GR),同時做空白。旋緊微波消解罐蓋，放入微波消解儀，最高功率保持 5 min。取出微波消解罐并轉動，稍冷(可流水或冰水冷至室溫)，消解罐置于 250 mL 玻璃燒杯中，加入 10 mL 沸水，立即蓋上表面皿。然后用少量 0.2 mol/L H2SO4清洗微波消解罐，轉移至 50 mL 容量瓶，控制體積在35～40 mL；再加HCl(1∶1)5滴和H2SO4(體積比1∶3)溶液 1 mL，用水定容，干過濾(棄去最初幾毫升濾液)，此濾液為待測液(可供測鉀和磷用)。

吸取待測液 5.00 mL 或 10.00 mL 于 50 mL 容量瓶中(鉀的質量濃度控制在10～30 μg/mL),用去離子水稀釋至使鉀離子濃度在鉀系列標準溶液的濃度范圍，定容，此為土壤待測液。然后按儀器操作規程進行測定，用系列標準溶液中鉀濃度為零的溶液調節儀器零點。從校準曲線查出或從直線回歸方程計算出待測液中鉀的濃度。

1.4 儀器參考條件

本法儀器參考條件見表1

表1 儀器分析推薦參考條件

2 結果與討論

2.1 微波消解原理

微波以每秒24.5億次頻率正負極方向不斷轉換[2-5]。含酸堿的物質分子都是極性物質。極性分子在微波場的作用下，分子、離子發生高速摩擦和碰撞，樣品表面不斷攪動、破裂、短時間內消解完全[6-8]，且微波消解沒有傳導損失，消除了電加熱設備、空氣、容器壁的熱傳導和熱損失[9-10]。

2.2 微波消解條件選擇

以樣品全熔，得到的樣均一、清澈透亮為消解完全。為達到此目的，選取稱樣量、微波功率、作用時間、壓力控制，以及堿的種類及數量可有多種組合。此試驗選用條件見表2。

表2 微波消解條件選擇

從表2看出，稱樣量約 0.25 g，加約 2 g NaOH，在微波功率 700 W 下消解 4 min 能消解完成。為保險起見，此試驗選用 5 min。

2.3 稱樣量選擇

有的土壤中含大量有機物，微波堿熔后有大量氣體產生，若稱樣量大于 2 g，氣體壓力大，微波堿熔后不冷時很難打開消解罐的蓋(消解完全后必須流水或冰水冷至室溫，且旋開蓋時不能對人)，此試驗采用 0.25 g 左右稱樣量，避開消解罐內氣體壓力過大。

2.4 多個樣品同時消解

當一定稱樣量的樣品在一個消化罐中被完全消解，消解條件探出后將有助于提升在一次微波加熱過程中，同時消解處理數個消化罐的能力。當消解數量增加時，所消耗的微波功率將隨著增加，同時消解所需時間亦將延長，多個樣品同時消解，要重做功率和時間選擇實驗。

2.5 其它注意事項

①土壤和NaOH的質量比一般為1∶8，土壤用量增加時，NaOH的用量也按比例增加。②熔塊冷卻后，目測應該是淡藍色或藍綠色，如熔塊呈黑色則表示消解不完全，必須再熔或重新熔。③如在熔塊還未完全冷卻時加沸水脫消解罐，可不必加放電熱板上加熱。遇實在脫不下來的樣，放少許水(蓋過消解罐和熔塊)，靜置2～12 h，自會溶解。④加入H2SO4的量視NaOH用量多少而定，目的是中和多余的NaOH，并稍微過量，使溶液呈酸性(H2SO4的濃度約達 0.15 mol/L),而硅得以沉淀下來。可用精密pH試紙(0.15 mol/L H2SO4pH值≈0～1)或用離子計測一下，溶液酸度大于 0.25 mol/L 會使結果偏低，0.20 mol/L 以下無影響。

2.6 微波堿熔消解與國家標準物質對照

從表3結果看出，微波堿熔消解容量法所得結果與標準結果相差不大，能滿足日常分析要求。

表3 微波堿熔消解與國標結果對照

2.7 精密度試驗

用本法對編號為20211201的土壤進行連續5次測定，精密度良好。相對標準偏差見表4。

從表4結果看出，微波消解法精密度良好。

表4 微波消解法相對標準偏差

2.8 加標回收試驗

為了驗證方法的準確度，用參考值為0.89%定量加入鉀標準溶液，與試樣一同進行微波消解，進行回收試驗，結果見表5。

表5 加標回收率測定結果

從表5結果看出，微波堿熔消解法準確度良好。

3 結論

利用微波堿熔消解樣品，安全方便、節省試劑、較少污染環境，給快速的分析土壤中全鉀找到了一種方法。微波堿熔分解法加標回收率在 105.00%～94.5%之間，相對標準偏差1.82%，與國標法比較，該法具有快速，高效，熔劑用量小及環保等優點。