DCB浸提-土壤中游離鐵三種檢測方法的比較與分析

摘 要：土壤中游離鐵的測試方法有電感耦合等離子體發射光譜法、原子吸收分光光度法、比色法等。通過對比實驗，發現三種方法各項指標均能滿足檢測要求，電感耦合等離子體發射光譜法測定RSD=0.50%，相關系數為1.0000，流程更簡單，檢出限更低，線性范圍更寬，精密度更高，準確度更好。本文指出，在實際檢測生產中，采用DCB浸提-電感耦合等離子體發射光譜法，既可確保結果準確可靠，又可大幅提高檢測效率。該方法更適合大批量土壤樣品中游離鐵的測定。

關鍵詞：土壤，游離鐵，電感耦合等離子體發射光譜法，原子吸收分光光度法，比色法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.17.037

鐵氧化物是土壤中元素鐵的主要存在形式，具有較高的吸附活性，對土壤性質有重要影響[1]，是土壤中不屬于層狀硅酸鹽組成部分的其他形態鐵的統稱，主要成分為氧化物及其水合物。鐵氧化物是土壤重要的無機膠結物質，對于土壤團聚體穩定性有著重要貢獻。游離鐵占全鐵的百分比稱為鐵的游離度（Fedx 100/FeT），它能反映土壤形成過程的特點，可作為土壤風化度的指標之一[2-7]。在中國土壤分類中，游離態鐵的含量是判斷低活性富鐵層、鐵質特性和水耕人為土中鐵聚、鐵滲特征的重要指標[8]。同時，土壤中的游離鐵對植物的生長發育及代謝具有重要作用，是植物體內的重要營養元素之一，是植物體一氧化碳合成、DNA合成、激素合成、光合作用、呼吸作用等多種過程的重要物質[9]。

土壤中游離鐵的浸提方法當前主要采用連二亞硫酸鈉·檸檬酸鈉·重碳酸鈉溶液浸提（DCB浸提），測試方法主要有電感耦合等離子體發射光譜法[8]、原子吸收分光光度法[10]、鄰菲啰啉比色法[10]。若選擇分光光度法測定，需調節溶液的pH值，并加還原劑、指示劑顯色24 h，操作步驟繁瑣，耗時較長。并且該方法檢測線性范圍窄，當游離鐵含量較高時，需減少分取量，并補加相應的空白量，重新稀釋，使得操作流程更加復雜。若選擇原子吸收分光光度法測定，則可省去顯色操作過程，實驗步驟相對簡便，但其線性范圍相對較窄，當游離鐵含量高（鐵重度污染土壤或紅壤等）時，同樣需要進一步稀釋。電感耦合等離子體發射光譜（ICP-OES）法作為一種新的分析方法，具有檢出限低、準確度及精密度高、線性范圍寬等優點，被廣泛應用于環境分析。與其他兩種方法相比，ICP-OES法能夠只經過一次稀釋測定土壤中不同含量的游離態鐵，減少了顯色及稀釋過程，提高了檢測效率[8]，且ICPOES法精密度、準確度更好。本文通過三種檢測方法對比分析，確定使用電感耦合等離子發射光譜法測定土壤中的游離鐵，更能滿足日常生產中對土壤中游離鐵的檢測需求，更適合大批量土壤中游離鐵的測定。

1 試驗部分

1.1 儀器和設備

試驗儀器和設備見表1。

1.2 試劑和溶液

（1）實驗用水：純水，電阻率≥18.5 MΩ·cm。

（2）0.3 mol·L-1檸檬酸鈉溶液：稱取檸檬酸鈉（Na3C6H507·2H2O）88.23 g，純水溶解，定容至1 L。

（3）1 mol·L-1碳酸氫鈉溶液：稱取84.0 g碳酸氫鈉（NaHCO3），純水溶解，定容至l L。

（4）1 mol·L-1氯化鈉溶液：稱取58.5 g氯化鈉（NaCl），純水溶解，定容至1 L。

（5）飽和氯化鈉溶液：20℃時，1 L水中大約可溶解360 g氯化鈉。

（6）100 g·L-1的鹽酸羥胺溶液：稱取10.0 g鹽酸羥胺，溶于純水，定容至100 mL。

（7）100 g·L-1的乙酸鈉溶液：稱取10.0 g乙酸鈉，溶于純水，定容至100 mL。

（8）1 g·L-1的鄰菲啰啉溶液：稱取1.0 g鄰菲啰啉，加800 mL純水，8.3 mL的鹽酸溶液（0.5%），加熱溶解，定容至1 L。

（9）鐵標準溶液：有證標準溶液，10，000 mg·L-1。

試劑和溶液見表2所示。

1.3 儀器工作條件

儀器工作條件見表3、表4。

1.4 實驗方法

稱取25 mm粒徑的風干土樣0.5000 g于50 mL平底離心管中，加0.3 mol·L-1的檸檬酸鈉溶液20 mL，1 mol·L-1的碳酸氫鈉溶液2.5 mL，放入90℃的磁力攪拌水浴鍋中，待離心管內溶液升溫至80℃時，加約0.5 g連二亞硫酸鈉固體，開磁力攪拌器攪拌15min，取出，趁熱用1 mL飽和氯化鈉溶液沖洗玻棒，冷卻，于離心機4000r·min-1離心5min，將清液倒入250 mL的容量瓶中，重復上述過程1～2次，加入2 mL1 mol·L-1的氯化鈉溶液于離心管中，用玻棒搗碎管底殘渣，用8 mL 1 mol·L-1的氯化鈉溶液沖洗玻棒，于離心機4000 r·min-1離心5 min，清液并入容量瓶，重復2～3次，純水定容，搖勻，制備出母液。

由于在土壤樣品提取過程中用了較多鈉鹽，致使浸提液中鈉離子濃度較高，在使用電感耦合等離子體光譜法測定游離鐵時，溶液中的大量鈉離子的存在會導致儀器積鹽，長期使用，積鹽過度將影響實驗測試。因此，矩管的清洗和維護顯得尤為重要。清洗矩管時，若有鹽分沉積，可將矩管和中心管放入稀釋的表面活性劑中浸泡5 min，然后用去離子水清洗，放置在95℃的烘箱內烘干；如果有金屬沉積，可將炬管和中心管放在20%的硝酸中浸泡數小時，然后再用去離子水清洗，放置在95℃的烘箱內烘干[11]。建議每月清洗一次矩管，每兩周清洗一次中心管，尤其在做完含鹽量高的樣品后，應及時清洗矩管和中心管[12]。

ICP-OES法測試：準確分取5.0 mL母液于50mL容量瓶中，純水定容，搖勻，直接上機檢測。

A AS法測試：準確分取5.0 mL母液于50 mL容量瓶中，純水定容，搖勻，上機測試。含量高于50g·kg-1時，需再次稀釋。

比色法：準確分取母液5.0 m L，含量高于10g·kg-1時，減少分取量（補加空白試劑），加1 mL10%的鹽酸羥胺溶液，搖勻，放置數分鐘，加5 mL10%的乙酸鈉溶液，加5 mL 0.1%的鄰菲啰啉指示劑，定容50 mL，搖勻，24小時后在分光光度計上于520 nm波長處，以1 cm比色皿測試。

1.5 配制工作曲線

ICP-OES法：將10，000 mg·L-1的鐵標準溶液逐級稀釋，配制成0、0.5、1.0、5.0、10.0、25.0、50.0、75.0、100.0 μg·mL-1的標準溶液系列，標準溶液中需加入與樣品等量的提取液。

AAS法：將10，000 mg·L-1的鐵標準溶液逐級稀釋，配制成0、1.0、3.0、6.0、9.0、12.0、15.0、20.0μg·mL-1的標準溶液系列，標準溶液中需加入與樣品等量的提取液。

比色法：將10，000 mg·L-1的鐵標準溶液逐級稀釋，并同樣品顯色方法顯色，配制成0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 μg·mL-1的標準溶液系列，顯色前，標準溶液中加入與樣品等量的提取液。

2 結果與討論

2.1 不同測試方法樣品前處理的比較

按1.4步驟與方法制備母液。比色法：吸取母液5.00 mL，含量高于10 g·kg-1時，減少分取量，加鹽酸羥胺溶液，搖勻，放置數分鐘，加乙酸鈉溶液，加鄰菲啰啉指示劑，定容50 mL，搖勻，24小時后在分光光度計上于520 nm波長處測試。原子吸收分光光度法：吸取母液5.00 mL，定容50 mL，搖勻，火焰原子吸收分光光度計測定，含量高于50 g·kg-1，減少分取量。電感耦合等離子體發射光譜法：吸取母液5.00 mL，定容50 mL，直接上機測試。對三種測試方法前處理進行比較發現，比色法前處理過程繁瑣，耗時較長；原子吸收分光光度法前處理過程相對比色法簡便、快捷，耗時較短；電感耦合等離子體發射光譜法只需一次稀釋，即可直接測試所有樣品，步驟最為簡便。

2.2 不同測試方法校準曲線的比較

采用鄰菲啰啉比色法、AAS法、ICP-OES法測定游離鐵，其校準曲線線性及線性范圍的比較見表5，采用電感耦合等離子體發射光譜法測試，具有更好的線性，且線性范圍更寬。

2.3 不同測試方法精密度比較

選取兩個不同的土壤樣品，按照1.4實驗步驟處理樣品，每個樣品同時處理11份平行樣，分別以電感耦合等離子體發射光譜法、原子吸收分光光度法、比色法測試。測試結果見表6。由表6可看出，三種方法測試游離鐵RSD均在5.0%以內，精密度良好，并且電感耦合等離子體發射光譜法樣品測試精密度要優于原子吸收分光光度法和比色法。

2.4 不同測試方法準確度比較

將土壤有效態標準物質ASA-12、ASA-14、ASA-17、ASA-18按1.4分析步驟制備母液，分別采用比色法、AAS法、ICP-OES法測定游離鐵。測試結果如表7。由表7可知，測定值均在標準值及其不確定度范圍內，三種方法測試結果相對誤差均小于10%，均能滿足常規分析檢測要求，但ICP-OES法具有更高的準確度。

3 結 論

通過比對實驗，采用連二亞硫酸鈉·檸檬酸鈉·重碳酸鈉溶液浸提（DCB浸提）土壤中的游離鐵，分別以鄰菲啰啉比色法、AAS法、ICP-OES法測試。實驗表明，三種方法均能滿足實驗檢測要求，但比色法線性范圍窄，實驗過程繁瑣，耗時較長，準確度、精密度稍次；AAS法實驗過程相對簡便、快捷，但其線性范圍較窄，含量高時需進一步稀釋，精密度、準確度也不及ICP-OES法；ICP-OES法線性范圍寬，可一次稀釋上機測試所有土壤樣品，其流程簡便易操作、檢測速度快，準確度、精密度均優于其他兩種方法，能更好地滿足現代市場準確高效的檢測需求。

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作者簡介

鄢中妮，本科，工程師，研究方向為礦產地質、農業地質、生態環境地質樣品分析檢測。

楊寶紅，通信作者，本科，工程師，研究方向為地質實驗測試及實驗室質量管理。

（責任編輯：張佩玉）