流动分析仪快速测定土壤全磷含量

2022-03-12 02:20周文兰
农村科学实验 2022年2期
关键词:分析仪试剂分析法

周文兰

(江苏省苏州市农产品质量安全监测中心,江苏 苏州 215104)

流动分析仪测定土壤全磷含量主要是利用蠕动泵将待测样和试剂定量输送到检测仪器中,并按照顺序加入相应管路中,由气泡分隔为不同的独立小片段。试剂经过比色检测后,计算机会自动处理信号,并通过计算机软件对数据构建标准曲线,整理、归纳、分析数据,并得出数据报告。流动分析仪具有较强的自动化功能,加入待测样和试剂的时间较为准确,并且对温度、显色时间、显色反应等控制程度较高,极大地减少了人工失误的问题,保证测定数据的准确性。

1.常用流动分析法

1.1 连续流动分析法

连续流动分析方法反应过程如下:首先,利用取样器吸取适量试样,并将试样放入分析仪中,每个试剂均以手工方法在适当时间和点位加入。其次,将每个样品分割为若干样品片段,将试剂与试样放入管路进行晃动使其充分混合。最后,将试剂放入检测模块中,在比色皿中对实际进行比色处理,并使用仪器记录信号变化信息,通过计算机自动计算实际浓度值。

利用连续流动分析法测定土壤全磷含量需要进行加热、曲线配置、混合、预稀释等步骤,试剂分离过程的溶剂萃取、透析膜透析等步骤可以在流动分析仪器上进行。连续流动分析仪会自动抽取样品,然后将样本自动加入反应模块中,并通过螺旋管将试剂与样品片段进行充分混合。

1.2 流动注射分析法

流动注射分析法反应过程如下:首先,将试剂放入仪器中,并以的流速进行连续流动。在分析过程中工作人员需要在分析系统中加入适量的实际片段流,在试剂经过反应管道时,试剂与试样会相互混合,并产生化学反应。其次,将溶剂放入检测器中,通过分光光谱测定溶剂吸光度,并使用仪器记录不同时间段的信息号变化。

利用流动注射分析法检测土壤全磷含量具有分析时间短、效率高,结果准确的优势。由于流动分析系统管路一般较细,因此样本中的细小颗粒会堵塞系统管路,在测定前需要对样本进行过滤处理。

1.3 顺序注射分析法

顺序注射分析技术是基于流动注射分析技术研发的一种新型技术。顺序注射分析技术反应过程如下:首先,将选择阀与试剂端、试样端相连接,将试剂加入仪器中以一定流速连续流动。其次,在选择阀中加入适量试样,利用储存罐将选择阀与旋转蠕动泵相连接,一般蠕动泵可以反向旋转或者正向旋转,当试样经过反应管道时会与试剂相互融合,并产生化学反应。最后,将溶液放入检测仪中,通过分光光度测定溶液吸光度,并使用仪器记录不同时间信号变化。

流动注射分析法与连续流动分析法相比较,后者灵敏度较高,且峰高稳定,使用连续流动分析化可以进行复杂化学反应。此外,连续流动分析仪较为稳定,使用试剂量较少,适合对单数较多的样品进行测量,系统管路较宽发生堵塞概率较低,使用该仪器进行土壤全磷含量进行测定具有反应快、效果高的优势。因此,连续流动分析仪在元素含量检测实验中应用较多。

2.流动分析仪快速测定土壤全磷含量

流动分析仪快速测定土壤全磷含量的主要原理是基于磷钼蓝反应。磷钼蓝反应是在一听条件的锑离子和酸碱度环境下,钼酸铵与磷酸根形成锑磷钼混合杂多酸,被还原剂抗坏血酸还原为磷钼蓝,然后通过比色测定土壤全磷含量。流动分析仪在设置完成之后,即可全自动测定土壤全磷含量,通过相应管道注入试剂以及消解液,使全磷显色液酸碱度满足反应条件。

2.1 实验仪器

电子分析天平、流动分析仪、紫外分光光度计、马弗炉、烘箱、高温电炉。

2.2 实验法方法

2.2.1 土壤样品消解。称取适量标准土样和土壤样品放入镍坩埚中,加入2滴无水乙醇将土样润湿,然后在土样中加入2g氢氧化钠。将坩埚置于高温电炉上进行加热,待土样中的氢氧化钠固体融化后,将坩埚置于马弗炉上进行加热并加盖,将温度保持在400℃加热20分钟,然后继续加热将温度保持在720℃持续45分钟。加热完毕后将坩埚取下温度降至室温,将溶液放入容量瓶。在坩埚中加入10毫升蒸馏水,并将其置于高温电炉上进行低温加热,待坩埚中熔块溶解完后使用8毫升浓度为4.5的硫酸溶液清洗坩埚内部及盖子,并用热水冲刷,清洗物均加入容量瓶中。在容量瓶中加入1:1浓盐酸5滴,溶液冷却后,水溶液进行定容。空白对照组不加入土壤,重复上述操作。

2.2.2 方法回收率实验。将土壤样本分为两组,在两组土样中各称取0.2g土壤,共称取8组。在4组土样中加入0.5毫升磷酸二氢钾溶液,另外4组土样中加入0.25毫升磷酸二氢钾,将8组土样放入烘箱中烘干,并加入2地无水乙醇将土样润湿,然后加入2g氢氧化钠,重复加热消解步骤。回收率公式为:全磷回收率=(加标土壤磷含量-样品土壤磷含量)/加标土壤磷含量×100%。

2.2.3 流动分析仪

2.2.3.1 试剂。进样清洗液(氯化钠58.5克、5.3毫升硫酸,定容至1000毫升)、氢氧化钠(1000毫升水中加入12可氢氧化钠)、系统清洗液(250毫升去离子水中加入0.5克硫酸钠)、钼酸铵溶液(钼酸铵1克、酒石酸锑钾0.05克、硫酸6.5毫升,定容至100毫升),抗坏血酸溶液(100毫升水中加入1.5克抗坏血酸)。

2.2.3.2 仪器条件。流动分析仪流速每小时60个,清洗液比例为3:1,样品进样时间为48秒,仪器清洗时间为24s,流动分析仪自动设计漂移校正和基线,基线自动参比为5%,滤光片波长660纳米。若土样中全磷含量地域每升5毫克,则选择低浓度管吸取样品。

2.2.3.3 流动分析仪模块管理。图1为流动分析仪10个管路为空气、氢氧化钠、水、钼酸铵溶液、清洗液、抗坏血酸溶液、消解液进样。

图1 流动分析仪模块管路

2.2.3.4 标准曲线建立。分别抽取0、0.25、1.00、0.1、0.75、1.25、1.50、1.75毫升磷标准溶液,并将消解空白对照组溶液定容至25毫升,磷溶液配制浓度为0、1.00、3.00、5.00、2.00、4.00、6.00、7.00毫升标准溶液,经过检测,构建土壤全磷标准曲线:y=1.001x-0.007(R2=0.9998)

2.2.4 钼锑抗比色法

2.2.4.1 试剂。钼锑抗显色剂(水中加入硫酸溶液,搅拌混合冷却至室温,倒入钼酸铵水溶液中,并加入酒石酸锑钾溶液,定容至1升后即为钼锑抗溶液。在实验开始前在钼锑抗溶液中加入抗坏血酸,混合均匀即为显色剂)、氢氧化钠、硫酸、2,4一二硝基酚。

在构建学习共同体时,应该遵循“组内异质,组间同质”的原则,以学习者特征分析数据为依据,以促进沟通交流为目的,从而为课堂活动的顺利展开打下基础。

2.2.4.2 标准曲线建立。分别提取0、0.50、2.00、0.25、1.00、3.00、4.00、5.00毫升磷标准溶液,加入空白对照组溶液配置磷溶液浓度为0、0.20、0.80、0.10、0.40、1.20、1.60、2.00毫升标准溶液。加入2,4一二硝基酚,搅拌均匀后加速滴加入氢氧化钠,溶液逐渐变为淡黄色后,加入硫酸直至溶液呈透明无色状态,再加入少量氢氧化钠溶液,这时溶液会逐渐变为淡黄色。加入显色剂,将溶液定容至25毫升,摇晃均匀,将溶液静置40分钟,然后利用紫外分光光度计测量波长,并构建土壤全磷曲线:y=1.801x-0.0032(R2=0.9998)

2.2.4.3 抽取。去一定量的土壤消解液,调整溶液酸碱度,并加入显色剂,进行溶液和检测。

2.3 数据分析

土壤全磷测定实验采用计算机对数据进行统计和绘制图表,分析双样本-t检验均值,通过直线方式对参数进行回归发内心,检测系数显著性。土壤全磷测定实验中选择3组土壤,并对其进行重复测定。测量值Xi平均值为土壤全磷含量估计值,标准偏差公式为:

2.4 结果与分析

2.4.1 流动分析仪与钼锑抗比色法比较。由图2分析得出,钼锑抗比色法与流动分析仪对11个样本进行全磷含量测定,每个样本消解液均进行3次测定,测定得出每千克土壤全磷含量约为0.19~0.88、0.19~8.83克,钼锑抗比色法与流动分析仪测定的每千克土壤全磷含量均值约为0.408、0.414克。

图2 流动分析仪与钼锑比色法测定土壤全磷含量比较

从表1中得出,两种测定结果经过t值检验过后,p=0.525(T≤t),两组数值均没有明显差异。钼锑抗比色法与流动分析仪测定土壤全磷含量在经过相关性分析后,发现两者呈线性相关,两者相关系数为r=0.99。从图3中得出,两种全磷测定方法结果直线方程为:y=1.0606x-0.0191

表1 流动分析法与钼锑比色法土壤含量t检验

图3 流动分析仪和钼锑抗比色法测定土壤全磷含量相关分析

2.4.2 流动分析仪测定结果准确性与精密度分析。通过标准加入法对回收率进行检验。加标土壤样本在消解后,采用流动分析仪分别检测3次。从表2可以得出,流动分析仪对土壤中全磷含量回收率测定结果为98%~102%。在相同环境下,利用流动分析仪对土壤全磷含量分别测定5次,结果标准差为1.2%~2.0,相关分析如表3。

表2 流动分析仪测定土壤全磷加标回收率结果

表3 流动分析仪测定土壤全磷含量重复性试验

2.5 讨论

利用流动分析仪对土壤全磷含量测定时间钼锑抗比色法测定时间短,且不需要实验人员配置试剂和设计仪器参数;钼锑抗比色法测定土壤全磷含量需要实验人员配置试剂、调节酸碱度、抽取待测液、定容、比色检测等,人工劳动量较大。与钼锑抗比色法相比,流动分析仪测定效率更高,人工、材料成本较低,可以避免人工操作出现的失误情况,检测结果较为准确。

3.结论

土壤全磷含量是反应土壤肥力的基本标准之一。流动分析仪较高的自动化程度极大地提高了土壤全磷含量测定效果,同时也可以降低实验人员出现失误的情况,适用于样品数量较多的检测分析。但流动分析仪对土壤全磷含量的测定,主要是根据土壤消解特性以及磷钼蓝比色法具体要求来确定检测条件,因此测定技术具有专一性。

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