全自动流动注射-分光光度法测定土壤中氨氮

王 华 王玉功 余志峰

(甘肃省地质矿产开发局 第三地质矿产勘查院，兰州 730050)

土壤中的氨氮是指以氨(NH3)或铵盐(NH4+)形式存在的化合氨。氨氮是土壤中的一项主要污染因子，土壤中的氨氮污染一方面来源于化肥污染[1]，近年来我国的化肥施用量逐年增加，据统计目前已经成为世界上化肥使用量最多的国家，占世界化肥总使用量的30.8%。研究表明，氮肥的利用率仅为30%～50%，这些氮肥在土壤中积累并淋失致使土壤中氨氮污染日趋严重。有文献报道[2-3]，化肥污染主要有三个方面，一是化肥中的氮元素等进入大气后，增加了“温室气体”，导致温度升高；二是残留在土壤中的化肥被暴雨冲刷后汇入水体，加剧了水体的“富营养化”，导致水草繁生，许多水塘、水库、湖泊因此变臭，成为“死水”；三是一旦土壤中某种营养元素过多，还会造成土壤对其他元素的吸收性能下降，从而破坏了土壤的内在平衡。工业废水、生活污水也是氨氮污染的主要来源[4]，随着我国城市化进程的加快，城市水污染问题日益突出，城镇污水的排放量呈现递增趋势。近年工业化的高度发展以及人们生活水平的不断提高，各种工业废水以及生活污水在污染物数量以及种类方面都呈现出了明显的增加趋势。例如焦化厂、合成氨化肥厂等工业废水流入水体、土壤中，导致水体和土壤污染，使用高浓度氨氮废水灌溉农田，导致农作物受到严重危害[5-7]。

土壤中氨氮的测定基本都用纳氏试剂比色法。国际标准 ISO/TS 14265-1 中采用氯化钾提取土壤中的氨氮并用比色法测定。纳氏试剂比色法[8-10]测定氨氮需要采用絮凝沉淀或预蒸馏等前处理，在进行大批量样品测定时费时费力。国际标准 ISO/TS 14265-1 与环保标准HJ 634—2012中采用的氯化钾提取后，氨离子在有次氯酸根离子存在时与苯酚反应生成蓝色靛酚染料，该法显色时间长，手工操作步骤多，存在污染的风险较大，对人体和环境有一定的影响，本文采用全自动流动注射分析仪测定有自动进样、分析速率快，试剂耗量少等优点。

目前针对土壤中氨氮采用流动注射测定的报道[11-13]较多，但是大多针对的是农用地和耕地的研究，本文针对重点行业企业用地土壤污染状况调查的样品类型进行研究，结果表明：采用全自动流动注射分析仪标准曲线性关系良好、精密度好、准确度高，检出限低，回收率满足质控要求。

1 实验部分

1.1 主要仪器

全自动流动注射分析仪(北京宝德仪器有限公司)，ZHWY-2102恒温振荡器(双层大容量全温恒温摇床，江苏盛蓝仪器制造有限公司)。

1.2 主要试剂

氯化钾(优级纯，天津市光复精细化工研究所)，实验室用水为去离子水(电阻率≥18 MΩ·cm，25 ℃)。

氨氮标准储备溶液(100.0 mg/L)：称取基准氯化铵0.741 4 g溶于约150 mL去离子水中，稀释至250 mL，摇匀。

缓冲溶液：称取33 g酒石酸钾钠于800 mL水中，溶解后再加入24 g柠檬酸钠，溶解后用水稀释至1 L。该溶液在4 ℃下保存，可稳定保存30 d。

水杨酸钠溶液：称取25 g氢氧化钠于800 mL水中，待溶解后加入80 g水杨酸钠，溶解后用水稀释至1 L，摇匀，储存在棕色试剂瓶中。

硝普钠溶液：称取5.0 g硝普钠于800 mL水中，溶解后用水稀释至1 L，摇匀，储存于棕色试剂瓶中。

二氯异氰尿酸钠溶液：称取4.0 g二氯异氰酸钠于800 mL水中，溶解后用水稀释至1 L，摇匀，储存于棕色试剂瓶中。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

称取20.0 g(精确至0.001 g)试样，放入300 mL的聚四氟乙烯的瓶子中，加入100 mL配制好的氯化钾溶液，在20 ℃恒温振荡器里振荡提取1 h后提取上清液进行上机测定。

1.3.2 标准系列

氨氮标准系列Ⅰ：吸取氨标准储备液0、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00于一组100 mL具塞比色管中，加水至10.00 mL，用去离子水定容至刻度，制备标准曲线Ⅰ。

氨氮标准系列Ⅱ：吸取氨标准储备液0、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00于一组100 mL具塞比色管中，加水至10.00 mL，用氯化钾(1 mol/L)提取液定容至刻度，制备标准曲线Ⅱ。

1.3.3 样品的测定

1)按要求接通所有管路；

2)启动全自动流动注射分析仪，打开软件设置参数，重点对洗针时间(5、10、15 s)、进样时间(40、50、60 s)、蠕动泵速(25、35、45 s)三方面进行测定参数优化选择，经过对谱图出峰完整性、峰形的对称性以及连续测样干扰性等方面综合考虑确定了软件分析参数，具体测定参数设置见表1；

3)设置工作曲线，以及样品序号；

4)仪器按顺序测定样品。

表1 全自动流动注射分析仪软件设置参数

2 结果与讨论

2.1 样品提取条件的优化

土壤中氨氮提取的过程中，提取的温度、提取剂的浓度以及提取时间等均会影响氨氮的提取效率[14-15]。实验在提取试剂厂家选取以及提取剂的浓度两方面进行研究。

2.1.1 不同厂家提取剂的对比空白实验

参照HJ 634—2012《土壤氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的测定 氯化钾溶液提取——分光光度法》标准中的氯化钾作为提取剂，提取剂的浓度均采用1 mol/L，考察了三个不同厂家的优级纯氯化钾，分别为天津某A化工研究院(简称A化工)、天津某B化工有限公司(B化工)、天津某C有限公司(C化工)，按照实验方法中样品的制备以及测定条件进行实验，不同厂家的氯化钾作为提取剂实验的空白结果见表2。由空白结果可知，不同厂家试剂的氨氮的空白值差别较大，采用不同的试剂对样品结果会产生正的影响，因此实验土壤中氨氮的提取时考察提取试剂的厂家以及纯度很重要，实验均采用A化工研究院的优级纯氯化钾作为提取试剂。

表2 不同厂家的氯化钾作为提取剂实验的空白结果

2.1.2 提取剂的浓度

选取0.5、1.0、2.0 mol/L的氯化钾溶液作提取剂，HJ 634—2014标准中选用的是1 mol/L的氯化钾，也有文献[18-19]中采用的是2、3 mol/L的提取液。当提取液中的盐离子浓度较大时有利于形成澄清的提取液，因而尽可能地减少颗粒物的影响，反而有利于提高测定结果的稳定性。不同浓度的提取液对三个场地样品的测定结果见表3。表3结果表明，KCl(1 mol/L)浸提液提取的氨氮结果均高于KCl(0.5 mol/L)提取液的结果，但是与KCl(2.0 mol/L)提取液的结果相差不大，这一点与文献中报道的结果不是很一致[19]，分析原因为此次实验的场地样品与文献中实验的耕地土壤的环境背景不同引起的。采用1 mol/L与2 mol/L的KCl提取液提取效果差别不大，但是考虑到采用2 mol/L的KCl提取，无形中引入的K+、Cl-离子增多，导致测定溶液的离子总强度加大，进行全自动流动注射分析仪器的使用有一定的影响，因此综合考虑本实验选用1.0 mol/L的氯化钾溶液作提取液。

2.2 标准曲线

配制的标准曲线Ⅰ、Ⅱ进行分析，对仪器给出的各个标准点的自测浓度进行线性回归分析，溶液的浓度在0～10.00 mg/L范围内两条标准曲线的线性关系均良好，相关系数均为0.999 9。

表3 不同浓度的提取液对场地样品的测定结果

2.3 检出限实验

2.4 精密度与准确度实验

选用场地调查样品进行精密度和准确度实验，选取4个不同场地样品进行6份平行测定，样品的相对标准偏差均小于5%。选取上述场地样品2，场地样品3进行全程加标回收实验，加标量为10.00～100.00 μg选取低中高三个浓度进行加标回收实验，回收率在89.2%～114%。结果见表4、5。结果表明，实验样品的氨氮含量在0.460～28.96 mg/kg，精密度良好，满足质控要求；加标量在10.00～100.00 μg范围内回收率良好，故方法适用于一般农用地、场地调查样品中氨氮的检测。

表4 场地样品精密度实验

表5 场地样品加标回收实验

3 结论

1)不同厂家的试剂作提取剂对土壤中氨氮的提取空白结果差别较大，故进行提取态实验时选择不同厂家的提取剂也会引起结果的偏差，这个影响因素是本实验的关键之一。

2)提取剂的浓度改变对提取效率有一定的影响，从0.5 mol/L到1.0 mol/L时对实验的场地样品提取效率提高了129%～142%，但从1.0 mol/L到2.0 mol/L提取效率变化不是特别明显，结合提取效率以及仪器分析综合考虑选用浓度为1 mol/L的氯化钾作为本实验的提取溶液较为合适。

3)对比采用1 mol/L氯化钾提取液配制的标准曲线Ⅰ与使用去离子水配制的标准曲线Ⅱ，结果表明，两条曲线的线性范围以及相关系数差别不大，但是采用不同的曲线所测得的样品空白值相差很大，结果表明，采用氯化钾提取液配制的标准曲线下测试样品与空白时，降低了检测的背景值，所得空白平均值为0.022 mg/kg，方法检出限为0.031 mg/kg。

4)选取4个不同场地样品进行6份平行测定结果的相对标准偏差均小于5%，上述场地样品2、3进行全程加标回收实验，回收率在89.2%～114%，结果表明实际样品的准确度和精密度较好。

相对于传统的分光光度法，在分析流程、样品检测速率以及环境保护方面上具有很大的优势，提高了样品的检测时效性，针对大批量样品的检测具有很大的优势。