ICP-AES 法测定中性、石灰性土壤中有效磷*

申硕果，王 琳，于亚辉，辛 涛，李艳华

（1.河南省地质局地质灾害防治中心，河南 郑州 450012；2.河南省地质矿产勘查开发局 第一地质勘查院，河南 郑州 450000）

土壤有效磷是指土壤中能够被植物吸收利用的磷，其含量的高低极大程度上反映了土壤中磷元素的供应力和储备量，是判断土壤肥力的重要指标。准确测定土壤中有效磷，了解其供应状况，是保证作物精准施肥的关键环节，对提高作物产量具有重要参考价值[1]。

随着科技的进步以及大型分析仪器的普及，ICP-AES、ICP-MS 法在土壤有效态样品测定方面多有文献报道[1-3]，这也是发展趋势，但尚未形成统一的标准方法。目前，现行土壤中有效磷的分析方法主要有行业标准LY/T 1232-2015 和NY/T 1121.7-2014，标准方法中中性、石灰性土壤有效磷的分析方法都是采取0.5mol·L-1NaHCO3溶液浸提，浸出液采用钼锑抗比色法测定，该方法的缺点是分析步骤繁琐，而且土壤样品中浸提出的腐殖质也会对比色产生一定影响，同时比色法操作过程中还有诸多影响因素不易控制[4-6]。ICP-AES 法具有灵敏度高、精密度好、基体干扰小、动态线性范围宽、分析速度快等优点，已在有效磷的测定中广泛应用。但由于中性、石灰性土壤中有效磷的浸提介质为NaHCO3溶液，该溶液为碱性溶液，黏度较大，且含有大量Na+，实际操作中极易堵塞雾化器，HCO3-受热分解产生的CO2也可能造成仪器灭火，影响测定[7，8]。本文对中性、石灰性土壤有效磷浸提液进行预处理，采用离心分离后过滤代替传统干过滤，并通过加入HNO3对浸提液进行酸化、稀释，降低溶液的黏度以及Na+浓度，同时除去CO2，处理后的溶液可直接引入ICPAES 测定，操作简单，成本低，适用于批量土壤样品的分析测试。

1 实验部分

1.1 仪器及工作参数

HY-8A 型数显调速多用振荡器（金坛顺华）；WH-3 型微型旋涡混合仪（上海泸西分析仪器厂有限公司）；低速离心机（上海安亭科学仪器厂）；i－CAP7400Radial 型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国Thermo Fisher 公司）：CID 检测器，高盐雾化器。

仪器工作参数见表1。

表1 ICP-AES 工作条件Tab.1 Working conditions of ICP-AES

1.2 主要试剂

1000μg·mL-1磷单元素标准储备溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心）；

磷单元素标准工作溶液 用1000μg·mL-1的磷单元素标准储备溶液逐级稀释，配置成浓度分别为0、2、5、10、15、20μg·mL-1系列标准工作溶液，介质为10% HNO3-80% 提取剂。

浸提剂（0.5mol·L-1NaHCO3溶液，pH 值为8.5）：准确称取42.0g NaHCO3溶于约950mL 水中，用2.5mol·L-1NaOH 溶液调节pH 值至8.5，用水稀释至1L,储存于聚乙烯瓶或玻璃瓶中备用。每周定期检查溶液的pH 值。

土壤有效态标准物质ASA-8、ASA-9、ASA-3b-CZ、ASA-8A-CZ、ASA-2b-CZ、ASA-7A-CZ（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所）。

HCl、HNO3均为优级纯；实验用水为去离子水（电阻率为18MΩ·cm）。

1.3 实验方法

准确称取2.5g（精确至0.01g）风干土壤样品（过2mm 筛孔），置于250mL 聚丙烯塑料离心瓶中，准确加入50mL 0.5mol·L-1NaHCO3浸提剂，将瓶盖拧紧。充分摇匀后置于振荡器上，振荡频率设置为180～200r·min-1，在温度为25℃左右振荡浸提30min，立即于4000r·min-1低速离心机上离心5min，再用无磷慢速定量滤纸干过滤于50mL 烧杯中，准确分取20mL 清液于50mL 比色管中，加入5mL 10% HNO3酸化（缓慢加入，避免剧烈反应），放置30min 并不时轻轻摇动待溶液中CO2释放并将溶液混匀（也可用微型旋涡混合仪将溶液混匀并赶尽CO2），在选定的仪器条件下，以P213.618 {157}nm 作为分析线，用ICP-AES 测定土壤中的有效磷。

2 结果与讨论

2.1 振荡浸提时间的选择

在NY/T1121.7-2014《土壤检测第7 部分：土壤有效磷的测定》标准中规定振荡浸提时间为30min，但也有文献提到60min 浸提较为充分[2]。实验共选择6 个地区的土壤有效态一级标准物质ASA-8、ASA-9、ASA-3b-CZ、ASA-8a-CZ、ASA-2b-CZ、ASA-7a-CZ，振荡浸提时间分别设置为10、20、30、60、90min，其他操作与实验方法相同，结果见表2。

表2 振荡浸提时间对有效磷测定结果的影响Tab.2 Influence of oscillation leaching time on the determination results of available phosphorus

由表2 可见，随着浸提时间的增加，有效磷的测定结果呈上升趋势，振荡时间为30 和60min 时，测定值较为接近，且与标准值吻合；10 和20min 时，结果偏低；90min 时，结果偏高。因此，振荡时间对测定结果的影响在30～60min 范围内不是很明显，本着高效快捷的原则，方法选择振荡浸提时间为30min。

2.2 振荡频率的选择

振荡频率是影响浸取效果的重要因素。振荡的频率越快，固液接触的频率越大，浸提效率越高。实验选择前述6 个土壤有效态一极标准物质，分别设置振荡频率为120、160、180、200、220、240r·min-1，其他操作与实验方法相同，结果见表3。

表3 振荡频率对有效磷测定结果的影响Tab.3 Influence of oscillation frequency on the determination results of available phosphorus

由表3 可见，振荡频率小于180r·min-1时，有效磷含量相对高的样品的浸提率明显偏低；频率大于180r·min-1时，浸提量接近平衡状态，且与标准值吻合。因此，本方法选择振荡频率为180～200r·min-1。

2.3 浸提温度的选择

浸提温度对有效磷的测定影响较为明显。实验考察了浸提温度分别为15、20、25、30℃时对测定结果的影响，结果见表4。

表4 浸提温度对有效磷测定结果的影响Tab.4 Influence of temperature on the determination results of available phosphorus

由表4 可见，浸提温度在20～25℃时，测定值变化不明显；当浸提温度为15℃时，有效磷测定值偏低，低约17%～28%；浸提温度为30℃时，有效磷测定值偏高，高约12%～20%。因此，选择浸提温度为20～25℃。

2.4 离心对测定结果的影响

NY/T 1121.7-2014《土壤检测第7 部分：土壤有效磷的测定》标准中对振荡浸提后的溶液直接进行干过滤，在实际操作中，部分土壤样品经浸提干过滤后的溶液较为浑浊，且有大量胶体存在，本次研究采用先离心后过滤的方法，有效减少了土壤颗粒以及土壤颗粒表面吸附的胶体的滤出，能够制得较为澄清的溶液，避免测定时土壤细小颗粒或者胶体堵塞雾化器。本次研究按照上述实验方法，对土壤样品经振荡浸提后立即干过滤以及立即离心后再过滤的溶液的测定结果做了对比，结果见表5。

表5 离心对测定结果的影响Tab.5 Influence of centrifugation on the determination results of available phosphorus

由表5 可见，两种处理方式的测定结果差异并不明显，因此，对于直接干过滤溶液较为浑浊的样品，可采取离心后再过滤的处理方式。

2.5 放置过滤时间及样品稳定时间实验

土壤样品25℃下浸提30min 后，分别选择立即离心过滤、放置2、4h 后再离心过滤，24h 内测定，结果见表6。

表6 不同放置时间对过滤实验结果的影响Tab.6 Influence of different placement times on the results of filtering experiments

由表6 可见，随着放置时间的延长，有效磷的测定值呈上升趋势。

对于离心过滤后的样品，稳定时间设为0.5、2、24h 后进行测定，发现不同的稳定时间也会对测定结果造成影响，称定时间过短，溶液中的悬浮离子在测定过程中容易堵塞雾化器，稳定时间过长，待测离子在某些矿物基体下发生沉降，造成测定结果偏低。所以土壤样品浸提30min 后，应立刻离心过滤，并在2h 以后、24h 以内测定结果为最佳。

2.6 样品浸提液的处理

对于中性、石灰性土壤，采用0.5mol·L-1NaHCO3浸提后，直接引入ICP-AES 测定,会出现雾化器反馈压力升高的现象，导致无法正常测样，且容易造成仪器灭火[7-9]。造成雾化器压力升高及仪器熄火的原因有两点：（1）浸提剂盐分过高，存在盐分析出堵塞雾化器喷嘴；（2）NaHCO3受热释放出CO2气体造成ICP 气流温度等不稳定。因此，本文对中性、石灰性土壤浸提液酸化稀释，目的是赶走CO2并降低基体含盐量。实验考察了HCl、HNO3介质对测定结果的影响，并对稀释倍数进行了研究，通过对比发现，HCl 酸化后的试液在测定时仍会出现雾化器压力升高的现象，而HNO3介质则可以正常测定。将两种介质的试液在强光下仔细对比发现，HNO3介质的试液比HCl 介质更清亮，推测可能是试液中有可溶硅在HCl 介质中凝聚析出，测定时堵塞雾化器。因此，本文选用HNO3介质对浸提液进行酸化处理，结果见表7。

表7 酸化稀释倍数对有效磷测定结果的影响Tab.7 Influence of acidified and diluted times on the determination results of available phosphorus

由表7 可见，随着稀释倍数增大，低含量样品的相对误差增大，稀释1.25 倍即可得到误差范围内的结果，且经过酸化稀释后，浸提液盐分降低，CO2也被大量赶出，可连续测定数小时。因此，本文选用HNO3介质对浸提液进行酸化稀释1.25 倍，可以实现准确连续高效的测定。

2.7 分析谱线的选择和干扰的消除

对待测元素的谱图进行分析，考察光谱干扰和背景影响情况，选择灵敏度高、干扰小、峰形好、背景低、信背比高的谱线作为分析谱线，根据仪器和参考文献的推荐选出最佳测定分析谱线为P213.618{157}nm。

干扰效应一直是分析化学中较为复杂的难题之一，ICP-AES 的干扰效应，是指样品中共存组分（待测物除外）对分析信号产生的影响，并造成分析结果出现系统误差。ICP-AES 的干扰主要有光谱干扰、非光谱干扰[10-12]。非光谱干扰大多由基体效应产生，在测定有效磷时，由于中性、石灰性土壤均采用NaHCO3溶液浸提，引入大量Na+和HCO3-，本次实验通过配制与样品溶液相同介质的标准工作溶液，可有效减少系统偏差，消除部分基体效应。并在选定的实验条件下，选用不同性质的土壤有效态标准物质，通过反复实验确定选择左2、右2 的方式进行背景校正。

光谱干扰主要来自待测元素谱线周围强度较大的元素谱线所产生的干扰，其表观信号强度=待测元素分析信号强度+总干扰信号强度。在P213.618{157}nm 周围信号较强的谱线干扰主要有Mo213.606nm 和Cu213.598nm，在10μg·mL-1的磷标准溶液中加入一定量的干扰元素，证明1000 倍的Mo、Cu 对磷的测定产生的光谱干扰可以忽略不计。

2.8 校准曲线、检出限和回收率

以P 的质量浓度ρ 作为横坐标，相对应的发射强度I 作为纵坐标，绘制校准曲线为：Y=135.24X+9.0943，相关系数R2=0.9998，见图1。

图1 校准曲线Fig.1 Calibration curve

按照实验方法对空白样品连续测定12 次，以3 倍标准偏差计算方法检出限，该方法有效磷的检出限为0.18μg·g-1。在土壤样品中分别加入20、50、100、200μg 的磷并按照实验方法对样品进行浸提、离心过滤、酸化稀释，用ICP-AES 测定有效磷，对该方法进行加标回收实验研究，经计算，该方法的回收率为97.3%~102.5%。

2.9 方法准确度和精密度

为验证该方法的准确度和精密度，分别选取有代表性的土壤有效态国家一级标准物质ASA-8、ASA-9、ASA-3b-CZ、ASA-8a-CZ、ASA-2b-CZ、ASA-7a-CZ，按照1.3 中实验方法对有效磷进行提取、测定，结果见表8。

表8 土壤有效态一级标准物质中有效磷的测定结果Tab.8 Results of available phosphorus in primary reference materials of available state of soil

由表8 可见，测定结果的准确度为-3.45%～2.91%，精密度（RSD，n=12）为1.49%～4.58%，满足《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》（DD2005-03）的分析质量要求。

2.10 方法验证实验

为验证该方法的有效性，随机挑选2022 年Z527 批次部分土壤样品和土壤有效态国家一级标准物质ASA-8、ASA-9、ASA-3b-CZ、ASA-8a-CZ、ASA-2b-CZ、ASA-7a-CZ，实验方法对样品和标样中有效磷进行分析测试，同时按照比色法（NY/T1121.7-2014）进行分析测试，结果见表9。

表9 对比实验结果Tab.9 Comparison of test results

由表9 可见，本次研究的实验方法与传统比色法的测定值无明显差异。本次研究的实验方法测定结果的相对标准偏差为1.5%～3.2%。

3 结语

本次研究采用NaHCO3浸提液提取中性、石灰性土壤样品中有效磷，采用离心分离后过滤代替传统干过滤，采用HNO3介质对NaHCO3浸提液进行酸化稀释后，用ICP-AES 测定中性、石灰性土壤中有效磷。本方法操作快速简便、无污染、实用性强，与其它方法相比，极大地提高了分析效率，节约了分析成本，适合大批量土壤样品的分析测试。该方法的精密度、准确度、检出限等技术指标均满足《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》（DD2005-03）的分析质量要求，适用于中性、石灰性土壤样品中有效磷的测定，值得全面推广应用。