陈 璐

(山东省物化探勘查院，山东 济南 250013)

氮是生物体构建的重要基础条件，在植物的生命活动中占有重要作用，是肥料三要素之一，植物所吸收的氮素主要是无机氮，即铵态氮和硝态氮。由于氮肥的过量使用，造成氮素在土壤内严重累积。在土壤内部，在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐可以在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐，这一过程叫做硝化作用。土壤中过高的硝酸盐氮会引起作物中硝酸盐超标。在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，这一过程被称作反硝化作用。部分蔬菜亚硝酸盐超标，就是反硝化作用引起的。因此，及时了解土壤动态，快速分析土壤中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮已刻不容缓。

而标准方法(HJ 634-2012)[1]测定土壤中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的分光光度法使用试剂较多，操作步骤繁琐，过程复杂，耗时长，劳动强度大，分析效率低，难以满足批量土壤样品的快速分析测试的要求[2-3]。本文针对标准方法所存在的问题，采用离子色谱法快速测定土壤中的氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。该方法的样品前处理过程简单，使用试剂少，经过称量、浸提、振荡三个步骤即可上机连续测试。可以大大缩减操作手续，简化分析测试步骤，减少生产成本，降低劳动强度，提高工作效率，提升分析测试精密度和准确度，满足绿色环保的要求。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

离子色谱仪：ICS-1100，赛默飞世尔公司；电子天平：BS224S，德国赛多利斯公司；水浴恒温振荡器：SHZ-C，上海博讯医疗生物仪器有限公司；台式离心机：TDL-5，上海安亭科学仪器厂。

氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮标准溶液：1000 μg/mL，编号分别为：GSB 04-2833-2011、GSB 04-2840-2011、GSB 04-2837-2011(a)，国家有色金属及电子材料分析测试中心。硫酸钠，氯化钙，氯化钾，氯化钠，氢氧化钾，氨基苯磺酸钠：优级纯，上海国药集团化学试剂公司。

1.2 样品的处理

土壤样品称取50.000 g置于500 mL锥形瓶中，，加入浓度为0.01 mol/L CaCl2提取溶液250 mL，塞紧瓶塞，摇匀，在恒温水浴振荡器上于25℃振荡浸提 60 min后，静置10 min，取上层清液30 mL于离心管中，3000 r/min离心10 min。移取上层清液经0.22 μm滤膜过滤，过滤液待测。

1.3 标准工作曲线的绘制

分别吸取氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的标准溶液(ρ=1000 μg/mL)10 mL至100 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，制成混合标准溶液(ρ=100 μg/mL)。

分别吸取0、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 mL浓度ρ=100 μg/mL的混合标准溶液于100 mL容量瓶中，用水稀释定容至刻度，分别配制成0.00、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 μg/mL氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的标准工作溶液。将标准系列工作溶液和待测样分别置于自动进样器中，依次进样，测得离子强度谱图，做出标准工作曲线，得出样品浓度。

1.4 色谱条件

色谱柱：Ion Pac CS12A(250 mm×4 mm)阳离子交换色谱柱和Ion Pac AS19(250 mm×4 mm)阴离子交换色谱柱；阳离子淋洗液：甲烷磺酸 20 mmol/L；阴离子淋洗液：氢氧化钾 25 mmol/L；淋洗液流速：1.0 mL/min；进样体积：25 μL；检测器：电导检测器，柱温：30℃。

2 结果与讨论

2.1 土壤提取液浸提剂的选择

盐类浸提效果优于去离子水浸提效果[4-5]。测定土壤中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，通常测定的是水溶态和交换态的总和，本文优先考虑硫酸钠、氯化钙、氯化钾、氯化钠等盐类作为浸提剂，分别称取适量硫酸钠、氯化钙、氯化钾、氯化钠配制成0.1 mol/L的提取溶液；称取六件土壤样品50.000 g，平行6次，然后分别加入250 mL以上四种提取溶液，在20℃下振荡1 h，离心过滤，上机检测，测定结果见表1。由表1可知硫酸钠影响硝酸根的出峰，钠离子影响氨氮的出峰效果，硫酸根离子对硝酸盐氮离子测定的影响较大，钠离子对氨氮的测定有影响，测定值相对偏低。氯化钾和氯化钙比较，氯化钙浸提效果最佳，综合考虑，本文采用氯化钙作为土壤提取液的浸提剂。

表1 4种不同浸提剂的浸提结果

2.2 土壤提取液浓度的选择

图1 氯化钙溶液对浸提效果的影响

土壤提取液浓度对氮元素的浸提效果有影响，也是关系离子色谱柱使用寿命的重要因素。称取适量的氯化钙分别配制成0.01，0.02，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00 mol/L的土壤提取液，称取三件土壤样品50.000 g，平行6次，分别加入以上不同浓度的提取液250 mL，在20℃下振荡1 h，离心过滤，上机检测，测定结果见图1。从图1中可以看出，氯化钙溶液浓度为0.01，0.02 mol/L时，浸提效果较好，同时为延长离子色谱柱的使用寿命，兼顾离子强度，选择0.01 mol/L氯化钙溶液作为土壤提取液，阴阳离子分离效果较好。

2.3 土壤提取液浸提时间的选择

由于土壤中的氮元素的形态会发生变化，为确保数据的准确性，本文考虑在短时间内，选取适宜温度进行浸提土壤。称取土壤样品50.000 g，平行6次，加入0.01 mol/L氯化钙的提取液250 mL，置于水浴振荡器中，在20℃条件下，采用相同振荡频率，分别振荡20，30，50，60，70，90 min后，离心过滤上机检测，实验结果见图2。从图2可以看出，浸提时间对硝酸盐氮的影响要小于对氨氮和亚硝酸盐氮的影响；三种离子随着振荡时间的延长，含量均升高，当超过70 min时含量有所下降；浸提时间在50～70 min，浸提效果较好，测定值较稳定。因此，本文综合三种离子的含量值，确定浸提时间为60 min。

图2 浸提时间对浸提效果的影响

2.4 离子色谱条件的优化

根据每种离子色谱柱的特性及各种离子的出峰时间和离子之间的相互干扰情况，本文采用Ion Pac CS12A型阳离子和Ion Pac AS19和Ion Pac AS11-HC型阴离子色谱柱，通过优化淋洗液浓度和流速等色谱条件，得出最佳色谱条件：阳离子淋洗液为20 mmol/L的甲烷磺酸溶液，阴离子淋洗液为20 mmol/L的氢氧化钾溶液，流速为1.0 mL/min，进样量为10 μL；检测器为电导检测器，检测室温度30℃，色谱图见图3。

图3 阳离子Ion Pac CS12A和阴离子Ion Pac AS19离子分离色谱图

2.5 标准曲线和检出限

按1.4分析条件，进行检测，建立标准工作曲线。平行测定12次样品空白溶液，以3倍标准偏差对应浓度值作为其方法检出限，各离子的线性范围、线性方程、相关系数与检出限见表2。

表2 三种离子的线性回归方程及相关系数

2.6 方法的加标回收率和精密度

表3 方法的加标回收率

选取新鲜土壤样品，分别添加三种不同含量的标准溶液，平行测定6次，计算其回收率，确定方法的准确度，详见表3。3种离子的回收率在95%～100.8%之间，说明本方法具有很好的准确度。同时新鲜土壤样品重复分析检测12次，计算各样品分析值的标准偏差(RSD%)，按确定的测量方法进行检测，计算平均值及相对标准偏差RSD%，确定方法的精密度。土壤样品检测相对标准偏差(RSD%)为0.71%～4.82% ，均小于5%，精密度良好，详见表4。

表4 方法的精密度

2.7 与标准方法比对

选择新鲜土壤样品编号1、2、和3，用本文采用的离子色谱法的检测结果与分光度光法的检测结果进行比对，比对结果详见表5。结果表明：两种方法的测定结果基本一致，离子色谱法的相对标准偏差(RSD)要优于分光光度法；8件样品分析结果的绝对偏差均小于绝对偏差允许限，全部满足规范要求，本法的准确度也得到了进一步的确认。

表5 本法与分光光度法测定结果对比表

3 结论

本文有效解决了目前标准方法土壤中有效态氮分析各项缺点和不足，特别是在测试大批量样品时，本方法可大大提高分析效率，降低成本，具有较强的实用性；是一种易于推广的新型分析方法。