ICP-AES法测定土壤中的有效硅-中国期刊网

ICP-AES法测定土壤中的有效硅

闫婷余蕾

新疆维吾尔自治区矿产实验研究所，新疆乌鲁木齐 830000

摘要：中酸性土壤中的有效硅使用柠檬酸浸提，石灰性土壤中有效硅使用pH4.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液浸提。过滤后浸提液直接使用电感耦合等离子体发射光谱法测定。方法检出限低，精密度好，比传统的硅钼蓝比色法流程短，操作简便。可广泛应用于生产实践中。

关键词：有效硅；电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）；高灵敏度

硅是植物体组成的重要营养元素，对作物的生长发育有积极作用，特别是在增强作物的抗逆性和抗病虫害能力方面有明显效果。硅可促进作物根系生长，增加根量，提高根系的氧化力和呼吸率，增强根系活力^[1-2]。此外硅还能改良盐碱地和酸性土壤，有改善农产品品质的作用。土壤有效硅是指土壤中可供当季作物吸收利用的硅素，包括土壤溶液中的单硅酸及各种易于转化为单硅酸的成分，是目前广泛应用的衡量土壤供硅能力的指标，所以测定土壤中有效硅含量可及时了解当前土壤硅素肥力的状况，对指导施肥、改良土壤、提高产量、保护环境具有重要意义^[3-5]。

林业部标准LY/T 1266-1999规定了土壤中有效硅的测定方法，土壤经醋酸-醋酸钠缓冲溶液或柠檬酸溶液浸提，过滤分取后采用硅钼蓝分光光度法测定其含量。此方法涉及的试剂繁多，显色过程繁琐，先要形成硅钼黄，用草酸等掩蔽剂去除磷干扰后，再用硫酸亚铁铵等还原剂还原成硅钼蓝^[6]。操作中要严格控制显色温度及两次显色时间，温度太高或太低都会对测定结果造成巨大影响。再者，硅钼蓝分光光度法所绘制的标准曲线的线性范围太窄，一般不超过10μg/mL，在实际测量样品时，含量有高有低，事前并不知道要分取多少溶液才能使得结果在线性范围内，这样我们往往需要再二次测定，浪费了许多时间的试剂。因此，我们采用电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES）测定有效硅的含量。

ICP-AES法分析样品具有操作简单，检出限低，线性范围宽，精密度良好，重现性好等优点^[7-8]，节约了时间和成本；并能对多元素和元素的多个分析线同时测定，快速优化仪器测试条件，消除基体和共存元素的干扰。样品浸提过滤后的溶液可使用ICP-AES法直接测定，中酸性和碱性土壤均可采用此方法测定。其结果更稳定，操作更便捷，适合大批量的土壤样品检测。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

分析天平（万分之一，赛多利斯科学仪器有限公司）

恒温箱（开元仪器公司）

ICAP-6300电感耦合等离子体发射光谱仪（美国热电公司），使用高盐雾化器。仪器工作参数见表1。

表1 ICP-AES工作参数

工作参数	技术参数
射频功率	1150W
雾化气流量	0.7L/min
辅助气流量	0.5L/min
观测方向和高度	垂直，12mm
蠕动泵泵速	40r/min
雾化器压力	0.19MPa
进样时间	30s
曝光时间	高波段10s，低波段20s
Si分析线	251.6

1.2 标准溶液和主要试剂

标准溶液（1000μg/mL）：称取105℃烘干的纯石英（SiO₂，光谱纯）0.5000g,放入铂坩埚中与8倍量的无水碳酸钠混匀，加盖后放入920℃高温马弗炉中熔融半小时取出。熔块用热水提取，并洗入500mL容量瓶中，定容后立即倒入塑料瓶中贮存，此为1000μg/mL SiO₂标准溶液。

浸提剂：中酸性土壤称取5.25g柠檬酸（0.025mol/L）溶于1L水中；石灰性土取49.2mL冰醋酸加14.0g醋酸钠，用水溶解后稀释至1L，再用1mol/L醋酸和1mol/L氢氧化钠调节pH为4.0。

实验用水为去离子水；冰醋酸、醋酸钠、柠檬酸等均为分析纯。

1.3 标准系列的绘制

按照表2的数据，用标准储备液逐级稀释，配制两套SiO₂标准系列，在一套标准溶液中加入适量的柠檬酸使其为0.5%柠檬酸介质。另一套标准溶液中加入适量的醋酸配制成5%醋酸介质。按选定的仪器工作参数和分析条件测定。

表2 标准溶液系列的配制

	ρ（μg/mL）
	0	1	2	3	4	5
SiO₂	0.00	1.00	10.00	50.00	100.00	500.00

1.4 实验方法

称取通过2mm筛的风干土样10.00g于塑料浸取瓶中，中酸性土壤准确加入100mL 柠檬酸浸提剂，塞好瓶塞，摇匀，放入预先调节至40ºC的恒温箱中保温平衡5h，每隔1h摇动一次；石灰性土壤准确加入100mL醋酸-醋酸钠浸提剂，塞好瓶塞，摇匀，放入预先调节至30ºC的恒温箱中保温平衡5h，每隔1h摇动一次。取出过滤后按照所选参数使用ICP-AES法测定标准系列及样品，同时做流程空白，用分析软件进行数据处理，得到分析结果。

1.5 结果计算

W_SiO2=c×V/m

W_Si= W_SiO2×0.4674

式中：W_SiO2—有效二氧化硅含量，mg/kg；

W_Si—有效硅含量，mg/kg；

c—从标准曲线上查得二氧化硅^-的浓度，µg/mL；

V—试液体积，20mL；

m—土壤样品质量，2.00g。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

通过查阅光谱谱线^[9]及本仪器自带谱线，选出Si的三条谱线，212.4nm、251.6nm和252.8nm。对这三条谱线进行空白基体实验，比较其灵敏度及光谱干扰情况，选择谱线干扰少，信噪比高，背景值低的谱线作为Si元素的分析谱线。实验结果表明，Si在分析线251.6nm处干扰最小，灵敏度最高，线性拟合最佳，故选择251.6nm谱线作为该方法的分析谱线。

2.2 水土比实验

由于使用的是电感耦合等离子发射光谱测定其有效硅的含量，只需几毫升溶液即可实现测定，在保持水土比（10:1）的前提下，将10g称样量缩小至5g和2g，其它按照上述方法测定其结果。实验结果见表5。

表3 水土比实验

		10g-100mL	5g-50mL	2g-20mL
	理论值（g/kg）	测量值（g/kg）
空白	0.00	0.006	0.005	0.005
AsA-1a	0.83	0.81	0.86	0.82
AsA-4a	0.52	0.53	0.50	0.52
AsA-5a	0.44	0.43	0.45	0.44
AsA-6a	0.37	0.38	0.37	0.39
AsA-7	0.63	0.61	0.65	0.66
AsA-2a	0.46	0.40	0.42	0.43
AsA-3a	0.38	0.35	0.36	0.36
AsA-8	0.34	0.31	0.35	0.36
AsA-9	0.31	0.28	0.32	0.32
AsA-10	0.35	0.31	0.34	0.35

实验结果表明，在保持水土比一致的情况下（10:1），改变称样量对浸提结果没有明显影响。在实际检测样品时，只需称取2g样品，加入20mL浸提剂，即可得到满意结果。这样可减少浸取液的用量，节约成本。

2.3 精密度和准确度实验

在称取2.00g试样，加入20mL浸提剂条件下，对AsA-1a、AsA-4a、AsA-5a、AsA-6a和AsA-7酸性土壤及AsA-2a、AsA-3a、AsA-8、AsA-9、AsA-10碱性土壤中有效硅进行12次测定，得到的方法精密度如表4所示。由精密度的结果可知，使用ICP-AES法对土壤中有效硅的测定完全可行。

表4-1 中酸性土壤中有效硅方法准确度和精密度实验

中酸性土壤中有效硅（g/kg）
		AsA-1a	AsA-4a	AsA-5a	AsA-6a	AsA-7
测定结果	1	0.81	0.50	0.41	0.35	0.65
	2	0.80	0.54	0.42	0.38	0.62
	3	0.79	0.49	0.42	0.37	0.63
	4	0.82	0.52	0.45	0.36	0.64
	5	0.82	0.53	0.43	0.35	0.62
	6	0.83	0.52	0.44	0.36	0.63
	7	0.83	0.50	0.44	0.36	0.64
	8	0.84	0.51	0.43	0.37	0.65
	9	0.80	0.53	0.41	0.37	0.62
	10	0.81	0.49	0.42	0.38	0.63
	11	0.80	0.52	0.42	0.36	0.64
	12	0.81	0.50	0.41	0.37	0.64
平均值		0.81	0.51	0.43	0.37	0.63
标准值		0.83	0.52	0.44	0.37	0.63
标准偏差S		0.01	0.02	0.01	0.01	0.01
相对标准偏差(RSD)/%		1.84	3.24	3.09	2.74	1.71
相对误差RE/%		2.01	1.44	3.41	1.35	0.66

表4-2 碱性土壤中有效硅方法准确度和精密度实验

碱性土壤中有效硅（g/kg）
		AsA-2a	AsA-3a	AsA-8	AsA-9	AsA-10
测定结果	1	0.44	0.36	0.34	0.32	0.33
	2	0.43	0.37	0.32	0.32	0.32
	3	0.45	0.35	0.35	0.33	0.35
	4	0.44	0.35	0.32	0.30	0.36
	5	0.45	0.36	0.34	0.31	0.34
	6	0.44	0.36	0.35	0.30	0.34
	7	0.46	0.38	0.34	0.31	0.33
	8	0.43	0.37	0.33	0.31	0.36
	9	0.47	0.38	0.33	0.32	0.35
	10	0.46	0.37	0.32	0.32	0.35
	11	0.43	0.37	0.31	0.33	0.36
	12	0.46	0.38	0.34	0.32	0.34
平均值		0.45	0.37	0.33	0.32	0.34
标准值		0.46	0.38	0.34	0.31	0.35
标准偏差S		0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
相对标准偏差(RSD)/%		3.07	2.93	3.87	3.15	3.81
相对误差RE/%		2.90	3.51	2.21	1.88	1.67

2.4 方法检出限

在优化后的实验条件下，分别取柠檬酸浸提剂和醋酸-醋酸钠浸提剂的空白溶液进行11平行测定，得出以柠檬酸为浸提剂时有效硅检出限（3s）为0.012g/kg，以醋酸-醋酸钠为浸提剂时有效硅的检出限（3s）为0.010g/kg。

3 结语

采用了电感耦合等离子体发射光谱法测定有效硅，此方法简便、快捷、灵敏度高，结果稳定可靠，完全满足土壤样品中有效硅的分析要求。选用了10个国家标准土壤样品对此方法的精密度、准确度和检出限做了讨论。在保持水土比为10:1的情况下，减少称样量对测定结果几乎没有影响。

4 参考文献

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