土壤有效硼测定研究进展

分类：论文范文 发表时间：2020-04-26 09:59

　　摘要：介绍了土壤有效硼测定的国内外标准方法及各标准方法的优缺点，回顾了甲亚胺-H比色法测定土壤有效硼的方法改进，简述了电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)在土壤有效硼测定中的应用研究。分析表明有效硼测定前处理采用沸水浴提取，分析检测采用ICP-AES或者ICP-MS，适用于批量样品检测且方法的检测下限低、干扰因素少、重复性好。。

　　关键词：有效硼;比色法;ICP-AES;ICP-MS;综述

　　土壤有效硼是指植物可从土壤中吸收利用的硼，它对植物体内的物质运输、生物膜透性、花粉萌发、受精作用及木质素的形成和输导组织的分化均起到重要作用，并能抑制有毒酚类化合物的形成，直接影响植物的生长发育。。植物对有效硼的适量范围在0.5~1.0mg/kg，低于此范围是缺乏，高于此范围会出现中毒[1]。土壤有效硼的检测准确度是农用地质量调查中制定施硼数量的重要依据。笔者对土壤有效硼测定的国内外标准方法、研究进展进行了总结，以期为相关分析研究工作者提供参考。

　　1土壤有效硼测定标准方法

　　1.1煮沸浸提-甲亚胺-H比色法

　　目前国内测定土壤有效硼的标准方法有NY/T1121.8-2006[2]、LY/T1258-1999[3]。这两个标准均是采用煮沸浸提-甲亚胺-H比色。具体试验条件和操作步骤如下：称取10g过10目筛的风干土壤样品至石英或无硼玻璃三角瓶，加入20mL0.1%的MgSO4浸提剂，装好回流冷凝器，文火煮沸后微沸5min(从沸腾时准确计时)。趁热采用中速滤纸过滤至塑料瓶或无硼玻璃器皿，滤干后，吸取4mL滤液于至石英玻璃管，加入0.5mL酸性KMnO4脱色，脱色完全后再加入0.5mL100g/L抗坏血酸溶液，待紫红色消褪且褐色的二氧化锰沉淀完全溶解后，加入5mL的混合显色剂，混匀，在放置1h后，在415nm处比色。

　　采用甲亚胺-H比色注意事项：在整个试验操作过程中需要使用无硼玻璃，浸提时间需要准确计时;加显色剂必须尽量准确，因为试剂本身颜色较深，影响吸光值;为避免甲亚胺试剂为光所分解，加显色剂后，宜放在暗处保存;显色时需要严格控制显色温度(23℃)、显示时间，否则很难保证试验结果的重复性和再现性。

　　使用煮沸浸提-甲亚胺-H比色是测定土壤有效硼的经典方法，但是在实际的检测分析过程中仍存在以下问题或不足：(1)不便于实现样品批量处理;(2)实际分析过程中样品的重复性和再现性较差;(3)试验过程需要使用昂贵的石英器皿;(4)试验操作步骤繁琐。

　　1.2煮沸浸提-姜黄素比色法

　　煮沸浸提-姜黄素比色法是测定土壤有效硼的经典方法之一，目前现行的标准方法为NY/T149—1990[4]。姜黄素比色测定有效硼的提取与甲亚胺-H比色法的提取过程一致。吸取1mL滤液置于50mL石英(或瓷)蒸发皿内，加入4mL姜黄素-草酸溶液，置于55±3℃的恒温水浴上蒸发至干(皿底部全部接触水面)，自呈现玫瑰红色时开始计时，继续烘焙15min，取下冷却至室温，加入20mL95%乙醇，用塑料玻棒搅动至残渣完全溶解。用中速滤纸过滤至具塞容器内(此溶液放置时间不要超过3h)，以95%的乙醇溶液调零，550nm波长比色。

　　采用姜黄素比色注意事项：(1)配置试剂必须使用石英蒸馏器重蒸馏过的水或无硼去离子水。(2)所使用的玻璃器皿不应与试剂、试样溶液长时间接触，应尽量储存在塑料器皿中。(3)水提取液中若硝酸盐超过20μg/L，需加氢氧化钙蒸发至干，并灼烧来破坏硝酸盐，再用0.1mol/L盐酸溶解残渣后过滤。(4)必须严格控制显色条件，蒸发的温度、速度和空气流速等必须保持一致，否则再现性不良;所用的蒸发皿要经过严格挑选，以保证其形状、大小和厚度尽可能一致;恒温水浴应尽可能采用水层较深的水浴，并且完全敞开，将蒸发皿直接漂在水面上;水浴的水面应尽可能高，使蒸发皿不致被水浴的四壁挡住而影响空气的流动，以保证蒸发速度一致。(5)显色测定过程中，不宜中途停止，如因故必须暂停工作，应在加入姜黄素试剂以前，不要在加入姜黄素试剂以后，否则结果会不准确;蒸发显色后不应将蒸发皿长时间暴露在空气中，应将蒸发皿从水浴中取出擦干，随即放入干燥器中，待比色时再取出，以免玫瑰花青苷因吸收空气中的水分而发生水解，影响测定结果。(6)酒精溶解后应尽可能迅速比色，避免因酒精挥发使溶液的吸收值发生变化。

　　姜黄素比色法的灵敏度虽然较甲亚胺-H比色高，但是操作繁琐，影响测定结果的因素比较多，分析结果的重复性和再现性均较差。

　　1.3ICP-MS法

　　目前国际上测定土壤硼相关的标准有ISO/TS16965：2013[5]，该标准主要适用于使用ICP-MS测定王水、硝酸及其他浸提剂提取的土壤中的微量元素。该标准方法虽不是专门针对土壤有效硼的测定，也没有规定土壤有效硼提取的前处理过程，但是可以参考ICP-MS测定硼的有关参数和条件，在煮沸浸提后，测定浸提剂中硼的含量。

　　2土壤有效硼测定研究进展

　　2.1煮沸浸提-甲亚胺-H比色法的改进

　　虽然甲亚胺-H比色与姜黄素比色相比，操作过程已有所简化，但是在样品处理及比色法测定的具体试验过程中，仍存在着诸多影响因素，致使测定结果的误差较大，不适于低硼含量样品的测定，很难满足测土配方项目的要求，胡爱民等[6]为解决上述问题，参照农业行业标准NY/T1121.8—2006，对样品前处理及比色的条件进行了优化，最终确定微沸状态下回流提取4min以上，在温度25℃、避光的条件下显色110min，硼与甲亚胺-H反应达到平衡后进行比色，并在所确定实验条件下，对安徽省几种主要土壤进行的重复性试验和加标回收试验结果显示，该方法重复性好，回收率高，适合安徽土壤有效硼的测定。

　　由于普通玻璃器皿中可能含有微量硼，为减少容器带来的干扰，在有效硼的浸提过程中使用的三角瓶、回流装置等都需要使用石英玻璃或者是无硼玻璃。石英器皿价格昂贵，同时石英器皿质硬而脆，极易破

　　损[7]。为解决上述问题，许多研究人员对甲亚胺-H比色的前处理过程进行了改进[8-10]。何汉勇等[8]采用聚乙烯密封袋代替昂贵的石英三角瓶冷凝回流装置、以水浴法提取土壤中的有效硼，结果表明水浴法(沸水浴中保温15min)与煮沸回流法相比，可以避免样品处理过程中的硼污染、条件更易于控制，同时成本低、效率高，可大批量样品同时分析。陈淑萍等[9]也采用聚乙烯自封袋代替石英玻璃，称量土壤至自封袋，在沸水浴中加热14min，取出冷却10min后过滤。该方法极大地降低了成本，避免了使用含硼玻璃仪器造成的污染，提高了效率，但是在比色过程发现环境温度对结果的影响较明显，因此每批样品显色测定要规范统一的温度，另外要尽可能保持显色和测定过程温度的恒定。

　　郑国宏等[10]为改进煮沸浸提土壤有效硼存在的效率低、误差大等不足，考察了沸水浴提取、微波提取时间对土壤有效硼测定的影响。其研究结果表明可以采用沸水浴提取和微波提取代替传统的煮沸浸提，用塑料杯沸水浴法的最佳提取时间为50min，采用微波法提取的时间为90s。

　　2.2ICP-AES在土壤有效硼测定的应用

　　不同元素的原子在激发或电离后回到基态时，发射不同波长的特征光谱，元素含量不同，发射特征光强弱也不同。电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)利用该原理可以对硼元素进行分析。刘朝霞等[11]煮沸浸提黄绵土有效硼后，采用ICP-AES对有效硼含量进行了测定，并同时与姜黄素比色法进行了对比，结果表明，2种测定方法之间的相关系数达0.99以上，说明ICP-AES完全可以代替姜黄素比色法测定黄绵土中的有效硼。李坤等[12]也采用煮沸浸提-ICP-AES测定土壤有效硼，分析谱线选择B208.9nm，方法检出限可达0.006μg/mL，加标回收率在95.0%~104.0%之间，相对标准偏差小于2.0%，同时钾、钠、钙、镁、锌、铜和铝等对硼的测定无干扰。潘淑春[13]对煮沸浸提的森林土壤中有效硼含量分别采用甲亚胺-H比色和ICP-AES进行了分析，结果表明过滤方式和滤液放置时间对比色法影响较大，但对ICP-AES法基本无影响，采用ICP-AES直接上机分析浸提液中硼含量，检出限为0.0051μg/mL，优于甲亚胺-H分光光度法。

　　上述研究工作都是基于经典比色法的样品前处理(煮沸浸提)，采用ICP-AES来分析检测浸提液中的硼含量。由于煮沸浸提需要使用石英器皿，同时存在操作过程不易控制、不适宜批量样品处理等不足，大量研究人员[14-17]除了在分析检测手段上进行改进外，同时也对前处理过程进行了改进。薛珺等[14]采用聚乙烯瓶沸水浴浸提土壤中有效硼，采用ICP-AES测定赣南脐橙园土壤样品中有效硼，水浴时间15min，分析波长B247.7nm，方法的检出限为0.3μg/L。马玲等[15]采用聚四氟乙烯烧杯沸水浴提取土壤中有效硼，水浴15min后，过滤，滤液上ICP-AES测定，分析谱线选择249.773nm，方法的检出限为0.01μg/g，当浸提剂中铁的浓度大于硼的100倍时，需要校正铁的干扰影响。目前该方法已所应用于浙江地调院土样有效硼测定的实际生产工作中。

　　程素敏等[16]采用聚四氟乙烯烧杯加盖直接煮沸6min提取有效硼，使用ICP-AES，选用B208.9nm作为分析谱线，测定提取液中的有效硼含量，结果表明，ICP-AES测定土壤中有效硼相比常规的比色法简单、快速，可以避免样品处理过程中的污染问题，结果也比较准确。陶晓秋等[17]采用普通的聚乙烯瓶代替昂贵的石英三角瓶和石英回流器，在沸水中保温10min提取烟田土壤中的有效硼，使用ICP-AES法代替姜黄素比色法测定，选用B249.773nm作为分析谱线，考察了铜、锌、铁、锰、铝对分析谱线的干扰，其中锌和锰没有干扰，当提取液中铁、铝、铜的含量分别超过硼含量的100、300和200倍时对分析谱线有干扰，其认为土壤中有效硼是以热水浸提，提取液中基体元素含量较低，故这些元素对硼的测定没有干扰，这与TurnerBL等[18]的观点一致。

　　2.3ICP-MS在土壤有效硼测定中的应用

　　电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)与ICP-AES相比，具有更低检出限，更高的灵敏度。王艳泽等[19]采用煮沸浸提法，提取土壤中的有效硼，微沸时间10min。冷却后将浸提液和土壤一起转移至50mL聚乙烯管，定容，静置，取上层清液上ICP-MS分析。该方法检出限为0.009ng/g，相对标准偏差为2.66%，回收率为93.0%~102.0%。杨红霞等[20]以玻璃器皿直接煮沸5min与塑料杯沸水浴加热65min两种方法浸提土壤中的有效硼，采用ICP-MS测定，结果表明塑料杯水浴法具有空白低、成本低、条件易控制、适用于批量分析等优点，同时还可避免样品处理过程中的硼污染，但测定结果略低于煮沸法。陈秋生等[21]采用聚四氟乙烯罐直接加热，微沸10min提取土壤有效硼，离心后，清液直接上ICP-MS进行分析，方法检出限为2.5ng/g，相对标准偏差为2.53%，平均回收率为98.2%。林光西[22]采用聚四氟乙烯烧杯，在沸水浴中提取5min后，过滤，滤液直接上ICP-MS分析，该方法检出限可达0.016μg/g。王元忠等[23]采用聚四氟乙烯烧杯，在沸水浴中提取15min，过滤，滤液直接上ICP-MS分析。该方法的检出限为0.009μg/g，相对标准偏差为2.66%，回收率为93.3%~101.3%。

　　3小结

　　综上所述，土壤有效硼的测定从前处理过程来看，可以分为两大类，一类是采用石英器皿或聚四氟乙烯坩埚等直接煮沸，一类是采用沸水浴提取。直接煮沸法是标准方法中采用的处理过程，但是由于直接煮沸法成本高昂、处理过程不易控制，不适宜批量样品处理，因此建议采用沸水浴提取法，但是不同的研究人员对沸水浴的具体时间提出不同的观点，总体来看，大部分研究人员采用的是15min。从分析检测手段来看，有效硼的测定可以分为比色法、ICP-AES和ICP-MS法。比色法包括甲亚胺-H比色和姜黄素比色。比色法是测定土壤有效硼含量的经典方法，但是操作步骤繁琐，同时显色温度和时间对测定结果有影响，建议沸水浴浸提后，采用ICP-AES和ICP-MS直接上机分析，操作简单，检测下限低，受干扰因素少。

　　参考文献：

　　[1]刘朝霞，张兴昌，习莉.黄土区环境土壤中有效硼测定方法探讨[J].农业环境保护，1996，15(6)：268-269.

　　[2]NY/T1121.8—2006，土壤有效硼的测定[S].

　　[3]LY/T1258—1999，森林土壤有效硼的测定[S].

　　[4]NY/T149—1990，土壤有效硼测定方法[S].

　　[5]ISO/TS16965：2013，Soilquality-Determinationoftraceelementsusinginductivelycoupledplasmamassspectrometry(ICP-MS)[S].

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