土壤养分知多少--应用集成火焰光度计分析氮磷钾

在测定土壤抽提物和肥料中的营养物质时，大多数采用光度测定法。该方法操作简便，而且对高基体干扰不太敏感。经过一段时间的发展，研究人员已建立了流动注射分析法（FIA），在硝酸盐、磷酸盐和铵的常规分析中合并为一种易于操作的技术。该方法仅应用少量试剂，即可实现高通量的样品分析，结果重现性良好，且可通过应用不同大小的样品软管来选择不同的测量范围。

土壤养分的自动化分析

由德雷斯顿医药和实验室技术工程有限公司（MLE）制造的分析系统FIA模块，可按照用户的愿望建立一种优化的模式结构，并按照标准化的方法对溶解的养分进行自动化测定，其检测原理为光度分析法。在进行土壤中氮磷钾和肥料的分析时还要测定钾含量。MLE的模块原理中至今尚未集成所需要的火焰光度计，样品必须另外花费时间分别进行测定。将火焰光度计结合到流动注射系统中有多大的可能性？相关研究目前已纳入硕士论文的探讨范围。

图1.集成式四通道系统能够平行分析硝酸盐、铵盐、正磷酸盐和钾。

在构建由消光（经典光度法）和发射（火焰光度法）的平行测量的模块系统时，必须先准备好软件。在测量消光的FIA控制软件中，需保证外部火焰光度计的发射信号。同时必须对原来用于测定钾的火焰光度计加以改装，旨在采用流动注射法，并能够对同一样品按不同的参数进行平行测定。为了同时测定消光和发射信号，遂与Herbert-Steiner-Cosulting软件公司共同开发了新型FIA操作软件，并保留了此前所用软件的所有优点。这种新型控制软件包含便于用户自行编程的方法，使用者只需点击一下按钮就能选择相应的检测类型，从而平行测量消光和发射信号。在保留多通道信号测量原理的前提下，火焰光度计系作为最后一种模块附带地装配于测量仪器系列中。流动注射系统的组建的，即当进行火焰光度法测量时，样品也能达到样品软管之中。同经典光度法的FIA技术一样，样品环软管大小的改变决定了各自对应的测定范围。

火焰光度计集成于系统之中

专门开发的FIA火焰型扩增单元，既能提供所需的流动系统，还能做到电信号的测量和数据的转换。借助于内置的软管泵、配以6条泵软管以及一个8位阀，该系统便具有用于光度法测量模块的优点。在该FIA火焰型系统中，通过采用不同的样品环和在线稀释，可以通过不同的测量范围。采用的火焰光度计由BWB-Technologies公司提供，其优点是非常便于操作其信号快速稳定，且其他制造商的火焰光度计也能够集成到该系统。

借助于流动注射分析技术，实验人员能够平行地分析硝酸盐、铵盐、正磷酸盐和钾。测定可用于按照德国农业分析研究机构协会（VDLUFA）手册之方法所获得的抽提溶液。一次简单的测定耗时约2.5min，消耗样品溶液约8μl。为了制作测定范围的校准曲线，采用了混合标准，通过内置的软件Easy Prep结合稀释器便可自动绘出。样品稀释器能够在超出测定范围的情况下自动进行样品稀释。当个别样品未能测出所有参数时，则会通过软件在其盘式分配计划中加以标注。每次只有必要的通道进行工作，借此减少了试剂的消耗。

氮磷钾分析的应用范例

根据DIN EN ISO 13395测定硝酸盐

样品中所含硝酸盐通过镀铜的镉还原为亚硝酸盐。亚硝酸盐通过磺胺加以偶氮化并与N-（1-萘酚基）-乙二胺进行耦合。于此过程中生成一种偶氮染料混合物，可用光度法于546nm进行检测（测定范围：0.02~20mg/L NO3-N；每小时测量循环：36次以上）。

图2.协同比对样品实验的比较结果。

根据DIN EN ISO 11732测定铵盐

本测量原理是，当样品中所含的铵盐碱化时会产生氨气。氨气通过透气性的半透明进行扩散，使在膜的另一面上流动的pH指示剂改变颜色。这一消光值的变化可于590nm加以测量。该测量方法的优点在于不会出现有色样品的干扰（测定范围：0.02~50mg/L NH4-N；每小时测量循环：26次以上）。

根据DIN EN ISO 15681-1测定正磷酸盐

这项测定中是将所含的正磷酸盐在酸性介质中以钼酸盐转化为磷钼酸盐。通过加入氯化锌（II）和羟胺还原为钼蓝，由此所生成的颜色于700nm波长进行测量。此外还可能将钼蓝以抗坏血酸还原，或者按照钒酸盐法（VDLUFA之饲料研究10.6.1:1）予以测定（测定范围：0.02~20mg/L o-PO4-P；每小时测量循环：45次以上）。

钾的测定

此处钾的测定采用增设的火焰光度计进行。将样品溶液经由雾化器喷雾之丙烷-空气火焰中。此时钾原子的价电子受到激发，当价电子回归初始状态时便发射出具特征波长的光线，于波长755nm处通过干涉滤光片加以测量。此法系借鉴VDLUFA A 6.2.1.1而开发的，暂时还未标准化。该测定方法的优点在于，有色、酸性和碱性溶液不干扰测定（测定范围：1~1000mg/L K；每小时测量循环：49次以上）。

不同抽提物的比较测定

此种类型的比较测定可在不同的土壤抽提物中进行。在应用酸性抽提溶液进行铵盐和磷酸盐的测定时，须特别注意考察所用方法对于pH值波动的容忍程度。在这方面，该技术也同样有一定的优势。由于通过简单的调整流速和试剂的浓度，对于许多应用来说就是具有决定意义的解决之道。校准曲线都是通过各个标准按照与样品同样的方法抽提后进行绘制的。

图3.在CAT抽提液中钾的测定结果，以mg/kg土壤表示。

根据VDLUFA A 6.2.1.1测定正磷酸盐和钾

该实验所用的土壤样品，是由奥古斯图斯堡农业协会技术中心提供的协同比对用实验材料。此处的土壤样品源于2008年的5个联邦州的协同比对实验样品，以及2011年的LUERV-A（德国跨州式协同比对实验材料之废料样品）。根据上述固体样品，按照相应的VDLUFA方法，制备成钙-乙酸盐-乳酸盐抽提液，再采用医药和实验室技术工程有限公司所提供的方法进行测定，测定值的比较是采用协同比对实验规定的容忍极限值进行。

根据VDLUFA A 13.1.1测定正磷酸盐和钾

实验人员依照此法测定了由拜罗伊特大学所提供的土壤样品中的钾。抽提按照CAT方法（即采用的抽提液含1.1g CaCl2和0.79g DTPA/L）进行的，此外，还对照该大学的结果进行了测定值的比较。

小结

应用稳定、规范的火焰光度法分析土壤养分，已通过仪器和方法上简便地实现。将火焰光度计作为检测器结合到流动注射系统中，不仅能够测定钾，还能够测定其他元素。该仪器组合的最大优点在于其仪器装置十分紧凑，大大节省了试剂消耗和操作时间。方法操作简便，易于掌握。开放式的软件设计简单，用户能够轻松编写自己的方法。同时，该模块化结构允许系统按照其他模块或单元的分析要求予以升级。

关于氮磷钾分析

测定土壤样品中的养分含量，通常采用光度分析法，该方法需要许多抽提步骤，因此应用一种自动化的流动注射系统十分必要。通过引入火焰光度计作为检测器，还能够测定其他元素，如钠、钙、锂或钡。