CN107505274A - 一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土壤养分形态分析测定技术领域，公开了一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法及系统，试剂配制包括百里酚、硫酸、氢氧化钠、硫酸钠和硝态氮标准溶液等的配制；待测液的制备包括称样、加试剂、振荡、过滤；标准曲线绘制，包括吸取标准系列、加试剂、波长选择、测定吸光度；样品测定，包括吸取待测液、加入试剂、定容摇匀、测定吸光度；结果计算,包括回归方程和土壤硝态氮含量的计算。本发明方法不需要昂贵的仪器，试剂便宜且容易购买，成本低廉；不需要水浴加热蒸干，操作简便而快速；无需校正,结果精确。本发明克服当前测定方面的不足，为土壤硝态氮含量的测定提供了一种简单、快速、精确、廉价的测定方法。

Description

一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法系统
技术领域
本发明属于土壤养分形态分析测定技术领域，尤其涉及一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法及系统。
背景技术
土壤硝态氮含量不仅是土壤氮素转化的重要形态，也是土壤氮素水平的衡量指标，常常作为土壤氮素的调控依据。当前测定土壤硝态氮含量的标准方法是酚二磺酸分光光度法，此外有紫外分光光度法，离子色谱法、硝酸试粉分光光度法等。
综上所述，现有技术存在的问题是：
当前测定土壤硝态氮含量的标准方法中，酚二磺酸法需要水浴蒸干，其操作复杂，不容易控制，结果重复性不理想，同时显色剂酚二磺酸一般没有成品，需要临时制备，容易变质，给实际应用带来很大麻烦。本发明直接吸取待测液测定，不需要水浴蒸干，所用试剂百里酚容易购买，且保存中不容易变质。
单波长紫外分光光度法需要将硝态氮还原，不仅操作繁琐，也不容易控制还原效率。本发明运用硝酸跟离子直接与试剂作用，不需要将硝态氮还原，操作简单，且不存在转化效率的问题。
双波长紫外分光光度法需要用酚二磺酸法确定校正系数，不同土壤校正系数不同。本发明方法运用标准曲线法定量，无需用酚二磺酸法校正，使用范围广，不受土壤类型限制。
离子色谱法不仅需要昂贵的设备，而且对试剂要求严格，需要滤膜过滤。本发明方法只用可见分光光度计，仪器设备廉价，操作简单，只要常规试剂和一般定量滤纸过滤即可。
硝酸试粉法的试粉配制比较麻烦，且不容易保存，同时重现性不高，显色后测定前还要过滤。本发明方法中都是使用溶液，能够定量控制，显色后直接测定，重现性好。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法。
本发明是这样实现的，一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，所述可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法利用百里酚和硝态氮与浓硫酸反应生成硝基化合物，在碱性条件下发生分子重排而形成黄色化合物，其颜色深浅与硝态氮含量成正比的关系，在一定范围符合朗伯-比尔定律，利用标准曲线法定量。
进一步，所述可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法具体包括以下步骤：
试剂配制：进行百里酚溶液配制、硫酸配制、氢氧化钠溶液的配制、硫酸钠溶液配制和硝态氮标准溶液配制；
待测液制备：进行称样、加试剂、震荡、过滤；
标准曲线绘制：进行吸取标准系列、加入试剂、波长选择、测定吸光度；
样品测定：进行吸取待测液、加入试剂、定容摇匀、测定吸光度；
结果计算：进行标准曲线回归方程计算、土壤硝态氮含量计算。
进一步，所述试剂配制，具体包括：
百里酚溶液配制：称取0.2g百里酚于100mL试剂瓶中，加入50mL无水乙醇摇匀溶解；
硫酸配制：密度1.84g mL-1的分析纯浓硫酸的配制；
氢氧化钠溶液的配制：称取400g分析纯氢氧化钠，于塑料烧杯中，加800mL去离子水溶解后，放冷转移于1L容量瓶中定容，贮于聚乙烯塑料瓶中；
硫酸钠溶液配制：称取71.20g无水硫酸钠于烧杯中，加水搅拌溶解后，转移于1L容量瓶中定容；
硝态氮标准溶液配制：称取1.4440g硝酸钾溶解后定容至200mL，制得含硝态氮1mgmL-1的标准贮备液；吸取标准贮备液1mL于100mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，制得含硝态氮10μg mL-1的标准使用液。
进一步，所述待测液制备具体包括以下步骤：
(1)称样：称取过1mm筛的风干土10g于100mL三角瓶中；
(2)加试剂：将步骤(1)的三角瓶中加入50mL硫酸钠溶液；
(3)振荡：将步骤(2)中的三角瓶放在振荡机上在180rpm下振荡30分钟；
(4)过滤：将步骤(3)三角瓶取下，澄清约15分钟后干过滤于干净的三角瓶中。
进一步，所述标准曲线绘制，具体包括：
(一)吸取标准系列：取6根25mL比色管，分别加入试剂5中硝态氮标准使用液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL，分别用去离子水补充至1.0mL；
(二)加试剂：向步骤(一)中的比色管加入0.5mL试剂1，摇匀后加入2mL试剂2，摇匀放置5分钟后加入7.5mL去离子水，摇匀后加入10mL氢氧化钠，摇匀放冷后用去离子水定容至刻度摇匀；
(三)波长选择：打开可见分光光度计，调节波长至406nm；
(四)测定吸光度：用2cm玻璃比色皿，用去离子水调零，依次测定步骤(二)中各比色管中溶液的吸光度。
进一步，所述样品测定具体包括以下步骤：
(a)吸取待测液：吸取的待测液0.2～1.0mL于25mL比色管中，不足1.0mL的用硫酸钠溶液补充至1.0mL；
(b)加试剂：向步骤(a)的比色管中管加入0.5mL百里酚溶液，摇匀后加入2mL硫酸，摇匀放置5分钟后加入7.5mL去离子水，摇匀后加入10mL氢氧化钠溶液，摇匀放冷后用去离子水定容至刻度摇匀；
(c)测定吸光度：在406nm处，用2cm玻璃比色皿，用去离子水调零，测定步骤(b)中比色管中溶液的吸光度。
进一步，所述结果计算，具体包括：
标准回归方程的计算：标准曲线系列浓度分别为0、0.08、0.16、0.24、0.32、1.0μgmL-1，根据测定的吸光度，以浓度为纵坐标y，以吸光度为横坐标x，在Excel里做散点图，然后添加趋势线，选择公式和相关系数平方，得到回归方程y＝ax+b；
土壤硝态氮含量的计算：
其中，y表示由步骤S4测得的样品吸光度通过所述回归方程得到的样品显色液中硝态氮的浓度，W为所称土壤样品的质量，V为所加浸提剂硫酸钠溶液的体积，Vs是样品测定时所吸取的滤液的体积。
本发明另一目的在于提供一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量系统。
本发明的优点及积极效果为：
(1)本发明用可见分光光度计测定，仪器价格仅一千元左右，设备便宜而操作简单，而紫外分光光度计一般两万元左右，离子色谱仪器价格在十万以上。(2)本发明方法直接吸样加试剂反应，反应后直接上仪器测定，耗时短而操作简单，而酚二磺酸法需要将样品溶液水浴蒸干，反应后还要转移定容后才能测定，耗时长而操作复杂。(3)本法用标准曲线直接定量，结果精确，误差小，适用于多种土壤类型，而紫外分光光度法需要事先将硝态氮还原或者需要用酚二磺酸法校正，不仅操作复杂，存在还原不完全以及不同土壤校正系数不同的问题。(4)本发明方法所需试剂容易购买，保存方便，酚二磺酸法的显色剂需要临时制备，不容易保存，离子色谱法对试剂要求高，待测液需要用滤膜过滤。(5)总之本法可以节约80％的时间，90％的成本，变异系数小于3％，回收率大于95％,摩尔吸光系数ε＝6.82×104L mol-1cm-1。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的将所测定的吸光度归零后，绘制的标准曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了克服当前土壤硝态氮含量测定方法的不足，本发明提供一种利用可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，原理是百里酚和硝态氮与浓硫酸反应形成硝基化合物，在碱性条件下呈黄色，其颜色深浅与硝态氮含量成正比，利用标准曲线定量。本发明试剂便宜且容易获得，不需要昂贵的仪器，不需要水浴蒸干等繁琐过程，操作简单，快速，成本低廉，为土壤氮素形态分析和土壤硝态氮含量的测定提供了方便。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明实施例提供的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，利用百里酚和硝态氮与浓硫酸反应形成硝基化合物，在碱性条件下的黄颜色深浅与硝态氮含量成正比的关系，并利用标准曲线进行定量，来测定土壤硝态氮含量。
如图1所示，本发明实施例提供的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法具体包括以下步骤：
S101：试剂配制：进行百里酚溶液配制、硫酸配制、氢氧化钠溶液的配制、硫酸钠溶液配制和硝态氮标准溶液配制；
S102：待测液制备：进行称样、加试剂、震荡、过滤；
S103：标准曲线绘制：进行吸取标准系列、加入试剂、波长选择、测定吸光度；
S104：样品测定：进行吸取待测液、加入试剂、定容摇匀、测定吸光度；
S105：结果计算：进行标准曲线回归方程计算、土壤硝态氮含量计算。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
1、本发明实施例提供的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法原理：
土壤硝态氮用硫酸钠溶液浸提到溶液中来，溶液中的硝酸根离子与百里酚和浓硫酸反应，生成硝基化合物，生成的硝基化合物在碱性条件呈黄色，在可见光406nm波长处有最大吸收，颜色的深浅与溶液中硝酸根含量呈正比，通过标准曲线可以定量测定土壤硝态氮的含量。
2、试剂配制：
试剂1：百里酚溶液的配制，百里酚又叫百里香酚，麝香草酚，分子式C10H14O，称取0.2g百里酚于100mL试剂瓶中，加入50mL无水乙醇摇匀溶解；
试剂2：硫酸配制，分析纯浓硫酸，密度1.84g mL-1；
试剂3：氢氧化钠溶液的配制，称取400g分析纯氢氧化钠于塑料烧杯中，加约800mL去离子水溶解，放冷后转移于1L容量瓶中定容，立即贮于聚乙烯塑料瓶中；
试剂4：硫酸钠溶液的配制，称取71.20g无水硫酸钠与烧杯中，加水搅拌溶解后，转移于1L容量瓶中定容；
试剂5：硝态氮标准溶液配制，称取1.4440g硝酸钾溶解后定容至200mL，此为含硝态氮1mg mL-1的标准贮备液。吸取此溶液1mL于100mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，此为含硝态氮10μg mL-1的标准使用液。
3、待测液制备：
3.1称样：称取过1mm筛的风干土10.00g于100mL三角瓶中；
3.2加试剂：将步骤(1)的三角瓶中加入50mL试剂4；
3.3振荡：将步骤(2)中的三角瓶放在振荡机上在180rpm下振荡30分钟；
3.4过滤：将步骤(3)三角瓶取下，澄清约15分钟后干过滤于干净的三角瓶中；
4、标准曲线：
4.1吸取标准系列：取6根25mL比色管，分别加入试剂5中硝态氮标准使用液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL，分别用去离子水补充至1.0mL；
4.2加试剂：向步骤(1)中的比色管加入0.5mL试剂1，摇匀后加入2mL试剂2，摇匀放置5分钟后加入7.5mL去离子水，摇匀后加入10mL试剂3，摇匀放冷后用去离子水定容至刻度摇匀；
4.3波长选择：打开可见分光光度计，调节波长至406nm；
4.4测定吸光度：用2cm玻璃比色皿，用去离子水调零，依次测定步骤(2)中各比色管中溶液的吸光度。
5、样品测定
5.1吸取待测液：根据样品含量情况吸取步骤3的待测液0.2～1.0mL于25mL比色管中，不足1.0mL的用试剂4补充至1.0mL；
5.2加试剂：向步骤(1)的比色管中管加入0.5mL试剂1，摇匀后加入2mL试剂2，摇匀放置5分钟后加入7.5mL去离子水，摇匀后加入10mL试剂3，摇匀放冷后用去离子水定容至刻度摇匀；
5.3测定吸光度：在406nm处，用2cm玻璃比色皿，用去离子水调零，测定步骤(2)中比色管中溶液的吸光度。
6、结果计算：
6.1标准回归方程的计算：标准曲线系列浓度分别为0、0.08、0.16、0.24、0.32、1.0μg mL-1，根据测定的吸光度，以浓度为纵坐标y，以吸光度为横坐标x，在Excel里做散点图，然后添加趋势线，选择公式和相关系数平方，就可以得到回归方程y＝ax+b；
6.2土壤硝态氮含量的计算：
其中，y表示由吸光度步骤S4测得的样品吸光度通过S5(1)中的回归方程得到的样品显色液中硝态氮的浓度，W为所称土壤样品的质量，V为所加浸提剂硫酸钠溶液的体积，Vs是样品测定时所吸取的滤液的体积。
本发明用可见分光光度计测定，仪器设备便宜而操作简单，克服离子色谱法仪器昂贵而操作复杂，紫外分光光度法需要将硝态氮还原或要用酚二磺酸法确定校正系数，酚二磺酸法需要临时制备酚二磺酸和水浴蒸干等繁琐操作，因为本法具有简单，快速、精确、廉价等明显优点。
实施例1：
标准曲线测定
将所测定的吸光度归零后，绘制标准曲线如图2。
由此可见，相关系数高，硝态氮含量与吸光度线性关系好。由回归方程y＝0.5237x+0.0001可以得出摩尔吸光系数ε＝6.82×104L mol-1cm-1，表明灵敏度较高。
实施例2：
重现性研究
取3个土壤样，编号A、B、C每个土样做3次重复，进行重现性实验，结果如下表
由此可见，变系数小于3％，说明方法重现性好。
实施例3：
回收率测定
取某土样，称5次重复，制备5份待测液，每份待测液吸取两份，一份直接测定待测液硝态氮含量，另一份加标准硝态氮5μg后再测定，结果如下表：
由此可见，回收率在96％～105％之间，平均回收率达到99.81％，说明方法回收率高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，其特征在于，所述可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法利用百里酚和硝态氮与浓硫酸反应形成硝基化合物，在碱性条件下的颜色深浅与硝态氮含量成正比的关系，并利用标准曲线进行定量，来测定土壤硝态氮含量。
2.如权利要求1所述的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，其特征在于，所述可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法具体包括以下步骤：
试剂配制：进行百里酚溶液配制、硫酸配制、氢氧化钠溶液的配制、硫酸钠溶液配制和硝态氮标准溶液配制；
待测液制备：进行称样、加试剂、震荡、过滤；
标准曲线绘制：进行吸取标准系列、加入试剂、波长选择、测定吸光度；
样品测定：进行吸取待测液、加入试剂、定容摇匀、测定吸光度；
结果计算：进行标准曲线回归方程计算、土壤硝态氮含量计算。
3.如权利要求2所述的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，其特征在于，所述试剂配制，具体包括：
百里酚溶液配制：称取0.2g百里酚于100mL试剂瓶中，加入50mL无水乙醇摇匀溶解；
硫酸配制：密度1.84g mL-1的分析纯浓硫酸的配制；
氢氧化钠溶液的配制：称取400g分析纯氢氧化钠，于塑料烧杯中，加800mL去离子水溶解后，放冷转移于1L容量瓶中定容，贮于聚乙烯塑料瓶中；
硫酸钠溶液配制：称取71.20g无水硫酸钠于烧杯中，加水搅拌溶解后，转移于1L容量瓶中定容；
硝态氮标准溶液配制：称取1.4440g硝酸钾溶解后定容至200mL，制得含硝态氮1mg mL-1的标准贮备液；吸取标准贮备液1mL于100mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，制得含硝态氮10μg mL-1的标准使用液。
4.如权利要求2～3任意一项所述的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，其特征在于，所述待测液制备具体包括以下步骤：
(1)称样：称取过1mm筛的风干土10g于100mL三角瓶中；
(2)加试剂：将步骤(1)的三角瓶中加入50mL硫酸钠溶液；
(3)振荡：将步骤(2)中的三角瓶放在振荡机上在180rpm下振荡30分钟；
(4)过滤：将步骤(3)三角瓶取下，澄清约15分钟后干过滤于干净的三角瓶中。
5.如权利要求2～4任意一项所述的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，其特征在于，所述标准曲线绘制，具体包括：
(一)吸取标准系列：取6根25mL比色管，分别加入试剂5中硝态氮标准使用液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL，分别用去离子水补充至1.0mL；
(二)加试剂：向步骤(一)中的比色管加入0.5mL试剂1，摇匀后加入2mL试剂2，摇匀放置5分钟后加入7.5mL去离子水，摇匀后加入10mL氢氧化钠，摇匀放冷后用去离子水定容至刻度摇匀；
(三)波长选择：打开可见分光光度计，调节波长至406nm；
(四)测定吸光度：用2cm玻璃比色皿，用去离子水调零，依次测定步骤(二)中各比色管中溶液的吸光度。
6.如权利要求2～5任意一项所述的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，其特征在于，所述样品测定具体包括以下步骤：
(a)吸取待测液：吸取的待测液0.2～1.0mL于25mL比色管中，不足1.0mL的用硫酸钠溶液补充至1.0mL；
(b)加试剂：向步骤(a)的比色管中管加入0.5mL百里酚溶液，摇匀后加入2mL硫酸，摇匀放置5分钟后加入7.5mL去离子水，摇匀后加入10mL氢氧化钠溶液，摇匀放冷后用去离子水定容至刻度摇匀；
(c)测定吸光度：在406nm处，用2cm玻璃比色皿，用去离子水调零，测定步骤(b)中比色管中溶液的吸光度。
7.如权利要求2所述的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法，其特征在于，所述结果计算，具体包括：
标准回归方程的计算：标准曲线系列浓度分别为0、0.08、0.16、0.24、0.32、1.0μg mL-1，根据测定的吸光度，以浓度为纵坐标y，以吸光度为横坐标x，在Excel里做散点图，然后添加趋势线，选择公式和相关系数平方，得到回归方程y＝ax+b；
土壤硝态氮含量的计算：
其中，y表示由步骤S4测得的样品吸光度通过所述回归方程得到的样品显色液中硝态氮的浓度，W为所称土壤样品的质量，V为所加浸提剂硫酸钠溶液的体积，Vs是样品测定时所吸取的滤液的体积。
8.一种如权利要求1所述可见分光光度法测定土壤硝态氮含量的方法的可见分光光度法测定土壤硝态氮含量系统。
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