王春野,苗 辰,趙 東,丁 凱,蔡 毅*
(1.白山市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心,吉林 白山 134300;2.白山市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所,吉林 白山 134300)
磷作為植物必需三大主要營(yíng)養(yǎng)元素之一,對(duì)于農(nóng)作物的產(chǎn)量提升和品質(zhì)改善起著關(guān)鍵性作用,因此肥料中水溶性磷及有效磷的含量成為衡量復(fù)合肥料質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)[1]。
磷含量的測(cè)定方法分為兩大類:①基于形成磷鉬雜多酸的化學(xué)法,如喹鉬檸酮法、磷釩鉬黃法、磷鉬藍(lán)法等;②現(xiàn)代儀器分析法,如電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、離子色譜法等。其中,磷鉬酸喹啉重量法長(zhǎng)期作為仲裁法被廣泛使用[2]。
目前,測(cè)定復(fù)合肥料磷含量常用的國(guó)標(biāo)方法為GB/T 8573-2017《復(fù)混肥料中有效磷含量的測(cè)定》[3]及GB/T 15063-2020《復(fù)合肥料》[4],本文對(duì)2種方法就準(zhǔn)確度、精密度、所需時(shí)間等因素進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)比較研究。針對(duì)水溶性磷含量檢測(cè),2種方法中除超聲提取法中提取時(shí)間及測(cè)定方法重量法中所加硝酸溶液量、加熱微沸時(shí)間不同之外,其它均相同,這里選取GB/T 15063-2020測(cè)定方法比較加水研磨-重量法、超聲提取-重量法。針對(duì)有效磷含量檢測(cè),GB/T 8573-2017提取法采用EDTA振蕩法,GB/T 15063-2020提取法采用EDTA加熱微沸法,測(cè)定方法重量法中除了所加硝酸溶液量、加熱微沸時(shí)間不同之外其它均相同。
臺(tái)式超聲波清洗機(jī),昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司,型號(hào)KH-300DE,超聲頻率40 kHz;超純水機(jī),萊博帕特科技發(fā)展有限公司,型號(hào)LABLB-150;電子天平,賽多利斯科學(xué)儀器有限公司,型號(hào)BSA124S-CW,感量:0.1 mg;水浴振蕩器,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠,型號(hào)SHZ-C;精密可程式烘箱,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠,型號(hào)BXH-65;玻璃坩堝式濾器,4號(hào),30 mL。
EDTA-2Na溶液(37.5 g/L);氫氧化鈉溶液(200 g/L);1+1硝酸溶液[5];喹鉬檸酮試劑[5]。所用試劑均為AR級(jí)。
實(shí)驗(yàn)選取4種含磷肥料樣品,樣品信息詳見表1。按GB/T 8571-2008制備試樣[6],用鏟子將肥料在清潔、干燥、光滑的表面上堆成一圓錐形,壓平錐頂,沿互成直角的二直徑方向?qū)⒎柿蠘悠贩殖?等份,移去并棄去對(duì)角部分,將留下部分混勻,重復(fù)操作直至獲得所需的樣品量。將縮分后混合均勻的樣品裝入2個(gè)密封容器中密封,貼上標(biāo)簽并注明樣品名稱、取樣日期、取樣人姓名、單位名稱或編號(hào)。1瓶作產(chǎn)品分析,1瓶保存。將1瓶樣品經(jīng)多次縮分后取出約100 g,用研缽研磨(研磨操作要迅速)至全部通過0.50 mm孔徑篩,混合均勻,置于潔凈、干燥瓶中,作成分分析。
表1 樣品信息
1.4.1 方法原理
用水和乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)提取水溶性磷和有效磷,提取液中正磷酸根離子在酸性介質(zhì)中與喹鉬檸酮試劑生成黃色磷鉬酸喹啉沉淀,用磷鉬酸喹啉重量法測(cè)定磷的含量[3]。
1.4.2 水溶性磷含量測(cè)定
1.4.2.1 水溶性磷的提?。铀心ィ?稱取含100~180 mg P2O5的 試 樣 于75 mL瓷 蒸 發(fā) 皿 中,加25 mL水研磨,將清液傾注過濾于預(yù)先加入5 mL硝酸溶液的250 mL容量瓶中。繼續(xù)用水研磨3次,每次用25 mL水,然后將水不溶物轉(zhuǎn)移至濾紙上,并用水洗滌水不溶物,待容量瓶中溶液約200 mL為止。最后用水稀釋至刻度,混勻,即為溶液A[4]。
1.4.2.2 水溶性磷的提?。ǔ曁崛。?稱取含100~180 mg P2O5的試樣于250 mL容量瓶中,加入150 mL水,搖動(dòng)使試樣分散均勻,塞緊瓶塞,將容量瓶置于超聲波清洗儀中提取10 min(超聲波清洗儀液面應(yīng)高于容量瓶液面),用水稀釋至刻度,混勻,干過濾,棄去最初部分濾液,即為溶液B[4]。
1.4.2.3 水溶性磷的測(cè)定(重量法) 用單標(biāo)線吸管分別吸取25 mL溶液A和溶液B,分別移入400 mL高型燒杯中,分別加入20 mL硝酸溶液,用水稀釋至100 mL,加玻璃棒攪拌均勻,蓋上表面皿,在電熱板上加熱微沸至少10 min,取下,用少量水沖洗表面皿和燒杯內(nèi)壁,加入35 mL喹鉬檸酮試劑,蓋上表面皿,在電熱板上微沸1 min至沉淀分層,取下燒杯,冷卻至室溫。用預(yù)先在(180±2)℃電熱恒溫干燥箱內(nèi)干燥至恒重的玻璃坩堝式過濾器過濾,先將上層清液濾完,然后用傾瀉法洗滌沉淀2次,每次用25 mL水,將沉淀移入濾器中,再用水洗滌6次,每次用25 mL水,將沉淀連同濾器置于(180±2)℃干燥箱內(nèi),待溫度達(dá)到180℃后,干燥45 min,取出移入干燥器內(nèi),冷卻至室溫,稱量[4]。
1.4.3 有效磷含量測(cè)定
1.4.3.1 EDTA振蕩-重量法 稱取含100~180 mg P2O5的試樣置于濾紙上,用濾紙包裹試樣,塞入250 mL容量瓶中,加入150 mL EDTA溶液,塞緊瓶塞,搖動(dòng)容量瓶使濾紙破碎,試樣分散于溶液中,置于(60±2)℃的恒溫水浴振蕩器中,保溫振蕩1 h(振蕩頻率以容量瓶?jī)?nèi)試樣能自由翻動(dòng)即可)。然后取出容量瓶,冷卻至室溫,用水稀釋至刻度,混勻。干過濾,棄去最初部分濾液,即得測(cè)定溶液。用單標(biāo)線吸管吸取25 mL測(cè)定溶液,移入500 mL燒杯中,加入10 mL硝酸溶液,用水稀釋至100 mL。在電爐上加熱微沸3 min,取下,加入35 mL喹鉬檸酮試劑,蓋上表面皿,在電熱板上微沸1 min至沉淀分層,取出燒杯,冷卻至室溫。用預(yù)先在(180±2)℃干燥箱內(nèi)干燥至恒重的玻璃坩堝式濾器過濾,先將上層清液濾完,然后用傾瀉法洗滌沉淀2次,每次用25 mL水,將沉淀移入濾器中,再用水洗滌,所用水共150 mL,將沉淀連同濾器置于(180±2)℃干燥箱內(nèi),待溫度達(dá)到180℃后,干燥45 min,取出移入干燥器內(nèi),冷卻至室溫,稱量[3]。
1.4.3.2 EDTA加熱微沸-重量法 稱取含100~180 mg P2O5的試樣置于400 mL燒杯中,加入150 mL EDTA堿性溶液,蓋上表面皿,置于電熱板上加熱微沸15 min,取下冷卻至室溫,定量轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,混勻。干過濾,棄去最初部分濾液,即為測(cè)定溶液。用單標(biāo)線吸管吸取25 mL測(cè)定溶液,移入400 mL高型燒杯中,加入20 mL硝酸溶液,用水稀釋至100 mL,用玻璃棒攪拌均勻,蓋上表面皿。在電熱板上加熱微沸至少10 min,取下,用少量水沖洗表面皿和燒杯內(nèi)壁,加入35 mL喹鉬檸酮試劑,蓋上表面皿,在電熱板上微沸1 min至沉淀分層,取下燒杯,冷卻至室溫。用預(yù)先在(180±2)℃電熱恒溫干燥箱內(nèi)干燥至恒重的玻璃坩堝式過濾器過濾,先將上層清液濾完,然后用傾瀉法洗滌沉淀2次,每次用25 mL水,將沉淀移入濾器中,再用水洗滌6次,每次用25 mL水,將沉淀連同濾器置于(180±2)℃干燥箱內(nèi),待溫度達(dá)到180℃后,干燥45 min,取出移入干燥器內(nèi),冷卻至室溫,稱量[4]。
水溶性磷含量(ω1)及有效磷含量(ω2),以P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì),數(shù)值以%表示,依次按式(1)和式(2)計(jì)算:
式中:m1—測(cè)定水溶性磷所得磷鉬酸喹啉沉淀質(zhì)量的數(shù)值,g;m2—測(cè)定水溶性磷時(shí),空白實(shí)驗(yàn)所得磷鉬酸喹啉沉淀質(zhì)量的數(shù)值,g;0.03207—磷鉬酸喹啉質(zhì)量換算為P2O5質(zhì)量的系數(shù);mA—測(cè)定水溶性磷時(shí),試樣質(zhì)量的數(shù)值,g;25—吸取試樣溶液體積的數(shù)值,mL;250—試樣溶液總體積的數(shù)值,mL;m3—測(cè)定有效磷所得磷鉬酸喹啉沉淀質(zhì)量的數(shù)值,g;m4—測(cè)定有效磷時(shí),空白實(shí)驗(yàn)所得磷鉬酸喹啉沉淀質(zhì)量的數(shù)值,g;mB—測(cè)定有效磷時(shí),試樣質(zhì)量的數(shù)值,g;每個(gè)樣品進(jìn)行6次平行測(cè)定,取平行測(cè)定結(jié)果的算數(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果。
針對(duì)水溶性磷含量的檢測(cè),選取GB/T 15063-2020測(cè)定方法比較加水研磨-重量法、超聲提取-重量法,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示,同時(shí)計(jì)算平均值、極差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),考察方法精密度。其中極差為測(cè)定結(jié)果最大值與最小值的差值,RSD=(標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值)×100%。
由表2可以得出,加水研磨-重量法測(cè)定結(jié)果中水溶性磷的極差在0.13%~0.19%之間、RSD在0.14%~0.81%之間;超聲提取-重量法測(cè)定結(jié)果中水溶性磷的極差在0.05%~0.09%之間、RSD在0.08%~0.26%之間。2種方法均符合GB/T 15063-2020對(duì)肥料中水溶性磷平行測(cè)定結(jié)果的允許差要求。但對(duì)比發(fā)現(xiàn)超聲提取-重量法有著更高的精密度,這是因?yàn)樗心シㄌ崛∷苄粤子捎谠黾恿硕啻窝心?、轉(zhuǎn)移、洗滌的過程,使結(jié)果準(zhǔn)確性、精密性影響因素增加。由于超聲波技術(shù)是基于空化效應(yīng),空化時(shí)微小的氣泡增加了兩相間的接觸面積、氣泡的破碎和產(chǎn)生非常迅速導(dǎo)致高頻的振蕩,同時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部的高溫高壓,十分有利于待測(cè)成分的溶解、浸出[7]。同時(shí),超聲提取-重量法所需時(shí)間短,這是因?yàn)榧铀心ゴ蠹s用時(shí)0.5 h,且步驟繁瑣,超聲提取-重量法方便快捷,僅需10 min時(shí)間,且操作簡(jiǎn)單[2]。所以,綜合比較,超聲提取-重量法在測(cè)定水溶性磷方面有其較獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
針對(duì)有效磷含量的檢測(cè),選取GB/T 8573-2017的EDTA振蕩-重量法、GB/T 15063-2020的EDTA加熱微沸-重量法進(jìn)行比較,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示,同時(shí)計(jì)算平均值、極差及RSD,考察方法的精密度。
由表3可以得出,EDTA振蕩-重量法測(cè)定結(jié)果中有效磷的極差為0.07%~0.14%、RSD為0.10%~0.30%;EDTA加熱微沸-重量法測(cè)定結(jié)果中有效磷的極差為0.08%~0.15%、RSD為0.11%~0.35%。2種方法均符合GB/T 8573-2017及GB/T 15063-2020對(duì)肥料中有效磷平行測(cè)定結(jié)果的允許差要求,同時(shí)精密度相當(dāng)。但對(duì)比發(fā)現(xiàn)EDTA加熱微沸-重量法所需時(shí)間較短,這是因?yàn)镋DTA振蕩提取需60℃恒溫振蕩1 h,且步驟繁瑣,EDTA加熱微沸提取更方便快捷,加熱微沸僅需15 min,且操作簡(jiǎn)單。同時(shí)EDTA振蕩提取法所使用的量瓶占用面積大,EDTA加熱微沸提取法所用燒杯占用面積小,更適合復(fù)合肥料多樣品同時(shí)測(cè)定。所以,綜合比較,EDTA加熱微沸-重量法在測(cè)定有效磷方面有其較獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
選取編號(hào)為RMK005的復(fù)合肥料中總磷、有效磷、水溶性磷分析質(zhì)量控制物質(zhì),按實(shí)驗(yàn)方法各平行處理3份,測(cè)定其水溶性磷及有效磷含量,結(jié)果見表4。
表4 質(zhì)量控制物質(zhì)中水溶性磷及有效磷測(cè)定結(jié)果 (%)
表4結(jié)果表明,不同方法水溶性磷及有效磷的測(cè)定值都在標(biāo)準(zhǔn)值的范圍內(nèi),準(zhǔn)確度較好。
研究對(duì)象為上述4個(gè)樣品,分別應(yīng)用t檢驗(yàn)法研究加水研磨-重量法與超聲提取-重量法對(duì)水溶性磷測(cè)定結(jié)果的平均值及EDTA振蕩-重量法與EDTA加熱微沸-重量法對(duì)有效磷測(cè)定結(jié)果的平均值是否存在顯著性差異。
t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)步驟[1]:
①選擇檢驗(yàn)的顯著性水平α;
選擇檢驗(yàn)的顯著性水平α為0.05,當(dāng)自由度為3時(shí),t0.975=3.182,對(duì)表2及3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn),結(jié)果見表5。由表5可知,所有條件比對(duì)試驗(yàn)的均小于u。
表5 方法比較試驗(yàn)t檢驗(yàn)結(jié)果
通過t檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同方法對(duì)于水溶性磷及有效磷測(cè)定結(jié)果沒有顯著性差異。
磷鉬酸喹啉重量法的沉淀組成穩(wěn)定,溶解度小,易于過濾,因此在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中被作為仲裁法使用[2]。為了使數(shù)據(jù)結(jié)果得到更高的準(zhǔn)確度,以下是來自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn):(1)以加水研磨進(jìn)行水溶性磷提取時(shí),先將試樣置于瓷蒸發(fā)皿中,加25 mL水研磨,將清液傾注過濾于預(yù)先加入5 mL硝酸溶液的250 mL容量瓶中,繼續(xù)用水仔細(xì)研磨3次,每次用水25 mL,用水洗滌濾紙上的水不溶物,直到容量瓶中的溶液達(dá)到200 mL為止[3]。(2)進(jìn)行有效磷提取時(shí),應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定配制EDTA溶液濃度,還應(yīng)嚴(yán)格控制提取溫度(60±2)℃、振蕩頻率(量瓶?jī)?nèi)試樣能自由翻動(dòng))和保溫時(shí)間1 h[3]。本文選取振蕩頻率為150 r/min[8]。(3)喹鉬檸酮試劑應(yīng)儲(chǔ)存于聚乙烯瓶中,因其能腐蝕玻璃,同時(shí)放于暗處,避光、避熱保存[5]。(4)加入喹鉬檸酮試劑生成沉淀后,在冷卻過程中需轉(zhuǎn)動(dòng)燒杯3~4次,防止沉淀粘附在燒杯壁上難以洗滌,影響結(jié)果的準(zhǔn)確性[9]。(5)測(cè)定同時(shí)做好空白實(shí)驗(yàn),不能忽視空白實(shí)驗(yàn)的作用,以免引起誤差[4]。
GB/T 8573-2017及GB/T 15063-2020方法測(cè)定肥料中水溶性磷及有效磷含量均能滿足檢測(cè)需求,且測(cè)試結(jié)果均在允許差要求范圍之內(nèi),準(zhǔn)確度較好,不同方法對(duì)測(cè)定結(jié)果沒有顯著性差異。但對(duì)比發(fā)現(xiàn),測(cè)定水溶性磷含量時(shí),建議選取超聲提取-重量法,因其有著更高的精密度、時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、方便快捷等優(yōu)勢(shì)。測(cè)定有效磷含量時(shí),建議選取EDTA加熱微沸-重量法,因其時(shí)間短、提取方便快捷、操作簡(jiǎn)單,更適用于大批量的分析測(cè)定。