雒連春，李聰，姚萌奇，劉蓉，張琪瑋，袁婷

(甘肅省產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗研究院，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

有機肥料所含養(yǎng)分全面，富含有機質，可以改善土壤物理、化學和生物特性，提高土壤含水量，保持土壤有機質水平，平衡土壤肥力。生產(chǎn)原料主要來自植物和動物廢棄物，其生產(chǎn)回收利用了產(chǎn)業(yè)廢棄物，不但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，而且在改善生態(tài)環(huán)境，保護人民健康等方面具有重要意義。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，以及隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，滿足人們對安全衛(wèi)生、綠色有機農(nóng)產(chǎn)品的需求，有機肥料將成為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用肥的主要發(fā)展趨勢。

目前，有機肥中磷含量的測定，按國家行業(yè)標準NY/T 525—2021 《有機肥料》的要求，樣品經(jīng)濃硫酸-過氧化氫在電爐上消煮[1]，所得試液使用分光光度法—磷釩鉬黃比色法測定磷含量[2]。但是，按照NY/T 525—2021的要求，樣品前處理時，加入硫酸-過氧化氫后，需靜置過夜，耗時長，不利于快速測定。消煮時需不斷的補充消解所需的試劑，試劑消耗量大。因有機肥含有大量有機質，消解較劇烈并產(chǎn)生大量的泡沫，涌上來的泡沫沾附在燒瓶壁上影響消煮效果，造成結果偏低。同時用到濃硫酸且需電爐加熱操作，因此消解時需小心進行。然而現(xiàn)在仍有許多有機肥生產(chǎn)企業(yè)為了節(jié)省生產(chǎn)成本不具備比色法測定磷含量的實驗條件，而采用重量法—磷鉬酸喹啉沉淀法。由于有機肥料原料來源廣，生產(chǎn)過程中腐熟發(fā)酵不完全，含有大量植物枝桿，樣品均勻性差，試驗時稱樣量少，有時導致平行測定誤差大[3-6]。

出于對以上各因素的考慮，文章采用新的樣品前處理過程，對前處理方法進行改進，以縮短檢測時間：馬弗爐加熱灰化有機肥中有機質，再以少量酸和氧化劑酸化處理灰化樣品，使其中的磷釋放出來，以離子狀態(tài)存在于待測液中。與NY/T 525—2021濃硫酸-過氧化氫消解法的分析結果進行比較，提高了檢驗效率，操作簡單便捷。同時由于增大稱樣量，提高了待測液中磷含量，可用磷鉬酸喹啉沉淀法測定有機肥中磷，使用分光光度法和重量法對加熱灰化法樣品進行磷含量測試比對，為有機肥磷含量檢測提供了參考。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

按照國家行業(yè)標準NY/T 525—2021 《有機肥料》的要求，樣品以濃硫酸-過氧化氫在電爐上消煮，硫酸把有機質碳化，過氧化氫屬強氧化劑，對有機肥磷含量測定進行前處理消化。有機肥原料來源廣，有機質含量高，為使有機碳完全灰化，將樣品加熱灼燒快速除去有機質。磷是動植物體內(nèi)生理代謝活動必要的一種元素，是動植物細胞膜和細胞核的重要組成元素，而有機肥主要原料來源是各類動物源性和植物源性殘渣，如種植業(yè)廢棄物中各類植物秸稈，養(yǎng)殖業(yè)廢棄物中畜禽糞尿等。因此樣品經(jīng)加熱灰化后需加入適量酸溶液和氧化劑處理，才能將樣品中磷完全轉化為正磷酸鹽，以離子狀態(tài)存在溶液中。硫酸溶液可以溶解灰化樣品又具有氧化性，而過氧化氫屬強氧化劑，為將樣品中磷完全轉化成磷酸根離子，同時提高試驗效率，選擇較高濃度且過量硫酸溶液和過氧化氫加熱處理灰化后樣品。

分光光度法測定磷含量原理：在一定酸度下，待測液中的磷酸根離子與偏釩酸和鉬酸反應形成黃色三元雜多酸，在一定磷濃度范圍內(nèi)，吸光度與磷含量呈正比例關系。重量法—磷鉬酸喹啉沉淀法測定磷含量原理：試樣溶液中正磷酸根離子在酸性介質中與喹鉬檸酮試劑生成磷鉬酸喹啉沉淀，用磷鉬酸喹啉重量法測定磷含量。

1.2 主要儀器

TLE204E電子天平，梅特勒-托利多；L9/12/P330馬弗爐，德國納博熱；EG37C電熱板，萊伯泰科；Cary300紫外可見分光光度計，美國安捷倫；DHP-9162電熱恒溫干燥箱，上海一恒科學儀器。

1.3 試樣及主要試劑

有機肥試樣，企業(yè)送檢，牛羊糞發(fā)酵。

優(yōu)級純濃硫酸，ρ(H2SO4)1.84 g/mL；分析純硝酸，ρ(HNO3)1.65 g/mL；過氧化氫，ω(H2O2)30%；氫氧化鈉、2,4-二硝基酚、鉬酸銨、鉬酸鈉、偏釩酸銨、檸檬酸、丙酮、喹啉均為分析純；磷標準溶液，50 μg/mL；水均為實驗室二級水。

1.4 試樣處理

將3個有機肥試樣分別采用NY/T 525—2021標準中濃硫酸-過氧化氫濕法消解法和加熱灰化法處理，以供測定有機肥料中的磷(五氧化二磷)。

1.4.1 NY/T 525—2021濃硫酸-過氧化氫消解法試樣處理

濃硫酸—過氧化氫消解法處理過程：按照標準NY/T 525—2021要求，風干試樣1.0 g(精確至0.000 1g)置于250 mL錐形瓶底部，用少量水沖洗沾附在瓶壁上的試樣，加5 mL濃硫酸和1.5 mL過氧化氫，小心搖勻，瓶口放一彎頸小漏斗，放置過夜。緩慢加熱至硫酸冒煙，取下，稍冷加15滴過氧化氫，輕輕搖動錐形瓶，加熱10 min，取下，稍冷后再加5～10滴過氧化氫并分次消煮，直至溶液呈無色或淡黃色清液后，繼續(xù)加熱10 min，除盡剩余的過氧化氫。取下冷卻，小心加水至20～30 mL，輕輕搖動錐形瓶，用少量水沖洗彎頸小漏斗，洗液收入錐形瓶中。將消煮液轉移至100 mL容量瓶中，冷卻至室溫，加水定容、無磷濾紙過濾，以供測定磷之用。

1.4.2 加熱灰化法試樣處理

加熱灰化法試樣處理過程：稱取風干試樣3.0 g (精確至0.000 1 g)于陶瓷坩堝中，置于馬弗爐中灼燒，完全灰化有機質。冷卻后轉移灰化后樣品于100 mL燒杯中，加入10 mL硫酸溶液(1∶1)與1.5 mL過氧化氫加熱處理，放在電熱板上加熱直至冒白煙，稍冷后加數(shù)滴水和過氧化氫并搖動，然后再加20 mL熱水，繼續(xù)加熱至近沸。用水將燒杯內(nèi)容物完全轉移至100 mL容量瓶中，加水定容、無磷濾紙過濾，以供測定磷之用。

1.5 磷的測定

1.5.1 磷鉬釩分光光度比色法

參照引用NY/T 2541—2014 《肥料 磷含量的測定》中5.3分光光度法。

分光光度法標準曲線的繪制和磷含量的測定：移取50 μg/mL磷標準溶液0、1.0、2.0、5.0、8.0、10.0 mL、15.0 mL于50 mL容量瓶中，加水至30 mL左右，加2滴2,4-二硝基酚指示劑，用硫酸溶液(50 mL/L)和氫氧化鈉溶液(100 g/L)調至剛呈微黃色，加入10.0 mL釩鉬酸銨試劑顯色，搖勻，定容。室溫下放置20 min后，在450 nm波長出用1 cm比色皿進行比色，以0 μg標準溶液調零，讀取吸光度。以標準系列溶液中磷的含量(μg)為橫坐標，相應的吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。綜合考慮待測液中磷含量、兩種前處理方法稱取樣品質量的差異和分光光度法標準曲線的線性范圍，濃硫酸-過氧化氫濕法消解法移取5.0 mL的有機肥過濾液，加熱灰化法移取2.0 mL的有機肥過濾液，于50 mL容量瓶中，加水至30 mL左右，與標準系列溶液同條件下顯色、比色，以空白試樣溶液(除不加試樣外，其他步驟同試樣溶液)調零，讀取吸光度。在標準曲線上查出相應磷的含量(μg)。

結果計算，磷以P2O5的質量分數(shù)計算，數(shù)值以百分數(shù)(%)表示，為公式(1)：

式中：m2為標準曲線查出的試樣溶液中磷的質量(μg)；V1為試樣測定溶液定容體積(50 mL)；m為稱取試樣的質量(g)；V2為移取的待測液體積(mL)；106為將克換算成微克的系數(shù)(μg/g)。

1.5.2 重量法—磷鉬酸喹啉沉淀法

參照引用NY/T 2541—2014中5.1重量法。

因有機肥中總養(yǎng)分低磷含量少，為增大沉淀量以減小實驗誤差，移取加熱灰化法處理待測液50.0 mL于400 mL燒杯中，加入硝酸溶液(1∶1)10 mL，加水至100 mL，蓋上表面皿，在電爐上加熱至微沸，取下燒杯，加入喹鉬檸酮試劑20 mL，蓋上表面皿，在電爐上微沸1 min至沉淀分層后取下，用少量水沖洗表面皿，冷卻至室溫。用預先在180±2 ℃干燥至恒重的G4玻璃坩堝式濾器抽濾，先將上層清液濾完，然后用傾瀉法洗滌沉淀1次～2次(每次用水25 mL)，將沉淀全部轉移至濾器中，濾干后再用水沖洗沉淀3～5次。將坩堝及沉淀置于180±2 ℃的恒溫干燥箱中，干燥45 min，取出移入干燥器中，冷卻至室溫，稱重。同時做空白試驗(除不加試樣外，其他步驟同試樣溶液)。

結果計算，磷以五氧化二磷的質量分數(shù)計算，數(shù)值以百分數(shù)(%)表示，公式為(2)：

式中：m1為磷鉬酸喹啉沉淀的質量(g)；m0為空白試驗磷鉬酸喹啉沉淀的質量(g)；V1為試樣待測液的定容體積(mL)；0.032 07為磷鉬酸喹啉質量換算為五氧化二磷質量的系數(shù)；m為稱取試樣的質量(g)；V2為移取的待測液體積(mL)。

2 結果與分析

2.1 加熱灰化溫度與時間的選擇

有機肥的原料來源廣，如養(yǎng)殖業(yè)廢棄物中畜禽糞尿、廚余廢棄物、水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物、種植業(yè)廢棄物中各類植物秸稈，種植業(yè)加工過程中的副產(chǎn)物麩皮、稻殼等，有機質含量高。為使有機碳完全灼燒，選擇溫度850 ℃灰化加熱20 min。若因樣品差異灰化不完全，可延長加熱時間。

2.2 兩種不同前處理方法磷含量測定結果的比較

3個有機肥料樣品，分別采用NY/T 525—2021標準中濃硫酸-過氧化氫消解法和加熱灰化法處理，其中每個樣品用加熱灰化法處理6批次，前處理所得待測液用分光度法—磷釩鉬黃比色法測定磷含量，磷含量平均質量分數(shù)測定結果和相對標準偏差如表1所示。

表1 濃硫酸-過氧化氫消解法和加熱灰化法磷含量ω(P2O5)/%分析結果比對

由表1可見，加熱灰化法和NY/T 525—2021濃硫酸-過氧化氫消解法處理有機肥試樣測得的磷含量結果基本吻合。加熱灰化法處理樣品測得磷含量的相對標準偏差在1.80%～2.45%，實驗結果表明，可以采用加熱灰化法處理有機肥檢測磷含量的方法代替國家規(guī)定的NY/T 525—2021濃硫酸-過氧化氫消解法有機肥的前處理方法。

2.3 分光光度法和重量法磷含量測定結果的比較

加熱灰化法處理每個樣品6批次，待測液分別用分光光度比色法和磷鉬酸喹啉沉淀法測定磷含量，兩種方法測定結果與平均質量分數(shù)如表2所示。

由表2可見，分光光度比色法和磷鉬酸喹啉沉淀法測得磷含量結果無大的差異，實驗誤差在要求范圍內(nèi)。因有機肥總養(yǎng)分低，磷含量少，增大稱樣量，提高待測液中磷含量，應用磷鉬酸喹啉沉淀法測定磷含量可以增加沉淀量，降低實驗誤差。表明加熱灰化法處理有機肥試樣，可以用沉淀法測定磷含量，為不具備比色法實驗條件的有機肥廠控制產(chǎn)品質量而進行的日常檢測提供了參考。

表2 比色法和沉淀法測定磷含量ω(P2O5)分析結果比對 單位：%

3 結語

有機肥的原料來源廣，有機質含量高，加熱灼燒可以完全除去有機碳，灰化后加入適量酸溶液和氧化劑將樣品中磷轉化為正磷酸鹽。與NY/T 525—2021濃硫酸-過氧化氫消解法處理樣品相比，改進了樣品前處理過程，測得磷含量結果無大的差異，不僅提高了試驗效率，縮減樣品處理時間，且操作簡單便捷。

分光光度法相比重量法，適用于磷含量比較低的樣品，是國家行業(yè)標準規(guī)定的方法，測定結果準確可靠，操作相對簡單、快速，適應現(xiàn)在檢驗分析方便、快速、準確的要求。當增大稱樣量，不僅降低了因樣品不均勻導致的平行測定誤差，同時由于有機肥中養(yǎng)分含量低，可以提高處理所得待測液中磷含量。用磷鉬酸喹啉沉淀法測定磷含量可以增加沉淀量，降低實驗誤差，滿足了對不具備比色法條件的有機肥生產(chǎn)企業(yè)應用磷鉬酸喹啉沉淀法測定磷含量中控分析的需求，為工藝優(yōu)化操作提供了保證。