土壤全磷全钾与有效磷测定.ppt

土壤全磷的测定 本章要点： 1、了解土壤中磷的存在形态。 2、熟悉土壤全磷测定中样品分解的方法。 3、掌握溶液中磷的定量方法钼锑抗比色法的 原理、反应条件、干扰离子及其消除方法。 4、掌握土壤全磷测定的操作技术。,土壤全磷的测定 一、 存在形态： 1、无机P：占全P的50-80% Ca-P：即磷酸钙（镁）的化合物，主要有：磷灰石、 磷酸一钙、二钙、三钙、八钙 Al-P：磷铝石-Al(OH)2HPO4 Fe-P：红磷铁矿-Fe(OH)2H2PO4 ；兰铁矿-FePO48H2O 闭蓄态P：是由氧化铁胶膜包裹着的磷酸盐（如Fe-P、Al-P） 交换态P：吸附在带正电荷的土壤胶体上的P 晶格P：铝硅酸盐粘土矿物晶格中的P 土壤溶液中的P：如H2PO4-、HPO42- 2、 有机P：占全P的20-50% 包括磷脂、核酸磷、植素等。,无机P的存在形态中，以Al-P、Fe-P、Ca-P、O-P 等磷酸盐为主要类型，且它们受pH影响大。在不 同土壤中含量不同，如在石灰性土壤中以Ca-P为 主，酸性土壤中以Fe-P、Al-P、O-P为主，中性土 壤中Ca-P、Fe-P、Al-P的比例大致为1:1:1。,二、全P含量： 土壤全P含量的高低决定于土壤性质、气候条件 以及耕作管理措施，特别是施磷肥量等因素。 我国一般土壤全P量变化的范围大致为0.05-0.48% P2O5，且通常是西北地区高于东南地区。 东北黑土 0.14-0.35% P2O5 华北黄土 0.1-0.22% P2O5 南方红壤 0.04-0.08% P2O5,测定方法评述 土壤全P的测定分为两步：样品的分解；待测液中P 的定量 一、样品的分解： 1、碱熔法： （1）Na2CO3熔融法： Na2CO3与土样混匀，装入铂坩埚中，在900C下 高温熔融，使各种形态的P转变成正磷酸盐，熔块 用酸（如H2SO4）溶解（因为用水溶解时，若土壤 中含Ca多就容易形成磷酸钙沉淀）。,优点：熔融时分解完全，测定结果准确，同一待 测液可测定多种元素。 缺点：操作繁琐、费时，且铂坩埚贵重，每次使 用时均有消耗，单测P时不用此法。,（2）NaOH熔融法： 熔剂由Na2CO3NaOH，铂坩埚Ag坩埚，720C 熔融。 本法测定结果比Na2CO3法稍低，因为分解完全程度 低，且由于NaOH易吸水而使测定结果不稳定。但 本法较经济，Ag坩埚便宜。,2、酸溶法： H2SO4-HClO4、HNO3-HClO4、HNO3-H2SO4、 HF-HClO4等，其中HF-HClO4消煮土样时， HF有毒，而且因为对玻璃有腐蚀作用而不能 在玻璃通风橱中操作，HClO4价格较贵。 H2SO4-HClO4是应用较多的方法，操作简便， 不需要铂坩埚，但对样品分解完全的程度不如 Na2CO3熔融法，对石灰性土壤的分解较完全， 是Na2CO3熔融法的97-98%，对含Al-P、Fe-P 较多的酸性土壤仅为95%。,H2SO4-HClO4优点在于： （1）HClO4的脱水作用很强，有助于胶状硅 （SiO2H2O）的脱水。 （2）并能与Fe3+形成配合物，抑制Si和Fe对P 比色的干扰。 （3）H2SO4可提高消煮温度，防止消煮液蒸干， 有利于分解作用进行。在N、P联合测定 中要注意HClO4的用量。,二、试液中P的测定： 1、重量法： （1） 磷酸铵镁法：先使P生成NH4MgPO410H2O， 再灼烧成Mg2P2O7（焦磷酸镁），称至恒重。此法 曾作过标准方法，但繁琐、费时，现很少采用。 （2） 磷钼酸喹啉法：为黄色沉淀。精密度和准确度 都高，多用于肥料中P的测定。,2、滴定法： 上述沉淀用过量标准碱溶解，再用标准酸滴定剩余 的碱。与重量法相比无大优点，且多了手续，如标 准酸、碱，现少用。 总之，重量法、滴定法均需沉淀重量大，即含量高 时用，而土壤中的P一般较少，所以现在普遍采用 比色法。,3、比色法： （1） 钒钼黄法（又叫钼黄法）：抗干扰离子的范 围大，灵敏度较低，适于测定含P量高的样品。 （2） 钼兰法：最早在1887年提出，后经不断研究、 改进，直到1962年Murphy等提出用抗坏血酸作为 测P的还原剂，才形成了现在的钼锑抗比色法。 优点：与重量法和滴定法相比，能准确测定微量 磷，灵敏度高，操作简便。对一般土壤中P的测 定，此法都适用。,钼兰比色法 一、测定原理： 在酸性条件下，试液中的P（正磷酸盐）与钼酸形 成配合物-磷钼杂多酸（又叫磷钼酸杂聚配合物）。 H3PO4 + 12 H2MoO4 = H3P(Mo3O10)4 + 12 H2O P多时呈黄色，少时无色 在一定酸度下，加入还原剂后，杂多酸中的Mo被 还原，产生特殊兰色-钼兰，其中一部分Mo6+被还 原成Mo5+或Mo3+，或Mo3+、Mo5+都有。在钼兰的 吸收光谱曲线中有两个吸收峰(660nm或880nm)。 测定时可以根据分光光度计的性能选用。我国GB 采用700nm波长。,二、测定条件： 钼兰兰色产生的速度、强度及稳定性受试液的酸度、 试剂浓度、还原剂种类及干扰离子等条件的影响。 1、酸度： 酸度指比色液中的酸度，又叫终溶液的酸度。 它直接影响钼兰的形成及比色结果。 酸度高时，抑制钼酸解离，使MoO42-浓度变小，从 而影响磷钼杂多酸的形成，试液颜色变浅，甚至酸 过高时不显色，使测定结果偏低。 酸度低时，试液中有些干扰离子出现，如：溶液中 可能存在的Si与钼酸铵生成兰色硅钼杂多酸，钼酸 铵本身也能生成钼钼杂多酸（兰色），使测值偏高。,另外，不同的酸度及酸的体系，其终溶液的酸度也 不同，如： 三种钼兰法的工作范围和各试剂的终浓度 SnCl2-H2SO4体系 终溶液酸度范围: 0.39-0.40mol/L(1/2 H2SO4) SnCl2-HCl体系 终溶液酸度范围: 0.60-0.70mol/L(HCl) 钼锑抗-H2SO4体系 终溶液酸度范围: 0.45-0.65mol/L(1/2 H2SO4),2、试剂浓度： 钼兰显色是在适宜的试剂浓度的条件下进行的， 即：比色液中酸和钼试剂的浓度及二者的比例 （酸：钼试剂）、还原剂用量（或浓度）等。其 中特别是酸与钼试剂的比例在测定中比须严格 控制。一般说，钼酸铵浓度越高要求的酸度越 高，适宜的酸度范围越窄。,3、还原剂： 还原剂的种类很多，如1,2,4-氨基萘酚磺酸、SnCl2、 抗坏血酸。 SnCl2：测P的适宜范围为0.02-0.6g/ml，此法灵敏度 高，显色快，操作方便。缺点是：兰色稳定时间短 （5-15min显色，兰色稳定15min）；允许干扰离子的 浓度小，如Fe3+仅为20mg/L。,抗坏血酸：生成的兰色稳定（可达24小时），Fe3+、 As5+、Si4+的干扰很小，其中Fe3+可允许400mg/L （因为Fe3+可与Vc成配合物），不足之处是显色慢， 尤其是在温度低时需要温热处理。 60年代初创用了改进的抗坏血酸法-钼锑抗法，它 是在钼酸铵试剂中添加了催化剂酒石酸氧锑钾 （K(SbO)C4H4O4），此法既具有抗坏血酸的优点， 又增加了四大优点。,(1)能加速显色反应； (2)在常温下能迅速显色； (3)锑参与了“钼兰”配合物的组成(P:Sb:Mo=1:2:12)， 使兰色加深，提高了反应的灵敏度； (4)钼锑抗试剂是由钼酸铵、H2SO4、酒石酸氧锑钾、 抗坏血酸（使用当天加入）按比例配成的一种混 合试剂，使用时一次加入，从而简化了操作手续， 有利于大批样品的分析及分析方法的自动化。 所以是目前测P使用最广泛的方法。,4、干扰离子的消除： Fe3+：多时会抑制钼兰的形成。 若用SnCl2作还原剂时，可加入酒石酸，使之与 Fe3+形成配合物而掩蔽之。在钼锑抗比色法中， 允许Fe3+含量达400mg/L，因为Fe3+可与抗坏血 酸形成配合物；在H2SO4-HClO4消煮时，HClO4 又能与Fe3+成配合物，所有这些都减少了Fe3+的 干扰。,Si4+：在酸度较低时（0.25mol/L以下）可生成SiMo 杂多酸，但在P的测定中，PMo杂多酸形成的酸度 较高（在0.45mol/L以上），此酸度抑制了SiMo杂 多酸的形成。另外，用H2SO4-HClO4消煮时，由于 HClO4的脱水作用很强，使胶状Si脱水成SiO2析出， 所以少量的Si可用控制酸度的方法消除。,As5+：土壤中含量很少，而且As5+与钼酸铵反应很 慢，一般不干扰P的测定。如某些土壤施用过农 药砒霜，则可在测P前把As5+还原成As3+消除之 （因为As3+不生成杂多酸）。 Mo6+：在溶液酸度低时能生成MoMo杂多酸，但测 P的溶液酸度较高，不能生成MoMo杂多酸。 总之，比色法适于含量低的样品。如含量高时，则 稀释倍数大，结果的误差也大。 注意：比色分析要求工作曲线与样品的测定条件一 致，所以要求严格按照操作手续进行。,土壤全钾测定 本章要点： 1、了解土壤中钾的存在形态。 2、熟悉土壤全钾测定中样品分解的方法。 3、掌握溶液中钾的定量方法火焰光度法 的原理与测定条件。,土壤全钾测定 第一节 概述 一、存在形态： 1、矿物结构钾： 这是土壤中钾的主要存在形态，其含量占土壤全 钾量的98%左右，主要存在于铝硅酸盐，如长石、 云母等矿物中。这些钾一般不溶于水，也不能被 溶液中的阳离子所代替，作物不能直接吸收利用， 所以又叫无效钾。,2、非交换态钾（难交换态钾）： 主要指层状硅酸盐矿物层间和颗粒边缘的那一部 分钾。它是速效钾的贮备，能逐渐转化为被植物 吸收利用的速效钾，所以叫缓效钾。这种钾一般 用1 mol/L HNO3提取（或0.5 mol/L HCl）， 提取的钾量与作物的吸钾量有良好的相关性。由 于易转变为速效钾，所以常把缓效钾作为土壤钾 素供应潜力的指标。 我国缓效钾含量一般在40-1400mg/kg，北京地区 600-800mg/kg。,3、水溶性及交换性钾： 这两种形态的钾统称速效钾，其中水溶性钾很少， 交换性钾可占速效钾总量的95%以上。 速效钾一般占土壤全钾量的1-2%。,二、含量： 我国土壤中全钾的含量一般在2%（K2O）左右。 在不同地区、不同土壤类型和气候条件下，全钾 含量相差很大。如： 华北平原（盐渍土除外）2.2-2.6%（K2O） 华中与华南地区 0.5-3.0%（K2O） 三、分析意义：,第二节 测定方法评述 一、样品的分解： 1、CaCO3-NH4Cl法： 又叫史密斯法，是1881年 J.Lawrence Smith创建的，属经典方法。目前很 少使用。其基本原理是： 低温阶段：300C，15-20min CaCO3 + 2 NH4Cl = CaCl2 + (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 2 NH3 + CO2 + H2O 高温阶段：700-750C，60min CaCl2+2KAlSi3O8+6CaCO3 6CaSiO3+Ca(AlO2)2+2KCl+6CO2,此法要求严格的反应条件（如温度），操作繁琐， 温度不易控制，测值不稳。另此法试液含杂质多， 只能测钾，不能测定其它成分。,2、碱熔法： Na2CO3法：土样熔融完全，试液可测全磷、全钾， 但铂坩埚昂贵，所以单测全钾时不用此法。另外， Na2CO3本身易含有杂质，用时需作空白试验，以 校正试剂误差。 NaOH法：样品分解完全，可用Ag(Ni)坩埚，熔融 温度低（750C），操作简便，试液可测全钾及全 磷。本法也要作空白测定。此法适用于一般实验室。,3、酸溶法： HF-HClO4法：用聚四氟乙烯坩埚代替贵重的铂坩 埚，使成本大大降低。 SiO2 + 4 HF = SiF4 + 2 H2O 由于SiF4能挥发出来，从而彻底破坏了矿物结构， 使其中的Ca、Mg、K、Na、Al、Mn.等元素溶 解出来。 HClO4可氧化有机质。,优点：分解样品完全，操作简便，杂质少，不用脱 硅；制备好的试液可测定多种元素（Ca、Mg、K、 Na、Al、Fe、Mn.）。 缺点：由于HF的腐蚀作用，消煮时必须在通风抽气 设备良好的通风橱中进行。同时因试液中常含有残 留氟，对玻璃器皿有腐蚀作用，影响测定结果的准 确度。所以试液放在塑料瓶中。 总之，GB指定用HF-HClO4法，但同时又指出若不具 备该法消煮条件时，可用NaOH熔融法。,二、试液中钾的测定： 1、亚硝酸钴钠法（K2NaCo(NO2)6）： 有重量法、滴定法、比浊法，这些方法皆因操作 繁琐而现在很少采用。 2、四苯硼钠法： 有重量法和滴定法。它优于亚硝酸钴钠法，是较 好的化学分析方法，适于测定含钾量高的样品， 如植物、肥料等。,3、钾电极法： 是一种有前途的方法。国外应用较普遍，我国工业 上用的多，农业上应用较少，处于发展阶段，因为 土壤中杂质多，干扰因素多。 4、火焰光度法： 属简单的发射光谱法，适于测定低浓度范围的钾。 此法测定速度快、简便、灵敏、准确，是现在普遍 采用的测钾方法。,第二节 火焰光度法 一、火焰光度计的构造： 包括三部分： 光源：包括供气系统、喷雾器、燃烧器。 作用：使试液成细雾状，与可燃气体混合燃烧。 单色器：常用滤光片、棱镜或光栅。 作用：选择通过被测元素波长的光。 光度计：是检测系统，包括光电池、检测计、调 节电阻。 作用：把光能转化成电能，并测定其强度。,火焰光度计的结构示意图,二、测定原理： 试液由压缩空气泵喷成雾状，与燃气（如汽油） 混合燃烧，在火焰高温激发下，K+发射出特定波 长的光，如K=766.4nm，Na=589.0nm，通过单色 器、光电池把光能转换成电能，在由检流计量出 电流的强度，此电流与溶液中K+浓度成正相关， 以同样条件作工作曲线，即可求出K+含量。,三、测定条件： 1、稳定的激发条件： 即助燃气（空气）与可燃气的压力、液体的流速 均应保持一定的稳定，它们直接影响火焰的大小、 温度及试液的喷雾状况。此外，喷灯灯头应保持 干净，以保证火焰的大小及颜色保持不变。,2、试液与标准溶液组成一致： 由于试液中K+的含量是根据标准溶液的工作曲线 而求出的，所以二者的差异可以引起测定误差。 试液中存在的非被测元素有的谱线如果与被测元 素靠近，则会干扰测定，如Cl-、SO42-在5000mg/L 对K、Na有干扰，Ca2+大于20mg/L时对Na+有干扰。 总之, K、Na、Ca三元素在测定中互有影响。当溶 液酸度大于0.25mol/L时会使测值偏低（0.02mol/L 以下无影响）。,可见，待测液的组成越简单越好，且试液与标液 的组成越接近越好。为此，在具体测定中还可以 采取一些消除干扰的方法，如测K+时加CaCl2、 NaCl的饱和液，测Na+时加KCl、CaCl2饱和液， 使干扰处于恒定状态，以消除试液中离子少量变 化的影响。,3、消除自吸收现象： 火焰发射的谱线强度与待测元素的浓度有一定关 系，浓度适中时二者呈线性关系。当浓度较高时 谱线的强度减弱，此现象叫自吸收现象。它也是 一种干扰，这是因为火焰中心发射的被测元素(如 K)的谱线被火焰的外焰“冷区”中的被测元素(K)的 基态原子所吸收，使发射强度减弱。 克服方法：把试液稀释或减少称样量。 4、光度计的稳定：即克服光电池的疲劳现象。,土壤有效磷的测定 本章重点： 1、掌握土壤有效磷的概念。 2、了解不同土壤（石灰性土壤、酸性土壤） 有效磷测定的适合方法。 3、掌握Olsen法，Bray 1法和Mehlich 3法的 浸提原理及条件。 4、熟悉浸出液中磷的定量方法，重点掌握钼 锑抗吸光光度法（比色法）的原理及注意 事项。,土壤有效磷的测定 一、存在状态：（物理状态） 是指某种化学形态存在于液、固相中、固相表面 和内部，以无定性态或结晶态等形式存在。 存在状态的重要性: 极大地影响有效性(物理有效性)。,（2） 固相中的磷： 液相中磷少，由固相磷补充，所以重要。 液相中磷（有效性高），只有0.050.03 kg/亩(少)， 植物（小麦）吸收11.5 kg/亩（高出50300倍），所 以植物吸收的磷主要来自土壤固相。,土壤有效磷 是指在一个生长季节内，能够被植物 吸收利用的土壤磷素。 包括 （1）液相磷； （2）土壤胶体弱吸附或交换态磷； （3）微溶性磷酸盐 酸性土：旱地：Al-P 水田：Al-P、Fe-P 石灰性土：Al-P、Ca2-P、Ca8-P,土壤有效磷的测定方法评述 土壤有效磷的测定多选用化学方法，因其简便、快 速而应用较广。 通常所谓的土壤有效磷只是指某一特定方法所测出 的土壤中的磷量，应用不同的测定方法在同一土壤 上可以得到不同的有效磷数量，因此土壤有效磷水 平只是一个相对指标。 它可以相对地说明土壤的供磷水平，可以作为一个 指标判断施用磷肥是否必要，亦可作为施肥（磷） 推荐的一个方法。,Olsen 法（NaHCO3法） 在国内外都得到良好结果和广泛应用， 它适用于中性、微酸性土壤和石灰性土壤。 Bray 1 法（NH4F-HCl法） 在酸性土壤上效果良好。 Mehlich III 法、树脂法、同位素法(A值法),简单地说，土壤有效磷的测定就是选用适宜的浸提 剂将土壤中存在的磷的有效形态提取出来，然后加 以定量。其关键在于将固相中容易转入液相中的磷 提取出来。因此，对于酸性土壤和石灰性土壤来说， 由于磷酸盐的存在形态不同，因而在浸提剂的选择 上就应该有所区别。,我国常用的土壤有效磷的测定方法 一、0.5 mol L-1 NaHCO3 浸提法（Olsen法）: 适用于石灰性土壤、碱性、中性土壤和微酸性土壤。 1. 方法原理 用0.5 mol L-1 NaHCO3浸提土壤有效磷，浸出液 用钼锑抗吸光光度法测定磷的含量。,B显色时的温度 应15C，否则需采取保温措施 (2) 干扰的消除 最主要的干扰是NaHCO3浸出液中有机质 颜色的干扰。 消除方法 用活性炭脱色; 不脱色，直接在880nm处比色。,4. 参考指标 （供华北地区参考） 土壤肥力水平 低 中 高 Olsen-P含量 10 （mg/kg ),二、NH4F-HCl法（Bray法）: 酸性土 0.03 mol L-1 NH4F 0.025 mol L-1 HCl （Bray I法） 强酸性土 0.03 mol L-1 NH4F 0.1 mol L-1 HCl （Bray II法） （酸浓时，F- 络合能力加大）,1. 方法原理 用NH4F-HCl溶液浸提土壤有效磷，用钼锑抗法定 量浸出液中的磷。 土液比为1:10，振荡30 min。 F- 的作用: （1）F- 能与Al3+、Fe3+成络（AlF63-），从而降低 Al3+、Fe3+浓度，使磷浸出； （2）F-、Cl- 等的交换作用（解吸作用），使吸附 磷被浸出。,2. 适用土壤和参考指标 适用于酸性和强酸性土壤。 土壤肥力水平 低 中 高 Bray-P含量（mg/kg） 30,三、其它方法： 1. 双酸法（Mehlich 法） 0.03 mol L-1 HCl 0.025 mol L-1(1/2H2SO4) 土液比 1：5， 振荡30 min。 适用于酸性土（美国用，我国森林土壤中用）。 2. Mehlich 法 0.2 mol L-1HAc 0.25 mol L-1 NH4NO3 0.015 mol L-1 NH4F 0.013 mol L-1HNO3 0.001 mol L-1 EDTA ( pH 2.5 0.1) 土液比 1：10， 振荡5 min。 此为通用浸提剂，适用于除有效氮以外的所有营养 元素和石灰性、酸性土壤。,Mehlich 3浸提剂 组成：0.2mol/L HOAc-0.25mol/L NH4NO3- 0.015mol/L NH4F-0.013mol/L HNO3- 0.001mol/L EDTA，pH 2.50.1。,Mehlich 3 浸提剂中各试剂的作用 0.2 mol/L HOAc + 0.25 mol/L NH4NO3（pH 2.5缓冲） 提取K, Ca, Mg, Na, Mn, Zn 0.001 mol/L EDTA 螯合提取Fe, Mn, Cu, Zn 0.015 mol/L NH4F + 0.013 mol/L HNO3 提取与控制Ca-P, Al-P, Fe-P,3、M3-K测定-火焰光度法 滤液直接用火