全自动间断化学分析仪在苗木氮、磷测定方法中的优良性研究.pdf

为验证 全自动间断化学分析仪测定植物叶片中全氮、全磷的优良性 以 生云南松苗木为样品 建立基于 全自动间断化学分析仪 同时测定植物全氮和全磷的方法 结果显示:该方法测定植物中的全氮和全磷分别在 /和 /范围内呈良好线性关系 相关系数()分别为 、经 检验测定结果与传统凯氏定氮法、钼锑抗比色法对比无显著差异 该方法与凯氏定氮法测定全氮含量呈极显著相关关系()该方法与钼锑抗比色法所测全磷含量呈极显著相关关系()样品的加标回收率分别是全氮 、全磷 个样品重复测定 次的相对标准偏差分别为 和 研究结果表明 全自动间断化学分析仪测定方法试剂量少、操作简单、结果准确可靠、回收率高 测定结果满足对植物全氮、全磷的批量检测要求关键词:全自动间断化学分析仪 云南松 全氮 全磷中图分类号:文献标识码:文章编号:()():./().第 卷 期 年 月 西 部 林 业 科 学 收稿日期:基金项目:云南省研究生导师团队建设项目()国家自然科学基金项目()西南林业大学科技处科研预研基金项目()漾濞彝族自治县核桃溯源研究项目()第一作者简介:陈诗()男 硕士 实验师 主要从事森林培育研究和实验室工作:通信作者简介:李孙玲()女 硕士 助理研究员 主要从事森林培育研究:.:氮、磷是植物中核酸、蛋白质以及细胞结构的主要组成营养元素 不仅在植物的生长发育和各种生理机制调节过程中起到重要的作用 还参与到了地球化学循环 前人的研究表明 植物叶片中的氮、磷化学计量特性变化 可作为判别植物受养分限制的依据 因此 准确测定植物叶片中氮、磷含量 对于植物营养分析与评价、水肥管理以及植物生态适应策略有着重要意义 植物全氮、全磷含量测定的经典方法分别是凯氏定氮法和钼锑抗比色法 但传统的测定方法操作繁琐、受人为影响较大、检测分析效率较低、较难满足快速批量测定的要求 近年来仪器检测技术得到了越来越多的应用 但是凯氏定氮仪、分光光度仪、元素分析仪等仪器不能同时满足氮、磷含量的测定使用效率降低 而流动分析仪虽可同时测定氮、磷元素含量 却因价格高昂以及对机器维护保养以及模块更换要求高而使用率低 全自动间断化学分析仪是最近几年来离子分析仪器领域中新突破 能够同时测定氮、磷元素含量 因其操作简便 检测准确度高价格适中等优点得到了环保、农林、水产行业等领域的青睐 前人对该仪器的测定方法研究多集中在水质监测、食品营养、土壤元素等方面 而对植物叶片中氮、磷元素测定方法研究较少 因此 本研究以西南林业大学智能温室大棚 生云南松()苗的根、茎、叶器官为测试材料 应用 全自动间断化学分析仪进行测定 建立同时测定植物叶片中全氮、全磷含量的方法 并将实验结果与传统方法结果做比较 验证该仪器的优良性 以期为批量测定植物中全氮、全磷的研究提供理论依据 材料和方法 试验材料 年 月于西南林业大学智能温室大棚云南松苗圃采集 生云南松针叶样品 份、茎样品 份、根样品 份 共 份样 依次编号 号 采样后将植物材料在 烘箱杀青 再 烘至恒重 粉碎机研磨后将过孔径 目筛的颗粒干燥备用 主要仪器 全自动间断化学分析仪 万分之一电子分析天平 烘箱 型远红外消煮炉等 药品酒石酸钾钠、过氧化氢、氯化钾、水杨酸钠、氢氧化钠、硝普钠、次氯酸钠、十二烷基硫酸钠()、半水合酒石酸锑钾、酒石酸锑钾、抗坏血酸、氢氧化钾、四水钼酸铵、二氯异氰尿酸钠、三羟甲基氨基甲烷、曲拉通、异丙醇、聚氧乙烯月桂醚 按照仪器说明书方法配置针洗液、稀释液、酒石酸锑钾溶液、试剂、试剂、试剂、磷 /储备标样、氮 /储备标样、试剂、试剂、试剂 实验方法 实验原理通过浓硫酸的消煮过程 将处于游离状态的氨根离子、有机氮和氮元素转化形成硫酸铵 氨与次氯酸盐和水杨酸盐反应会生成与氨浓度成正比的蓝色物质 加入硝普钠能够增加显色程度 酒石酸钾钠则能够消除钙离子、镁离子等的影响 其中的红色络合物在 波长处有最大吸收 可测定其吸光度 由此计算氮的浓度 磷在酒石酸锑钾存在的条件下会与钼酸铵反应生成淡黄色的磷钼酸铵复合物 再用还原剂抗坏血酸还原生成深蓝色的钼蓝 于 波长处测定吸光度 计算磷的浓度 样品的处理基于陈剑磊等的方法改良 称取 植物样品倒入消煮管中 加入 去离子水润湿后 再加入 浓硫酸 使用振荡器摇匀使其充分碳化 将装有碳化后样品的消煮管置于远红外消煮炉中消解并将温度调至 待消煮炉温度上升至 时向消煮管内加入 滴 过氧化氢 按此方法每间隔 将消煮炉温度升至、过氧化氢量逐次减少直至消煮管内液体澄清 时需加热 除不加样品液外 空白试验也照此方法进行 待消西 部 林 业 科 学 年煮管自然冷却后 用去离子水将管内液体冲洗入 容量瓶并定容 过滤后的上清液按氮 倍、磷 倍稀释备测 上机步骤待电脑和 全自动间断化学分析仪开机预热 后 依次在反应池中添加样品、硫酸稀释液、针洗液、标样试剂、试剂、试剂、试剂、试剂、试剂、试剂以及测标曲需要的 个空样杯在全自动间断化学分析控制软件上选用/(以 计)测量范围设定参数 将滤光片 设定为 并启用 设置样品量、试剂 并延时 、试剂 并延时 、试剂 并读数 机器可 自 动 将 标 准 氮 稀 释 为、/系列标准液 全自动间断分析仪先按照上述检测条建立全氮的标准曲线:()选取以 /(以 计)测量范围设定磷的标曲参数 将滤光片 设定为 启用 设置样品量、试剂 并延时 、试剂 、试剂 并读数 系统会自 动 将 标 准 磷 稀 释 为、/系 列 标 准液 按上述检测条件进行测定 全磷的标准曲线:()然后对样品进行自动检测分析 分析结束后将测定结果导出计算含量 结果计算全氮计算公式如下/全磷计算公式如下/式中:为氮、磷元素含量 单位/为机器测定出的吸光度值根据标准曲线计算的氮、磷浓度 单位/为样品质量 单位为 加标回收率的计算公式如下()()/式中:是回收率 为加标样品含量 为样品含量 为加到样品中的分析物量精确度实验中 选定的样品消煮液重复测定 次 测定值 的算术平均值为样品元素含量的估测值 用贝塞尔公式计算标准偏差 即()()/计算结果的算术平均值式中:为测定值 为标准偏差 为相对标准偏差 统计分析与数据处理应用 进行数据处理 并利用直线回归方程作图分析全自动间断分析仪和传统方法测定植物全氮、全磷含量的相关性及显著性 采用 软件对不同方法测定的数据进行配对 检验和差异显著性分析 结果与分析 全自动间断分析仪与传统方法所测植物全氮、全磷的比较本实验中所用的 个云南松苗各器官样本全氮含量在/之间 全磷含量在 /之间 由表 可知凯氏定氮仪与全自动间断分析仪测定的全氮平均含量为 /和/双侧 检验 ()表明实验中所用的 种方法测定的相同材料全氮含量差异不显著 钼锑抗比色法与全自动间断分析仪测定的全磷平均含量为/和/双侧 检验()表明实验中用同 种方法测定的同种植物材料样品全磷含量无差异表 传统方法与全自动间断分析仪测定植物全氮、全磷含量 检验 项目凯氏定氮仪全自动间断分析仪钼锑抗比色法全自动间断分析仪平均观测值方差 值()单尾()双尾 全自动间断分析仪与传统方法所测全氮、全磷含量的相关性由图 可知 全自动间断分析仪与凯氏定氮仪所测定全氮含量拟合的回归方程为 ()因此 种方法所测定的全氮数值相关性极显著()全自动间断分析仪与钼锑抗比色法测定的全磷含量所拟合的回归方程 ()进一步说明 种方法测定的 第 期 陈诗等:全自动间断化学分析仪在苗木氮、磷测定方法中的优良性研究全磷含量相关性极显著()个方程的斜率分别是 和 比较趋近于 表明全自动间断分析仪与传统方法所测定的全氮、全磷含量结果较一致图 全自动间断分析仪与传统方法测定植物全氮、全磷含量的相关性 全自动间断分析仪测定全氮、全磷含量回收率与精确度分析以其中 个样品(号、号、号)为本底加入 /标准氮和 /标准磷进行回收率测定方法的验证 在相同条件下按照表 量进行加标回收实验 结果表明 全自动间断分析仪测定全氮的回收率()为 全磷的 为 说明全自动间断分析仪同时测定全氮、全磷的准确度较高在相同测定环境下 用全自动间断分析仪对 号、号、号的样品全氮、全磷平行测定 次 结果见表 全氮的相对标准偏差()为 全 磷 的 为 由此可见该方法对植物全氮、全磷测定的精密度较高 结果稳定表 全氮、全磷的加标回收率实验结果 项目样品号本底值/氮加标量/磷加标量/加标后测定值/加标回收率/全氮 全磷 表 全氮、全磷平行测定结果 项目样品号测定值/平均值/标准偏差/相对标准偏差/全氮 全磷 讨论与结论 讨论测定植物全氮、全磷含量 无论是应用传统测定方法还是自动化仪器测定方法 首先都需要将样品材料预处理成待测液 再进行测定 而待测液的制备所需要消耗的时间和精力成本往往比含量检测消耗得更多 样品材料的消煮过程将直接影响到元素含量测定的准确性 本研究虽然选用硫酸过氧化氢对干样进行消煮 但在消煮温度上采用阶梯式增西 部 林 业 科 学 年温的方式 而非直接 消煮 因此 避免了直接过高的温度导致消煮管中的液体一直沸腾放热 样品容易喷溅到消煮管壁上 导致消煮不完全而造成材料损失影响精度的 同时给检测人员带来危险 污染周围环境等情况 消煮到 时消煮管内液体颜色透明无色 仍需在 煮 此步骤可除去消煮管内剩余的过氧化氢 减少测定时的干扰传统的凯氏定氮法测氮是将消煮液中的铵盐经过碱化后形成氨 并在浓碱作用下蒸馏将氨吸收到硼酸溶液中形成硼酸胺 加入甲基红溴甲酚绿指示剂 用标准酸滴定的消耗量来计算出样品中的全氮含量 钼锑抗比色法测磷的原理则是样品液中的正磷酸与偏钒酸以及钼酸反应得到黄色的三元杂多酸 在 波长下有最大吸收 并利用其吸光度与磷酸浓度成正比关系计算磷浓度 可见 种测定氮、磷含量方法的原理与全自动间断分析仪测定原理完全不相同 就测定结果比对而言二者数值无显著的差异 并存在显著的线性关系相对标准偏差()均小于 精密度均优于行业标准(、)说明不管是传统方法还是全自动间断分析仪方法均能准确测定植物全氮和全磷含量本研究所用 全自动间断化学分析仪由预设的程序控制 是将传统比色分析法自动化的仪器 通过全自动机器手带动取样针把药品液和待测液精准地加入比色皿中 再自动搅拌、反应 再利用双光束高精度数字检测器测定吸光度通过标曲公式可自动计算得到相应的浓度 整理结果报告 可以有效避免人为操作误差 按照温云杰等对传统凯氏定氮法的计算表明样品待测液吸取、蒸馏、滴定过程总共耗时约为 按照每天测定工作时间 算 每天大约可检测 个样品 这其中还没有包括硼酸反应液与酸标准滴定溶液配制与标定耗时 测定过程中每个样品用量约 消耗试剂约 李萍等对钼锑抗比色法测磷的计算表明从待测液加入二硝基酚指示剂后滴加氢氧化钠溶液显色开始 再到添加硫酸溶液调节溶液 值 最后到添加钼锑抗试剂反应等待变色测定 至少需要 而测定过程中每个样品用量约 消耗试剂约 全自动化学间断分析仪一次可测定最多 个样品 测定速度可达每小时 个样 测定 个样品仅需 试剂 每个样品待测液用量 因此 全自动间断分析仪在测定植物全氮、全磷时节省样品和试剂、减小污染 同时消除了因为人员操作和条件差异而产生的误差 结论与传统的凯氏定氮法和钼锑抗比色法测定氮、磷相比 全自动间断分析仪测定 生云南松苗全氮、全磷含量无明显差异 并且与传统方法测定的数据呈显著的相关性 全氮的 在 以内、全磷的 在 以内 且该方法测定回收率在 和 之间 上述分析结果表明 应用 全自动间断化学分析仪同时测定植物样品中全氮、全磷的方法集自动进样、自动稀释、分光光度计、数据处理为一体 具有操作简单、结果准确可靠、回收率高、测量速度快、药品和样品用量少、高度自动化等优点 因此 本研究中的方法可以应用于批量检测植物全氮、全磷含量参考文献:卞福花吴秋堂吴梦迪等.不同水盐生境下芦苇湿地植被及土壤碳氮磷生态化学计量特征.应用生态学报():.:.():.:.():.陈婵张仕吉李雷达等.中亚热带植被恢复阶段植物叶片、凋落物、土壤碳氮磷化学计量特征.植物生态学报():.尤菲菲曾令强乔子楣等.不同功能群草类植物叶片氮磷重吸收对施肥的响应.中国草地学报():.杨柳生高若允俞陈辉等.干热河谷失稳性坡面植物碳氮磷化学计量特征对土壤性质的响应.应用生态学报():.鲍士旦.土壤农化分析(第三版).北京:中国农业出版社:.谢锦常顺利张毓涛等.天山北坡中段云杉林地表水氮磷含量特征.山地学报():.杨乐何莹李东宾等.旱化对浙江山地沼泽湿地土壤与植物碳氮磷含量的影响.应用生态学报():.熊丽萍蔡佳佩朱坚等.硅肥对水稻田面水土壤氮磷含量的影响.应用生态学报():第 期 陈诗等:全自动间断化学分析仪在苗木氮、磷测定方法中的优良性研究.蔡萌张虎才常凤琴等.云南高原典型湖泊水样氮磷含量随低温储存时间的变化.长江流域资源与环境():.林君铿涂文子梁永津等.全自动间断化学分析仪测定地表水中磷酸盐含量.理化检验(化学分册)():.涂文子林君铿刘胜玉等.全自动间断化学分析仪测定珠江八大口门水中的氨氮.分析仪器():.李健.应用全自动间断化学分析仪测定食品中铝的含量.福建轻纺():.郑燕燕李锦才蔡楚勇等.应用全自动间断化学分析仪测定婴幼儿配方乳粉中的磷含量.广东化工():.陈剑磊谢文霞崔育倩等.全自动化学分析仪测定土壤全氮全磷的研究.分析科学学报():.李萍李明明王浩等.改良钼锑抗比色法测定不同谷子材料组织磷含量.激光生物学报():.李朝英郑路.流动分析仪同时测定土壤和植物全氮含量方法的改进.西南农业学报():.李朝英郑路卢立华等.测定植物全氮的 消煮法改进.中国农学通报():.刘宗超蔡兴文田耀等.石墨消解仪凯氏定氮法测定土壤中全氮量.化学分析计量():.辛景树郑磊黄耀蓉等.植株全氮含量测定 自动定氮仪法./.北京:中国农业出版社.马常宝郑磊谢小玲等.植株全磷含量测定 钼锑抗比色法./.北京:中国农业出版社.温云杰李桂花黄金莉等.连续流动分析仪与自动凯氏定氮仪测定小麦秸秆全氮含量之比较.中国土壤与肥料():.(责任编辑:李甜江)上接第 页 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