植物全氮、全磷、全钾含量的测定

实验报告
课程名称： 土壤学实验 指导老师： 倪吾钟 成绩：__________________
实验名称： 植物全氮、全磷、全钾含量的测定 同组学生姓名： 余慧珍 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、实验材料与试剂 四、实验器材与仪器
五、操作方法和实验步骤 六、实验数据记录和处理 七、实验结果与分析 八、讨论、心得
一、 实验目的和要求
1. 掌握植物样品消煮液制备方法；
2. 掌握植物全氮、磷、钾的测定与结果分析。

二、 实验内容和原理
1. 植物样品消煮——H 2SO 4-H 2O 2消煮法
在浓H 2SO 4溶液中，植物样品经过脱水、碳化、氧化等作用后，易分解的有机物则分解。

再加入H 2O 2 ，H 2O 2在热浓H 2SO 4溶液中会分解出新生态氧，具有强烈的氧化作用，可继续分解没被H 2SO 4破坏的有机物，使有机态氮全部转化为无机铵盐。

同时，样品中的有机磷也转化为无机磷酸盐，植株中K 以离子态存在。

故可用同一消煮液分别测定N 、P 、K 。

2. 植株全氮的测定——靛酚蓝比色法
经消煮待测液中氮主要以铵态氮存在，被测物浸提剂中的NH 4+，在强碱性介质中与次氯酸盐和苯酚反应，生成水溶性染料靛酚蓝，其深浅与溶液中的NH 4+－N 含量呈正比，线性范围为0.05-0.5mg/l 之间。

3. 植株全磷的测定——钒钼黄比色法
经消煮待测液中磷主要以磷酸盐存在，在酸性条件下，正磷酸能与偏钒酸和钼酸发生反应，形成黄色的三元杂多酸—钒钼磷酸[1]。

溶液黄色稳定，黄色的深浅与磷的含量成正相关。

4. 植株全钾的测定——火焰光度计法
消煮待测液中难容硅酸盐分解，从而使矿物态钾转化为可溶性钾。

待测液中钾主要以钾离子形式存在，用酸溶解稀释后即可用火焰光度计测定。

专业： 农资1202 姓名： 平帆
学号： 3120100152 日期： 2015.3.27 地点： 农生环B249
装 订 线
三、 实验器材与仪器
样品：三叶草，取于东七教学楼南侧，研磨过18目筛备用；
试剂：浓硫酸、300g/l H 2O 2、6mol/l NaOH 溶液、0.2%二硝基酚指示剂、酚溶液、次氯酸钠溶液、铵标准溶液（准确称量0.3142g 经105℃干燥2h 的氯化铵（NH 4Cl ），用少量水溶解，移100mL
容量瓶中，用吸收液稀释至刻度。

此溶液1.00mL=1mg 的氨）、磷标准液
50mg/l （0.2195g 干燥的KH 2PO 4
溶于水，加入5ml 浓H 2SO 4，于1L 容量瓶中定容）、钒钼酸铵试剂（A 液：将12.5g 的钼酸铵［(NH 4)6Mo 7O 24•4H 2O ，分析纯］溶于200mL 水中。

B 液：将0.625g 的偏钒酸铵(NH 4VO 3，分析纯)溶于150mL 沸水中，冷却后，加125mL 浓硝酸(分析纯)，冷却至室温。

将A 液缓缓注入B 液中，不断搅匀，加水稀释到500mL ）、100
mg/L K 标准溶液；
器材：消煮管（100ml ）、电子天平、红外线消化炉、100mL 容量瓶、50mL 容量瓶×3、火焰光度计。

四、 操作方法和实验步骤
1. 植物样品消煮——H 2SO 4-H 2O 2消煮法
2. 植株全氮的测定——靛酚蓝比色法
称样0.25g 于 100mL 消煮管，滴入少量水湿润，加浓硫酸8mL 静置于通风柜，瓶口盖一弯颈小漏斗，先缓缓加热，待
冒大量白烟时再升高温度 消煮至溶液呈均匀的棕黑色，且无明显大颗粒物时取出 重复且减少滴加H 2O 2的量至消煮液呈清亮后，再加热5-10min
稍冷后滴加H 2O 2
10D
，不断摇动消煮管，再加热 合并消煮液和漏斗洗涤液无损地洗入100 ml 容量瓶中
以赶尽 剩余H 2O 2
用水定容，摇匀，放置澄清后备后续步骤使用
将待测液稀释10倍后，吸稀释液1.00 mL
于50mL 容量瓶
用1cm 比色杯在625nm 波长处比色。

用空白试验溶液调零
吸取5 mg/L NH 4+-N 标液0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 于50mL 容量瓶，各加1mL 稀释10倍的空白消煮液，同上调pH 及显色，测定吸收值后绘制工作曲线 加EDTA-甲基红溶液20D ，用0.3 mol/l 氢氧化钠溶液调节至pH6 再依次加入5mL 酚液和5mL 次氯酸钠溶液摇匀，去离子水定容，静置1h
3. 植株全磷的测定——钒钼黄比色
4. 植株全钾的测定——火焰光度计法
五、 实验数据记录和处理
1. 植物全氮测定结果
y = 1.2309x R² = 0.9952
00.10.20.30.40.5
0.60.70
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
A B S
N (mg/l)
图1N 标准曲线
吸取10.00 mL 待测液, 置于50 mL 容量瓶中 加入2D 2, 4-二硝基酚溶液和10 mL 左右去离子水 用6 mol/L NaOH 和 1 mol/L H 2SO 4 调pH, 至溶液呈淡黄色，加入10 mL 钒钼黄显色剂 用去离子水定容至刻度, 显色15分钟 在440 nm 波长下比色, 以空白溶液调节吸收值的零点，读取吸光值
吸取100 mg/L P 标准溶液 0、1、2、4、6、8、10 mL, 分别置于50 mL 容量瓶中
按上述待测液的测定方法调节pH 、显色和比色测定吸光值, 绘制标准曲线 吸取待测液10mL ，置于50mL 容量瓶中，定容稀释至刻度
吸取500mg/l K 标液0,0.5，1.0，2.5，5.0，10，20ml 于50mL 容量瓶，各加1mL 稀释10倍空白消煮液，，加水定容即得0，1，2，5，10，20，40mg/L K 标准溶液
以浓度最高的标准溶液定火焰光度计检流计的满度，然后从稀到浓依次进行测定，记录检流计读数，以检流计读数为纵坐标绘制标准曲线
表1 植物全氮测定数据记录表
烘干样品质量m(g) 吸光值
Abs
溶液氮质量
浓度ρ(mg/l)
分取倍数
ts
显色液体积
V(ml)
植株全氮的
质量分数ω(mg/g)
实验组0.2526 0.4100 0.2501 100 50 49.51
注：因对照被N污染，因此实际计算时，实验组吸光值减去空白参照吸光值(0.1021)后代入标线公式计算质量浓度。

全氮含量计算公式：ω= ρ×V×ts/(m×103)
2.植物全磷测定结果
表2 植物全磷测定数据记录表
烘干样品质量m(g) 吸光值
Abs
溶液磷质量
浓度ρ(mg/l)
分取倍数
ts
显色液体积
V(ml)
植株全磷的
质量分数ω(mg/g)
实验组0.2526 0.1499 3.987 10 50 7.892 注：全磷计算公式：ω= ρ×V×ts/(m×103)
3.植物全钾测定结果
表3植物全钾测定数据记录表
烘干样品质量m(g) 峰面积
Raw
溶液钾质量
浓度ρ(mg/l)
分取倍数
ts
显色液体积
V(ml)
植株全钾的
质量分数ω(mg/g)
实验组0.2526 6176 19.02 10 50 37.65
注：全钾计算公式：ω= ρ×V×ts/(m×103)
六、实验结果与分析
本组植株全氮、全磷、全钾的质量分数分别为24.75mg/g，7.892 mg/g，37.65mg/g。

据美国《三叶草科学与技术》书中介绍,杂三叶含磷26.0mg/g、钾27.4 mg/g，全氮含量则在20 mg/g左右。

相比较，我们的实验值总体偏高，但未出现异常离散值。

但在本实验中，空白对照组污染都较为严重，所以并不能排除样品中其他组分变异带来对吸光值测定的干扰。

因此接下来的实验，建议设置多个空白组，排除偶然误差带来的干扰。

三叶草因其抗逆性强、返青早、产草量高、利用年限长，常作为经济林间作、畜禽鱼饲草、水土保持和景观绿化的豆科牧草之一。

测算值与理论值表面，三叶草的氮含量（尤其是粗蛋白含量）与磷含量相对其他植物较高，因此也印证了三叶草的生物肥料价值[3]。

七、讨论、心得
问题1. 植物全氮、磷、钾的测定需要注意事项[1]？
①植株消煮液制备
（1）消煮开始时火要小；
（2）加H
2O
2
时要等器皿少冷后，提起小漏斗，直接将H
2
O
2
滴入溶液中；
（3）消煮要彻底。

消煮完全的标志是：溶液呈无色或清亮色；
（4）消煮液最后要赶尽H
2O
2。

否则会影响氮、磷的比色测定。

方法是消煮液呈清亮色
后再煮5-10分。

也可观察液面的波动，赶尽H
2O
2
后液面比较平静。

②植株全氮测定[3]
（1）用0.3 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH时，反应终点现象是从淡红色变为无色；
（2）必须保证酚溶液和次氯酸钠溶液有效。

本次实验中第一次使用的次氯酸钠溶液瓶底有比较多的片状白色沉淀物。

已知工业级次氯酸钠制备方法：
1）电解冷稀NaCl溶液；
2）Ca(ClO)
2溶液与Na
2
CO
3
反应，滤去CaCO
3
,浓缩。

据推测，出现这些白色沉淀物的可能来源是NaCl或者密封不好导致CO
2
与Ca2+反应生
成CaCO
3。

因为酚溶液外观上无法判断差别，所以变质的原因有待进一步探讨
③植物全磷测定
（1）显色液的酸度要求在0.04-1.6mol.L -1H+ 内，酸度过高时，显色不完全或不显色，酸度太低时则可能生成沉淀或其它物质的颜色；
（2）比色要在15min-24h内完成，否则会因显色的三元杂多酸—钒钼磷酸未完全形成或者分解带来实验结果测定的偏差。

④植株全钾测定
（1）标准溶液和待测液的组份要基本相同。

溶液组成的改变（包括酸碱、阴、阳离子的浓度）对测定结果有影响；
（2）仪器状态（如空气压力、火焰的状态等）对测定结果有影响。

问题2. 植物全氮测定方法比较？
目前常用的全氮测定方法有纳氏试剂比色法、靛酚蓝法和次卤酸盐氧化法[4][5]。

现对比三种方法的实验条件和准确性：
① 温度对显色反应的影响
表1各方法最佳显色温度
测定方法最佳显色温度℃
纳氏试剂比色法15－30.5
水扬酸分光光度法（硝普钠作催化剂）18－33
酚盐法1（硝普钠作催化剂）18－30
酚盐法2（Mn2+作催化剂）17－32.5
次溴酸钠氧化一偶氮化比色法15－30.5
次氯酸钠氧化一偶氮化比色法35－42
②酸度对显色反应的影响
纳氏试剂比色法11.84-12.30 水扬酸分光光度法（硝普钠作催化剂）11.42-12.35 酚盐法1（硝普钠作催化剂）10.48-11.52 酚盐法2（Mn2+作催化剂）11.25-11.75 次溴酸钠氧化一偶氮化比色法11.5-12.0 次氯酸钠氧化一偶氮化比色法11.8-12.2
③显色时间及其稳定性
表3 时间的影响
测定方法
最佳氧化
时间(min)
最佳显色
时间(min)
显色体系稳
定时间(h)
纳氏试剂比色法- 10 0.5 水扬酸分光光度法
（硝普钠作催化剂）
- 60 15 酚盐法1（硝普钠作催化剂）- 90 18 酚盐法2（Mn2+作催化剂）- 10 20 次溴酸钠氧化一偶氮化比色法30 15 1.5 次氯酸钠氧化一偶氮化比色法40 10 2
④ 方法精密度的考察
表4 各种测定方法的精密度
测定方法测定值（ug/10ml）平均值
（ug/1
0ml）
相对标准
偏差（%）
纳氏试剂比色法24.13
24.75
24.6
24.35
25.78
25.60
24.87 2.71
水扬酸分光光度法（硝普钠作催化剂）0.3940
0.4032
0.3924
0.4060
0.4049
0.3960
0.3924 1.49
酚盐法1（硝普钠作催化剂）0.9690
0.9740
0.9890
0.9650
0.9580
1.003
0.9763 1.79
酚盐法2（Mn2+作催化剂）1.916
1.972
1.948
1.982
1.914
1.906
1.943 1.55
次溴酸钠氧化一偶氮化比色法0.3896
0.4016
0.3816
0.3852
0.3940
0.4032
0.3925 2.22
化比色法0.3868 0.4032 0.4012
0.3942 2.50
因此，对比以上数据，总结得纳氏试剂比法简便、快速、操作易于掌握,准确度与灵敏度基本上能满足分析要求,适于现场测定用植物氨氮测定；水扬酸-次氯酸盐分光光度法,灵敏、准确,操作较简便易于掌握,适于实验室测定水体氨氮的含量；苯酚-次氯酸盐光度法反应机理和条件与水扬酸法类同,由于试剂有毒配制麻烦又不易保存,而氨基酸干扰也较大,显色时间过长（90min）,显然水扬酸法优于本法；次卤酸盐氧化法,灵敏度较高,但实验条件较难掌握,重现性差,氨基酸对本法干扰大。

还应指出的是本法测定结果是氨氮与硝酸盐氮之和,若待测样品含亚硝酸盐时,部分亚硝酸盐也被氧化,致使测定结果产生较大误差。

问题3. 消煮滴加过氧化氢时颜色变化？
消煮时预先加入浓硫酸的作用是，炭化和氧化植物样品，之后加入少量水润湿。

而消煮一段时间后加入的过氧化氢，能将有机氮、磷和矿化钾分别转化为铵态氮、磷酸盐、离子态钾后便于后续各组分的全量测定（具体见原理部分）。

因过氧化氢-硫酸体系相对高氯酸-硫酸体系更加温和，氮的损失（转变为氮气损失）更少，效果更好（上图为第二次加过氧化氢时，每滴加一滴的变色情况）而更为常用。

过氧化氢溶液滴加时，需待消煮体系从200℃稍冷却滴加，若趁热加入则会造成过氧化氢受热分解损失，降低氧化效果。

参考文献
[1] 土壤农化分析. 中国农业出版社, 1999.
[2] 何能学, 朱朝碧. 白三叶草种植技术及经济价值[J]. 四川畜牧兽医, 2003, 30(2):42-42.
[3]张升晖, 冯建章. 水体中氨氮测定方法的讨论[J]. 饲料工业, 1995, (4):31-33.
[4] 高凤梅, 武际. 2种植株全氮测定方法比较[J]. 现代农业科技, 2012, (14):204-205.
[5] 孙宗训. 凯氏定氮法和奈氏比色法测定植株全氮方法的比较[J]. 现代农业科技, 2011, (24):41-41.。