分光光度法测定土壤中的铁

分光光度法测定土壤中的铁

摘要铁元素对于农作物的生长十分重要，植物主要是从土壤中吸收氧化态的铁。采用原子吸收分光光度法测定土壤中的铁有着灵敏度高、干扰少、准确、快速等优点，所以被广泛应用。土壤样品经预处理后，采用DTPA-TEA消解法提取土壤中有效态的铁元素，通过火焰原子吸收分光光度法，在最佳测定条件下利用标准曲线法，完成对土壤中有效铁元素的测定。测定方法操作简便，线性范围大，同一浸取液可分别测定土壤中4种植物微量元素。

关键词土壤；铁；原子吸收分光光度法；DTPA-TEA消解法

土壤作为人类生存的根本，现代农业发展的基础，其必须含有充足的水分和养分。土壤中的养分包括氮、磷、钾、碳、氢及多种微量元素，土壤中的微量元素虽然含量不高，但对于农作物的生长不可或缺，如铁。植物从土壤中吸收的铁主要是二价或三价的氧化态铁，其中二价氧化态铁是主要形式[1-2]。铁有以下几个方面的功能：一是某些酶和辅酶的重要组成部分；二是对于叶绿素和叶绿体蛋白的合成有重要的调节作用；三是铁是氧化还原体系中的血红蛋白（细胞色素和细胞色素氧化酶）和铁硫蛋白的组分[3-5]。铁还是固氮酶中铁蛋白和钼铁蛋白的金属成分，在生物固氮中起着非常重要的作用，对于植物的光合作用和呼吸作用均有重要影响。

原子吸收分光光度法是于20世纪50年代中期出现并逐渐发展起来的一种新型仪器分析方法，其原理是基于蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来确定试样中被测元素含量的一种方法。原子吸收光谱于20世纪50年代中期开始，1953年澳大利亚的瓦尔西（A.Walsh）博士发明锐性光源（空心阴极灯），1954年全球第一台原子吸收在澳大利亚由他指导诞生，在1955年瓦尔西（A. Walsh）博士的著名论文“原子吸收光谱在化学中的应用”奠定了原子吸收光谱法的基础。20世纪50年代末期一些公司先后推出原子吸收光谱商品仪器，发展了Walsh的设计思想。到了60年代中期，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期

土壤中铁元素测定的主要方法是火焰原子吸收分光光度法，其非常适用于土壤提取液的测定，提取液可直接喷雾，灵敏度高，选择性好，抗干扰能力强，元素之间的干扰较小，可不经分离在同一溶液中直接测定多种元素，有良好的稳定性和重现性，仪器操作简便，应用广泛。在测定土壤中金属元素时，微量元素铁锰锌铜不经分离直接一步测定[6]。不同测定方法的区别在于对土壤样品的处理方式不同，处理方式包括微波消解法、硝酸—氢氟酸—高氯酸分解法、王水—氢氟酸—高氯酸分解法，但这些处理方法存在样品处理不完全、存在条件难于控制、结果偏差大、试剂具有一定危险性等缺点，而DTPA提取处理具有样品处理后可以直接用于测定、条件易于控制、能有效地消除干扰、测定结果偏差小、准确度高等优点[7-10]。

1 材料与方法

1.1 试验原理

DTPA可与Zn、Fe、Mn、Cu等金属离子进行螯合，形成具有高稳定性的螯合物，从而减小溶液中金属离子的活度使土壤固相表面结合的金属离子解吸再补充到溶液中，在溶液中积累的螯合金属离子的量是土壤溶液中金属离子的活度（强度因素）和这些离子由土壤固相解吸补充到溶液中去的量（容量因素）的总和，这2种因素对测定土壤养分的植物有效性是十分重要的。DTPA能与溶液中的Ca2+螯合，从而控制了溶液中Ca2+的浓度，当提取剂加入到土壤中，使土壤液保持在pH值为7.3左右时，大约有3/4的TEA被质子化，可将土壤中的代换态金属离子置换下来；在石灰性土壤中，则增加了溶液中Ca2+浓度，平均达0.01 mol/L左右，进一步抑制了CaCO3的溶解，同时TEA可以提高溶液的缓冲液能力。CaCl2的作用是提供大量的Ca2+，抑制CaCO3的溶解，避免一些对植物无效的包蔽态的微量元素释放出来[11]。试验的操作条件必须标准化，如提取的时间、振荡强度、水土比例和提取温度等。

1.2 试验试剂、仪器

1.2.1 试验试剂。一是DTPA提取剂：准确称取DTPA（二乙基三胺五乙酸，C14H23N3O10，分析纯）1.966 7 g置于1 000 mL大塑料杯中，加入TEA（三乙醇胺，C6H15O3N）14.4 mL，并稀释至约900 mL，再加CaCl2·2H2O 1.473 2 g，使其溶解，在pH计上用浓HCl调节pH值至7.30，转移至1 L容量瓶中，用去离子水定容。二是100 μg/L Fe标准溶液：取0.5 mL硝酸置于适量水中，再稀释至100 mL，配制成0.5%的硝酸溶液；溶解纯铁0.100 0 g于50 mL上述HNO3溶液后，转移至1 L容量瓶中，用离子水稀释至刻度。三是所用试剂均为分析纯，所用水均为去离子水。

1.2.2 试验仪器。原子吸收分光光度计（Varian SectrAA-100型号HL-4，日本岛津）、分析天平（JA-2003型，上海卓爵仪器设备有限公司）、恒温震荡培养箱（AHZ1型，北京恒奥德仪器仪表有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 铁标准系列溶液的制备。分别用加液枪准确吸取0.00、1.25、

2.50、5.00 mL铁标准使用液（100 μg/mL）置于50.00 mL的容量瓶，加提取液稀释至刻度，摇匀，备用。配置0.00、2.50、5.00、10 μg/mL的一组标准溶液。

1.3.2 土壤样品处理及样品测定溶液的制备。土样通过1 mm筛风干，称取20.00 g放入250 mL锥形瓶中，加DTPA提取剂40.0 mL，25 ℃下于恒温震荡培养箱震荡2 h，过滤于一次性塑料杯中。同时用浸提剂做空白试验。

1.3.3 测定。将容量瓶中各铁标准系列溶液和处理后的样品滤液和空白溶液分别导入调至最佳条件的原子吸收分光光度进行吸光度的测定。测定条件：灯电流：4.0 mA，波长：248.3 nm，狭缝：0.2 nm；空气流量：

2.3 L/min，乙炔压力：

0.05 MP，燃烧高度为：10 mm；设定平行次数为：3，时间常数：5 s；以50 mL 容量瓶中铁含量为横坐标，吸光度为纵坐绘制标准曲线。1.3.4 计算公式。

A=KC（1）

式中：A-各样品测定溶液的吸光度，K-吸收系数（K可通过标准曲线求得），C-各测定样品的浓度（50 mL容量瓶中铁含量）。

由标准曲线得出的是K0值，样品的含量只需用C×2，单位：μg/mL。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

从图1可以看出，从左至右4个点的坐标分别为A（0，0.005 6），B（2.5，0.092 5），C（5，0.188 3），D（10，0.357 6），其中横坐标表示浓度C（μg/mL），纵坐标表示吸光度A

标准曲线的线性为：A=0.035 2C+0.005 6，其中K=0.035 2，截距b=0.005 6。

2.2 样品测定

从表1、2可以看出，衡水湖大赵村农田土样的铁含量能达到中等标准，不会出现因缺铁引起的各种植株病，不需要施用微量元素肥料。

3 结论与讨论

利用DTPA提取法测定土壤中有效铁，操作简单，测定速度快，误差小，可以大批量的测定。由于未使用氢氟酸、高氯酸等进行消解，降低了试验的危险性，试验条件也易于进行控制。

由于测定方法很成熟，试验过程中，不会有新的干扰项出现影响测定结果。该试验所取土壤样品为衡水湖大赵村农田土样，分析结果表明该土壤中的铁含量能达到中等标准，不会出现因缺铁引起的各种植株病，不需要施用微量元素肥料。

4 参考文献

[1] 刘凤枝.农业环境监测实用手册[M].北京：中国标准出版社出版，2001：1-20.

[2] 鲁如坤.土壤植物营养学原理和施肥[M].北京：化学工业出版社，1998：13-18.

[3] 朱建国，邢光熹.土壤微量元素和稀土元素化学[M].北京：科学出版社，