盐碱土土壤水溶性盐含量较高^[1]，测定土壤水溶性盐含量是研究盐碱土中盐分动态的重要方法之一^[1-3]。干旱、半干旱地区盐渍化土壤水溶性盐以氯化物和硫酸盐为主；受海水浸渍，滨海地区盐渍土所含盐分以氯化物为主^[1]；设施菜田次生盐渍化土壤中水溶性阴离子主要有 NO₃^-、HCO₃^-、 SO₄^2- 和 Cl^-[4]。

土壤水溶性 Cl^- 测定方法有 AgNO₃ 滴定法（莫尔法）、Hg（NO₃）₂ 滴定法、电位滴定法及氯电极法^[1-3]。AgNO₃ 滴定法用铬酸钾做指示剂，应用较广，简便快速，适于 pH 6.5～10.5 的中性或微碱性介质，尤其适用于盐碱土中 Cl^- 的测定。盐碱土中一般不含对该法产生干扰的 Pb²⁺、Ba²⁺、AsO₄ ^3-、 S^2-、CrO₄ ^2- 等离子，但大量硫酸盐存在会对测定发生干扰。Hg（NO₃）₂ 滴定法安全性欠缺，需调节溶液酸度，操作过程较繁，但灵敏度较高，滴定终点明显。如果浸提待测液有颜色，可采用电位滴定法，Cl^- 选择性电极法也被使用。

水溶性盐分中 SO₄^2- 的常规分析方法较麻烦。经典方法是硫酸钡质量法、硫酸钡比浊法、EDTA 间接滴定法^[1-3，5]。硫酸钡质量法原理是在一定条件下，土壤浸提液中 SO₄^2- 与 Ba²⁺ 生成晶形硫酸钡沉淀，该方法准确度较高，但操作冗长，所需浸提液较多且颜色清亮，适用于高含量 SO₄^2- 的测定。EDTA 间接滴定法操作简单快速，最佳测定范围为 50～300 mmol/L SO₄^2-，但钡镁混合剂的加入量不易确定，滴定终点较难掌握，需在分析前预测样品中 SO₄^2- 的大致含量，来确定加入钡镁混合剂的用量。硫酸钡比浊法适用于 SO₄^2- 浓度小于 40 mmol/L 待侧液的测定，方法手续比 EDTA 法简捷，严格按操作规程测定，其结果的再现性及准确度均较好。

土壤中 NO₃^- 可用比色法、电极法和紫外分光光度法等测定^[6-8]。酚二磺酸比色法主要原理是 NO₃^- 在无水情况下与酚二磺酸作用，在碱性条件下产生分子重排，生成黄色络合物，该方法操作手续较长，但灵敏度较高，测定结果重现性与准确度较好。使用硫酸肼等还原剂将硝态氮还原为亚硝态氮，再进行重氮化偶合比色，该法适用于硝态氮含量较高的土壤；重氮化偶合比色法在流动分析仪中经常使用。醋酸-硝酸试粉比色法适用于含有氯化物和硝态氮含量较高的土壤。对于硝态氮 5 mg/kg 以下肥力较低的土壤测定灵敏度不足。用 NO₃^- 电极测定快速和简便，但土壤浸出液的测定有各种干扰离子和 pH 的影响以及液膜本身的不稳定等影响因素。

离子色谱是高效液相色谱的一种模式，可分为离子交换色谱、离子排斥色谱、离子对色谱 3种类型^[9-10]。常用的离子交换色谱主要基于交换柱或交换树脂上离子间作用力差异，实现不同有机和无机阴、阳离子的分离，具有选择性好、灵敏、快速、简便，可同时测定多组分的突出优点，已在环境监测、电力、石油化工和生命科学等领域得到广泛应用。ISO 10304— 1 标准规定了用液相离子色谱法测定水质中溶解性阴离子，包括溴化物、氯化物、氟化物、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和硫酸盐^[11]。美国环保署 EPA 300.0 方法使用离子色谱监测无机阴离子^[12]。李龙飞等^[13]利用离子色谱法同时测定土壤中的 Cl^-、SO₄^2-、NO₃^- 3 种阴离子。分离条件是采用 30 mmol/L KOH 作为淋洗液，流速为 1.2 mL/min。标准工作曲线线性范围为 0～150 mg/L， 3 种阴离子的检出限分别是 0.062、0.096、0.064 mg/L。唐静等^[14] 采用 30 mmol/L KOH 溶液作为淋洗液，流速为 1.0 mL/min，测定土壤中 Cl^–、 SO₄ ^2–、NO₃ ^– 阴离子的含量，线性范围均为 0～20 mg/L，检出限为 0.051～0.082 mg/L。马兵兵等^[15]采用超声提取土壤样品中阴离子，提取条件为固液比 1∶10，温度 30℃，超声振荡时间 30 min，提取后离心，取上清液用 0.22 μm 滤膜过滤，待测液用离子色谱法测定其中 F^–、CN^–、 BrO₃ ^–、Cl ^–、NO₂ ^–、Br ^–、NO₃ ^–、PO₄ ^3–、SO₄ ^2–、 C₂O₄ ^2– 10 种水溶性阴离子含量。段媛媛等^[16]土壤水溶性盐提取条件为固液比 1∶5，超声振荡时间 10 min，温度 40℃，过 0.45 μm 滤膜，待测液用离子色谱法测定 Cl^– 和 SO₄ ^2–。色谱柱为 NJ-SA-4A 柱（250 mm×2 mm），保护柱为 SI-92G 柱（50 mm×4 mm），淋洗液为 1.8 mmol/L Na₂CO₃-1.7 mmol/L NaHCO₃，流量为 1.0 mL/min。

土壤水溶性盐分是用一定的水土比例和在一定时间内浸提出来的土壤中所含有的水溶性盐分^[1-3]，用水浸提土壤盐分时，将易溶性盐溶解浸提出来，避免溶出难溶盐和中溶盐（碳酸钙、硫酸钙等）离子及与土壤胶粒吸附的离子，样品浸提条件包括水土比例、振荡浸提时间以及浸提液是否清亮对测定结果具有很大影响^[1-3]。本文选用两种代表性盐碱土样品进行正交试验，优化土壤水溶性盐浸提条件包括水土比、振荡时间、过滤方式等。选取 11 种土壤样品，利用优化的条件浸提土壤水溶性盐，采用离子色谱对浸提液中 Cl^-、 SO₄^2- 和 NO₃^- 同时测定，探讨了方法的检出限、精密度和准确度，以期建立利用离子色谱仪快速同时测定盐碱土中水溶性阴离子 Cl^-、SO₄^2- 和 NO₃^- 的方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

Dionex ICS-5000 离子色谱仪（美国戴安）；叠加式恒温振荡器（ IS-RDS3H，美国精骐）；台式低速离心机（湘仪仪器）；电位滴定仪（DL25，瑞士梅特勒公司）；AutoAnalyzer 3 连续流动分析仪 （德国 SEAL 公司）；0.45 µm 聚醚砜微孔滤头（天津津腾实验设备有限公司）。

标准储备液：SO₄^2-、Cl^- 和 NO₃^- 的标准液均为 1000 mg/L。

混合阴离子标准溶液：分别取上述标准储备液，用超纯水逐级稀释至 SO₄^2-、Cl^- 和 NO₃^- 的浓度为 0、0.2、1、2、5、10、20 mg/L。

1.2 色谱条件

色谱柱：Dionex IonPac AS23（4 mm×250 mm） 阴离子分析柱；预柱：Dionex IonPac AG23（4 mm× 50 mm）；柱温：30℃；检测器：Dionex 抑制型电导检测器，抑制电流：50 mA。

1.3 供试土壤

11个盐碱土分别采自青海、内蒙古、新疆、山东、宁夏。土壤样品风干后，研磨，过孔径 2 mm 尼龙筛。选取采自新疆和宁夏 2 地土样（编号 #4 和 #10），开展浸提条件的正交试验。供试土壤的基本性质见表1。

土壤 pH 值采用 pH 计测定，水∶土为 2.5∶1； 全氮含量采用凯氏法消煮后用连续流动分析仪测定；有机质含量采用重铬酸钾氧化—容量法测定；阳离子交换量采用 EDTA-乙酸铵（pH 8.5）交换法测定；全盐量测定以水土比 5∶1，振荡 3 min 后质量法测定；全盐量土壤浸提液同时测定电导率。

1.4 正交试验设计

选择水土比例（A）、振荡时间（B）、分离方式（C）3 个因素。水土比例选择 5∶1、10∶1、 20∶1 3 个水平；振荡时间选择 3、15、30 min 3 个水平；分离方式选择滤纸过滤和离心两种方式。正交设计表见表2。称取 5.00 g 过筛土样于 200 mL 塑料封口瓶中，按照一定水土比例准确加入去CO₂ 水，于 25℃下的恒温振荡器中振荡，振荡速度 200 r/min。浸出液用中速定性滤纸过滤或转移至离心管中，在 3500 r/min 下离心 10 min，待测液经适当稀释后用 0.45 μm 水系滤膜过滤于 2 mL 进样小瓶内，在离子色谱仪器工作条件下进行测定。

1.5 方法比对

利用离子色谱法测定的土壤水溶性 Cl^-、NO₃^-、 SO₄^2- 离子结果分别与常规方法测定结果进行比对。

常规方法利用电位滴定法测定 Cl^-：吸取一定体积的土壤浸出液于电位滴定仪的样品杯中，以银电极为指示电极，硝酸银标准滴定溶液滴定。

连续流动分析法测定 NO₃^-：土壤浸出液适当稀释后，利用连续流动分析仪自动进样系统将试样溶液泵入，与显色试剂在一个连续流动的系统中均匀混合，在碱性的硫酸肼条件下，将样中的 NO₃^- 用 Cu 催化剂还原成 NO₂^-，然后与磺胺生成重氮盐，再与 N-（1-萘基）-乙二胺偶联生成粉红色的化合物，在 550 nm 处测定吸光值。流动分析仪设置进样速率 60 样 /h，进样与清洗比为 3.0∶1，进样时间 45 s，清洗时间 15 s。仪器默认设置基线和漂移校正，自动基线参比为 4%；比色滤光片波长为 550 nm，灯强度大于 l000 mV。

硫酸钡质量法测定 SO₄^2-：吸取土壤浸出液 100.0 mL，放入 250 mL 烧杯中，加 3 mL 盐酸 （1 体积盐酸 +3 体积水），加热近沸，逐滴加入 5% 氯化钡溶液（预热至约 80℃），搅拌，至硫酸钡沉淀生成，用定量滤纸过滤，灰化滤纸，移入 800℃ 高温电炉中灼烧 15 min，干燥后称至恒重。根据产生的硫酸钡质量计算 SO₄^2- 含量。

1.6 数据统计分析

测量值 Xi 的算术平均值为样品待测物的估计值，标准偏差用贝塞尔公式计算，即：

$S\left(X\right)=\left[\frac{1}{n}\sum _{i=1}^n{\left(X_i-\stackrel{-}{X}\right)}^2\right],\mathrm{n}=6$

相对标准偏差 = 标准偏差 / 计算结果算术平均值 ×100%；

仪器检出限 =3 倍空白标准偏差。

采用 Excel 中分析工具库 t—检验，进行成对双样本均值分析，考察不同方法测定数据间差异显著性；在 2 种方法测定数据之间进行相关分析，利用直线方程进行回归，统计分析相关系数的显著性。

2 结果与讨论

2.1 标准工作曲线

混合标准溶液系列进行测定，以 Cl^-、NO₃^- 和 SO₄^2- 浓度为横坐标，仪器信号值峰面积为纵坐标，绘制标准工作曲线见图1、2 和 3。3 种离子标准工作曲线可用线性回归方程模拟，决定系数 R² 均大于 0.9995，线性范围均为 0～20 mg/L。利用线性方程斜率的倒数即单位信号值的变化所对应的离子浓度来评价测定的特征灵敏度，离子色谱仪测定待测液中 SO₄^2- 离子的灵敏度较高，测定 NO₃^- 离子灵敏度较低。

2.2 色谱特征峰

利用标准溶液和样品待测液测定的典型离子色谱图分别见图4 和 5。本实验采用 KOH 作为淋洗液，3 个浓度梯度洗脱，0～10 min 使用 9 mmol/L KOH，15～18 min，采用 20 mmol/L KOH， 20～25min，采用 9 mmol/L KOH，流速为 1.0 mL/min。由此条件分离的 Cl^-、NO₃^- 和 SO₄^2- 3 个离子出峰时间较稳定，保留时间分别为 Cl^-： 5.4 min，NO₃^-：10.8 min；SO₄^2-：14.7 min，与其他离子峰的分离度较好，Cl^-、NO₃^- 和 SO₄^2- 色谱峰与相邻色谱峰之间的分离度分别为 3.51、2.35 和 1.67，均大于 1.5。

2.3 土壤水溶性盐浸提条件优化

正交试验条件下各离子的含量结果与分析见表3，方差分析结果见表4。根据极差 R 判断各因素对各离子含量测定的影响程度，R 值越大表示该因素对离子含量测定的影响越大，为重要因素，反之影响越小。

对 SO₄^2- 来说，因素 A 对测定结果的影响显著，随水土比例增加，浸提液 SO₄^2- 含量增加，因素 B 和 C 对结果无显著性影响。对 Cl^- 和 NO₃^-，因素 A、B 和 C 对结果无显著性影响。三因素中水土比例是影响浸提结果最重要的因素，振荡时间和分离方式影响程度次之。除了 #10 土壤 NO₃^- 的结果处理方式 C2 稍高于 C1 以外，其他分析结果均显示采用 C1 处理的浸提液测定效果更好，实际操作中也是离心比滤纸过滤更加快速方便。综合因素考虑，选择土壤水溶性盐浸提条件为 A1B1C2，即水土比例为 5∶1，振荡时间为 3 min，过滤方式为离心。

2.4 方法检出限

本实验采用空白加低浓度标准溶液平行测定 11 次，3 个离子峰面积见图6。利用标准曲线计算得到浓度值，计算其标准偏差，根据测定值标准偏差的 3 倍计算仪器检出限。离子色谱仪测定 Cl^-、NO₃^- 和 SO₄^2- 浓度的仪器检出限分别为 0.036、0.024、0.075 mg/L。按称取土壤 5 g，以水土比例 5∶1 计算，方法检出限分别为 0.18、0.12 和 0.38 mg/kg。

2.5 方法精密度

选取 #4 样品和 #10 样品，按正交试验优选的浸提条件，开展 6 次浸提。试验数据见表5，两个土壤样品 Cl^- 6 次测定结果相对标准偏差为 1.9% 和 4.7%；NO₃^- 6 次测定结果相对标准偏差为 1.5% 和 2.4%；SO₄^2- 6 次测定结果相对标准偏差为 2.1% 和 4.7%，均小于 5%。

2.6 方法正确度

2.6.1 加标回收率

在 #4 和 #10 土壤 5 mL 浸提液中分别加入一定量的 Cl^-、NO₃^-、SO₄^2- 标准溶液，进行加标回收实验，回收率取 2 次平行实验的平均值。由表6 可见，3 个离子测定的加标回收率在 90.6%～104% 范围内。

2.6.2 方法比对及相关性分析

选取的 11 种土壤样品中，2 种样品进行 6 次平行测定，9 种样品进行 2 次平行测定，利用离子色谱法对 Cl^-、NO₃^-、SO₄^2- 进行同时测定，分别与常规方法测定结果进行比对。

由表7 可知，离子色谱法测定 Cl^-、NO₃^-、SO₄^2- 与其他方法测定的结果经 t 检验-成对双样本均值分析，相关系数均＞ 0.99，双尾检验 P 值均 >0.05，离子色谱法测定 Cl^-、NO₃^-、SO₄^2- 与其他方法测定的结果没有明显差异，且呈极显著线性相关。

图7、8 和 9 所示表明离子色谱仪与电位滴定法测定 Cl^- 结果之间线性回归方程为 Y = 1.0072X-0.117，R² = 0.9972；离子色谱与连续流动分析法测定 NO₃^- 结果的线性回归方程为 Y = 1.092X-0.0462，R² = 0.9997；离子色谱与硫酸钡质量法测定 SO₄^2- 结果的线性回归方程为 Y = 1.0024X+ 0.0801，R² = 0.9942。离子色谱法测定的 3 种离子含量与常规方法测定的结果之间具有较好的一致性。

3 结论

通过正交试验确定土壤水溶性盐的浸提方法，水土比例明显影响土壤水溶性盐的浸提结果，振荡时间和分离方式影响次之，确定了浸提条件为水土比例 5∶1，振荡时间 3 min，浸提液离心后过 0.45 μm 滤膜。采用离子色谱对土壤水溶性盐浸提液中阴离子 Cl^-、NO₃^- 和 SO₄^2- 进行测定，标准工作曲线线性范围均为 0.2～20 mg/L。方法检出限 Cl^- 为 0.18 mg/kg， NO₃^- 为 0.12 mg/kg，SO₄^2- 为 0.38 mg/kg。本方法测定结果与电位滴定法测定 Cl^-、连续分析仪法测定 NO₃^-、硫酸钡质量法测定 SO₄^2- 结果之间具有较好的相关关系。离子色谱仪可实现 3 个离子的同时测定，省时省力，方法的准确度、精密度都能满足分析的要求，可应用于盐碱土土壤水溶性 Cl^-、NO₃^- 和 SO₄^2- 含量的测定。

参考文献