微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法測(cè)定植物樣品中的磷、硫

端愛玲 王思遠(yuǎn) 董艷紅 張樹雄 楊樹俊 韓張雄

(江蘇省地質(zhì)工程勘察院，南京 210012)

前言

磷是植物中必不可少的營養(yǎng)元素，磷在植物體內(nèi)主要影響其光合作用、呼吸作用及生物合成等過程，植物體內(nèi)磷的缺乏將導(dǎo)致其發(fā)生形態(tài)和生理上的變化[1-2]。硫是植物體重要的營養(yǎng)元素，它在植物體內(nèi)主要參與多種化合物質(zhì)的合成，同時(shí)硫元素是植物代謝作用的主要調(diào)節(jié)劑[3]。磷和硫在植物體內(nèi)的功能以及作物對(duì)其的吸收量均非常相似，因此通過快速測(cè)定植物體內(nèi)的磷和硫具有重要的意義。

植物中磷、硫的前處理方法主要有干法灰化法[4]，濕法敞開消解法[5-6]，濕法密閉消解[7]，微波消解法[8]等，其中干法灰化法在燃燒的過程中容易造成樣品中磷、硫的損失，且容易交互污染樣品；濕法敞開消解用的酸量相對(duì)較大，消解效率相對(duì)較差，也容易造成交互污染；濕法密閉消解法消解時(shí)間太長；微波消解法消解時(shí)間短，用酸量少，且不易造成污染。而植物樣品中磷和硫的檢測(cè)方法主要有比色法[9]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[10]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[11]。比色法顯色反應(yīng)時(shí)間長，且容易受到色素干擾，尤其是難以消解的植物樣品，在顯色過程中，干擾更加嚴(yán)重，同時(shí)比色法一次只能檢測(cè)一種元素；利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法存在干擾，且對(duì)于高含量樣品檢測(cè)結(jié)果容易產(chǎn)生偏差；而利用電感耦合等離子體光譜法既可以避免色素干擾，同時(shí)將植物樣品中磷和硫元素同時(shí)消解，又可以檢測(cè)含量較高的樣品，且大大縮短了樣品檢測(cè)時(shí)間。因此，本研究通過選擇微波消解條件，確定最優(yōu)消解方法，待樣品消解后，在電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀上選擇最佳光譜譜線，測(cè)定植物中磷和硫，提高了檢測(cè)速度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

ETHOS UP微波消解儀(意大利邁爾斯通公司)，iCAP 6300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國Thermo公司)，HITECH-UPW-R2E-500L型超純水機(jī)(上海和泰儀器有限公司)。

標(biāo)準(zhǔn)溶液為內(nèi)含磷、硫元素的單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(GBW(E)083181-1、GBW(E)082688-4，磷、硫濃度均為1 000 mg/L，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)選擇生物成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)枯枝落葉(GBW07603)、大米(GBW10010)、玉米(GBW10012)、蘋果(GBW10019)、柑橘葉(GBW10020)、豆角(GBW10021)、河南小麥(GBW10046)、芹菜(GBW10048)、大蔥(GBW10049)，均由地球物理地球化學(xué)勘察研究所生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)所用HNO3、H2O2均為優(yōu)級(jí)純(西安化學(xué)試劑廠生產(chǎn))，實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

1.2 電感耦合等離子體光譜儀的工作參數(shù)

電感耦合等離子體光譜儀參數(shù)見表1。

表1 電感耦合等離子體光譜儀的工作參數(shù)

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

將磷、硫單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用純水稀釋制備成磷和硫的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后采用稀硝酸(5%)利用逐級(jí)稀釋法將其制成標(biāo)準(zhǔn)曲線，用硝酸(5%)作為空白。選擇適合的譜線，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線，并自動(dòng)擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線。磷元素和硫元素的線性范圍均按0～50 mg/L(0、1、2、5、10、20、50 mg/L)計(jì)，其繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.999 2和0.999 1。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 植物樣品前處理

將各種植物樣品按干樣和鮮樣分別稱取，干樣品稱取0.25 g(精確至0.000 1 g)，新鮮樣品稱取2.50 g(精確至0.000 1 g)于微波消解罐中，加入6 mL HNO3，在通風(fēng)櫥內(nèi)放置10 min以上，然后加入1 mL H2O2，調(diào)節(jié)微波消解程序，選擇合適的消解模式將樣品置于微波消解儀內(nèi)消解完全，用純水定容至50 mL比色管中，充分搖勻，備用。用硝酸過程空白作為樣品空白。

1.4.2 樣品的測(cè)定

選擇合適的譜線波長，在ICP-OES上測(cè)定消解好的植物樣品，根據(jù)儀器自動(dòng)擬合好的曲線，計(jì)算得出植物樣品中的磷和硫元素含量。

1.5 譜線選擇

根據(jù)儀器推薦的譜線，進(jìn)行譜線選擇實(shí)驗(yàn)。磷元素主要譜線包括178.5、177.5、213.6、214.9 nm，硫元素主要普線為182.0、180.7 nm，分別用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07603、GBW10010、GBW10012、GBW10019、GBW10020、GBW10021、GBW10046、GBW10048、GBW10049，設(shè)定儀器掃描方式為短波掃描5 s，長波掃描10 s，進(jìn)行驗(yàn)證，獲得最佳譜線。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波消解程序選擇

分別設(shè)置3種微波消解儀的消解程序，如表2所示，然后將樣品分別進(jìn)行消解，三種消解程序檢測(cè)結(jié)果如表3所示，不同植物樣品中的磷和硫元素檢測(cè)結(jié)果均顯示為程序1<程序2<程序3，可能由于程序1溫度和壓力均較小，樣品消解不完全造成的，程序2和3均能將樣品完全消解，但由于程序3溫度和壓力設(shè)置均較高，容易造成對(duì)消解儀的損害，消解罐容易發(fā)生爆管的危險(xiǎn)，同時(shí)，溫度和壓力過高也會(huì)造成樣品消解時(shí)精密度下降。因此，實(shí)驗(yàn)選擇程序2作為樣品消解程序，既保證了樣品的充分消解，又降低了消解過程的危險(xiǎn)性。消解后的樣品清澈透明，可直接利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行測(cè)定磷和硫元素。

表2 試樣消解程序設(shè)計(jì)

表3 不同消解程序?qū)z測(cè)結(jié)果的影響

2.2 儀器譜線選擇

在利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定磷元素和硫元素時(shí)，譜線主要包括磷178.5、177.5、213.6、214.9 nm，硫?yàn)?82.0、180.7 nm，各譜線在直接測(cè)定植物樣品時(shí)檢測(cè)結(jié)果如表4所示，結(jié)果顯示，GBW07603、GBW10020、GBW10021三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在213.6 nm和214.9 nm兩條譜線測(cè)定時(shí)磷元素結(jié)果偏高，均超出標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍，查看其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書發(fā)現(xiàn)這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的銅元素含量較高，可能受到銅元素的干擾[12]；GBW10048在譜線為177.5 nm時(shí)，磷元素結(jié)果偏高，查看其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品的鈉元素含量較高，可能受到鈉元素的光譜干擾[12]，因此，測(cè)定磷元素時(shí)選擇譜線波長為178.5 nm；在測(cè)定硫元素時(shí)GBW07603、GBW10020、GBW10049三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在180.7 nm譜線測(cè)定時(shí)結(jié)果偏高，均超出標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍，查看其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書發(fā)現(xiàn)這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的鈣元素含量較高，可能受到鈣元素的干擾[13]。

2.3 方法檢出限

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，同時(shí)消解7份全流程空白，對(duì)空白進(jìn)行測(cè)定，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算得出磷、硫的方法檢出限，實(shí)驗(yàn)中磷元素的檢出限為0.93 mg/kg，硫元素的檢出限為1.9 mg/kg。

2.4 方法的精密度和準(zhǔn)確性

同時(shí)對(duì)8種植物樣品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)平行測(cè)定7次，對(duì)方法的精密度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，利用標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析驗(yàn)證，各測(cè)定元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)、相對(duì)誤差(RE)見表5。從表5可以看出磷的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.72%～2.7%，硫在0.59%～1.3%，同時(shí)從表5還可以看出元素的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值相吻合，相對(duì)誤差(RE)小于±3%，表明該方法準(zhǔn)確可靠。

2.5 新鮮樣品的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均為干樣，為了考察方法的適用性，選擇不同植物的新鮮樣品直接消解，同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。取植物鮮樣兩份，其中一份加入待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)，按實(shí)驗(yàn)方法處理后，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表6。從表6可見，樣品加標(biāo)回收率在90.5%～107%。

表4 不同譜線波長對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

表5 方法精密度和準(zhǔn)確度

表6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

利用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定植物樣品中的磷、硫元素，通過優(yōu)化消解方法、檢測(cè)方法，利用國家生物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行方法檢出限、精密度、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示磷，硫元素的檢出限分別為0.93、1.9 mg/kg，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在0.59%～2.7%，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本吻合，相對(duì)誤差(RE)小于±3%，通過對(duì)新鮮樣品進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，回收率在90.5%～107%。表明該方法準(zhǔn)確可靠，可用于植物樣品中磷、硫元素的快速測(cè)定。