電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定土壤樣品中的有效硼

趙淑娟 劉美芳 劉祥 賈雨薇

吉林省第五地質(zhì)調(diào)查所，中國(guó)·吉林 長(zhǎng)春 130103

1 引言

硼元素是核糖核酸形成的必需品，而核糖核酸是構(gòu)成生命的重要基礎(chǔ)構(gòu)件。硼對(duì)于地球上生命的起源很重要，因?yàn)樗梢允购怂岱€(wěn)定，核酸是核糖核酸的重要成分。在早期生命中，核糖核酸被認(rèn)為是脫氧核糖核酸的信息前體。硼普遍存在于蔬果中，是維持骨的健康和鈣、磷、鎂正常代謝所需要的微量元素之一。而有效硼，則是指土壤中可被植物吸收利用的硼的總稱（約占土壤全量硼的5%），也就是人體可以通過食物鏈可攝入體內(nèi)的硼元素。因此，土壤中有效硼含量的高低也是評(píng)價(jià)土壤的一個(gè)重要指標(biāo)。

2 原理

樣品經(jīng)煮沸硫酸鎂溶液提取，干過濾溶液，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定有效硼的含量。由樣品基體產(chǎn)生的儀器響應(yīng)抑制或增強(qiáng)效應(yīng)以及儀器的漂移，使用內(nèi)標(biāo)溶液進(jìn)行補(bǔ)償消除[1]。

3 儀器和設(shè)備及工作條件

3.1 儀器和設(shè)備

儀器：美國(guó)賽默飛世爾公司電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（XSERIES 2 ICP-MS）。

設(shè)備：恒溫電熱板、石英回流冷凝裝置。

3.2 儀器工作條件

PC 檢測(cè)器電壓：3460V；

模擬檢測(cè)器電壓：1800V；

采樣深度：160μm；

冷卻氣用量：14L/min；

輔助氣用量：0.8L/min；

霧化器壓力：0.90Psi；

質(zhì)荷比的選擇：B11、Re185；

掃描方式：跳峰；

進(jìn)樣系統(tǒng)：聚四氟乙烯高效同心霧化器（內(nèi)徑1.0mm，含電子制冷器）結(jié)合旋流霧化室，可拆式石英炬管，標(biāo)準(zhǔn)磨口中心管。

3.3 試劑及器皿

①試劑：本方法中使用水均為GB/T 6682 中規(guī)定的一級(jí)水。

硫酸鎂溶液（ρ(MgSO4·7H2O)=1g/L），稱取1.0g 分析純硫酸鎂（MgSO4·7H2O）溶于水中，稀釋至1L。

1.4.1 測(cè)量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（frep） 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法，同時(shí)稱取7份樣品進(jìn)行獨(dú)立測(cè)定，亞砷酸（三價(jià)砷）結(jié)果見表1。

②器皿：250mL 石英或其他無硼錐形瓶，100mL 聚乙烯塑料容量瓶，25mL 聚乙烯塑料比色試管，聚乙烯塑料漏斗。

4 試驗(yàn)方法

4.1 樣品的化學(xué)處理

準(zhǔn)確稱取10.00g（通過2mm 孔徑尼龍篩風(fēng)干）樣品于250mL 石英或其他無硼玻璃錐形瓶中，準(zhǔn)確加入20.00mL 硫酸鎂溶液（3.1），裝好回流冷凝器，以文火煮沸并微沸5min（以沸騰時(shí)開始準(zhǔn)確計(jì)時(shí)），取下錐形瓶，稍冷，一次完全倒入濾紙上進(jìn)行干過濾，濾液承接于25mL 聚乙烯塑料比色管中（如最初濾液渾濁時(shí)可棄去，濾液有5mL 即可），待測(cè)[2]。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液及標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制

4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

使用硼元素國(guó)家液體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，逐級(jí)稀釋至濃度為10.0μg/mL 的硼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液。

4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制

準(zhǔn)確吸取4.2.1 溶液0.00mL、1.00mL、2.00mL、5.00mL、10.00mL、20.00mL 于100mL 容量瓶中，以硫酸鎂溶液（3.1）稀釋刻度，搖勻。分別相當(dāng)于樣品濃度0.00mg/kg、0.20mg/kg、0.40mg/kg、1.00mg/kg、2.00mg/kg、4.00mg/kg。

4.3 內(nèi)標(biāo)元素溶液的配制

使用錸元素國(guó)家液體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，逐級(jí)稀釋至濃度為10ng/mL 的錸元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)內(nèi)標(biāo)溶液。

4.4 儀器測(cè)定

按照儀器條件進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)溶液、標(biāo)準(zhǔn)系列溶液（見圖1）和樣品溶液的測(cè)定，計(jì)算樣品中有效硼的含量。

圖1 有效硼標(biāo)準(zhǔn)系列測(cè)定結(jié)果曲線（ω(W)=mg/kg）

5 結(jié)果與討論

5.1 方法的精密度與準(zhǔn)確度分析

使用國(guó)家黃土土壤有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)HTSB-1、HTSB-2、HTSB-3、HTSB-4、HTSB-5 進(jìn)行分析，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱取十二份，以論文中制定的分析步驟，測(cè)定有效硼的含量，進(jìn)行方法驗(yàn)證。所得有效硼測(cè)定結(jié)果與推薦值之間進(jìn)行比較，其平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、精密度見表1。

表1 12 次有效硼測(cè)定結(jié)果與推薦值之間進(jìn)行比較，其平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相對(duì)偏差（ω(W)=mg/kg）

表2中數(shù)據(jù)說明，在本方法制定的測(cè)試條件下，進(jìn)行方法驗(yàn)證，測(cè)得有效硼的分析結(jié)果與推薦值十分接近，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于 5.0%，精密度和準(zhǔn)確度均能滿足對(duì)農(nóng)業(yè)土壤樣品分析測(cè)試要求（見表2）。

表2 重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果允許絕對(duì)相差

5.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法與甲亞胺—H 比色法的比較

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法甲亞胺—H 比色法所使用試劑種類較多（共六種），造成分析試劑成本較高，加之分光光度法精密度較低，操作步驟繁瑣（所產(chǎn)生污染物較多，廢渣廢液的處理也費(fèi)時(shí)費(fèi)力，其產(chǎn)生人為誤差環(huán)節(jié)也較多），分析效率過低，不適合大批量樣品分析時(shí)使用，尤其是對(duì)樣品要求的快速分析測(cè)定時(shí)。但是甲亞胺—H 比色法測(cè)定有效硼，因其具有分析儀器價(jià)格廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，所以甲亞胺—H 比色法測(cè)定有效硼較為普遍[3]。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法與甲亞胺—H 比色法相比，具有試劑成本極低（僅使用硫酸鎂一種試劑），操作簡(jiǎn)便，重現(xiàn)性好，精密度高，準(zhǔn)確度高，實(shí)驗(yàn)廢棄物產(chǎn)生量極少，檢出限低可達(dá)到0.001mg/kg 等優(yōu)點(diǎn)，但儀器購置成本較高。

6 結(jié)語

論文所研究的電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定土壤樣品中的有效硼，在現(xiàn)今天對(duì)分析測(cè)試要求越來越高的情況下，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本方法具有靈敏度高、質(zhì)譜干擾少、動(dòng)態(tài)線性范圍寬的特點(diǎn)，前處理方法極為簡(jiǎn)便，對(duì)于不同含量的樣品均可以直接進(jìn)行測(cè)定，方法簡(jiǎn)單實(shí)用，分析效率極高，克服樣品含量范圍跨度大等問題。因此，論文對(duì)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)分析方法（NY/T 1121.8—2006）進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)出一種可以快速、準(zhǔn)確測(cè)定大量土壤中有效硼樣品的分析方法。