電感耦合等離子體發射光譜法快速測定有機肥中9種營養元素的研究

摘要 [目的]為監測并掌握有機肥中營養元素含量。[方法]分析有機肥的品質，探究不同前處理方法對有機肥中9種營養元素處理效果，建立使用微波消解法提取，電感耦合等離子體發射光譜同時測定有機肥中磷、鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼等9種營養元素的方法。同時，對該方法的準確性和可靠性進行評價。[結果]該方法提取效率高，與現行農業部標準法測定的結果不存在差異。采用國家水系沉積物標準物GBW07311、GBW07312及土壤標準物GBW07404、GBW07407進行驗證試驗，其測定數值與標準值吻合；磷、鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼檢出限分別為0.007 0、0.100 0、0.003 0、0.001 0、0.006 0、0.002 0、0.002 0、0.000 9、0.001 0 mg/L，樣品加標回收率在96.94%～103.59%之間，精密度（RSD）均小于10%。[結論]該方法可準確測定有機肥料中多種營養元素，提高靈敏度和工作效率，適應現代檢測工作發展的要求。

關鍵詞 營養元素；有機肥料；快速測定；微波消解；電感耦合等離子體發射光譜法

中圖分類號 S143.6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）25-08575-03

Abstract [Objective]The research aimed to monitor and understand the content of 9 nutrient elements in organic manure. [Method] The quality of organic manure was analyzed， the different pretreatment methods were compared for extraction efficiency to phosphorus， potassium， calcium， magnesium， iron， copper， manganese， zinc， boron in organic manure. An analysis method by Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometry（ICPOES） and extraction for the 9 nutrient elements based on microwavedigestion was established in this study. The recovery and precision of the method was validated. [Result] The proposed method was highly efficient in the extraction， had no differences in detection results to the standard method of the Ministry of Agriculture. The method was validated with Chinese national standard material of GBW07311， GBW07312， GBW07404 and GBW07407. The detected values for the 9 elements were in good agreement with the published recommended values. The limits of detection of phosphorus， potassium， calcium， magnesium， iron， copper， manganese， zinc， boron were 0.007 0， 0.100 0，0.003 0， 0.001 0， 0.006 0， 0.002 0， 0.002 0， 0.000 9， 0.001 0 mg/L， respectively. The overall recovery were 96.94%-103.59%. The relative standard deviations （RSD） of all determined elements were less than 10%. [Conclusion] This method could be used accurately for detection of 9 nutrient elements in organic manure， which could be used for the determination of multielements， increased detection sensitivity and efficient， and met the requirements of the modern testing work.

Key words Nutrient elements； Organic manure； Rapid determination； Microwave digestion； ICPOES

有機肥料所含養分全面，施用后可提供各種養分供作物吸收利用，肥效長久且均衡。各種有機肥種類繁多，成分、性質、肥效各不相同[1]。由于各地有機肥原料差異大，成分差異和質量差異也很大。要掌握有機肥中營養元素的含量，首先應建立完備、快速的檢測方法。目前，我國有機肥中磷、鉀、鐵、銅、錳、鋅等元素含量已有相應檢測標準方法NY 5252012，NY/T 305.31995，NY/T 305.11995，NY/T 305.41995，NY/T 305.21995，但方法均為單一元素分別檢測，分析時間長，分析靈敏度低，有些需要復雜的分離富集手段，不能同時快速檢測以滿足生產需要，妨礙有機肥產品質量控制研究。同時，尚沒有鈣、鎂、硼3種元素的標準檢測方法。電感耦合等離子體發射光譜法（ICP）是近10年來迅速發展的分析儀器，具有操作簡便、檢出限低、線性范圍寬、選擇性好、分析速度快等特點，被廣泛應用于各行各業[2-4]。對多種元素進行同時測定，ICP更顯示出其獨特的優越性。此外，樣品消解是在大多數分析方法進行元素檢測至關重要的一步，微波消解法已被證實為對復雜基質樣品最合適的前處理方法，其步驟操作簡單，逐漸流行且被廣泛使用[5]。該項研究旨在建立微波消解-電感耦合等離子體發射光譜檢測有機肥樣品中多元素分析法，提高工作效率，降低勞動和試劑成本，為監測有機肥中磷、鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼等元素提供方法依據，對耕作中有機肥施用量和因地制宜地選用有機肥具有現實的指導意義。

1 材料與方法

1.1 儀器

電感耦合等離子體發射光譜儀（美國PerkinElmer公司Optima 8300）；微波消解儀（奧地利Anton Paar公司Multiwave 3000）；數控電熱板（北京萊伯泰科儀器有限公司EG35B）；數控趕酸爐（上海博通化學科技有限公司BHW09A）。

1.2 主要試劑及標準溶液

硝酸（AR）、過氧化氫（AR）、鹽酸（AR）和高氯酸（GR），均為上海國藥集團化學試劑有限公司；氫氟酸（40%，德國Merck公司）；磷、鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼單元素標準溶液均為1 000 mg/L，由國家鋼鐵材料測試中心提供。

1.3 試樣消解

將風干的實驗樣品充分混勻后，按四分法縮減至約50 g樣品，粉碎，全部過篩（Φ 0.25 mm），混勻，收集于樣品瓶中，備用。干灰化法、王水濕法消解和飛硅法分別根據文獻[6-7]進行。

準確稱取0.2 g試樣，置于微波消解罐中，加入2 ml硝酸和6 ml鹽酸，輕搖、靜置30 min后，按以下程序進行消解：20 min內梯度上升功率0～900 W，900 W保持50 min，冷卻至50 ℃以下，泄壓，用少量水沖洗微波管蓋后置于數控趕酸爐上，于130 ℃恒溫趕酸，蒸發至約2 ml，加入2 ml硝酸，搖勻，繼續加熱至微沸，取下冷卻，轉入100 ml聚乙烯容量瓶，定容，過濾待測。同時，做空白試驗。

2 結果與分析

2.1 消解方法的選擇

采用目前較常用的土壤消解方法即干灰化法、濕法消解（包括王水消解和飛硅法）和微波消解法[8-9]進行優化試驗。由圖1可知，王水電熱板消解和微波消解提取效率相當；而灰化法提取有機肥中常規元素效率普遍較低，飛硅法中磷、鉀、鎂和鋅4種元素提取效率較高，其他元素提取效率則比電熱板消解法和微波消解法低。顯而易見，干灰化法和飛硅法不是有機肥理想的處理方法。王水濕法消解和微波消解操作相對方便，更容易推廣。2種方法主要區別是：王水濕法消解主要利用高溫消解，消解體系為敞口，消解過程實際又是趕酸過程，酸用量較多，處理比較耗時，易引進污染，不確定性較大；微波消解則利用高壓，封閉體系，不易缺失且受外界污染小，RSD比較理想，但是消解結束后需要進行趕酸。2種消解方法提取效率相當，考慮到微波消解法重復性較好，操作性強，試驗選用微波消解法。

3 結論與討論

該研究探究了灰化法、飛硅法、王水濕法消解和微波消解4種樣品處理方法，從方法檢出限、重復性、加標回收率、與標準方法及標準物質比較等對方法準確性和可行性進行全面評價。結果表明，微波消解電感耦合等離子體發射光譜法能夠快速、準確地分析有機肥料中磷、鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼等9種營養元素，應用于生產，監測有機肥中上述元素的含量，對有機肥生產過程中產品質量監控、技術研發、有機肥原料選用等提供方法依據和保障，同時對作物栽培中平衡施肥和因地制宜的選用有機肥具有現實的指導意義。

參考文獻

[1] 張世賢.我國有機肥料的資源、利用、問題和對策[J].磷肥與氮肥，2001，16（1）：8-11.

[2] LI W，SIMMONS P，SHRADER D，et al.Microwave plasmaatomic emission spectroscopy as a tool for the determination of copper，iron，manganese and zinc in animal feed and fertilizer[J].Talanta，2013，112：43-48.

[3] 倪偉紅，陳美春，賈彥博.微波消解ICPOES法同時測定化妝品中Pb、As、Hg[J].分析試驗室，2008，27（S2）：326-328.

[4] 高善民，朱恩，王宏光，等.微波消解ICPOES法快速測定有機肥料中銅、鋅、鉛、鎘、鉻和鎳[J].上海農業學報，2008，24（2）：75-77.

[5] SAKAN S，DRDEVI

C'

D，DEVI

C' G，et al.A study of trace element contamination in river sediments in Serbia using microwaveassisted aqua regia digestion and multivariate statistical analysis[J].Microchemical Journal，2011，99（2）：492-502.

[6] BAKIRCIOGLU D，KURTULUS Y B，UCAR G.Determination of some traces metal levels in cheese samples packaged in plastic and tin containers by ICPOES after dry，wet and microwave digestion[J].Food and Chemical Toxicology，2011，49（1）：202-207.

[7] AYDIN I.Comparison of dry，wet and microwave digestion procedures for the determination of chemical elements in wool samples in Turkey using ICPOES technique[J].Microchemical Journal，2008，90（1）：82-87.

[8] 田野，劉善江，馬良，等.有機肥料中重金屬測定綜述[J].中國農學通報，2011，27（7）：16-21.

[9] LIMA C，BARBOSA F，KRUG F J，et al.Comparison of ultrasoundassisted extraction，slurry sampling and microwaveassisted digestion for cadmium，copper and lead determination in biological and sediment samples by electrothermal atomic absorption spectrometry[J].J Anal At Spectrom，2000，15（8）：995-1000.