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

端愛玲 王思遠 董艷紅 張樹雄 楊樹俊 韓張雄

(江蘇省地質工程勘察院，南京 210012)

前言

磷是植物中必不可少的營養元素，磷在植物體內主要影響其光合作用、呼吸作用及生物合成等過程，植物體內磷的缺乏將導致其發生形態和生理上的變化[1-2]。硫是植物體重要的營養元素，它在植物體內主要參與多種化合物質的合成，同時硫元素是植物代謝作用的主要調節劑[3]。磷和硫在植物體內的功能以及作物對其的吸收量均非常相似，因此通過快速測定植物體內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較大，消解效率相對較差，也容易造成交互污染；濕法密閉消解法消解時間太長；微波消解法消解時間短，用酸量少，且不易造成污染。而植物樣品中磷和硫的檢測方法主要有比色法[9]、電感耦合等離子體發射光譜法[10]、電感耦合等離子體質譜法[11]。比色法顯色反應時間長，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，干擾更加嚴重，同時比色法一次只能檢測一種元素；利用電感耦合等離子體質譜法存在干擾，且對于高含量樣品檢測結果容易產生偏差；而利用電感耦合等離子體光譜法既可以避免色素干擾，同時將植物樣品中磷和硫元素同時消解，又可以檢測含量較高的樣品，且大大縮短了樣品檢測時間。因此，本研究通過選擇微波消解條件，確定最優消解方法，待樣品消解后，在電感耦合等離子體發射光譜儀上選擇最佳光譜譜線，測定植物中磷和硫，提高了檢測速度。

1 實驗部分

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射光譜儀(美國Thermo公司)，HITECH-UPW-R2E-500L型超純水機(上海和泰儀器有限公司)。

標準溶液為內含磷、硫元素的單標準儲備溶液(GBW(E)083181-1、GBW(E)082688-4，磷、硫濃度均為1 000 mg/L，北京壇墨質檢科技有限公司)，標準物質選擇生物成分標準物質枯枝落葉(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勘察研究所生產，實驗所用HNO3、H2O2均為優級純(西安化學試劑廠生產)，實驗用水均為超純水。

1.2 電感耦合等離子體光譜儀的工作參數

電感耦合等離子體光譜儀參數見表1。

表1 電感耦合等離子體光譜儀的工作參數

1.3 標準曲線

將磷、硫單標準儲備溶液用純水稀釋制備成磷和硫的單元素標準溶液，然后采用稀硝酸(5%)利用逐級稀釋法將其制成標準曲線，用硝酸(5%)作為空白。選擇適合的譜線，測定標準曲線，并自動擬合標準曲線。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，其繪制標準曲線的線性相關系數分別為0.999 2和0.999 1。

1.4 實驗方法

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，在通風櫥內放置10 min以上，然后加入1 mL H2O2，調節微波消解程序，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 樣品的測定

選擇合適的譜線波長，在ICP-OES上測定消解好的植物樣品，根據儀器自動擬合好的曲線，計算得出植物樣品中的磷和硫元素含量。

1.5 譜線選擇

根據儀器推薦的譜線，進行譜線選擇實驗。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，分別用標準物質GBW07603、GBW10010、GBW10012、GBW10019、GBW10020、GBW10021、GBW10046、GBW10048、GBW10049，設定儀器掃描方式為短波掃描5 s，長波掃描10 s，進行驗證，獲得最佳譜線。

2 結果與討論

2.1 微波消解程序選擇

分別設置3種微波消解儀的消解程序，如表2所示，然后將樣品分別進行消解，三種消解程序檢測結果如表3所示，不同植物樣品中的磷和硫元素檢測結果均顯示為程序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溫度和壓力設置均較高，容易造成對消解儀的損害，消解罐容易發生爆管的危險，同時，溫度和壓力過高也會造成樣品消解時精密度下降。因此，實驗選擇程序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射光譜儀進行測定磷和硫元素。

表2 試樣消解程序設計

表3 不同消解程序對檢測結果的影響

2.2 儀器譜線選擇

在利用電感耦合等離子體發射光譜儀測定磷元素和硫元素時，譜線主要包括磷178.5、177.5、213.6、214.9 nm，硫為182.0、180.7 nm，各譜線在直接測定植物樣品時檢測結果如表4所示，結果顯示，GBW07603、GBW10020、GBW10021三個標準物質在213.6 nm和214.9 nm兩條譜線測定時磷元素結果偏高，均超出標準值不確定度范圍，查看其標準物質證書發現這三個標準物質的銅元素含量較高，可能受到銅元素的干擾[12]；GBW10048在譜線為177.5 nm時，磷元素結果偏高，查看其標準物質證書發現該標準物質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，測定磷元素時選擇譜線波長為178.5 nm；在測定硫元素時GBW07603、GBW10020、GBW10049三個標準物質在180.7 nm譜線測定時結果偏高，均超出標準值不確定度范圍，查看其標準物質證書發現這三個標準物質的鈣元素含量較高，可能受到鈣元素的干擾[13]。

2.3 方法檢出限

在上述實驗條件下，同時消解7份全流程空白，對空白進行測定，以3倍標準偏差計算得出磷、硫的方法檢出限，實驗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 方法的精密度和準確性

同時對8種植物樣品標準物質平行測定7次，對方法的精密度進行了統計，利用標準值對方法的準確性進行了分析驗證，各測定元素的相對標準偏差(RSD)、相對誤差(RE)見表5。從表5可以看出磷的相對標準偏差0.72%～2.7%，硫在0.59%～1.3%，同時從表5還可以看出元素的測定值與標準值相吻合，相對誤差(RE)小于±3%，表明該方法準確可靠。

2.5 新鮮樣品的加標回收實驗

實驗檢測的標準物質均為干樣，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，同時進行加標回收實驗。取植物鮮樣兩份，其中一份加入待測元素的標準，按實驗方法處理后，在優化的實驗條件下進行測定，結果見表6。從表6可見，樣品加標回收率在90.5%～107%。

表4 不同譜線波長對檢測結果的影響

表5 方法精密度和準確度

表6 加標回收實驗結果

3 結論

利用微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定植物樣品中的磷、硫元素，通過優化消解方法、檢測方法，利用國家生物標準物質進行方法檢出限、精密度、準確度實驗。結果顯示磷，硫元素的檢出限分別為0.93、1.9 mg/kg，相對標準偏差RSD在0.59%～2.7%，測定值與標準值基本吻合，相對誤差(RE)小于±3%，通過對新鮮樣品進行加標實驗，回收率在90.5%～107%。表明該方法準確可靠，可用于植物樣品中磷、硫元素的快速測定。