電感耦合等離子體質譜法測定土壤樣品中的有效硼

趙淑娟 劉美芳 劉祥 賈雨薇

吉林省第五地質調查所，中國·吉林 長春 130103

1 引言

硼元素是核糖核酸形成的必需品，而核糖核酸是構成生命的重要基礎構件。硼對于地球上生命的起源很重要，因為它可以使核酸穩定，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的硼元素。因此，土壤中有效硼含量的高低也是評價土壤的一個重要指標。

2 原理

樣品經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譜儀測定有效硼的含量。由樣品基體產生的儀器響應抑制或增強效應以及儀器的漂移，使用內標溶液進行補償消除[1]。

3 儀器和設備及工作條件

3.1 儀器和設備

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

設備：恒溫電熱板、石英回流冷凝裝置。

3.2 儀器工作條件

PC 檢測器電壓：3460V；

模擬檢測器電壓：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；

質荷比的選擇：B11、Re185；

掃描方式：跳峰；

進樣系統：聚四氟乙烯高效同心霧化器（內徑1.0mm，含電子制冷器）結合旋流霧化室，可拆式石英炬管，標準磨口中心管。

3.3 試劑及器皿

①試劑：本方法中使用水均為GB/T 6682 中規定的一級水。

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 測量重復性標準不確定度urel（frep） 依據標準方法，同時稱取7份樣品進行獨立測定，亞砷酸（三價砷）結果見表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 試驗方法

4.1 樣品的化學處理

準確稱取10.00g（通過2mm 孔徑尼龍篩風干）樣品于250mL 石英或其他無硼玻璃錐形瓶中，準確加入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（以沸騰時開始準確計時），取下錐形瓶，稍冷，一次完全倒入濾紙上進行干過濾，濾液承接于25mL 聚乙烯塑料比色管中（如最初濾液渾濁時可棄去，濾液有5mL 即可），待測[2]。

4.2 標準溶液及標準系列溶液的配制

4.2.1 標準溶液的配制

使用硼元素國家液體標準物質，逐級稀釋至濃度為10.0μg/mL 的硼標準物質溶液。

4.2.2 標準系列溶液的配制

準確吸取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 內標元素溶液的配制

使用錸元素國家液體標準物質，逐級稀釋至濃度為10ng/mL 的錸元素標準物質內標溶液。

4.4 儀器測定

按照儀器條件進行空白實驗溶液、標準系列溶液（見圖1）和樣品溶液的測定，計算樣品中有效硼的含量。

圖1 有效硼標準系列測定結果曲線（ω(W)=mg/kg）

5 結果與討論

5.1 方法的精密度與準確度分析

使用國家黃土土壤有效態標準物質HTSB-1、HTSB-2、HTSB-3、HTSB-4、HTSB-5 進行分析，每個標準物質稱取十二份，以論文中制定的分析步驟，測定有效硼的含量，進行方法驗證。所得有效硼測定結果與推薦值之間進行比較，其平均值、標準差、精密度見表1。

表1 12 次有效硼測定結果與推薦值之間進行比較，其平均值、標準差、相對偏差（ω(W)=mg/kg）

表2中數據說明，在本方法制定的測試條件下，進行方法驗證，測得有效硼的分析結果與推薦值十分接近，測定結果的相對標準偏差（RSD）均小于 5.0%，精密度和準確度均能滿足對農業土壤樣品分析測試要求（見表2）。

表2 重復試驗結果允許絕對相差

5.2 電感耦合等離子體質譜法與甲亞胺—H 比色法的比較

國家標準方法甲亞胺—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（所產生污染物較多，廢渣廢液的處理也費時費力，其產生人為誤差環節也較多），分析效率過低，不適合大批量樣品分析時使用，尤其是對樣品要求的快速分析測定時。但是甲亞胺—H 比色法測定有效硼，因其具有分析儀器價格廉價的優點，所以甲亞胺—H 比色法測定有效硼較為普遍[3]。

電感耦合等離子體質譜法與甲亞胺—H 比色法相比，具有試劑成本極低（僅使用硫酸鎂一種試劑），操作簡便，重現性好，精密度高，準確度高，實驗廢棄物產生量極少，檢出限低可達到0.001mg/kg 等優點，但儀器購置成本較高。

6 結語

論文所研究的電感耦合等離子體質譜法測定土壤樣品中的有效硼，在現今天對分析測試要求越來越高的情況下，具有很高的經濟價值。本方法具有靈敏度高、質譜干擾少、動態線性范圍寬的特點，前處理方法極為簡便，對于不同含量的樣品均可以直接進行測定，方法簡單實用，分析效率極高，克服樣品含量范圍跨度大等問題。因此，論文對現行的標準分析方法（NY/T 1121.8—2006）進行了改進，開發出一種可以快速、準確測定大量土壤中有效硼樣品的分析方法。