兩種方法檢測牧草中硫元素含量的比較試驗

溫 舒，桑圣沛，孫繼燕，張洪剛，滿建皓，宇 凌

（1.山東省巨野縣畜牧服務中心，山東 巨野 274900；2.山東省鄄城縣第一中學，山東 鄄城；3.山東省菏澤市動物疫病預防控制中心，山東 菏澤）

組成生物體的化學元素對生物體有非常重要的作用，許多元素對動物生命活動是至關重要的，其中，硫元素作為陰離子可以用來平衡體內的pH[1]，是動物體內主要的礦物之一，約占體重的0.15%。

為了滿足動物的需要，在日常喂養中需要提供足夠的硫。硫顯著缺乏時，動物機體蛋白質合成受影響，呈蛋白質營養不良的狀態。甘肅阿克塞縣海子地區是該縣重要的畜牧業區，自從實行草場承包，改游牧為劃區圍欄定居放牧以來，羊只只限于范圍較小的海子盆地放牧場，連續3年發生了“食毛癥”，脫毛、毛囊上皮嚴重緊縮、表皮細胞角化明顯，經分析發現是由于綿羊和山羊體內缺乏硫元素造成的，補充硫對預防和治療“食毛癥”有很好的效果[2]。硫在羊的飲食中占比應為0.14%至0.28%；根據奶牛的營養需求，硫在奶牛的飲食中占比應在0.2%左右。

但飼糧中硫含量過高也會對動物機體造成不良影響，研究發現牛飼料中的硫含量高于0.6%時會出現神經癥狀，羊的飼料中硫元素含量過高也可能出現這種癥狀[3]。這可能是由于瘤胃中的細菌將過量硫轉化成H2S，H2S迅速被瘤胃壁吸收，硫化氫是劇毒物質，易引起中毒[4]。另一方面，如果動物攝入過量硫，會干擾其他礦物質的吸收，特別是硒和銅。過量的硫和銅會形成硫鉬銅絡合物，從而影響動物對銅的吸收[5]。因此，檢測牧草中硫元素的含量尤為重要，如何快速簡便地檢測硫元素含量具有重要的研究意義。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試劑 鹽酸（國標GB/T 622-1989）；過氧化氫：分析純；硝酸：優級純；標準溶液：S標準溶液（1 mg·mL-1），分步稀釋，直到每個點的所需濃度；硝酸鎂溶液：首先加入2 mL的水，然后加硝酸鎂475 g，定容至500 mL；10%氯化鋇溶液：氯化鋇10 g溶解于100 mL水中；硝酸銀溶液：濃度c（AgNO3）為0.1 mol/L。

1.1.2 儀器與設備 瓷坩堝50 mL；玻璃燒杯250 mL；干燥器：其中以變色硅膠作為干燥劑；可調節溫度電爐；馬弗爐；分析天平；慢速定量濾紙；微波消解儀：以分段加熱的方式進行加熱；ICP電感耦合等離子體發射光譜儀（簡稱ICP光譜儀）。

1.2 方法

1.2.1 硝酸鎂法檢測牧草中的硫含量（GB/T 17776-2016） （1）制備試樣。取有代表性的樣品（牧草）至少2 kg，用四分法縮減至250 g，粉碎，充分混勻，將其裝入樣品袋內密封，保存備用。（2）測定步驟。首先稱取2 g樣品放入50 mL的瓷坩堝中，然后加入15 mL事先配制好的硝酸鎂溶液，玻璃棒攪拌至硝酸鎂溶液與樣品混合均勻。在溫度可調電熱爐上用小火加熱，直到反應停止[6]。將瓷坩堝轉移到熱馬弗爐中，500 ℃ 的條件下灼燒6 h，直到沒有黑色粒子。從馬弗爐中將瓷坩堝用鉗子拿出，冷卻，混入15 mL水，7 mL鹽酸，煮沸，過濾，徹底沖洗。將濾液稀釋至約200 mL。稀釋濾液加熱至沸騰，滴加20 mL 10%氯化鋇溶液連續攪拌，繼續煮沸5 min，靜置過夜。定量濾紙用熱蒸餾水緩慢沖洗至無游離氯離子為止（可以用硝酸銀溶液來測試，無氯化物殘留的白色沉淀）[7]。沉淀、濾紙放入曾在馬弗爐中焙燒至恒重的瓷坩堝，在電爐上小火炭化后，再于（820±20 ℃）下灼燒1 h取出，在空氣中冷卻約1 min，放入干燥器內冷卻30 min，稱量，再同樣灼燒30 min，冷卻、稱量，直至兩次質量之差小于0.001 g為恒重[8]。

1.2.2 MARS-ICP法檢測牧草中的硫含量 （1）制備樣品溶液。將0.5 g樣品小心倒消解罐中，注意不要將樣品粘在罐內壁上，將消解罐小心放入通風櫥中。加入4 mL硝酸，反復振蕩混合。再加入1 mL過氧化氫進行前期消化。將消解罐放入微波消解裝置，等工作完成后，將微波消解罐取出，解除壓力，冷卻，然后放入水浴鍋沸水浴趕酸加熱40 min[9]。轉移到刻度管中，超純水定容到45 mL，相同的方法前處理空白對照。（2）機器開機（表1）。

表1 機器開機

（3）分析線的選擇。通過光譜的敏感性，干擾和干擾的重復等角度來選擇分析線，硫通常更靈敏的分析線是S180.669 nm和S182.036 nm兩條，經實驗表明選用譜線S180.669 nm作為分析線，可以避免基體中存在的鐵、銅、錳、鋅等元素的光譜干擾，經過4 h的高壓力氬氣或8 h的低壓力的吹掃，可以減少紫外線被氧氣的消耗，可以獲得更好的靈敏度[10]。注意在檢測樣品時要保持高壓力氣體吹掃，這樣才能確保結果的準確性。（4）繪制標準曲線。將標準液從冰箱中拿出，回溫，拿出上樣用的小管，編號，等到回溫結束后，將液體從刻度管倒入上樣小管中，大約6 mL，上機跑樣[11]。（5）檢測樣品。取硫的樣品溶液放置在ICP光譜儀正確的位置進行檢測。

3 結果

3.1 硝酸鎂法檢測牧草中的硫含量結果計算

根據下面的公式進行準確計算。X = m1× 0.1374 ×100/m。式中：樣品中硫元素的含量用X表示；樣品的質量用m表示，單位是g；沉淀的質量用m1表示，單位是g；硫酸鋇和硫的轉換系數是0.1374。每個樣品做平行樣品，其算術平均測量結果是最終結果[12]。

3.2 MARS-ICP法檢測牧草中的硫含量結果計算

檢查標準品和樣品的光譜，確定無異常后導出數據，處理數據，得出樣品的結果。將質控和AAFFCO的結果分別錄入質控圖和AAFFCO對比表，從而確定結果是否準確。

3.3 硫含量結果比較

同一個樣品，同時用硝酸鎂法和MARS-ICP法兩種方法檢測牧草中硫元素含量，前者測得X（%）=0.217，后者測得X（%）=0.218，兩次獨立檢測結果的絕對值差值僅為0.001%，相對偏差僅為0.23%，符合標準規定（表2）。

表2 硝酸鎂法和MARS-ICP法檢測牧草中的硫含量結果比較

4 討論

傳統方法前處理使用硝酸鎂法耗時超過10 h，僅前處理就需要1個工作日，且牧草中的硫不易完全反應。

MARS-ICP法前處理使用微波消解裝置處理牧草樣品，反應完全，并縮短反應時間。微波消解技術是利用微波的穿透性和激活反應能力均勻加熱密閉容器內的樣品和試劑，可使制樣容器內反應溫度提高，壓力增加，從而大大提高反應效率，減少了樣品制備的時間，結果更加準確有說服力，還可以明顯減少對環境的污染[13]。

MARS-ICP法通過檢測溶出的料漿中的硫的含量，從而提高了檢測靈敏度和穩定性。ICP利用等離子體使待測原子處于激發狀態，不穩定的激發態原子發射出各自特征的譜線回到基態，通過測量光譜元素的含量來確定，可以判定在同一時間的多個元素，節省時間，簡化步驟，提高效率[14]。

MARS-ICP法與硝酸鎂法數據基本接近，但結果平行性好于硝酸鎂法[15]。采用硝酸鎂法檢測牧草中的硫，步驟繁雜，耗時長，使用的試劑及器皿種類多，檢測效率總體來講較低。MARS-ICP法檢測牧草中的硫，簡化了處理步驟[16]。預消解、消解的時間短，操作較少，機器運行期間可以刷瓶子、處理數據等，節省了人力。

MARS-ICP法檢測牧草中的硫提高了檢測效率，充分利用預消解、消解和上機的時間，實現1 d完成兩批前處理[17]。以3 d為一個周期，可以完成5批前處理、1次上機和數據處理。3 d可以完成25個試樣的檢測，檢測效率是硝酸鎂法的2.7倍[18]。采用硝酸鎂法檢測牧草中的硫長時間占用大量的空間和器皿， 而MARS-ICP法檢測牧草中的硫短暫少量地占用空間[19]。采用硝酸鎂法檢測牧草中的硫，灼燒、過濾等過程需要人力[20]。MARS-ICP法檢測牧草中的硫，微波消解、測樣的過程中儀器運轉可代替人力。

5 結論

通過試驗和比較證實利用MARS-ICP法檢測牧草中的硫優勢很大，減少了時間、空間以及人力的占用，總體提高了檢測效率、準確性和技術自動化程度，可以快速完成大量樣品中硫元素含量的檢測。