微波消解-ICP-MS法測定草莓硅含量及硅富集規律研究

關鍵詞：ICP-MS;硅含量；草莓;富集規律

中圖分類號：S668.4 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2025）06-0001-06

DOI： 10.19590/j.cnki.1008-1038.2025.06.001

Study on the Determination of Silicon Content and Enrichment Pattern in Strawberries by Microwave Digestion ICP-MS Method

PAN Shaoxiang12，MA Di ^1，2 ，LIU Xuemei12，SONG Ye12，WU Maoyu12，LIU Guidong12，YAN Xinhuan ^1，2* （20 （1. Jinan Fruit Research Institute，All China Federation of Supply and Marketing Co-operatives，Jinan ， China; 2. Shandong Province Fruit and Vegetable Storage and Processing Technology Innovation Center， Jinan ， China）

Abstract： Accurate determination of trace silicon content in fruits and vegetables iscrucial for guiding agricultural production，however，conventional silicon determinationmethodssufer from technical limitations including complex pretreatment procedures and severe matrix interference.In thisstudy，a method for determining trace silicon content in agricultural productswas established by using microwave digestion pretreatment combined with ICP-MS.The study explored the enrichment paterns of silicon element in strawbery cultivation and investigated the effcts of diffrent fertilizationconcentrations and periods on silicon absorption in strawberres.The results showed that the method for silicon determination inagricultural products had a good linear relationship，with a detection limit of O.O13 O μg/mL，precision，accuracy and recovery that met experimental requirements.The study on the enrichment law of silicon element in strawbery cultivation revealed thatboth fertilization concentration and timing significantly afected silicon absorption in strawberries. With the increase in fertilization concentration，theaccumulation of silicon instrawberries was higher，and fertilization during the flowering period was more beneficial for silicon accumulation than during the seedling period.This research provided reliable technical support for thequantitative analysis of silicon elements in fruitsandvegetables，and offered theoretical basisand technical guidance for silicon fertilizerapplication in strawberry cultivation.

Keywords： ICP-MS; silicon content; strawberry;enrichment regularity

硅元素是自然界廣泛存在的一種化學元素，在生物體內扮演著重要的角色-。隨著對硅元素作用機制研究的深入，人們逐漸意識到硅在農產品品質提升以及人體健康維護中的潛在價值。硅元素在人體中的含量雖然相對較低，但發揮著多種生理功能，如促進鈣質吸收、增強骨密度、提高免疫力等5。在農業生產中，硅元素也被認為是一種重要的營養元素，能增強植物的抗逆性，提高植物對病蟲害的抵抗能力，同時也有助于改善農產品的質量和產量g。

草莓（Fragaria × ananassa）柔軟多汁，果皮極薄，在收獲、運輸及貯藏過程中容易受到機械損傷，嚴重影響果實的食用品質和商品價值[9-0。通過合理施用硅肥能夠減少因碰壓而引發的腐爛，延長草莓的貯藏時間，然而目前多數研究者對草莓種植過程中硅元素吸收規律并不明確，造成了硅肥施用缺乏科學性和針對性，影響了硅肥的利用效果。另外，植物體內硅元素的檢測一直是分析化學領域的一大挑戰。通過建立精準的硅元素檢測方法，可以監測植株硅肥的吸收動力學，從而優化施肥方案，提升硅肥利用效率。目前植物體內硅元素的檢測沒有國家或行業標準，常用的檢測方法主要有鉬藍分光光度法[12-13]、原子吸收光譜法（atomic absorptionspectrophotometry，AAS）、電感耦合等離子體發射光譜法（inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES）[5-16]和電感耦合等離子體質譜法（inductivelycoupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）[17-19]等，其中，ICP-MS法因高靈敏度、寬線性范圍和精確度等優勢，已成為研究植物體內硅元素含量的重要手段[20-21]。目前ICP-MS法在果蔬農產品硅元素測定中的研究相對較少，果蔬農產品中硅元素含量通常相對較低，實現快速、準確測量仍是一大挑戰。

因此，本研究擬采用微波消解前處理法結合電感耦合等離子體質譜法，建立一種有效、快速，適用于測定草莓中硅含量的檢測方法，以解決農產品研究中的實際需要。該方法創新性地利用封閉式微波消解實現樣品的高通量、高回收前處理，并借助ICP-MS的超高靈敏度、寬線性范圍及干擾控制技術（碰撞池技術），有效克服了硅測定中常見的基體干擾和多原子離子干擾，顯著降低了草莓中低豐度硅元素的檢出限，與常用比色法相比顯著提高了檢測的準確性和重現性。同時，以硅元素的測試方法為基礎，深入研究了草莓在種植過程中對硅元素的吸收規律，以保證硅肥施用的科學性和針對性，對于提升草莓品質、降低生產成本具有重要的實踐意義。

1材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1材料

‘紅顏'草莓，采自濟南市章丘區文祖街道多彩農莊基地。于草莓成熟時選擇成熟度一致、大小均勻、無病蟲害及機械傷的果實作為實驗用果，采摘后立即運送至實驗室；試驗用硅肥為山東榮啟康紀農業科技有限公司提供的液體硅肥 （SiO₂?120g/L） 。

1.1.2 試劑

硝酸、高氯酸、氫氟酸，天津市科密歐化學試劑有限公司；氯化鉀，國藥集團化學試劑有限公司；以上試劑均為優級純。硅 （Si） 標準溶液（GSB04-1752-2004A）、鍺（Ge） 標準溶液（GSB04-1728-2004A）、錸 （Re） 標準溶液（GSB04-1745-2004A）、銠（Rh）標準溶液（ CSB04- 1746-2004A），以上標準溶液均采購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心；蘋果粉中硅元素質控樣（GBW10208），北京譜析標準技術有限公司。

1.1.3 儀器與設備

KS-1053破壁料理機，廣州市祈和電器有限公司；WX-8000微波消解儀，上海屹堯儀器科技發展有限公司；iCAP電感耦合等離子體質譜儀，美國賽默飛世爾科技；Milli-Q超純水系統，德國默克密理博實驗室設備（上海）有限公司；FD-2真空冷凍干燥機，北京博醫康技術有限責任公司。

1.2 方法

1.2.1 施肥方案設計

考察草莓幼苗期、花期兩個生長時期對硅元素的吸收規律，并分析硅肥稀釋800倍（S800）、400倍（S400）、100倍 （S100）3個不同施肥濃度對草莓硅元素吸收的影響。每種施肥條件下，采摘成熟度一致、大小均勻、無病蟲害及機械傷的樣品，隨機分為3份，每份 3kg ，測量每份草莓樣品中的硅元素含量，結果取平均值。

1.2.2 檢測方法

（1）標準溶液的配制

標準溶液配制：采用 1000μg/mL 的 Si標準溶液，配制濃度為 100μg/mL 的儲備液，移取貯備液配制濃度分別為 0.05?0.20?0.50?1.00?2.00?5.00μg/mL 的標準使用液。

內標液配制：用純水將 1000μg/mL Ge、Re、Rh、In、Bi標準溶液配制成 100μg/mL 的混合標準溶液，再逐級稀釋配制成 0.50μg/mL 的混合內標使用液，備用。

（2）樣品前處理

取草莓樣品用破壁料理機打漿，取 30g 勻漿置于培養血中，于真空冷凍干燥機中 -80°C 下凍干，將凍干樣品粉碎后置于聚乙烯密封袋中，轉移至干燥器中備用。

取草莓凍干粉品 0.3g ，于微波消解內罐中，加入3mL 硝酸、 .1mL 高氯酸、 .1mL 氫氟酸、 .0.1g 氯化鉀，搖勻放置過夜，然后放入微波消解儀中，按陳均洪等的微波消解方法，略有修改（見表1）。消解完成后，消解罐轉移到電熱板上， 150^qC 趕酸至近干，加純水溶解并轉移至25mL 容量瓶中，定容，搖勻，同時做空白試驗。

（③電感耦合等離子體質譜儀工作參數

設置儀器功率 1550W ，冷卻氣流量 14.0L/min 霧化氣流量 1.0L/min ，輔助氣流量 0.8L/min ，樣品提升量4.0L/min ，采樣深度 7.8mm ，重復采樣3次。

1.2.3 數據處理

采用Excel2013對實驗數據進行處理和分析，結果采用\"平均值 ?± 標準差\"的形式表示，統計圖采用Origin9.5繪制。

2結果與分析

2.1 硅元素檢測方法構建

2.1.1 標準曲線、檢出限、定量限

以硅元素標準工作溶液分別進樣，以標準溶液濃度為橫坐標，信號相應強度為縱坐標制作標準曲線，結果見表2。由表可知，硅元素在 0.05～5.00μg/mL 范圍內線性良好，相關系數為 0.999 。

以樣品空白溶液測定11次計算標準偏差，取3倍標準偏差所對應的質量濃度為檢出限[22-23]，10倍標準偏差所對應的質量濃度為定量限，結果見表2。由表知，硅元素檢出限為 0.0130μg/mL ，定量限為0.0432μg/mL，可滿足農產品中硅元素的檢測要求。

2.1.2 精密度實驗

取草莓樣品，按照1.2.2中的方法，連續測定6次，計算相對標準偏差（RSD），即為本方法的精密度。從表3中可以看出，硅元素的相對標準偏差為 5.2% ，說明方法的精密度良好[24]。

2.1.3 加標回收

對草莓樣品進行加標回收實驗，分別選取0.05、0.20、0.50μg/mL3 個濃度進行加標實驗。精確稱取樣品于消解罐中，分別加入硅元素儲備液 12.5.50.0.125.0μL 按照1.2.2的方法進行消解和檢測，每個濃度重復6次，計算回收率，結果見表4。從表4可以看出，硅元素的回收率均高于 80% ，且平均標準偏差均小于 10% ，能夠滿足試驗的要求24。

2.1.4 質控樣測試

按1.2.2方法的微波消解和檢測條件對蘋果粉質控樣（GBW10208）進行樣品前處理并進行測定，結果見表5。由表5中可知，質控樣硅含量測定值為 60.1mg/kg ，在質控樣標準數值范圍內，測量結果滿足試驗要求。

2.2草莓種植過程中硅元素富集規律研究

依據1.2.1試驗設計，考察不同施肥時期及不同施肥濃度對草莓硅元素吸收規律的影響，不同施肥條件下草莓果實中硅元素含量見圖1。

2.2.1不同施肥期對草莓硅元素吸收規律的影響

圖1顯示，在施肥濃度相同的情況下，花期施肥更有利于草莓中硅元素的累積，特別是在S800施肥濃度下，花期施肥草莓中硅元素含量 （5.68mg/kg） 顯著高于幼苗期施肥草莓中硅元素含量 （4.30mg/kg） 0 （Plt;0.05） ，說明在草莓生長的不同階段，草莓對硅元素的需求量和吸收能力有所不同，花期施肥對草莓硅元素的吸收效果更好。幼苗期時，草莓主要建立基本生長架構，根系和葉片均處于初期生長階段，對外界營養的需求尚未達到花期或果實發育時的水平；在花期時，隨著開花和果實形成，植株對硅等微量營養素的需求上升，促進硅在果實及相關器官中的累積，這可能是造成不同施肥期草莓硅元素吸收差異的原因。

2.2.2 不同施肥濃度對草莓硅元素吸收規律的影響

從圖1中可以看出，未施加硅肥的草莓樣品（CK）中硅元素含量為 3.18mg/kg ，與對照樣品相比，施用硅肥的草莓樣品中硅元素含量均有所提高且差異顯著。隨著施肥濃度的提高，草莓中硅元素的累積量也逐漸提高，其中花期施肥S100施肥濃度樣品硅元素含量是S800施肥濃度樣品中硅元素含量的1.32倍，S400與S800施肥濃度對草莓中硅元素的累積效果影響不顯著；幼苗期S100和S400兩個施肥濃度影響也不顯著。雖然整體趨勢顯示施肥濃度提高有助于硅累積，但實際吸收效率可能在一定硅濃度下達到最佳值，特別是在幼苗時期，過高的濃度對促進草莓硅元素的累積效果不明顯。

3結論

采用微波消解前處理，結合電感耦合等離子體質譜法，建立了一種適用于測定草莓等果蔬農產品中硅元素的方法。經過檢驗，該方法檢出限為 0.013 0mg/kg 能滿足檢測需求，同時該方法具有良好的精密度和重復性。另外，通過加標回收和質控樣測試驗證了本方法的準確度能夠滿足試驗的要求。本方法的開發為果蔬農產品中低含量硅元素測定標準方法的建立提供了技術支撐。

實驗以硅元素的測試方法為基礎，深入研究種植過程中草莓對硅元素的吸收規律，考察了施肥時期和施肥濃度對草莓中硅元素吸收規律的影響，結果表明，施肥濃度和施肥期對草莓硅元素的吸收均有顯著的影響。隨著施肥濃度的提高，草莓中硅元素的累積含量越高，在花期施肥比幼苗期施肥更有利于草莓中硅元素的累積。在實際生產中，為了提高草莓產量和品質，應根據草莓生長的不同階段和硅元素的需求情況，合理確定施肥的濃度和時期，以保證草莓能夠充分吸收和利用硅元素，本研究為草莓種植過程中硅肥的施用提供了技術支撐和理論依據，對提高草莓品質和產量，推動果蔬農產品種植技術的發展具有重要意義。下一步，將繼續深入研究草莓硅元素吸收規律的機理，為草莓的高效生產和優質種植提供更加科學的理論依據和實踐指導。

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