于兆水，張 勤，李小莉，樊守忠，潘晏山，李國會

(1.中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000；

2.天津地質礦產研究所，天津 300170)

生物樣品中元素含量的分析方法有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)[1]、電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)[2-3]、原子吸收光譜法(AAS)[4]、原子熒光光譜法(AFS)[5]等。采用X射線熒光光譜法(XRF)測定生物樣品中多種元素也時有報道，但均是采用低壓粉末制樣[6-11]。本課題組從20世紀90年代就開展了XRF測定植物樣品中多元素分析方法的研究[12-14]，開拓性地采用土壤標準物質或高純試劑和微晶纖維素模擬配制植物標準物質，彌補了植物標準物質數量的不足，建立了25種元素的分析方法，并應用于實際樣品分析中，適合于元素含量較高的樣品測量。但是由于采用低壓(壓強220～440 MPa)粉末制樣，難以將生物樣品壓制成符合測定需要的樣片，所制樣片表面粗糙、疏松，粉末容易脫落，對XRF儀器樣品室污染嚴重，影響儀器的長期穩(wěn)定性，特別是下照射型XRF儀器對測定結果影響較大，需要經常清理樣品室，加大了分析成本。

鑒于傳統低壓制樣存在的缺陷，本課題組研制了高壓制樣新技術(專利申請?zhí)枺?01310125772.5)，采用自行研制的高壓模具(專利號：ZL 201020642764.8)，在1760 MPa壓力下直接壓制各種類型的生物樣品，所制樣片表面光滑、致密，較好地解決了壓制樣片表面粗糙、疏松，粉末容易脫落的難題，建立了波長色散X射線熒光光譜法直接測定生物樣品中23種主次量元素(Al、Ca、Cl、K、Mg、Na、P、S、Si、Ba、Br、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Rb、Sr、Ti、V、Zn)的分析方法，分析結果重現性得以大幅改善，降低了方法檢出限，提高了方法精密度和準確度。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

Axios Advanced型波長色散X射線熒光光譜儀(荷蘭帕納科公司)，超尖銳薄鈹窗銠靶X光管，功率4.0 kW，最大管壓66 kV，最大管流160 mA，分析軟件SuperQ5.0A，68個進樣位。

YAW-3000D型微機控制電液伺服壓力試驗機，最高壓力3300 MPa。

不同類型的生物樣品，元素含量變化范圍非常大，例如Fe的含量范圍為6.3～14503 μg/g，Na為0.001%～2.17%。因此，必須對每種元素的分析條件進行仔細選擇，特別是要適當增加微量元素的測量時間來提高分析準確度。被測元素具體的測量條件見表1。

表1 XRF儀器分析條件

1.2 樣品制備

樣品制備采用粉末壓片法。稱取經105℃烘干的生物樣品6.0 g，放入模具內撥平，用6.0 g低壓聚乙烯鑲邊墊底。采用專利高壓制樣技術(專利申請?zhí)枮?01310125722.5)升壓至1760 MPa，保壓30 s，壓制成試樣內徑為32 mm，外徑40 mm的圓片。標記樣品編號，置于干燥器內保存，待測。

1.3 校準樣品

選用國家一級生物成分分析標準物質GBW 10010～GBW 10028(GSB-1～GSB-30)作為標準樣品繪制校準曲線，標準樣品中各元素的含量范圍見表2。本項目建立的分析方法主要是針對基體和元素含量與標準物質接近的生物樣品。

表2 標準物質中元素含量范圍

2 結果與討論

2.1 高壓粉末制樣實驗

XRF日常分析的主要過程是制樣、測量和數據處理?，F代XRF儀的測定和數據處理都是在計算機控制下自動進行，不需要操作者過多干預。儀器長期綜合穩(wěn)定性小于0.05%。然而，在實際樣品分析中，分析重現性遠遠超過0.05%，甚至達到10%以上。因此制樣是XRF分析的重要環(huán)節(jié)，更是影響XRF分析準確度和重現性的主要因素。

高壓制樣技術克服了傳統低壓制樣的缺陷，在1760 MPa壓力下所制樣片表面光滑、致密，完全消除了粉末脫落現象，并能在一定程度上提高準確度，降低檢出限[15]。采用國家一級生物標準物質GBW 10020(GSB-11，柑橘葉)進行試驗，選用GBW 10020是因為其在低壓下(440 MPa)也能制備成符合測定要求的樣片。由表3可以看出，與低壓制樣(440 MPa)相比，高壓制樣(1760 MPa)的重現性得以大幅改善，5次制樣重現性為0.1%～2.6%；并且，大多元素的測定靈敏度也比低壓時高1%～3%。

表3 高壓和低壓制樣重現性的比較

2.2 基體效應及譜線重疊干擾校正

生物樣品主要是由C、H、O、N等輕元素組成，基體的平均原子序數較小，X射線散射效應明顯，采用內標校正法具有一定補償作用，校正結果見表4。

表4 內標的影響

表4中RMS是評價回歸曲線優(yōu)劣的指標，RMS值越小，表明校準回歸曲線越好。RMS計算公式：

式中：n為標樣個數，k為計算系數的個數，Cchem為標準值，Ccalc為計算值。

由表4可以看出，Rh Kα康普頓作內標不僅對Ba、Br、Co、Cr、Mn、Ni、Rb、Zn等微量元素具有校正作用，而且對K、Al、P、Si、Fe等常量元素也具有明顯的補償作用。Ca、Cl、Cu、Ti、V等元素則需采用背景作內標才能獲得較好的補償作用。Mg、Na、S不需內標即可獲得比較好的標準曲線。

在用內標校正標準曲線的同時，結合經驗α系數法校正基體效應才可獲得較好的校正效果，本法是使用帕納科公司SuperQ軟件所帶的綜合數學公式校正基體效應，公式為：

式中：Ci為校準樣品中分析元素i的含量(在未知樣品分析中為基體校正后分析元素i的含量)；Di為分析元素i的標準曲線的截距；Lim為干擾元素m對分析元素i的譜線重疊干擾校正系數；Zm為譜線重疊干擾元素；Ei為分析元素i標準曲線的斜率；Ri為分析元素i的計數率(或與內標的強度比值)；Zj、Zk為共存元素的含量或計數率；N為共存元素的數目；α、β、γ、δ為校正基體效應的因子；i為分析元素；m為干擾元素；j和k為共存元素。

2.3 方法檢出限

各分析元素的理論檢出限(LOD)，按下式進行計算(對于95%的置信度)：

式中：m為單位含量的計數率；Ib為背景計數率；t為峰值和背景的總測量時間(s)。

理論檢出限的計算沒有考慮基體因素，更沒有考慮制樣過程的影響，因此計算出的元素檢出限與實際能報出的結果會有較大差別。為了克服上述缺點，選用含量接近于檢出限的標準物質，制備12個樣片，按表1中的測量條件測定，計算出標準物質中含量最低的元素所對應的12次測定的相對偏差σ，將其乘以3即為本方法的檢出限，采用此法計算出來的檢出限與實際能報出的結果基本相同。

表5為高壓制樣(1760 MPa)和傳統低壓制樣(440 MPa)的檢出限的比較，可以看出高壓制樣的檢出限大多優(yōu)于低壓制樣的檢出限。

2.4 方法精密度

選取生物標準物質重復制備12個樣片，按表1的測量條件分別對12個樣片進行測量，將所得的結果進行統計。由表6的數據可知，元素Al、Ca、Cl、K、Mg、Na、S、Si、P、Cu、Fe、Mn、Rb、Sr、Ti、Br、Ba、Zn、V的精密度為0.4%～11.3%；而元素Co、Cr、Ni、Pb由于含量較低，精密度稍差(2.2%～26.2%)，基本上能滿足分析要求。

表5 方法檢出限

表6 方法精密度

2.5 方法準確度

選取未參加曲線校準的2個生物標準物質重復制備2個樣片，按表1的測量條件分別對2個樣片進行測量，將所得的結果與標準值進行比較。由表7中的數據可知，除Cr、Pb 的相對誤差稍大外，其余元素的相對誤差均小于12%，表明本方法的準確度能滿足分析要求。

表7 方法準確度

3 結語

采用高壓粉末壓片制樣克服了低壓制樣的局限，解決了粉末脫落問題，降低了XRF儀器維護成本；而且對生物樣品能很好壓制成型，壓制的樣片短時間內不會反彈，改善了生物樣品的制樣重現性，提高了方法精密度。結合經驗系數法、散射線內標法和背景內標法校正基體效應，用XRF法測定生物樣品中23種主次量元素，方法簡便、靈敏、準確，已應用于實際樣品分析中。

高壓制樣不僅適用于生物樣品的制備，而且適用于其他各種類型樣品，解決了黏結力較小的樣品的制備問題(例如煤、礦石等)，發(fā)展了固體制樣技術，極大地擴展了XRF分析領域。

4 參考文獻

[1] 于兆水，孫曉玲，張勤.高壓密閉消解-電感耦合等離子體光譜法測定生物樣品中13種元素[J].理化檢驗(化學分冊)，2009，45(4)：406-409.

[2] 于兆水，張勤.六極桿碰撞反應池等離子體質譜測定生物樣品中痕量鉻和釩[J].理化檢驗(化學分冊)，2007，43(1)：11-14.

[3] 陳杭亭，曹淑琴，曾憲津.電感耦合等離子體質譜方法在生物樣品分析中的應用[J].分析化學，2001，29(5):593-600.

[4] 饒竹,李梅,曹亞萍.銠作基體改進劑石墨爐原子吸收法測定海洋生物樣品中的痕量砷[J].巖礦測試，1998，17(1)：33-39.

[5] 王媛,袁倬斌.微波消解-氫化物發(fā)生原子熒光法測定牡蠣殼中微量砷[J].分析測試學報,2003,22(1):81-83.

[6] 張彩霞,孫忠,葉建圣.基于X射線熒光光譜法測定常見生物樣品中常量和微量元素[J].巖礦測試，2012，31(2)：272-276.

[7] 劉玉純,梁述廷,徐厚玲,吳永斌.X射線熒光光譜法測定生物樣品中氯硫氮磷鉀銅鋅溴[J]. 巖礦測試，2008，27(1)：41-44.

[8] Marguía E,Hidalgoa M,Queralt I.Multielemental fast analysis of vegetation samples by wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry: Possibilities and drawbacks[J].SpectrochimicaActaPartB,2005，60：1363-1372.

[9] Queralt I,Ovejero M,Carvalho M L,Marques A F,Llabreés J M.Quantitative determination of essential and trace element content of medicinal plants and their infusions by XRF and ICP techniques[J].X-RaySpectrometry,2005,34：213-217.

[10] Ekinci N,Ekinci R,Polat R,Budak G.Analysis of trace elements in medicinal plants with energy dispersive X-ray fluorescence[J].JournalofRadioanalyticalandNuclearChemistry,2004,260(1):127-131.

[11] 李剛，鄭若鋒.X射線熒光光譜法測定植物樣品中12種元素含量[J].理化檢驗(化學分冊)，2012，48(12)：1433-1440.

[12] Li G，Fan S. Direct determination of 25 elements in dry powdered plant materials by X-ray fluorescence spectrometry[J]．JournalofGeochemicalExploration，1995，55(1-3)：75-80．

[13] 鄢明才，王春書編著.地球化學標準物質的研制——植物光譜金[M].北京：地質出版社，1991:87-90.

[14] 李國會,卜維,樊守忠.X射線熒光光譜法直接測定動物肝中多種元素[J].光譜學與光譜分析，1991，11(6)：49-50.

[15] 張勤,于兆水,李小莉,李國會.X射線熒光光譜高壓制樣方法和技術研究[J].光譜學與光譜分析，2013，33(12)：3402-3407.