李學(xué)蓮, 梁慧貞

（青海省核工業(yè)地質(zhì)局, 青海 西寧 810016）

青海某區(qū)域土壤中有效硼的測(cè)定

李學(xué)蓮, 梁慧貞

（青海省核工業(yè)地質(zhì)局, 青海 西寧 810016）

針對(duì)傳統(tǒng)比色法測(cè)定效率不高，操作復(fù)雜等問(wèn)題，提出一種基于沸水法+ICP-AES的有效硼測(cè)定方法。采用傳統(tǒng)的聚乙烯瓶替代傳統(tǒng)的石英三角瓶，從而在沸水中直接提取土壤樣品中的有效硼，采用ICP-AES方法替代姜黃素比色法，進(jìn)而測(cè)定土壤中有效硼的含量。該方法檢出限為0. 02 μg/g，準(zhǔn)確度RE＜5%，精密度RSD＜6% 。與比色法相比，極大提高了檢出的準(zhǔn)確度和效率。

ICP-AES法；比色法；檢出限；土壤檢測(cè)；準(zhǔn)確率

Abstract:Aiming at the problems of low efficiency and complex operation of traditional colorimetric method, a method for determination of available boron based on boiling water +ICP-AES was proposed. Polyethylene bottles were used to replace the traditional quartz flask, and available boron in soil samples was directly extracted from boiling water, ICP-AES method was used to determine available boron content in soil samples instead of the curcumin colorimetric method. The detection limit was 0.02 g /g, RE was less than 5%, RSD was less than 6%.

Key words:ICP-AES method; Colorimetric method; Detection limit; Soil detection; Accuracy

土壤中的硼作為植物生長(zhǎng)所必須的一種微量元素，其不僅可以促進(jìn)植物生殖器官的發(fā)育，還有利于提高其產(chǎn)量和品質(zhì)。如程素敏（2015）認(rèn)為[1]，當(dāng)土壤當(dāng)中的硼元素的含量在0. 5～1. 0時(shí)，此時(shí)對(duì)植物的生長(zhǎng)是最為有利的。而一旦土壤中的硼缺乏，將使得植物的根尖細(xì)胞生長(zhǎng)受到嚴(yán)重的抑制，進(jìn)而使其出現(xiàn)木栓化并出現(xiàn)壞死，最終嚴(yán)重影響到植物的生長(zhǎng)品質(zhì)。

同時(shí)，當(dāng)土壤中硼元素的量超過(guò)5. 0時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)植物中的現(xiàn)象。因此，加強(qiáng)對(duì)土壤中硼元素的測(cè)定，對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和植物種植等具有重要的價(jià)值。但是，在土壤中的元素通常以不同形態(tài)存在[2]，如水溶態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、交換態(tài)等，真正能夠被吸收的叫做有效態(tài)。由此，在對(duì)土壤中硼元素的測(cè)定中，其本質(zhì)就是對(duì)有效硼的測(cè)定。

目前，針對(duì)土壤中有效硼的測(cè)定方法中，主要包括沸水提取、互斥試驗(yàn)、比色法等[3-5]，其中沸水提取比色法的應(yīng)用最為廣泛。但是上述的的測(cè)定方法也存在典型的缺點(diǎn)，那就是耗時(shí)、可操作性不高，以及穩(wěn)定性不強(qiáng)等特點(diǎn)。如當(dāng)前廣泛應(yīng)用的比色法，就因?yàn)檎舾沙潭炔缓谜莆?，從而通常用于單個(gè)樣品的測(cè)試，而不利于批量試驗(yàn)。青海作為典型的生態(tài)源保護(hù)地，對(duì)其土壤中的有效硼進(jìn)行批量的測(cè)試，是當(dāng)前測(cè)試的重要任務(wù)。而找到一種快捷、簡(jiǎn)單的測(cè)定方法具有十分重要的意義。

對(duì)此，本文則提出一種基于 ICP-AES的有效硼測(cè)定方法，并將其與傳統(tǒng)的比色法進(jìn)行比較，進(jìn)而驗(yàn)證 ICP-AES在土壤元素檢測(cè)的可行性。

1 ICP-AES 技術(shù)

1.1 ICP -AES 技術(shù)原理

對(duì)ICP測(cè)試儀器來(lái)講，光譜強(qiáng)度與信號(hào)強(qiáng)度之間存在正比的關(guān)系，這也是該測(cè)試儀器的核心。當(dāng)其中的原子在受到放射光線激發(fā)的時(shí)候，其中的價(jià)電子受到激發(fā)，開(kāi)始躍遷到激發(fā)態(tài)，然后再?gòu)母吣軕B(tài)回到基態(tài)，并以輻射的形式散發(fā)出光譜[6]。對(duì)此，ICP-AES測(cè)試儀可以被用于定量、定性和半定量的方法分析。

1.2 測(cè)試儀結(jié)構(gòu)

ICP-AES作為常用的一種測(cè)試儀，探討其結(jié)構(gòu)，對(duì)更好的促進(jìn)對(duì)該儀器的利用具有非常重要的作用。該測(cè)試儀通常包括RF發(fā)生器、樣品導(dǎo)入系統(tǒng)、光譜檢測(cè)器、多色器等構(gòu)成。具體見(jiàn)圖1所示。

圖1 ICP-AES結(jié)構(gòu)Fig.1 ICP-AES structure

對(duì)ICP-AES測(cè)試儀來(lái)講，其最為核心的部分是高頻發(fā)生器。該部分主要的作用是為等離子體提供能量，并要求其具有高度的穩(wěn)定性和不受干擾性。因此，該部分通常是由霧化器、蠕動(dòng)泵等構(gòu)成；檢測(cè)器主要是由光電倍增管和固體成像器件等構(gòu)成，用于對(duì)光譜成像。

2 實(shí)驗(yàn)部分設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器選擇及參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述對(duì)ICP-AES結(jié)構(gòu)的分析，本研究中的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀選擇美國(guó)熱電公司IRIS IntrepidⅡ型號(hào)，IRIS IntrepidⅡ型光譜儀的最優(yōu)工作參數(shù)見(jiàn)表1[7]。

表1 質(zhì)譜儀最優(yōu)工作參數(shù)Table 1 Optimum working parameters of mass spectrometer

分光光度計(jì)采用722N型。首先將分光計(jì)的靈敏度開(kāi)關(guān)調(diào)到1檔，然后將開(kāi)關(guān)置于T，開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)預(yù)熱20 min，然后打開(kāi)樣品室上蓋，對(duì)0按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，使數(shù)字顯示為00.0，將樣品家內(nèi)放入待測(cè)溶液和空白溶液，并將空白頁(yè)放在測(cè)量的位置上，調(diào)節(jié)100%按鈕，使得數(shù)字顯示為100.0。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液與主要試劑

10 g ?L-1H溶液：取1 g 1-氨基-8萘酚-3，6-二磺酸氫鈉，將其放入到100 mL的去離子水之中，同時(shí)加入2 抗壞血酸，使其充分溶解。

0.4 mol?L-1水楊醛溶液：每100 mL乙醇中加入0.04 mL水楊醛。

緩沖溶液：取質(zhì)量大小為231 g的乙酸銨溶入到水中，并稀釋至1 L，然后再加入質(zhì)量大小為67 g的EDTA。

0.9 g ?L-1的甲亞胺溶液：用天平秤分別秤取0.9 g的甲亞胺和2 g抗壞血酸，加入100 mL的純水進(jìn)行溶解。

100 g·mL-1硼標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，同時(shí)用100 g·mL-1的硼標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液分別配制0.0、0.1、0.25、0.5、1.0 mg/L濃度的硼溶液。

2.3 樣品分析步驟

2.3.1 秤取過(guò)程

秤取10 g經(jīng)尼龍篩的風(fēng)干土樣，放置在250 mL的聚乙烯瓶中，土：水比=1∶2，加入20 mL純水并蓋上，加熱至170 ℃，煮沸6 min后取下并冷卻，在冷卻后過(guò)濾，用塑料管承接，并用該過(guò)濾液測(cè)定有效硼。同時(shí)制備空白溶液，待測(cè)。

2.3.2 具體試驗(yàn)

1）比色試驗(yàn)

取配置好的1 mL H酸溶液于10 mL比色管中，加入2 mL水楊醛酸溶液，搖勻。然后加入緩沖液和待測(cè)液并搖勻。在(200～400)nm波長(zhǎng)下，測(cè)量待測(cè)液的吸光度。

2）ICP-AES測(cè)定試驗(yàn)

取一定量的待測(cè)溶液，用ICP-AES光譜儀進(jìn)行測(cè)試。

2.3.3 工作曲線繪制

根據(jù)上述配制的0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0 g·mL-1濃度的硼溶液繪制校準(zhǔn)曲線[8]，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù) r≥ 0.9990，線性關(guān)系良好。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同煮沸時(shí)間測(cè)量結(jié)果的影響

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)方法，分別煮沸3、4、5、6、7 min，進(jìn)而得到表2的結(jié)果。

由此，根據(jù)上述的數(shù)據(jù)看出，當(dāng)煮沸時(shí)間在 6 min時(shí)，兩者測(cè)定的值都比較接近真實(shí)值，從而選擇煮沸時(shí)間為6 min。

3.2 樣品重量選擇

秤取 GBW07412標(biāo)準(zhǔn)物，大小分別為 5.00、10.00、20.00 g于聚乙烯瓶中，然后分別加入10、20和40 mL的水，結(jié)合上述的測(cè)定方法，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)行顯色、比色，然后利用光譜儀對(duì)濾液進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)比對(duì)，得到如表3所示的結(jié)果。

表2 不同煮沸時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響Table 2 Effect of different boiling time on the result of determination

表3 樣品重量影響試驗(yàn)Table 3 Sample weight impact test

通過(guò)上述的結(jié)果看出，秤取重量的多少對(duì)結(jié)果的影響很小，但是秤取的質(zhì)量為10.00 g的時(shí)候，其測(cè)定的值與標(biāo)準(zhǔn)值非常接近，因此在本文中選擇樣品的質(zhì)量為10.00 g。

3.3 方法檢出限

根據(jù)上述的試驗(yàn)方法，對(duì)ICP-AES空白和比色法空白進(jìn)行7次測(cè)定，從而得到如表4所示的結(jié)果。

表4 方法檢出限結(jié)果Table 4 Method detection limit result

通過(guò)表4的結(jié)果看出，采用比色法得出的檢出限要大于采用ICP-AES得到的檢出限，由此可以說(shuō)明ICP-AES比色法要好。

3.4 方法精密度、準(zhǔn)確度

結(jié)合上述的試驗(yàn)方法，選取GBW07412作為實(shí)驗(yàn)樣品，對(duì)其測(cè)量的精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行比較，從而得到表5所示的結(jié)果。

根據(jù)上述的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，RSD＜6%，RE＜5%，符合質(zhì)量測(cè)定控制精度的要求。同時(shí)通過(guò)兩種方法的測(cè)定對(duì)此，采用ICP-AES得出的精度和準(zhǔn)確度要高于比色法的精度和準(zhǔn)確度。

表5 方法精密度和準(zhǔn)確度Table5 Method accuracy and accuracy

4 結(jié) 論

通過(guò)上述是實(shí)驗(yàn)可以得到以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）在實(shí)際的試驗(yàn)過(guò)程中，必須要采用無(wú)硼容器，以此防止容器中出現(xiàn)的硼，造成試驗(yàn)二次污染。

（2）從單因素的角度可以看出，煮沸時(shí)間、稱樣的重量與實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果沒(méi)有多大多大的影響，但是還是需要找到最接近標(biāo)準(zhǔn)的因素。

（3）通過(guò)批量的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果風(fēng)險(xiǎn)，ICP-AES得出的方法檢出限、測(cè)定精度和測(cè)定的準(zhǔn)確度等都要明確高于傳統(tǒng)的比色法，由此可以看出本文選擇的電感耦合等離子體發(fā)射光譜法無(wú)論是在測(cè)量的結(jié)果，還是在操作方面，都要明顯優(yōu)于比色法。

由此可以得出，ICP-AES在測(cè)定青海某區(qū)域土壤中的硼含量中，其測(cè)量的準(zhǔn)確度要高，同時(shí)通過(guò)該測(cè)量看出，該區(qū)域在硼元素的含量測(cè)定中，屬于中等。

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Determination of Available Boron in Soil in an Area of Qinghai

LI Xue-lian,LIANG Hui-zhen

(Nuclear Industry Geological Bureau of Qinghai Province, Qinghai Xining 810016, China)

O 657

A

1671-0460（2017）09-1954-03

2017-06-26

李學(xué)蓮（1980-），女，青海省樂(lè)都縣人，2005年畢業(yè)于成都理工大學(xué)材料與生物工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，中級(jí)職稱，研究方向：從事巖礦測(cè)試技術(shù)工作。E-mail：lixuelian9876@126.com。