楊喆 陳秋生 張強 劉燁潼 殷萍

摘要：以DTPA為提取劑，建立了超聲提取-電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）測定土壤中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅和有效態(tài)鋅的方法?？疾炝顺曁崛r間、測定條件等因素，并對基體干擾的消除進行了對比研究。在優(yōu)化的ICP-MS條件下，有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅和有效態(tài)鋅在1～200 μg/L濃度范圍內線性關系良好，方法檢出限分別為45.6、0.90、0.32、0.44 μg/L，相對標準偏差小于5%（n=6）。用國家土壤標準物質（GBW07413a、GBW07414a）進行準確度驗證，測定結果與證書值一致，表明該方法簡便快捷、檢出限低，具有良好的準確度和精密度，可滿足大批量農業(yè)土壤樣品中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅的含量測定要求。

關鍵詞：土壤;超聲提取;電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）;有效態(tài);礦質元素

中圖分類號：O657.63? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）09-0094-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.09.021? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： This experiment with DTPA as extracted，Ultrasonic extraction is established-inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS） in the determination of soil effective state of Fe，Mn，Cu and Zn. Experiment investigates the factors such as ultrasonic extraction time， measurement conditions， and has carried on the contrast research to eliminate matrix interference. Under the condition of the optimization of the ICP-MS，the results shows that effective state of Fe Mn Cu and Zn have good linearity in the concentrations of 1～200 μg/L. and the detection limits of the method are 45.6 μg/L、0.90 μg/L、0.32 μg/L、0.44 μg/L， the relative standard deviation less than 5%（n=6）. The precision and accuracy of the method were verified by analyaing national standard reference materials， The relative error less than 5%（n=6）， there was no significant differentce between this method and national standard method（NY/T890-2004） by test and the results were consistent with the national standard method. This method has characteristics of convenient low detection limit high accuracy and good precision， which can be applied to determin with available forms of effective state Fe Mn Cu and Zn in large batches agricultural pollution soil.

Key words： soil; ultrasonic extraction; inductively coupled plasma mass spectrometry （icp-ms）; effective state; mineral elements

鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）是植物生長所必需的微量元素，它與生物分子蛋白質、多糖、核酸、維生素等密切相關，對植物的各種生理代謝過程起到調控作用[1-3]。但近年來，為了追求農作物的高產，大量施用氮、磷、鉀肥，尤其是高濃度單質化肥，而鐵、錳、銅、鋅等微量元素投入量相對較少，加上作物單位面積產量不斷提高，養(yǎng)分帶走量增加，造成土壤中微量元素含量急劇降低，這不僅影響農作物的品質，還會引發(fā)各種生理病害，影響農作物的產量。

目前，中性及石灰性土壤中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅和有效態(tài)鋅的測定主要采用二乙三胺五乙酸（DTPA）作為浸提劑，在（25±2） ℃、（180±20） r/min條件下振蕩2 h后過濾，用火焰原子吸收光譜法（FAAS）或電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定浸提液中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅和有效態(tài)鋅的含量。該方法操作較為繁瑣，耗時較長，并且有些土壤中有效態(tài)礦質元素含量較低，而這兩種儀器方法靈敏度相對較低，有時達不到準確測定的要求。因此，建立一種可同時滿足mg/L和μg/L水平，且能高效、快速分析中性及石灰性土壤中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅的方法，對農業(yè)土壤有效態(tài)礦質元素含量水平調查具有重要意義。

電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）具有多元素同時分析、高靈敏度、低檢出限、線性范圍寬等優(yōu)點，已廣泛用于農業(yè)、環(huán)境、食品、中醫(yī)藥等領域的元素檢測中[4-9]。而超聲波提取技術因其具有提取效率高及提取時間短等特點，也已得到廣泛應用[10-15]?；诖?，本研究利用超聲波輔助提取技術，結合電感耦合等離子體質譜技術，建立一種土壤中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅同時分析測定的快速檢測方法，該方法準確、快速、靈敏度高，可為土壤中有效態(tài)微量元素含量水平狀況調查提供技術支持。

1? 材料與方法

1.1? 儀器與試劑

Agilent 7500a型電感耦合等離子體質譜儀（Agilent，USA），附帶Babington高鹽霧化器;石英雙通道霧化室;石英一體化矩管;鎳材質樣品錐;240Z/240FS原子吸收光譜儀（Varian，USA）;THZ-C恒溫振蕩器（太倉市實驗設備廠）;KQ-600GDV臺式恒溫數(shù)控超聲波清洗器（工作頻率40 kHz，功率600 W，昆山市超聲儀器有限公司）;TD5A-WS臺式離心機（長沙湘儀離心機儀器公司），美國Millipore公司超純水機（Milli-Q）。

多元素混合標準儲備液Part# 5183-4688（Agilent，USA）：1 000 mg/L的鐵，10 mg/L的錳、銅、鋅。

混合標準使用溶液：用DTPA提取劑將鐵、錳、銅、鋅標準儲備液逐級稀釋為5、10、20、50、100、200 μg/L混合標準溶液，備用。

內標溶液Part# 5188-6525（Agilent，USA）：100 mg/L Rh，用2%硝酸溶液稀釋為1 mg/L，備用。

調諧溶液Part# 5184-3566（Agilent，USA）：10 μg/L鋰、鈷、銥、鈰、鉈混合標準溶液，介質為2%硝酸溶液。

土壤有效態(tài)成分分析標準物質GBW07413a（河南安陽的黃潮土）;GBW07414a（四川簡陽的紫色土）。

硝酸（天津市風船化學試劑科技有限公司），MOS級，試驗用水為超純水，電阻率大于18.2 MΩ/mL。

1.2? 樣品前處理

稱取過2 mm孔徑篩的土壤樣品10.00 g，置于150 mL具塞錐形瓶中，加DTPA浸提劑20 mL，蓋緊瓶塞，放入超聲波清洗儀，超聲20 min，取出樣品，以3 000 r/min離心5 min，然后取部分濾液，用DTPA浸提液稀釋測定。同時做空白試驗。土壤標準物質GBW07413a、GBW07414b處理方法與樣品處理方法相同。

1.3? 儀器條件優(yōu)化

ICP-MS的測試信號主要受載氣流速、矩管位置、射頻功率、離子透鏡電壓等參數(shù)的影響。用調諧液調整儀器的各項參數(shù)，使儀器的靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率、質量軸等達到測定要求，優(yōu)化后的儀器參數(shù)見表1。

1.4? 樣品測定

在優(yōu)化的儀器條件下編輯測定方法，引入在線內標校正儀器漂移，待儀器穩(wěn)定后，依次加入空白試劑、標準溶液、空白樣品、樣品溶液。編輯校準文件，選擇合適的內標校正元素，并根據(jù)校準方程計算土壤中各有效態(tài)元素濃度。

2? 結果與分析

2.1? 超聲提取時間的確定

前期研究表明，提取時間越長，物質分子運動頻率和速度、溶劑穿透力、樣品與提取劑之間接觸面積等都能得到相應增加，越易使被提取物質獲得較大的加速度、動能和強大的外來沖擊。按照標準NY/T 890-2004要求，固定土壤樣品與提取劑比例，超聲提取時間分別設置為5、10、15、20、25、30 min，比較其提取效果（圖1）。從圖1可以看出，土壤有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅的提取量隨提取時間的延長而增加，但在20 min后趨于穩(wěn)定。經統(tǒng)計分析，5 min與20 min之間土壤有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅測定結果平均相對偏差為12.4%～14.8%，5 min與30 min之間平均相對偏差為10.7%～13.7%，而20 min與30 min之間平均相對偏差為2.43%～4.25%。由此可以看出，提取20 min時，土壤固相吸附固定的有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅基本達到吸附交換平衡，因此選擇超聲提取時間為20 min。

2.2? 同位素和內標元素的選擇

質譜檢測過程會受到同位素的干擾。在選取質量分數(shù)時應按照豐度大、干擾小、靈敏度高的原則來選擇同位素的質量分數(shù)。同位素的質量分數(shù)選擇見表2。

另外，在ICP-MS測定過程中，檢測信號會隨著檢測時間的增長而發(fā)生漂移，且樣品的基體效應較明顯，待測元素信號會出現(xiàn)抑制或增強效應。通過加入內標可有效解決這兩個問題。本試驗選用103Rh作為內標元素，不僅可以校正信號的漂移，還可以補償基體效應。

2.3? 分析干擾及校正

ICP-MS 技術主要有質譜型干擾和非質譜型干擾兩種。質譜型干擾主要是同質異位素、多原子離子和雙電荷離子干擾。本試驗通過優(yōu)化功率、載氣流速、采樣深度等儀器工作參數(shù)來提高離子化效率并降低雙電荷離子干擾;利用儀器自帶的干擾方程EPA_200.8來校正同質異位素和多原子離子的干擾。非質譜型干擾主要是基體效應對結果產生的影響，本試驗采用在線加入內標的方法來消除基體干擾。

2.4? 標準曲線與方法檢出限

按照優(yōu)化好的儀器工作參數(shù)，通過測定有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅多元素混合標準系列溶液，儀器自動繪制出標準工作曲線。通過連續(xù)測定11 次空白樣品溶液，以3倍的標準偏差計算各元素的檢出限，工作曲線、相關系數(shù)及檢出限見表3。

2.5? 準確度和精密度試驗

為了驗證所建立的超聲提取-ICP-MS測定方法的可靠性及準確性，在選定的試驗條件下，對土壤標準物質GBW07413a和GBW07414a進行分析測定，分析結果見表4。由表4可以看出，有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅的測定值與證書值吻合，相對標準偏差均小于5%，表明所建立的方法準確度高、穩(wěn)定性好。

2.6? 與國標方法的比較

選取土壤標準物質（GBW07413a），分別采用超聲提取-ICP-MS法和振蕩提取-火焰原子吸收光譜法/石墨爐原子吸收光譜法（國家標準方法NY/T 890-2004）測定有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅含量，測定結果見表5。經t檢驗，P>0.05，表明2個方法的檢測結果無顯著性差異，超聲波-ICP-MS法可以用于土壤中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅含量的測定。

2.7? 樣品的測定

選取部分大田及設施土壤，采用超聲提取-ICP-MS方法進行樣品前處理和測定，同時采用標準土壤樣品進行全程質控，測定結果見表6。由表6可知，該方法準確度高，結果可靠，可用于日常樣品及大批量科研樣品中有效態(tài)元素含量的測定。

3? 結論

通過對土壤樣品中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅提取技術的改進，對儀器操作條件進行了優(yōu)化，對基體干擾進行了校正，建立了以DTPA為提取劑，超聲提取-ICP-MS法測定土壤中有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅含量的方法。與國家標準NY/T 890-2004相比，該方法簡便、快速、線性范圍寬，可滿足大批量農業(yè)土壤污染調查樣品中微量有效態(tài)鐵、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅、有效態(tài)鋅的分析要求。

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收稿日期：2018-10-15

基金項目：天津市重點研發(fā)計劃項目（17YFXTZC00040）

作者簡介：楊? 喆（1990-），女，天津人，在讀碩士研究生，研究方向為農產品質量安全，（電話）022-27950229（電子信箱）yz98967@163.com;通信作者，陳秋生（1979-），男，河北泊頭人，副研究員，主要從事農產品質量安全檢測技術及風險評估研究，（電子信箱）tjzbscqs@126.com。