孫玲玲, 宋金明, 劉 瑤, 于 穎, 孫 萱

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)測(cè)定海洋浮游生物中總磷的方法優(yōu)化

孫玲玲1, 4, 宋金明1, 2, 3, 4, 劉 瑤1, 4, 于 穎1, 4, 孫 萱1, 4

(1. 中國科學(xué)院 海洋研究所 所級(jí)公共技術(shù)中心, 山東 青島 266071; 2. 中國科學(xué)院 海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 3. 青島海洋國家實(shí)驗(yàn)室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237; 4. 中國科學(xué)院 海洋大科學(xué)中心, 山東 青島 266071)

磷作為海洋浮游生物生長(zhǎng)必需營養(yǎng)元素之一, 其準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)元素循環(huán)過程的研究具有重要意義。目前, 文獻(xiàn)中對(duì)于海洋浮游生物中總磷的測(cè)定方法報(bào)道不多。由于海洋浮游生物生存的高鹽海洋環(huán)境, 高鹽基體的存在導(dǎo)致常規(guī)檢測(cè)方法不能準(zhǔn)確測(cè)定磷的含量。為剔除高鹽基體效應(yīng)及干擾, 本文運(yùn)用微波密閉消解預(yù)處理樣品, 采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 (ICP-OES) 聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)加入法建立工作曲線, 同時(shí)結(jié)合樣品的特異性, 對(duì)ICP-OES分析譜線、射頻功率、霧化氣流速、觀測(cè)高度、蠕動(dòng)泵泵速和觀測(cè)方式等儀器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化, 構(gòu)建確定了準(zhǔn)確測(cè)定海洋浮游生物中總磷的優(yōu)化條件和技術(shù)流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, ICP-OES最佳工作條件為分析譜線P213.617 nm, 射頻功率1 300 W, 霧化氣流量0.8 L/min, 觀測(cè)高度14 mm, 進(jìn)樣泵速1.5 mL/min, 觀測(cè)方式軸向。標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)大于0.999, 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.36%~1.67%, 加標(biāo)回收率為92.6%~94.3%, 方法檢出限為0.010 mg/L,檢測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度和精密度, 可為海洋浮游生物及其它高基體生物樣品中磷含量的準(zhǔn)確測(cè)定提供技術(shù)支持。

磷; 海洋浮游生物; 標(biāo)準(zhǔn)加入法; 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

海洋浮游生物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要環(huán)節(jié), 在海洋生態(tài)系統(tǒng)元素循環(huán)過程中起著關(guān)鍵作用。磷作為海洋浮游生物生長(zhǎng)所必需的生源要素, 是海洋浮游生物乃至整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ), 是海洋生物體有機(jī)物元素構(gòu)成的重要組分之一, 并且磷的含量及其與碳、氮等營養(yǎng)元素的組成比例與重要的生態(tài)功能密切關(guān)聯(lián), 不僅會(huì)影響整個(gè)海洋食物網(wǎng), 還是海洋生物地球化學(xué)循環(huán)變化的重要驅(qū)動(dòng)因素之一[1-6]。因此, 建立一種能準(zhǔn)確、快速測(cè)定海洋浮游生物中總磷含量的方法顯得尤為重要, 亦對(duì)更加深入了解營養(yǎng)元素循環(huán)過程具有重要意義。

目前, 樣品中總磷含量的測(cè)定方法主要包括分光光度法、流動(dòng)注射 (FIA)、離子色譜 (IC) 和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 (inductively coupled plasma- optical emission spectroscopy, ICP-OES)[7-10]。其中, 分光光度法是我國多個(gè)行業(yè)現(xiàn)行的總磷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法, 且多以磷酸鹽為測(cè)定主體, 但該方法測(cè)定步驟繁瑣, 需進(jìn)行色度-濁度補(bǔ)償, 試劑需求種類多, 方法中所用還原劑對(duì)苯二酚是劇毒物質(zhì), 對(duì)實(shí)驗(yàn)人員和環(huán)境均有極大的危害, 線性范圍也比較窄。流動(dòng)注射法雖可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線消解, 但所需試劑種類亦較多,且試劑消耗量也比較多、容易引起二次污染。離子色譜法檢出限高, 不能滿足磷含量低的樣品的檢出要求。ICP-OES作為一種在發(fā)射光譜法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù), 與上述檢測(cè)方法相比, 具有測(cè)定快速、線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、穩(wěn)定性好、干擾小及多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn), 已成為準(zhǔn)確測(cè)定金屬元素和部分非金屬元素的重要檢測(cè)工具[11-13]。

文獻(xiàn)中對(duì)于海洋浮游生物樣品中總磷的測(cè)定方法報(bào)道不多[14-15]。在運(yùn)用ICP-OES檢測(cè)海洋浮游生物中總磷的技術(shù)中, 由于其生存的高鹽特殊環(huán)境, 體內(nèi)除含有碳、氮、磷等主要元素外, 還含有大量鉀、鈣、鈉、鎂等共存元素, 這些共存元素會(huì)對(duì)磷的準(zhǔn)確測(cè)定產(chǎn)生基體抑制效應(yīng), 抑制損失發(fā)射光譜的信號(hào)強(qiáng)度。另外, 磷的四條發(fā)射譜線 (P213.617 nm、P214.914 nm、P178.221 nm和P177.434 nm) 發(fā)射強(qiáng)度都相對(duì)較低, 基體效應(yīng)的存在會(huì)導(dǎo)致光譜圖基線漂移。上述問題的存在都會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確。為解決這些問題, 本文結(jié)合樣品特異性, 在微波密閉消解預(yù)處理樣品的基礎(chǔ)上, 對(duì)ICP-OES分析譜線、射頻功率、霧化氣流速、觀測(cè)高度、蠕動(dòng)泵泵速和觀測(cè)方式等方法參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化, 同時(shí)聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)加入法建工作曲線, 增強(qiáng)發(fā)射光譜強(qiáng)度, 降低基體抑制效應(yīng)和基線漂移對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響, 消除樣品差異性, 構(gòu)建確定了準(zhǔn)確測(cè)定海洋浮游生物中總磷的優(yōu)化條件和技術(shù)流程。對(duì)方法的加標(biāo)回收率、精密度、檢出限等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)確定, 實(shí)現(xiàn)了海洋浮游生物中總磷的準(zhǔn)確測(cè)定, 同時(shí)也為其他海洋生物以及高基體樣品中磷元素的準(zhǔn)確測(cè)定提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Optima 7300 DV電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 (美國PerkinElmer公司); Ethos UP微波消解儀(意大利Milestone公司); DHG-9053A型熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司); BT125D電子天平(德國Sartorius公司); 移液槍 (100~1 000 μL、0.5~5 mL, 德國Eppendorf公司); Milli-Q Direct 8超純水儀 (美國Millipore公司)。

HNO3(UPS級(jí)高純, 上海傲班科技有限公司); H2O2(優(yōu)級(jí)純, 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司); 磷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 (1 000mg/mL, 國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心); 用于配制標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品溶液的超純水 (電阻率18.2 MΩ?cm)。實(shí)驗(yàn)中所有器皿均用20% HNO3浸泡24 h后, 用超純水沖洗3次, 晾干備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)樣品包括5種浮游植物: 小球藻 ()、三角褐指藻 ()、中肋骨條藻 ()、斜生柵藻()、新月菱形藻(); 5種浮游動(dòng)物: 中華哲水蚤 ()、褶皺臂尾輪蟲()、蒙古裸腹水溞 ()、兇型箭蟲(), 肥胖箭蟲()。生物樣品先用自來水仔細(xì)沖洗3遍, 再用超純水沖洗3遍, 最后置烘箱中100℃烘干, 供微波消解備用。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

樣品前處理方法采用微波密閉消解法[16]。具體方法為: 準(zhǔn)確稱取0.1000 g左右樣品(干樣)于消解罐中, 加入5.0 mL濃HNO3、1.0 mL濃H2O2, 加蓋預(yù)消解過夜。次日, 將盛有樣品的消解罐置于微波消解儀中, 按設(shè)置好的消解程序消解 (表1)。完全消解后, 待消解罐內(nèi)溫度低于40℃時(shí)取出, 置于趕酸儀上趕酸, 至溶液近干時(shí), 加1 mL HNO3溶液, 微熱浸提, 最后將消解液全部轉(zhuǎn)移至50.0 mL容量瓶中, 用去離子水洗滌消解罐3~4次, 合并洗滌液, 并以去離子水定容至刻度線, 搖勻上機(jī)備用。同法做試劑空白實(shí)驗(yàn)。

表1 微波密閉消解程序

1.3.2 儀器工作條件

Optima 7300 DV電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀具體工作條件如下: 磷檢測(cè)波長(zhǎng)P213.617 nm, 射頻功率1 300 W, 霧化器壓力97 MPa, 等離子體氣流量15.0 L/min, 輔助氣流量0.2 L/min, 霧化氣流量0.8 L/min, 觀測(cè)高度14 mm, 溶液提升量1.5 mL/min, 積分時(shí)間20 s, 延遲時(shí)間20 s, 觀測(cè)方式軸向, 重復(fù)測(cè)定次數(shù)3次。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)加入法曲線的設(shè)計(jì)與繪制

標(biāo)準(zhǔn)加入法是一種有效校正基體干擾的分析方法。當(dāng)難以配制與樣品溶液相似的標(biāo)準(zhǔn)溶液, 或樣品基體成分很高且變化不定時(shí), 采用標(biāo)準(zhǔn)加入法能夠消除樣品差異性, 有效解決高鹽基體干擾, 提高分析方法的準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)加入法是分取數(shù)份體積相同的待測(cè)試樣, 其中一份待測(cè)試樣中不加標(biāo)準(zhǔn)溶液, 其余各份待測(cè)試樣中分別加入不同已知量的被測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液, 按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的步驟依次進(jìn)行測(cè)量。以加入的被測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)液濃度為橫坐標(biāo), 對(duì)應(yīng)的光譜強(qiáng)度為縱坐標(biāo), 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線, 用外推法(延長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)曲線和橫坐標(biāo)相交的數(shù)值絕對(duì)值)可得待測(cè)樣品溶液濃度。

本實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:

取1.0 mL溶度為1 000mg/mL的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中, 用Milli-Q去離子水定容至刻度, 搖勻, 即得濃度為10.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液。

在5個(gè)10 mL容量瓶中分別加入9.0 mL已消解好的樣品溶液 (見1.3.1), 然后分別加入0.0、0.2、0.4、0.6 mL濃度為10.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液, 用樣品溶液定容至刻度, 搖勻, 得到濃度分別為0.0、0.2、0.4、0.6 mg/L的磷系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。按照優(yōu)化好的儀器工作條件, 選取P213.617 nm分析譜線, 用ICP-OES依次對(duì)磷系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定, 以磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度0.0、0.2、0.4、0.6 mg/L為橫坐標(biāo), 對(duì)應(yīng)的發(fā)射光譜強(qiáng)度為縱坐標(biāo)作圖, 得到磷元素標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)曲線, 曲線回歸方程為= 1 463+ 297.3,相關(guān)系數(shù)= 0.999 348, 曲線線性關(guān)系良好 (圖1)。將曲線反向延長(zhǎng)與橫坐標(biāo)軸相交, 其交點(diǎn)即為樣品溶液中磷的濃度, 該濃度為0.203 mg/L, 乘以定容體積50 mL, 除以樣品質(zhì)量0.113 4 g, 即得本實(shí)驗(yàn)中海洋浮游生物樣品中磷的濃度為89.51 mg/kg。在此方法基礎(chǔ)上, 可依次進(jìn)行其他樣品的測(cè)定, 得到不同海洋浮游生物中磷含量。

圖1 磷元素標(biāo)準(zhǔn)加入法的校準(zhǔn)曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作參數(shù)的優(yōu)化

分析譜線和儀器工作條件的選擇優(yōu)化是ICP- OES光譜分析中的兩個(gè)最重要的環(huán)節(jié), 兩者會(huì)影響樣品分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。本文針對(duì)目標(biāo)元素的分析特點(diǎn), 結(jié)合樣品的特異性, 對(duì)ICP-OES分析譜線、射頻功率、霧化氣流速、觀測(cè)高度、蠕動(dòng)泵泵速和觀測(cè)方式進(jìn)行優(yōu)化選擇, 以獲得準(zhǔn)確測(cè)定海洋浮游生物樣品中磷的最佳技術(shù)方法。

2.1.1 分析譜線的選擇

分析譜線的選擇應(yīng)遵循譜線發(fā)射強(qiáng)度高、干擾少、穩(wěn)定性好, 靈敏度高、檢出限低以及背景等效濃度低等原則。由ICP-OES儀器軟件WinLab32推薦的磷分析譜線有４條, 分別是: P213.617 nm、P214.914 nm、P177.434 nm和P178.221 nm。由于P177.434 nm和P178.221 nm兩條譜線處于真空紫外區(qū), 在不使用氮?dú)獯祾呋驓鍤獯祾叩某Ｒ?guī)檢測(cè)模式下, 氧氣會(huì)對(duì)P177.434 nm和P178.221 nm譜線吸收, 導(dǎo)致兩條譜線均無信號(hào)響應(yīng)。即使儀器光路室通入氮?dú)饣蚋呒儦鍤膺M(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間吹掃(低流量2 mL/min吹掃通常需要8h以上, 高流量5 mL/min吹掃至少需要2 h以上), 由于這兩條譜線發(fā)射強(qiáng)度極低, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液譜線的發(fā)射凈強(qiáng)度僅有59.9 (P177.434 nm)和101.2 (P178.221 nm) (圖2), 在耗時(shí)耗氣的情況下所得的檢測(cè)結(jié)果并不理想, 不僅增加了分析時(shí)間和實(shí)驗(yàn)成本, 而且背景等效濃度高, 精密度和檢出限都較差, 故不適合作為分析譜線。P214.914 nm譜線發(fā)射強(qiáng)度也很低, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液譜線的發(fā)射凈強(qiáng)度僅有322.9 (圖3), 同時(shí)受到干擾譜線的重疊干擾, 故亦不適合作為分析譜線。P213.617 nm譜線的發(fā)射強(qiáng)度比P214.914 nm, P177.434 nm和P178.221 nm的發(fā)射強(qiáng)度都高, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液P213.617 nm譜線的發(fā)射凈強(qiáng)度為2148.4 (圖3), 分別是三者發(fā)射強(qiáng)度的6.65倍、35.9倍、21.2倍, 并且不受其他譜線的干擾, 光強(qiáng)穩(wěn)定性好, 背景等效濃度低, 靈敏度高, 線性相關(guān)系數(shù)好。因此, P213.617 nm是比較理想的分析譜線。

2.1.2 射頻功率的選擇

保持分析譜線P213.617 nm, 霧化氣流量0.8 L/min, 觀測(cè)高度14 mm, 進(jìn)樣泵速1.5 mL/min, 觀測(cè)方式軸向等條件不變, 調(diào)節(jié)射頻功率為1 000、1 100、1 200、1 300、1 400和1 500 W時(shí), 測(cè)定1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液, 光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比隨功率變化如圖4所示。

由圖4可以看出, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液光譜發(fā)射強(qiáng)度隨著射頻功率的增加而增強(qiáng), 可知, 高功率可以獲得更大的光譜發(fā)射強(qiáng)度。但是, 射頻功率過大也會(huì)導(dǎo)致背景光譜強(qiáng)度增加, 從而使信噪比降低, 檢出限增大; 射頻功率過低則會(huì)影響原子的蒸發(fā)、解離和譜線的發(fā)射強(qiáng)度。綜合考慮, 本文選擇射頻功率為1 300 W。

圖2 氮吹模式下1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液兩條譜線 (P177.434 nm和P178.221 nm) 的發(fā)射強(qiáng)度

圖3 常規(guī)模式下1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液兩條譜線 (P213.617 nm和P214.914 nm) 的發(fā)射強(qiáng)度

圖4 射頻功率對(duì)光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比的影響 (誤差棒為3次測(cè)試數(shù)據(jù)的一倍標(biāo)準(zhǔn)差, 余同)

2.1.3 霧化氣流速的選擇

保持分析譜線P213.617 nm, 射頻功率1 300 W, 觀測(cè)高度14 mm, 進(jìn)樣泵速1.5 mL/min, 觀測(cè)方式軸向等條件不變, 調(diào)節(jié)霧化氣流速為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0 L/min時(shí), 測(cè)定1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液, 光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比隨霧化氣流速變化如圖5所示。

圖5 霧化氣流速對(duì)光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比的影響

由圖5可知, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液光譜發(fā)射強(qiáng)度隨霧化氣流速的增大先增強(qiáng)后降低, 在0.8 L/min處達(dá)到最高值。這是因?yàn)殡S霧化氣流量增加, 單位時(shí)間進(jìn)入等離子體的分析物質(zhì)增多, 從而使譜線發(fā)射強(qiáng)度增大, 但霧化氣流量增大到一定程度后, 繼續(xù)增大其流量, 會(huì)使進(jìn)入等離子體的離子來不及激發(fā)而沖出, 分析物被稀釋, 同時(shí)過大的霧化氣流量也會(huì)使等離子體溫度降低, 縮短元素的停留時(shí)間, 最終導(dǎo)致光譜發(fā)射強(qiáng)度降低, 信噪比變差。故選擇霧化氣流速為0.8 L/min。

2.1.4 觀測(cè)高度的選擇

保持分析譜線P213.617 nm, 射頻功率1 300 W, 霧化氣流量0.8 L/min, 進(jìn)樣泵速1.5 mL/min, 觀測(cè)方式軸向等條件不變, 調(diào)節(jié)觀測(cè)高度為11、12、13、14、15、16和17 mm時(shí), 測(cè)定1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液, 光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比隨觀測(cè)高度變化如圖6所示。

圖6 觀測(cè)高度對(duì)光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比的影響

由圖6可知, 觀測(cè)高度在11~14 mm, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液光譜發(fā)射強(qiáng)度隨觀測(cè)高度的增大而增強(qiáng), 觀測(cè)高度在14~17 mm, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液光譜發(fā)射強(qiáng)度隨觀測(cè)高度的增大而減弱。合適的觀測(cè)高度可以提高信噪比, 降低檢出限, 綜合考慮, 本文選擇觀測(cè)高度為14 mm。

2.1.5 蠕動(dòng)泵泵速的選擇

保持分析譜線P213.617 nm, 射頻功率1 300 W, 霧化氣流量0.8 L/min, 觀測(cè)高度14 mm, 觀測(cè)方式軸向等條件不變, 調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵泵速為1.0、1.2、1.5、1.8、2.0和2.2 mL/min時(shí), 測(cè)定1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液, 光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比隨蠕動(dòng)泵泵速變化如圖7所示。

由圖7可知, 光譜發(fā)射強(qiáng)度隨蠕動(dòng)泵泵速增大而增強(qiáng), 且在1.0~1.5 mL/min變化較大, 在1.5~2.2 mL/min變化較小, 這可能是因?yàn)樘岣弑盟倏梢蕴岣哽F化效率和氣溶膠分析物進(jìn)入等離子體的速率。但泵速過快會(huì)使等離子體火焰不穩(wěn)定, 甚至出現(xiàn)熄火, 也會(huì)使樣品消耗量增大, 并加速泵管磨損。因此, 本文選擇蠕動(dòng)泵泵速為1.5 mL/min。

圖7 蠕動(dòng)泵泵速對(duì)光譜發(fā)射強(qiáng)度及信噪比的影響

2.1.6 觀測(cè)方式的選擇

眾所周知, 采用軸向觀測(cè)的檢出限比徑向觀測(cè)可改善高達(dá)10倍。在大量基體存在時(shí), 絕大多數(shù)元素的檢出限會(huì)得到明顯改善, 這對(duì)分析低含量元素以及譜線發(fā)射強(qiáng)度低的元素十分有利。保持分析譜線P213.617 nm, 射頻功率1 300 W, 霧化氣流量0.8 L/min,觀測(cè)高度14 mm, 進(jìn)樣泵速1.5 mL/min等條件不變, 本文對(duì)比了軸向和徑向兩種觀測(cè)方式下, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰形、強(qiáng)度、信噪比和方法檢出限, 結(jié)果見表2。

表2 不同觀測(cè)方式相關(guān)參數(shù)對(duì)比

由表2可知, 1.0 mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液在兩種觀測(cè)方式下峰形均無干擾, 軸向觀測(cè)方式下標(biāo)準(zhǔn)溶液和空白的強(qiáng)度均顯著大于徑向觀測(cè)方式, 且信噪比高于徑向觀測(cè), 是徑向觀測(cè)的5.8倍。另外, 軸向觀測(cè)方法的檢出限要小于徑向觀測(cè), 檢出限提高近9倍, 這說明軸向觀測(cè)的檢出能力更強(qiáng), 更適合磷元素的測(cè)定。因此, 本文選擇軸向觀測(cè)方式。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)加入法與標(biāo)準(zhǔn)曲線法的比較分析

在儀器最優(yōu)工作條件下, 用標(biāo)準(zhǔn)曲線外標(biāo)法測(cè)定2.2中海洋浮游生物中磷含量, 樣品溶液濃度為0.182 mg/L, 換算成質(zhì)量濃度為80.25 mg/kg。從測(cè)定結(jié)果可以看出, 用傳統(tǒng)的外標(biāo)法測(cè)定海洋浮游生物中磷含量, 由于基體的干擾, 其結(jié)果低于標(biāo)準(zhǔn)加入法的測(cè)定結(jié)果 (樣品溶液濃度為0.203 mg/L, 換算成質(zhì)量濃度為89.51 mg/kg), 進(jìn)一步說明標(biāo)準(zhǔn)加入法可以很好的校正海洋浮游生物樣品中嚴(yán)重的基體干擾, 能夠提高分析方法的準(zhǔn)確性。

2.3 方法的準(zhǔn)確度和精密度

為評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確度和精密度, 對(duì)同一份海洋浮游生物樣品按1.3.1方法進(jìn)行處理。稱取0.1 g左右的樣品兩份, 一份加標(biāo), 另一份不加標(biāo), 消解完全后定容到50 mL。在儀器最佳工作條件, 對(duì)樣品分別平行測(cè)定6次, 每次重復(fù)3次讀數(shù), 計(jì)算回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RSD)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 本實(shí)驗(yàn)中磷的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.36%~1.67%, 加標(biāo)回收率在92.6%~ 94.3% 之間, 說明本方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確性高, 能夠滿足海洋浮游生物中磷元素的檢測(cè)要求。

2.4 方法檢出限

根據(jù)國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC) 對(duì)檢出限作出的規(guī)定[17], 按3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差與斜率的比值計(jì)算方法的檢出限。本研究以1% HNO3為空白測(cè)定12次, 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差, 3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差與斜率的比值即為方法檢出限。本方法中磷的檢出限為0.010 mg/L。

2.5 方法比對(duì)

為考察所構(gòu)建方法在實(shí)際樣品測(cè)定中的應(yīng)用效果, 分別運(yùn)用ICP-OES法和Grassholf方法[18]對(duì)采自渤海灣海域的10個(gè)海洋浮游生物樣品進(jìn)行測(cè)定, 每個(gè)樣品進(jìn)行3個(gè)平行樣分析, 上機(jī)檢測(cè)取其平均值, 兩種方法的測(cè)試結(jié)果見表3。由表3可知, ICP-OES法測(cè)定5種浮游植物磷含量的變化范圍為1 273~ 2 242 mg/kg, 5種浮游動(dòng)物磷含量的變化范圍為579.4~740.4 mg/kg。Grassholf法測(cè)定5種浮游植物磷含量的變化范圍為1 276~2 238 mg/kg, 5種浮游動(dòng)物磷含量的變化范圍為580.5~745.5 mg/kg。結(jié)果表明, ICP-OES法與傳統(tǒng)Grassholf法的測(cè)定結(jié)果總體一致, 分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠, 可用于海洋浮游生物樣品中磷含量的測(cè)定。

表3 ICP-OES法和Grassholf法測(cè)定浮游生物中磷含量的結(jié)果比較(干質(zhì)量, mg/kg; n = 3)

3 結(jié)語

本文微波密閉消解預(yù)處理樣品的基礎(chǔ)上, 采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)加入法建立工作曲線, 構(gòu)建確定了準(zhǔn)確測(cè)定海洋浮游生物中總磷的技術(shù)方法。在測(cè)定過程中, 為剔除高鹽基體效應(yīng)及干擾, 以標(biāo)準(zhǔn)加入法取代外標(biāo)法建立工作曲線, 同時(shí)結(jié)合樣品特異性, 對(duì)ICP-OES分析譜線、射頻功率、霧化氣流速、觀測(cè)高度、蠕動(dòng)泵泵速和觀測(cè)方式等工作條件進(jìn)行優(yōu)化, 對(duì)海洋浮游生物中總磷進(jìn)行了準(zhǔn)確測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, ICP-OES最佳工作條件為分析譜線P213.617 nm, 射頻功率1 300 W, 霧化氣流量0.8 L/min, 觀測(cè)高度14 mm, 進(jìn)樣泵速1.5 mL/min, 觀測(cè)方式軸向。標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)大于0.999, 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.36%~1.67%, 加標(biāo)回收率為92.6%~94.3%, 方法檢出限為0.010 mg/L, 檢測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度和精密度。該技術(shù)方法可為海洋浮游生物及其它高基體生物樣品中磷含量的準(zhǔn)確測(cè)定提供實(shí)驗(yàn)參考。

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Optimization of ICP-OES for the determination of total pho-sphorus in marine plankton

SUN Ling-ling1, 4, SONG Jin-ming1, 2, 3, 4, LIU Yao1, 4, YU Ying1, 4, SUN Xuan1, 4

(1. Public Tech-Supporting Center, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. CAS Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 3. Functional Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China; 4. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Phosphorus is one of the essential nutrient elements for the growth of marine plankton. The accurate determination of phosphorus is of great significance to the study of the cycling process of elements in the marine ecosystem. At present, few reports on the determination of total phosphorus in marine plankton are available. Because of the high salt environment in which marine plankton exists, the content of phosphorus cannot be accurately determined by conventional methods due to the presence of a high salt matrix. To eliminate the high salt matrix effect and its interference, the optimized conditions and technical process for the accurate determination of total phosphorus in marine plankton were established. The experimental sample was pretreated by microwave digestion, and the working curve was established by inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP-OES) combined with the standard addition method. The results showed that the optimum operating conditions of ICP-OES were as follows: analytical spectrum line, P213.617 nm; RF power, 1300 W; nebulizer gas flow, 0.8 L/min; viewing height, 14 mm; sample introduction rate, 1.5 mL/min; the observation mode was axial. The correlation coefficient of the linear regression equation was greater than 0.999. The relative standard deviations were ~1.36% and ~1.67% and the recovery rates of the method were ~92.6% and ~94.3%. The detection limit of the method was 0.010 mg/L. The results had high accuracy and precision, which could provide technical support for the accurate determination of phosphorus in marine plankton and other high matrix samples.

phosphorus; marine plankton; standard addition method; ICP-OES

Sep. 18, 2019

O657.31

A

1000-3096(2020)03-0085-08

10.11759/hykx20190918001

2019-09-18;

2019-10-21

中科院儀器設(shè)備功能開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目 (ghy201701)

[Technology Innovation Project of the Instrument and Equipment of the CAS, No. ghy201701]

孫玲玲(1982-), 女, 山東平度人, 博士, 高級(jí)工程師, 從事海洋環(huán)境檢測(cè)與評(píng)價(jià)工作, E-mail: sunll@qdio.ac.cn; 宋金明(1964-),通信作者, 男, 博士生導(dǎo)師, 研究員, 從事海洋生物地球化學(xué)研究, E-mail: jmsong@qdio.ac.cn

(本文編輯: 康亦兼)