張皓，李源，吳亮，趙方舟，劉劍，易文杰，陳潔，郭子強

(1.核工業(yè)二三〇研究所，長沙 410007； 2.湖南省生態(tài)環(huán)境事務中心，長沙 410014)

硫是植物必不可少的營養(yǎng)元素，它是多種氨基酸、蛋白質的組成部分[1]。硫酸根形態(tài)的硫可從土壤中被植物根系主動吸收，環(huán)境空氣中二氧化硫也可被植物葉片吸收供自身所需，二氧化硫進入葉片后轉變成亞硫酸根，最后氧化成硫酸根，被運送到植物的各個部位[2-3]。植物缺硫時其正常生長將受到限制，主要表現(xiàn)為植株瘦弱、生長期推遲、葉片失綠易黃、開花結莢推遲且少等現(xiàn)象[4]。近年來隨著對環(huán)境污染的控制，以及大部分地區(qū)采取無硫肥料措施，導致植物可吸收的硫越來越少，準確測定植物中的硫可為農(nóng)業(yè)部門考察土壤中硫的肥力狀況提供重要依據(jù)。

目前常用的檢測硫含量的方法有比濁法、重量法、離子色譜法、燃燒法等[5-9]。比濁法對樣品處理要求高且測量準確性較差；重量法操作步驟冗長，對硫含量較低的樣品測量誤差大；離子色譜法對樣品處理要求高，操作繁瑣，儀器分析速度慢；燃燒法分為燃燒碘量法和燃燒中和法，但是對于植物而言容易過快燃燒造成測定結果偏低。電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法具有很好的穩(wěn)定性和靈敏度，且操作簡單、測量速度快，已用于土壤和沉積物中硫的測定[10-11]，但采用該方法測定植物中的硫還沒見報道。

傳統(tǒng)的植物中硫的測定多采用微波消解和濕法消解[12-15]，微波消解法消解速度快，但是儀器和消解罐價格高昂，每次可消解樣品量有限，而濕法消解操作流程長，冒煙后濕鹽狀態(tài)不易控制，一旦樣品過多則容易蒸干。筆者曾使用蒸箱和聚丙烯離心管消解大米，檢測大米中Cd、Cr、Pb，獲得良好的消解效果和檢測結果。聚丙烯塑料離心管韌性強，耐酸堿腐蝕，材質透明，有容量刻度，其使用溫度范圍為-30～140 ℃[16]，熔點約160 ℃，可直接加熱進行消解，并可在離心管內直接定容檢測，既能縮短消解時間又能節(jié)約成本，同時以硝酸和過氧化氫密閉為消解溶劑，不用反復趕酸，能提高消解效率?；诖?，筆者利用聚丙烯離心管密閉消解樣品，建立了ICP-OES 法測定植物中硫的方法，該方法操作簡便、快捷，經(jīng)濟實惠，適合大批量植物樣品的測定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：ICP-5000 型，聚光科技(杭州)股份有限公司。

過氧化氫：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

硝酸：分析純，北京化學試劑研究所。

硫酸根標準儲備溶液、鈣單元素標準溶液：質量濃度均為1 000 μg/mL，編號分別為GBW(E)083216、GBW(E) 083795，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

生物成分分析標準物質：編號分別為GBW 10045a( 湖南大米)、GBW 10052a( 綠茶)、GBW 10015a(圓白菜)、GBW 10016a(茶葉)、GBW 10014a(菠菜)、GBW 10049(大蔥)，中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所。

控溫深孔石墨加熱板：LY-U60 型，常州金壇良友儀器有限公司。

電子天平：BT125D 型，感量為0.1 mg，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司。

植物樣品：楊樹葉、綠茶、圓白菜，市售。

氬氣：體積分數(shù)為99.999%，長沙賽眾特種氣體有限公司。

實驗用水為去離子水，電阻率為18.25 Ω·cm。

1.2 儀器工作條件

分析泵速：50 r/min；軸向觀測高度：12 mm；發(fā)射功率：1.15 kW；分析波長：182.03 nm；輔助氣：氬氣，流量為1.0 L/min；等離子氣：氬氣，流量為12.0 L/min；霧化氣：氬氣，流量為0.6 L/min。測量前儀器需先用大量氬氣吹掃光室，使光室內形成穩(wěn)定的氬氣環(huán)境，防止硫的譜線被吸收。

1.3 標準溶液配制

分別取硫酸根標準儲備溶液0.15、0.30、1.5、3.0、6.0、15.0 mL，置于6 只100 mL 容量瓶中，用質量分數(shù)為5%的硝酸溶液稀釋并定容至標線，混勻，配制成硫的質量濃度分別為0、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/mL 的系列硫標準工作溶液。

1.4 樣品處理

1.4.1 新鮮樣品預處理

新鮮樣品先用清水洗去表面塵埃及附著物，然后使用去離子水沖洗2～3 次，清洗完后自然風干或用濾紙吸干樣品表面水漬。樣品風干后于烘箱中60～80 ℃下烘烤5～8 h，將烘干的樣品用電動粉碎機粉碎備用。

1.4.2 樣品消解

稱取0.05～0.1 g 處理好的樣品于50 mL 聚丙烯離心管中，若管壁有樣品需用少量去離子水沖洗管壁，加入1.5 mL 硝酸和0.20 mL 過氧化氫，蓋上管蓋，靜置30 min，置于深孔石墨加熱板上于120 ℃消解75 min，期間每隔15 min 左右輕搖離心管(需打開管蓋放氣)。消解完成后用去離子水定容至25 mL，搖勻后待測。

2 結果討論

2.1 稱樣質量選擇

植物中硫含量普遍較高，依據(jù)茶葉標準[17]消解樣品，取稱樣質量為0.25 g，消解液定容至25 mL，試驗發(fā)現(xiàn)，測定結果容易超出線性范圍或者處于線性范圍上端，故測量前需稀釋樣品，耗費時間。最直接有效的辦法就是減小稱樣質量，以達到降低溶液中硫的質量濃度和加快消解速度的目的。分別稱取茶葉標準樣品(GBW 10016a) 0.01、0.02、0.05、0.075、0.1、0.15、0.20 g，各稱取5 份，分別置于50 mL 聚丙烯離心管中，各加入1.5 mL 硝酸和0.20 mL 過氧化氫，蓋上管蓋，靜置30 min，于120 ℃下消解75 min，期間每15 min 輕搖一次離心管。取下，冷卻，用去離子水定容至25 mL，在1.2 儀器工作條件下分別測定樣品中的硫含量，結果見表1。由表1 可知，當稱樣質量小于0.05 g 時，測定值比較分散，部分超出推薦值不確定度范圍；當稱樣質量大于0.10 g 時，隨著稱樣質量的增加，測定值呈下降趨勢，且消解后的溶液渾濁；當稱樣質量為0.05～0.10 g 時，測定結果穩(wěn)定且與標準值吻合。植物中硫的質量分數(shù)普遍在0.1%以上，稱樣質量為0.05 g 即可滿足檢測要求，因此選擇稱樣質量為0.05 g。

表1 不同稱樣質量時硫質量分數(shù)測定結果

2.2 消解溫度選擇

分別稱取0.05 g 楊樹葉、綠茶、圓白菜樣品，各4 份，分別置于聚丙烯離心管中，以硝酸-過氧化氫為消解溶劑，分別選擇消解溫度為80、100、120、140℃進行消解，在1.2 儀器工作條件下分別測定樣品中的硫含量，結果如圖1 所示。由圖1 可以看出，當消解溫度小于120 ℃時，隨著消解溫度的升高，測定值呈上升趨勢；當溫度到達120 ℃后，測定值趨于穩(wěn)定，所以選擇消解溫度為120 ℃。

圖1 不同消解溫度時硫含量測定結果

2.3 消解溶劑用量選擇

(1)硝酸用量。分別稱取5 份湖南大米標準物質(GBW 10045a)和綠茶樣品，各0.05 g，分別加入不同體積的硝酸，并各加入0.20 mL 過氧化氫，然后按1.4 方法進行消解，在1.2 儀器工作條件下分別測定，結果見表2。由表2 可知，當硝酸加入量大于1.5 mL 時，湖南大米和綠茶中硫的質量分數(shù)測定值均趨于穩(wěn)定，故選擇硝酸用量為1.5 mL。

表2 不同硝酸用量硫質量分數(shù)測定結果

(2)過氧化氫用量。分別稱取5 份湖南大米標準物質(GBW 10045a)和綠茶樣品，各0.05 g，各加入1.5 mL 硝酸和加入不同體積的過氧化氫，然后按1.4 方法進行消解，在1.2 儀器工作條件下分別測定，結果見表3。由表3 可知，當過氧化氫加入量大于0.20 mL 時，湖南大米和綠茶中硫的質量分數(shù)測定值均趨于穩(wěn)定，故選擇雙氧水用量為0.20 mL。

表3 不同過氧化氫用量硫質量分數(shù)測定結果

2.4 消解時間選擇

稱取圓白菜、綠茶樣品，各6 份，按1.4 方法，分別選擇不同的消解時間消解樣品，然后在1.2 儀器工作條件下分別測定，結果見表4。由表4 可知，當消解時間達到75 min 時，測定值均趨于穩(wěn)定，故選擇消解時間為75 min。

表4 不同消解時間硫質量分數(shù)測定結果

2.5 分析波長選擇

植物中含量較多的元素有鉀、磷、鈉、鈣、鎂等，而對硫可能存在光譜干擾的元素為鈣[18-19]。為了確認鈣在測量時是否對溶液中硫元素產(chǎn)生干擾，在多只50 mL 容量瓶中分別加入0.75 mL 硫酸根標準溶液，然后分別加入不同量的鈣單元素標準溶液，用去離子水定容至標線，使硫的質量濃度為4.90 μg/mL。根據(jù)ICP-OES 推薦的波長，分別選擇180.73、182.03 nm 作為分析波長進行測定，結果見表5。由表5 可知，當選擇180.73 nm 作為分析波長時，溶液中的鈣對硫測定結果產(chǎn)生干擾，并且溶液中鈣的質量越大，干擾越明顯；當選擇182.03 nm 作為分析波長時基本無干擾，故選擇182.03 nm 譜線作為分析波長。

表5 鈣含量不同時兩種波長下硫質量濃度測定結果

2.6 線性方程與檢出限

在1.2 儀器工作條件下，分別對系列硫標準工作溶液進行測定，以硫的質量濃度為橫坐標(x)、對應的光譜強度為縱坐標(y)繪制標準工作曲線，計算得線性方程為y=12 478.68x+304.27，相關系數(shù)為0.999 9，質量濃度線性范圍為0～50.0 μg/mL。

在1.2 儀器工作條件下，連續(xù)測定12 個空白樣品溶液，計算測量值的標準偏差，以3 倍標準偏差對應的質量濃度作為方法檢出限，根據(jù)稱樣質量和定容體積，換算成樣品中的含量，以質量分數(shù)表示。計算得方法檢出限為0.000 6%。

2.7 精密度試驗

取湖南大米標準物質(GBW 10045a)和菠菜、綠茶樣品，按1.4 方法各平行處理6 份，在1.2 儀器工作條件下分別進行測定，結果見表6。由表6可知，湖南大米、菠菜、綠茶測定結果的相對標準偏差分別為2.23%、1.75%、1.11%，表明該方法精密度較高。

表6 精密度試驗硫質量分數(shù)測定結果 %

2.8 準確度試驗

取GBW 10014a(圓白菜)、GBW 10015a(菠菜)、GBW 10052a(綠茶)、GBW 10049(大蔥) 4 種標準物質，按1.4 方法進行樣品處理，在1.2 儀器工作條件下分別進行測定，結果見表7。由表7 可知，4 種標準物質的測定值均在標準值不確定度范圍內，測定結果的相對誤差均不大于2%。表明該法測定結果準確。

表7 準確度試驗硫質量分數(shù)測定結果 %

2.9 方法比對

從物質條件、操作難易、經(jīng)濟成本、時間成本等方面，對測定植物樣品中硫含量的2 種樣品消解方法和4 種測定方法進行對比，結果分別見表8 和表9。由表8 和表9 可知，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測效率遠高于其它方法；微波消解法單臺消解時間最快，但一次性消解樣品數(shù)量少，大批量樣品檢測成本較高；從總耗時和總投資方面看，離心管密閉消解法具有明顯優(yōu)勢。

表8 不同消解方法消解時間和總投資對比

表9 不同分析方法物質條件、操作難易對比

3 結語

對樣品消解條件和分析譜線進行優(yōu)化，建立了密閉消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定植物中硫含量的方法。該方法操作簡單，準確度高，精密度好，能極大的提高測量效率，同時降低了檢測成本，滿足大批量植物樣品中硫含量檢測的需求。