馮 俊 何袖輝 王銀劍 唐帥帥 楊發(fā)忠

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 昆明自然資源綜合調(diào)查中心，昆明 650100；2.西南林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，昆明 650051)

鉬是動植物生長不可缺少的微量元素，是硝酸還原酶的組成部分，影響植物磷和鐵元素的吸收和植物體內(nèi)的循環(huán)[1]，快速準(zhǔn)確測定土壤中鉬元素的含量有著重要的意義。隨著研究的深入，全量元素不能準(zhǔn)確評價土壤質(zhì)量級別。植物只能吸收土壤中鉬的有效態(tài)部分，即有效鉬。有效鉬是指能被草酸-草酸銨浸提劑(Tamm溶液)浸提的交換性鉬、水溶性鉬、難溶性鉬及有機結(jié)合態(tài)鉬[2-4]。準(zhǔn)確快速測定土壤中的有效態(tài)鉬，是評價土壤肥力、土壤抗旱、抗寒和抗病能力的重要指標(biāo)。

有效鉬的浸提劑主要使用LY/T 1259—1999規(guī)定的溶液，即Tamm溶液。有效鉬的測定方法有分光光度法[5]、石墨爐原子吸收光譜法[6-7]、極譜法[8]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)和質(zhì)譜法(ICP-MS)[9]等。分光光度法因要經(jīng)灼燒、顯色、萃取等工作，且銅鐵均會對顯色產(chǎn)生干擾，二硫酚專一性又不強，硫氰化鉀對顯色還有嚴格的要求等原因，已經(jīng)很少使用；原子吸收光譜法測定鉬，因鉬的第一電離能為-7.099 eV，相對較高，使用乙炔-空氣火焰時僅有部分鉬被原子化，方法靈敏度較低，檢出限較高；催化極譜法測定鉬，浸提液要灼燒、配混合底液，操作流程較長，并且底液的配制和酸度對測定結(jié)果的影響較大，導(dǎo)致方法重復(fù)性差；ICP-AES測定有效鉬，浸提液要先經(jīng)過電熱板烘干，后在馬弗爐灼燒破壞有機物，再用硝酸提取測定，樣品容易被污染且操作流程繁瑣，不利于大批量樣品的分析。

因ICP-MS具有檢測線性范圍寬、檢出限低、靈敏度高等優(yōu)點在地質(zhì)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[10-12]。采用ICP-MS測定有效鉬存在的主要困難是前處理過程中浸提液會引入大量的有機物，溶液中鹽度也比較大，導(dǎo)致溶液黏度增大，使霧化器霧化效率降低，使采樣錐和截取錐容易堵塞，進樣管和霧化室積鹽，儀器穩(wěn)定性下降，影響測定效果。林光西[13]采用Tamm溶液浸提出有效鉬，直接測定浸提液，因溶液鹽度較大和有機物含量較多，儀器長期穩(wěn)定性不好，不利于大批量分析。如果直接采用標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1259—1999的方法，從待測液的制備再到上機測試，過程繁瑣，耗費資源。本文在前人研究的的基礎(chǔ)上[14-15]，建立用草酸-草酸銨浸提劑浸提土壤中的有效鉬，浸提液用體積分數(shù)為5%稀硝酸稀釋浸提，工作曲線用Tamm溶液配制，使樣品和工作曲線基體一致，同時采用三通在線導(dǎo)入103Rh作為內(nèi)標(biāo)校正基體效應(yīng)，用He氣為KED碰撞氣體降低質(zhì)譜干擾來測定土壤中的有效鉬。該方法效率高、成本低、準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性好，滿足大批量有效鉬的測定。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

草酸-草酸銨浸提劑(Tamm溶液)：準(zhǔn)確稱取24.9 g優(yōu)級純草酸銨和12.6 g優(yōu)級純二水合草酸溶于水，用鹽酸(1+1)調(diào)節(jié)pH值至3.3，定容至1 L，搖勻。

UP-211C恒溫往復(fù)振蕩器(上海優(yōu)普實業(yè)有限公司)，電感耦合等離子質(zhì)譜儀(美國熱電公司ICAPQC)。

TUNE B調(diào)諧液：Ba、Bi、Ce、In、Co、In、Li、U，1 μg/L，介質(zhì)為2%硝酸溶液，編號為1323770，美國熱電公司。

陜西渭南嶁土(HTSB-1)、陜西洛川黑壚土(HTSB-2)、新疆阿克蘇棕漠土(HTSB-6)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

所使用的試劑器皿都用稀硝酸(1+1)浸泡24 h以上，使用前用去離子水沖洗干凈；實驗用水均為新制備的去離子水。

1.2 樣品的處理

稱取5 g(精確到0.01 g)粒徑為154 μm的風(fēng)干土樣，倒入250 mL錐形瓶中，加入50.0 mL浸提劑，蓋緊瓶塞，放入恒溫往復(fù)振蕩器上振蕩30 min后靜置8 h(振蕩器溫度設(shè)置為25 ℃，振蕩頻率為180 r/min)，用鹽酸(1+1)處理過的中速定量濾紙干過濾，用移液槍移取上層清液1.0 mL濾液至10 mL比色管中，用5%硝酸稀釋至刻度，搖勻后上機測定。

1.3 儀器及工作參數(shù)

在試樣測試前，采用TuneB調(diào)諧液將電感耦合等離子體質(zhì)譜儀調(diào)諧至最佳狀態(tài)，其中氧化率小于3%，雙電荷率小于1.9%，儀器工作參數(shù)見表1。

表1 ICP-MS儀器工作參數(shù)

1.4 校準(zhǔn)曲線的繪制

鉬標(biāo)準(zhǔn)儲備液(100 μg/mL)：稱取0.150 0 g已于105 ℃干燥2 h的高純?nèi)趸f，置于150 mL塑料燒杯中，加入2 g NaOH及10 mL水，加熱溶解后，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。使用時，為和樣品基體保持一致，逐級稀釋時，用Tamm溶液(10%)定容至刻度。

用鉬標(biāo)準(zhǔn)儲備液依次稀釋成鉬質(zhì)量濃度分別為0、10、50、100、150、200 ng/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)液，按照實驗條件用ICP-MS依次測試，繪制校準(zhǔn)曲線，校準(zhǔn)曲線方程為y=7708x+100，式中：x為鉬標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度，ng/mL；y為其對應(yīng)的響應(yīng)值，cps；相關(guān)系數(shù)為1.00。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理

土壤中有效態(tài)鉬浸提劑有pH=3.3的草酸-草酸銨浸提劑(Tamm溶液)、熱水、陰離子交換樹脂和碳酸氫銨-二乙三胺五乙酸(AB-DTPA)。其中Tamm溶液緩沖容量大，浸提量與生物反應(yīng)的相關(guān)性好[13]，本文選擇Tamm溶液為浸提劑。對于浸提時間，本文選用GBW07494和GBW07498按照樣品處理方法，準(zhǔn)確稱取5.0 g(精確至0.00 1 g)樣品，分別加入50 mL Tamm溶液，在25 ℃以180 r/min 的轉(zhuǎn)速震蕩0.5 h，然后分別在靜置4、5、6、7、8、9、10、11 h 時移取上清液，用5%硝酸溶液稀釋，在儀器最佳工作條件下進行測定，以考察不同靜置時間對有效鉬含量的影響，結(jié)果見表2。從表2中可以看出，靜置時間對有效鉬的提取影響很大。當(dāng)提取時間少于7 h時，有效鉬的質(zhì)量濃度測定結(jié)果偏低，特別是對高含量GBW07498，這可能是因為浸提時間不夠，浸提劑與土壤中的鉬離子不能完全螯合。當(dāng)靜置時間為8～11 h 時，測定結(jié)果與認定值一致，曲線平緩，考慮到生產(chǎn)效率，有效鉬的浸提時間為8 h。

表2 不同靜止時間測定結(jié)果表

2.2 質(zhì)譜干擾及校正

2.2.1 同位素的選擇

對于質(zhì)譜干擾，存在同量異位素干擾、雙電荷干擾、多原子離子干擾和氧化物干擾[16-17]。因此通常選擇靈敏度高、干擾小的同位素。鉬的7個同位素中，Zr會對92Mo、94Mo和96Mo產(chǎn)生干擾，Ru會對96Mo、98Mo和100Mo產(chǎn)生干擾，只有95Mo沒有同質(zhì)異位素干擾，因此，分析同位素選擇95Mo。

2.2.2 儀器工作參數(shù)的優(yōu)化

ICP-MS每個部件參數(shù)的設(shè)置，都會影響到儀器的靈敏度、背景、穩(wěn)定性、以及由氣體引入的衍生干擾物。霧化器流速和分析模式的選擇是尤其重要的參數(shù)，霧化器流速嚴重影響靈敏度、穩(wěn)定性和干擾程度。一般情況下，霧化器流速是一個折衷后的結(jié)果，因靈敏度、穩(wěn)定性和多原子離子干擾之間存在一定的矛盾關(guān)系。隨著霧化器流速的增大，目標(biāo)同位素的信號會隨著增大，但是當(dāng)霧化器流速上升到一定水平后，氧化物干擾程度也會隨著上升，雙電荷產(chǎn)率反而會下降。

在測定有效鉬時，因鉬的第二電離能較高，雙電荷電離很小，可以忽略，主要考慮多原子離子干擾。儀器工作參數(shù)的優(yōu)化是減少多原子離子干擾最簡單的有效途徑。為提高儀器分析靈敏度、降低氧化物干擾，在質(zhì)譜儀點火30 min后，先用TUNE B調(diào)諧液優(yōu)化自動優(yōu)化儀器工作條件，使其氧化率小于3%，雙電荷率產(chǎn)率小于1.9%，可最大程度地消除氧化物和雙電荷造成的質(zhì)譜干擾。為定量確定多原子離子產(chǎn)生的干擾情況，本文用單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液鉀(100 ng/mL)在STD模式確定多原子產(chǎn)生的干擾強度，從圖1中可以看出，當(dāng)霧化器流速從0.81 L/min到1.26 L/min時，鉀在95Mo質(zhì)量數(shù)產(chǎn)生干擾強度有小幅度的升高，考慮到儀器穩(wěn)定性和干擾強度，霧化器流速確定1.06 L/min，此時背景等效濃度(BEC)為1 ng/mL。

為降低背景等效濃度，考察了在四級桿碰撞/反應(yīng)池中通入惰性碰撞氣氦氣(KED模式)下測95Mo元素背景等效濃度(BEC)和靈敏度的變化情況(圖1)。實驗表明，在KED模式下，多原子離子干擾被降低的同時，95Mo的靈敏度也會下降，碰撞池內(nèi)氦氣流速過低，則干擾不能有效消除，若池內(nèi)氦氣流速較大，干擾雖大大消除，但元素的靈敏度也會降低很多，使檢出限不能滿足分析要求[18]。在氦氣流速為2～4 mL/min時，考察空白和10 ng/mL鉬標(biāo)準(zhǔn)溶液在95Mo處所產(chǎn)生的信號響應(yīng)情況，實驗表明氦氣流速為3 mL/min時，95Mo具有最低的背景等效濃度0.01 ng/mL，并且靈敏度滿足分析要求。

圖1 霧化器流速對95Mo干擾強度的影響Figure 1 Effect of atomizer flow rate on interference intensity of 95Mo.

2.3 基體干擾的消除

2.3.1 內(nèi)標(biāo)的選擇

基體干擾會引起分析信號的增強或減弱，內(nèi)標(biāo)法是常用的基體消除方法。內(nèi)標(biāo)的選擇原則是分析物中沒有的物質(zhì)，質(zhì)量數(shù)和電離能相近，本文選擇103Rh作為內(nèi)標(biāo)，通過三通在線加入，用來校正基體效應(yīng)。

2.3.2 浸提液稀釋倍數(shù)的確定

由于采用Tamm溶液對樣品進行浸提，溶液基體中含有大量的鹽和有機物，如果直接對浸提液進行測定，易使儀器的采樣錐和截取錐發(fā)生堵塞，霧化室和炬管積鹽，進而導(dǎo)致儀器穩(wěn)定性降低，測定結(jié)果的準(zhǔn)確度受到影響。實驗采用5%稀硝酸對浸提液稀釋一定倍數(shù)，并在標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中加入Tamm溶液進行基體匹配以消除基體對測定的干擾。選用土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07498(HTSB-6)進行考察，平行測定為6次。從表3中可以看出，提取液直接測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，和用5%硝酸稀釋測定作比較分析，如表3所示，提取液直接測定時，測定值和認定值相差較大，測定精密度較差，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為7%，這可能是溶液中鹽分和有機物含量較大，引起采樣系統(tǒng)和矩管堆積鹽分較快，引起信號漂移所致；用體積分數(shù)5%硝酸稀釋20倍時，測定值和認定值相差也較大，數(shù)據(jù)精密度較差，可能是稀釋倍數(shù)較大，溶液中待測組分含量較低，接近檢出限，導(dǎo)致準(zhǔn)確度和精密度變差。因此，實驗確定浸提液用體積分數(shù)為5%的硝酸稀釋10倍上機待測。

表3 不同稀釋方式對有效鉬測定的影響

2.4 方法檢出限和定量限

用ICP-MS對Tamm溶液11份平行空白測定，根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會測定空白的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，3S/K為方法檢出限，其中S為標(biāo)準(zhǔn)偏差，μg/L；K為靈敏度，即方程斜率。通過計算，的鉬檢出限為0.002 μg/L?？瞻讚Q算為相應(yīng)濃度的10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為方法的定量限，方法的定量限為0.007 μg/L。方法滿足《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求》(DD 2005—03)中檢出限0.05 μg/L的規(guī)定。

2.5 方法準(zhǔn)確度和精密度實驗

為了驗證干擾校正后方法的精密度和準(zhǔn)確度，對國家一級地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07493(HTSB-1)、 GBW07494(HTSB-2)和GBW07498(HTSB-6)進行準(zhǔn)確度和精密度實驗，結(jié)果見表4，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于5%，測定結(jié)果的精密度高。測定值與標(biāo)準(zhǔn)值間的相對誤差小于2%，測量誤差小于規(guī)范《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求》(DD2005-03)中元素有效態(tài)及浸提性分析相對偏差允許限要求(DD 2005-03中規(guī)定有效鉬含量>1 μg/g，允許相對偏差為5%；有效鉬含量為1～0.1 μg/g時，允許相對偏差為10%；有效鉬含量≤0.1 μg/g，允許絕對偏差為0.01 μg/g)，測量準(zhǔn)確度好。

表4 準(zhǔn)確度和精密度測定結(jié)果

2.6 與其他方法結(jié)果對比

按照實驗方法對云南富源-貴州盤州能源礦產(chǎn)集中區(qū)生態(tài)修復(fù)項目的2 000余件樣品進行分析，安插在分析批次里面的國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)160件，合格率為99%。按照驗收要求對基本分析樣品進行一定比例的外檢(外檢樣品為200件)，外檢單位采用LY/T 1259—1999極譜法分析，相互對比一次合格率為98%，部分數(shù)據(jù)對比見表5。

表5 不同實驗方法數(shù)據(jù)對比

3 結(jié)論

建立了用Tamm溶液對土壤中的有效鉬浸提，浸提液用5%硝酸稀釋10倍，ICP-MS在KED模式下測定有效鉬。通過國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的驗證和加標(biāo)回收率的驗證，該方法的靈敏度高、檢出限低和線性范圍寬。對云南富源-貴州盤州能源礦產(chǎn)集中區(qū)生態(tài)修復(fù)的2 000余件土壤樣品進行分析，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，對200件樣品進行外檢，相互對比合格率好。該方法前處理簡單快速，滿足《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求》(DD 2005-03)要求，具有很高的實用價值，適用于各種土壤類型中有效鉬的大批量測定。