微波消解-ICP-MS法測定植株中全磷的方法研究

(貴州省檢測技術(shù)研究應(yīng)用中心 貴州省分析測試研究院 貴州 貴陽 550002)

引言

磷是生命體必需的大量元素，它是核酸、卵磷脂和各種細(xì)胞膜等大分子的主要組分，同時參與了生命活動中一些重要的代謝過程，如光合作用、糖和淀粉的利用以及能量的傳遞過程[1-3]。植物中的磷主要以磷酸鹽形式存在，在植物生長發(fā)育、新陳代謝、信號傳遞和能量傳遞等方面起著重要的作用[4]。它能促進(jìn)植物根系發(fā)育，提高植物的抗逆性；在植物結(jié)果時，磷將大量轉(zhuǎn)移到籽粒中，使得籽粒飽滿。缺磷會抑制植物新細(xì)胞的形成，使植株生長停滯，發(fā)育不良。故加強(qiáng)植物生長過程中磷元素的監(jiān)督檢測是必要的。

植物中磷的測定一般采用化學(xué)法，也有一些研究期望采用一些新型的檢測方法[5-8]。植株中全磷的國標(biāo)檢測方法是NY/T 2421-2013《植株全磷含量測定鉬銻抗比色法》。實際工作中發(fā)現(xiàn)，國標(biāo)法存在樣品前處理時間過長，配置試劑操作繁瑣、酸度使用范圍窄，方法靈敏度不高、實驗穩(wěn)定性較差等不足，重復(fù)性、準(zhǔn)確性受到限制。此外，濕法消解則會消耗大量的強(qiáng)酸，開放式的試驗操作容易引人污染，且消解過程中排放的酸霧嚴(yán)重威脅試驗人員的健康。故研究新的樣品消解技術(shù)迫在眉睫。本文采用微波消解技術(shù)使樣品消解完全，并結(jié)合電感耦合等離子體-質(zhì)譜法(ICP-MS)測定植株中的全磷，優(yōu)化消解及儀器條件，以尋找操作簡單、污染小、穩(wěn)定性高、靈敏度高的植株全磷檢測方法。

一、實驗部分

(一)儀器與試劑

1.儀器

iCAP RQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Thermo Fisher Scientific)，T660微波消解儀(LebTech)，VB24 UP智能樣品處理器，聚四氟乙烯密封消解罐，BSM220.4電子天平(上海卓精電子科技有限公司)，Milli-Q實驗室超純水系統(tǒng)(昆明倍捷科技有限公司)。

2.試劑

1000μg/mL磷標(biāo)準(zhǔn)儲備液、多元素內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液:均購于國家標(biāo)物中心；高純氬氣(純度≥99.99%)、高純氦氣(純度≥99.99%)；硝酸500mL/瓶(川東化工)：分析純；30%過氧化氫500mL/瓶(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)：分析純。

實驗用水為經(jīng)Milli-Q實驗室超純水系統(tǒng)(0.22μm過濾膜)過濾的超純水。

(二)樣品前處理

1.樣品制備

采集到的植株如需洗滌，應(yīng)在剛采集的新鮮狀態(tài)時用濕棉布擦凈表面污染物，然后用水淋洗1～2次后，盡快擦干。

將新鮮植株剪碎，用四分法縮分后，立即在80°C～90°C鼓風(fēng)干燥箱中烘15min～30min殺青，降溫，至60°C～70°C，烘干至易磨碎狀態(tài)。樣品稍冷后立即粉碎,使之全部通過0.25mm篩，密封備用。

2.試液制備

稱取固體樣品0.25g(精確至0.001g)，加入6mL硝酸，加蓋放置1h，加入2mL雙氧水，旋緊罐蓋，按照微波消解儀標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解，微波消解程序如表1所示。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐放在智能樣品處理器中，于100℃加熱30min，將消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中用水定容至刻度。同時做空白實驗。

表1 微波消解程序

(三)儀器條件設(shè)置

1.ICP-MS條件設(shè)置

iCAP RQ截取錐具有獨(dú)特的、用戶可更換的嵌片，位于錐尖后方，用以控制記憶效應(yīng)，可以一定程度控制離子的邊界并減小記憶效應(yīng)。嵌片的靈敏度逐漸降低，耐鹽性逐漸增強(qiáng)，植株中磷元素在ICP-MS上靈敏度較低，故綜合判斷采用具有一定耐鹽性的2.8mm嵌片。

儀器采用在線內(nèi)標(biāo)引入，通常選擇樣品溶液中不具有的且質(zhì)量數(shù)、電離電位與被測元素相近的元素作為內(nèi)標(biāo)元素。本方法采用73Ge作為內(nèi)標(biāo)元素。

點(diǎn)炬穩(wěn)定30min后設(shè)置ICP-MS工作參數(shù)，如表2所示。

表2 ICP-MS工作參數(shù)

2.干擾及消除

ICP-MS的測試模式主要有普通(STD)和碰撞/反應(yīng)池(KED/CCT)模式，對于ICP-MS來說，最主要的干擾就是多原子離子干擾。通過調(diào)諧可以使ICP-MS氧化物產(chǎn)率(CeO+/Ce)小于2%，雙電荷產(chǎn)率(Ba++/Ba)小于1%。iCAP RQ結(jié)合了Flatapole低質(zhì)量數(shù)剔除功能和業(yè)內(nèi)已驗證的氦KED(動能歧視效應(yīng))抗干擾技術(shù)，提供了低質(zhì)量數(shù)剔除功能，阻止了干擾離子通過并進(jìn)入四極桿質(zhì)量過濾器。氦KED(動能歧視效應(yīng))模式利用高純氦氣作為碰撞氣，利用干擾離子碰撞截面積比待測目標(biāo)離子大的特點(diǎn)進(jìn)行干擾消除，手段簡單，適用于復(fù)雜基體的干擾分離，從而可以獲得一個簡單的ICP-MS譜圖[9-12]。本次實驗通過選擇合適的同位素，參考元素豐度，通過校正方程及KED模式進(jìn)行干擾去除。

(四)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確吸取濃度為1000mg/L的磷標(biāo)準(zhǔn)工作溶液4.00mL于100mL容量瓶中，用5%的硝酸溶液定容至刻度，得到濃度為40.00mg/L的磷中間液；分別準(zhǔn)確吸取0.00mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、5.00mL于100mL容量瓶中，用5%的硝酸溶液定容至刻度，得到濃度為0、200、400、800、1200、2000ng/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。按表2的實驗條件進(jìn)行測定，儀器自動繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

二、結(jié)果分析

(一)校準(zhǔn)曲線繪制及檢出限

按照1.4繪制校準(zhǔn)曲線，結(jié)果如表3所示，標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示，該方法有良好的線性關(guān)系，線性方程的相關(guān)系數(shù)為0.9995。用ICP-MS連續(xù)測定測定21次消解空白。計算標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，再計算檢出限，結(jié)果如表4所示，檢出限為0.00198mg/L。當(dāng)樣品稱樣量為0.25g，采用微波消解，定容體積為50mL，則方法檢出限為0.040mg/100g。

圖1 ICP-MS校準(zhǔn)曲線

表3標(biāo)準(zhǔn)曲線測定值

標(biāo)準(zhǔn)曲線點(diǎn)濃度/(ng/mL)響應(yīng)值/cpsSTD00.0038STD1200.001165STD2400.002434STD3800.005003STD41200.007310STD52000.0012556

表4 21次空白測定結(jié)果及檢出限

(二)方法準(zhǔn)確度和精密度

選取大蔥植株標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW10049，磷標(biāo)準(zhǔn)值為3.6±0.2g/kg，購于地球物理地球化學(xué)勘查研究所。用ICP-MS連續(xù)測定6次，結(jié)果如表5所示，6次結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，該方法具有較高的準(zhǔn)確度。所得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.26%，重復(fù)性較好，說明該方法具有良好的精密度。

表5 ICP-MS精密度實驗結(jié)果

(三)加標(biāo)回收實驗

為進(jìn)一步確認(rèn)本法的準(zhǔn)確性和可靠性,對一植株樣品進(jìn)行三梯度加標(biāo)實驗，樣品連續(xù)測定3次，測定結(jié)果如表6所示。加標(biāo)回收率范圍為96.8%～104.6%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.74%，符合分析要求。

表6 加標(biāo)實驗測定結(jié)果

(四)與國標(biāo)測定結(jié)果的比較

采用NY/T 2421-2013《植株全磷含量測定鉬銻抗比色法》對樣品進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果為2.42mg/100g，標(biāo)準(zhǔn)差為0.242。與本次實驗結(jié)果2.50mg/100g，標(biāo)準(zhǔn)差為0.193進(jìn)行比對，經(jīng)成對雙樣本均值T檢驗分析，t=-0.448，置信度P=0.678>0.05。兩種方法檢測結(jié)果不存在顯著性差異，故采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行檢測可滿足檢測需求。

三、結(jié)論

本實驗采用微波消解試樣,然后用ICP-MS測定了植株中的全磷。測定時采用碰撞反應(yīng)池消除質(zhì)譜干擾。實驗結(jié)果表明，當(dāng)樣品稱樣量為0.25g，定容體積為50mL時，方法檢出限0.040mg/100g；對同一樣品進(jìn)行精密度測定，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2.74%；國家標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果為3.51g/kg，標(biāo)準(zhǔn)值為3.6±0.2g/kg；植株樣品的加標(biāo)實驗中，加標(biāo)回收率均處于96.8%～104.6%范圍內(nèi)。實際樣品的測定結(jié)果和國標(biāo)法沒有顯著差別。與現(xiàn)有國標(biāo)方法相比，本法準(zhǔn)確度高，靈敏度高，檢出限低，重復(fù)性好，檢測速度快，為植株中的全磷的測定提供了新的方法和實踐依據(jù)。