磷酸二氢钙浸提ICP-AES​法测定土壤样品中的有效硼

【核心介绍】农业土壤样品经过磷酸二氢钙浸提, 旋转摇床震荡60min。取代“沸水提取土壤中的有效硼”测试方法中的冷凝玻璃管的回流装置样品前处理方式，用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）快速测定土壤中有效硼的方法；本文采用ICP-AES代替传统的甲亚胺比色法和姜黄素分光光度法测定提取物中的有效硼含量，通过实验优选仪器参数和分析谱线，在选定波长为208.893nm测定国家一级标准物质的测定值与标准值相吻合，分析结果准确可靠，精密度和准确度都能很好的满足要求，检出限为0.04㎎·㎏-1，标准加入的回收率在98.6 　

磷酸二氢钙浸提ICP-AES法测定农业土壤样品中的有效硼

马兴娟 费发源 程鑫

（青海省核工业地质局检测试验中心 西宁 810000）

摘要 农业土壤样品经过磷酸二氢钙浸提, 旋转摇床震荡60min。取代“沸水提取土壤中的有效硼”测试方法中的冷凝玻璃管的回流装置样品前处理方式，用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）快速测定土壤中有效硼的方法；本文采用ICP-AES代替传统的甲亚胺比色法和姜黄素分光光度法测定提取物中的有效硼含量，通过实验优选仪器参数和分析谱线，在选定波长为208.893nm测定国家一级标准物质的测定值与标准值相吻合，分析结果准确可靠，精密度和准确度都能很好的满足要求，检出限为0.04㎎·㎏-1，标准加入的回收率在98.60～100.06%之间。该法操作简单、快捷、无污染，能使有效硼的分析趋于自动化，使得高效、大规模的土壤有效硼的测定分析成为现实，可成功地适用于青海海南大面积酸性土壤样品中有效硼的测定，值得大面积的推广与应用。

关键词 磷酸二氢钙浸提 ICP-AES法 农业土壤

中图分类号 O657.31

Determination of Effective Born Element in the Agricultural Soil Samples in Hainan,Qinghai with ICP-AES Method Digestded by Calcium Dihydrogen Phosphate

MA Xingjuan FEI Fayuan  Cheng Xin

（Testing Centre in the Nuclear Geological Survey of QingHai Province Xining 810000）

Abstract The agricultural soil samples were digested by Calcium dihydrogen phosphate , the rotary table was shocked for 30 minutes. The condensation  "boiling water to extraction in the soil effective boron glass tube reflux device was replaced for the rapid determination of agricultural soil samples.The ICP-AES and engage colorimetric method was used to replace the traditional methylene amine and curcumin spectrophotometry effective boron content in the extract. The instrument parameter and analysis spectral lines were optimized through the experiment.  The wavelength of 208.893 nm was selected for the determination of national level standard material value in conformity with the standard values. The analysis results are accurate and reliable, the precision and accuracy can well meet the requirements, the detection limit is 0.04 ㎎ ㎏ - 1, the recovery of standard addition is from 98.60 to 100.06%. The operation is simple, fast, no pollution, and has good accuracy and precision. This method can make effective boron analysis automation, and can make efficient and large-scale analysis of soil effective boron determination to become a reality. The method can be successful for the effective boron determination of large size acid soil sample located the hainan, and is worthy of popularization and application.

Key words Digestded by Calcium dihydrogen phosphate；ICP-AES；Agricultural soil samples；Effective boron

硼在自然界分布广泛，但在地壳中的克拉克值较低，约为0.001%^[1]。硼在自然界中主要以硼酸盐形式存在，如同土壤中的其它营养元素一样，硼是植物正常生长发育不可缺少的微量元素,土壤全硼含量并不能很好地反映作物有效硼的多寡。土壤中的有效硼是指植物直接从土壤中吸收利用的硼，土壤中有效硼的含量直接影响到植物的生长发育情况, 土壤有效硼受多种因素如土壤质地、pH等的影响^[2-3]，因而有效硼的提取方法至关重要。

土壤有效硼的测试方法很多^[4-13]，目前常用沸水浸提剂提取的热水溶态硼作为土壤有效硼的指标在我国已有5O多年的历史，国家标准GB12298—90方法中对土壤中有效硼的测定亦是以热水浸提，但是沸水浸提需要一套回流装置且需要严格控制煮沸时间，目前最常用的测定有效硼的方法是国家标准测定方法姜黄素比色法和亚甲胺比色法，但这些方法操作流程长,结果易受外界因素的影响，不宜控制^[14]。

近30年以来，电感耦合等离子体发射光谱( ICP-AES) 技术迅速发展成为一种应用广泛且受到高度评价的分析技术。该技术以其灵敏度高、检出限低、可测定元素多、动态线性范围宽、干扰少、可同时进行多元素测定等特点成为现代分析领域重要的多元素分析手段，在现代分析测试领域发挥了重要作用^[15]。

青海省海南州位于青海省东部，东与海东地区和黄南州毗连，西与海西接壤，南与果洛州为邻，北隔青海湖与海北相望，因地处著名的青海湖南部，故名海南。海南州属于典型的高原大陆性气候区。青海海南的农作物主要有青稞、小麦、油菜籽、马铃薯、小麦、燕麦等，经过测定青海海南的土壤pH值均在6.0～7.0之间，均为酸性至中性土壤，酸性土壤中的硼主要以游离的偏硼酸根存在，磷酸二氢钙浸提法比较适应于酸性至中性土壤。

本文所采用的磷酸二氢钙浸提ICP-AES法不仅能克服上述沸水浸提需要一套回流装置且需要严格控制煮沸时间和国家标准测定方法姜黄素比色法和亚甲胺比色法中操作流程长,结果易受外界因素的影响、不宜控制等这些缺点，更能使有效硼的分析趋于自动化，并且是一种低成本、高效率、数据可靠的测定有效硼的方法，使得高效、大规模的土壤有效硼的测定分析成为现实。

1实验部分

1.1仪器及工作参数

ZD-88-1落地大型旋转摇床,振幅 30㎜ 震荡频率150～200r/min。

电感耦合等离子体发射光谱仪，iCAP 6000 Series 型等离子体发射光谱仪（美国热电公司生产）。ICP-AES仪器工作条件见表1。

表1  ICP-AES仪器工作条件

Table 1 Working parameters of the ICP-AES instrument

工作参数	设定条件	工作参数	设定条件
射频功率	1150 W	观测高度	12㎜
等离子体（Ar）流量	15.0 L/min	雾化器压力	28psi
辅助气（Ar）流量	0.5 L/min	雾化气（Ar）流量	1.0 L/min

1.2 主要试剂和标准溶液

磷酸二氢钙，分析纯。浓盐酸，优级纯。聚丙烯酰胺，分析纯。硝酸银，分析纯。

硼标准储备溶液ρ（B）=0.100mg/mL 称取0.5716g经60℃干燥的基准硼酸（H₃BO₃）于烧杯中，加蒸馏水溶解后，移入1000mL容量瓶，加水稀释至刻度，摇匀。

硼标准系列溶液：取ρ（B）=0.100mg/mL 的硼标准储备液1.0 mL 、5.0 mL 、10.0 mL加入等量浸提剂介质，配置成ρ（B） 1.0ug/mL、ρ（B）=5.0ug/mL 、ρ（B）=10.0ug/mL的标准系列。

实验用水均为 ( 电阻率≥18 MΩ·cm) 蒸馏水 。

1.3实验方法

准确称取10.0g（精确至0.01g）100目的土壤样品，放入150mL的干燥的三角瓶中，用移液管准确加入50mL的浸提剂，在旋转摇床上震荡60min，用中速定量滤纸干过滤到聚乙烯比色管中，该滤液用于测定土壤中的有效硼。

2 结果与讨论

2.1浸提剂的配制

准确称取2.02g磷酸二氢钙放入1000mL的烧杯中，加优级纯的蒸馏水溶解，再加10mL的浓盐酸使之溶解，再加入0.05g聚丙烯酰胺，然后再加入1mL 0.0141mol/L的硝酸银，以防止微生物的生长，最后定容至1000mL。

注：硝酸银是适量的，如有一些氯化银沉淀出来无碍。

2.2浸提过程

2.2.1浸提时间试验

在本方法中，浸提时间是其中最关键的影响因素。如果浸提时间太短会造成有效硼提取不完全造成结果偏低，时间太长会造成不必要的浪费。本文对放置在大型旋转摇床上的浸取剂的浸取时间分别为15 min、30 min、45 min、60 min、90 min进行实验，可以发现浸取时间为0～60min时，有效硼的含量随着浸提时间的增加而缓慢增大，当浸取时间为60min时，有效硼的含量基本稳定，达到最大。当浸取时间为90min时，浸取率也为95%，因此浸取时间为60min为最佳浸取时间。

图1 浸提时间对有效硼测定值的影响

Effect of extraction time on available boron by Calcium Dihydrogen Phosphate

2.2.2浸提温度试验

试验发现，浸提的温度对浸提率有很大的影响，对该实验的温度分别设为15℃、20℃、25℃、30℃进行实验，可以发现当温度为25℃，样品的浸取率达到最大。

2.2.3样品稳定时间试验

对干过滤后的制备样品进行试验，放置时间分别为0.5h、1.0h、2.0h、24h后进行测定，可以发现制备试液放置2h后测定结果最佳。

2.3溶液中硼的测定

分析谱线的选择：光谱干扰是ICP-AES光谱分析中最为关注的问题之一^[16-22]，最常用的方法是利用本方法浸提国家一级标准物质07417a、07458后进行测定，选择一条干扰少的谱线作为分析线并采用干扰校正法进行校正^[15-21]。利用仪器性能，对硼元素分别选定208.893(161)、208.959(161)、249.678(135)三条谱线进行测定，然后综合分析观察每条谱线的谱线强度，谱图以及干扰情况，选择检出限低，灵敏度高，干扰元素少，干扰程度低，背景低，实际应用好的谱线作为分析谱线，测定元素的最佳波长并校准谱线。根据峰形及背景作为参考，可以确定208.893nm为最佳分析波长。

表2 元素分析线及其相对强度、扣除背景位置

Table2 Wavelengths relative intensity and detection of effective B

3.结果与讨论：

3.1分析方法的检出限

依照1.3的分析步骤，对试样空白平行测定11次，以3倍标准偏差作为方法检出限，计算得出有效硼的标准偏差为检出限（DL）为0.04 mg·kg^-1,对比数据不难看出，本法的方法检出限明显低于国家标准GB12298—90方法中对土壤中有效硼的测定的方法检出限。

3.2分析方法的准确度和精密度

为了考察测定结果的准确度和精密度，依照1.3的分析步骤对2种国家一级标准物质（07417a、07458）进行6次平行测定的平均值，结果见表3.

表3 标准物质准确度和精密度实验

Table 3  Accuracy and precision tests of the method

标准物质	元素	w/(mg·kg-1）			相对误差RE/%	RSD/%
编号		标准值	6次测量值	平均值
07417a (ASA-6a)	有效硼	0.31±0.09	0.29  0.28 0.31  0.32 0.30  0.29	0.30	-3.23	1.81
07458 (ASA-7)	有效硼	0.56±0.08	0.58  0.59 0.59  0.56 0.55  0.57	0.57	1.79	1.68

经过与青海海南土壤性质相似的土壤有效成分分析标准物质的测定结果可以看出相对标准偏差小于2.0%。以上标准物质的测定结果表明，采用本方法测定农业土壤样品中的有效硼具有较好的准确度和精密度。

3.3与亚甲胺比色法的比较

对2种国家一级标准物质（07417a、07458）进行比较试验，从表4的结果可以看出，两种方法的测定值没有明显的差异。

表4两种方法测定有效硼结果比较

Table 4 Comparison of resuls with two methods

样品物质编号	元素	ICP-AES法w/(mg·kg-1）	亚甲胺比色法 w/(mg·kg-1）
07417a(ASA-6a) 07458(ASA-7)	有效硼 有效硼	0.30 0.57	0.32 0.55

3.4 加标回收率

在两件标准物质07417a(ASA-6a)、 07458(ASA-7)试样中，加入硼 标准溶液进行6 次平行测定，计算其回收率，结果见表5。两件标准物质样品的加标回收率为98.60% ～100.06%之间，平均加标回收率为99.44%和99.23%。

表5 方法回收率

Table5 spiked recovery test of the method

标准物质	测定值	w/(mg·kg-1）			平均回收率
编号		加标量	6次测量值	回收率
07417a (ASA-6a)	0.30	5.0	5.25  5.28 5.33  5.26 5.27  5.27	99.00  99.60 100.06  99.20 99.40  99.40	99.44
07458 (ASA-7)	0.57	5.0	5.55  5.53 5.52  5.55 5.56  5.50	99.40  99.20 99.00  99.40 99.80  98.60	99.23

4.结论

实验结果表明，应用磷酸二氢钙浸提ICP-AES快速测定土壤中有效硼的方法可行且该法操作简单、快捷、无污染，而且具有很好的准确度和精密度，可成功地用于青海海南大面积土壤样品中有效硼的测定。本试验可以看出，本方法简单快速，效率高，劳动强度低，适合大批量样品的分析测试，能很好地满足农业生态样品中有效硼的测定，是测定土壤有效硼的一种高效方法，值得大面积的推广与应用。

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