杨喆 陈秋生 张强 刘烨潼 殷萍

摘要：以DTPA为提取剂，建立了超声提取-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定土壤中有效态铁、有效态锰、有效态铜和有效态锌的方法。考察了超声提取时间、测定条件等因素，并对基体干扰的消除进行了对比研究。在优化的ICP-MS条件下，有效态铁、有效态锰、有效态铜和有效态锌在1～200 μg/L浓度范围内线性关系良好，方法检出限分别为45.6、0.90、0.32、0.44 μg/L，相对标准偏差小于5%（n=6）。用国家土壤标准物质（GBW07413a、GBW07414a）进行准确度验证，测定结果与证书值一致，表明该方法简便快捷、检出限低，具有良好的准确度和精密度，可满足大批量农业土壤样品中有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌的含量测定要求。

关键词：土壤;超声提取;电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）;有效态;矿质元素

中图分类号：O657.63         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）09-0094-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.09.021           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： This experiment with DTPA as extracted，Ultrasonic extraction is established-inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS） in the determination of soil effective state of Fe，Mn，Cu and Zn. Experiment investigates the factors such as ultrasonic extraction time， measurement conditions， and has carried on the contrast research to eliminate matrix interference. Under the condition of the optimization of the ICP-MS，the results shows that effective state of Fe Mn Cu and Zn have good linearity in the concentrations of 1～200 μg/L. and the detection limits of the method are 45.6 μg/L、0.90 μg/L、0.32 μg/L、0.44 μg/L， the relative standard deviation less than 5%（n=6）. The precision and accuracy of the method were verified by analyaing national standard reference materials， The relative error less than 5%（n=6）， there was no significant differentce between this method and national standard method（NY/T890-2004） by test and the results were consistent with the national standard method. This method has characteristics of convenient low detection limit high accuracy and good precision， which can be applied to determin with available forms of effective state Fe Mn Cu and Zn in large batches agricultural pollution soil.

Key words： soil; ultrasonic extraction; inductively coupled plasma mass spectrometry （icp-ms）; effective state; mineral elements

铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）是植物生长所必需的微量元素，它与生物分子蛋白质、多糖、核酸、维生素等密切相关，对植物的各种生理代谢过程起到调控作用[1-3]。但近年来，为了追求农作物的高产，大量施用氮、磷、钾肥，尤其是高浓度单质化肥，而铁、锰、铜、锌等微量元素投入量相对较少，加上作物单位面积产量不断提高，养分带走量增加，造成土壤中微量元素含量急剧降低，这不仅影响农作物的品质，还会引发各种生理病害，影响农作物的产量。

目前，中性及石灰性土壤中有效态铁、有效态锰、有效态铜和有效态锌的测定主要采用二乙三胺五乙酸（DTPA）作为浸提剂，在（25±2） ℃、（180±20） r/min条件下振荡2 h后过滤，用火焰原子吸收光谱法（FAAS）或电感耦合等离子体发射光谱测定浸提液中有效态铁、有效态锰、有效态铜和有效态锌的含量。该方法操作较为繁琐，耗时较长，并且有些土壤中有效态矿质元素含量较低，而这两种仪器方法灵敏度相对较低，有时达不到準确测定的要求。因此，建立一种可同时满足mg/L和μg/L水平，且能高效、快速分析中性及石灰性土壤中有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌的方法，对农业土壤有效态矿质元素含量水平调查具有重要意义。

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）具有多元素同时分析、高灵敏度、低检出限、线性范围宽等优点，已广泛用于农业、环境、食品、中医药等领域的元素检测中[4-9]。而超声波提取技术因其具有提取效率高及提取时间短等特点，也已得到广泛应用[10-15]。基于此，本研究利用超声波辅助提取技术，结合电感耦合等离子体质谱技术，建立一种土壤中有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌同时分析测定的快速检测方法，该方法准确、快速、灵敏度高，可为土壤中有效态微量元素含量水平状况调查提供技术支持。

1  材料与方法

1.1  仪器与试剂

Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪（Agilent，USA），附带Babington高盐雾化器;石英双通道雾化室;石英一体化矩管;镍材质样品锥;240Z/240FS原子吸收光谱仪（Varian，USA）;THZ-C恒温振荡器（太仓市实验设备厂）;KQ-600GDV台式恒温数控超声波清洗器（工作频率40 kHz，功率600 W，昆山市超声仪器有限公司）;TD5A-WS台式离心机（长沙湘仪离心机仪器公司），美国Millipore公司超纯水机（Milli-Q）。

多元素混合标准储备液Part# 5183-4688（Agilent，USA）：1 000 mg/L的铁，10 mg/L的锰、铜、锌。

混合标准使用溶液：用DTPA提取剂将铁、锰、铜、锌标准储备液逐级稀释为5、10、20、50、100、200 μg/L混合标准溶液，备用。

内标溶液Part# 5188-6525（Agilent，USA）：100 mg/L Rh，用2%硝酸溶液稀释为1 mg/L，备用。

调谐溶液Part# 5184-3566（Agilent，USA）：10 μg/L锂、钴、铱、铈、铊混合标准溶液，介质为2%硝酸溶液。

土壤有效态成分分析标准物质GBW07413a（河南安阳的黄潮土）;GBW07414a（四川简阳的紫色土）。

硝酸（天津市风船化学试剂科技有限公司），MOS级，试验用水为超纯水，电阻率大于18.2 MΩ/mL。

1.2  样品前处理

称取过2 mm孔径筛的土壤样品10.00 g，置于150 mL具塞锥形瓶中，加DTPA浸提剂20 mL，盖紧瓶塞，放入超声波清洗仪，超声20 min，取出样品，以3 000 r/min离心5 min，然后取部分滤液，用DTPA浸提液稀释测定。同时做空白试验。土壤标准物质GBW07413a、GBW07414b处理方法与样品处理方法相同。

1.3  仪器条件优化

ICP-MS的测试信号主要受载气流速、矩管位置、射频功率、离子透镜电压等参数的影响。用调谐液调整仪器的各项参数，使仪器的灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率、质量轴等达到测定要求，优化后的仪器参数见表1。

1.4  样品测定

在优化的仪器条件下编辑测定方法，引入在线内标校正仪器漂移，待仪器稳定后，依次加入空白试剂、标准溶液、空白样品、样品溶液。编辑校准文件，选择合适的内标校正元素，并根据校准方程计算土壤中各有效态元素浓度。

2  结果与分析

2.1  超声提取时间的确定

前期研究表明，提取时间越长，物质分子运动频率和速度、溶剂穿透力、样品与提取剂之间接触面积等都能得到相应增加，越易使被提取物质获得较大的加速度、动能和强大的外来冲击。按照标准NY/T 890-2004要求，固定土壤样品与提取剂比例，超声提取时间分别设置为5、10、15、20、25、30 min，比较其提取效果（图1）。从图1可以看出，土壤有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌的提取量随提取时间的延长而增加，但在20 min后趋于稳定。经统计分析，5 min与20 min之间土壤有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌测定结果平均相对偏差为12.4%～14.8%，5 min与30 min之间平均相对偏差为10.7%～13.7%，而20 min与30 min之间平均相对偏差为2.43%～4.25%。由此可以看出，提取20 min时，土壤固相吸附固定的有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌基本达到吸附交换平衡，因此选择超声提取时间为20 min。

2.2  同位素和内标元素的选择

质谱检测过程会受到同位素的干扰。在选取质量分数时应按照丰度大、干扰小、灵敏度高的原则来选择同位素的质量分数。同位素的质量分数选择见表2。

另外，在ICP-MS测定过程中，检测信号会随着检测时间的增长而发生漂移，且样品的基体效应较明显，待测元素信号会出现抑制或增强效应。通过加入内标可有效解决这两个问题。本试验选用103Rh作为内标元素，不仅可以校正信号的漂移，还可以补偿基体效应。

2.3  分析干扰及校正

ICP-MS 技术主要有质谱型干扰和非质谱型干扰两种。质谱型干扰主要是同质异位素、多原子离子和双电荷离子干扰。本试验通过优化功率、载气流速、采样深度等仪器工作参数来提高离子化效率并降低双电荷离子干扰;利用仪器自带的干扰方程EPA_200.8来校正同质异位素和多原子离子的干扰。非质谱型干扰主要是基体效应对结果产生的影响，本试验采用在线加入内标的方法来消除基体干扰。

2.4  标准曲线与方法检出限

按照优化好的仪器工作参数，通過测定有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌多元素混合标准系列溶液，仪器自动绘制出标准工作曲线。通过连续测定11 次空白样品溶液，以3倍的标准偏差计算各元素的检出限，工作曲线、相关系数及检出限见表3。

2.5  准确度和精密度试验

为了验证所建立的超声提取-ICP-MS测定方法的可靠性及准确性，在选定的试验条件下，对土壤标准物质GBW07413a和GBW07414a进行分析测定，分析结果见表4。由表4可以看出，有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌的测定值与证书值吻合，相对标准偏差均小于5%，表明所建立的方法准确度高、稳定性好。

2.6  与国标方法的比较

选取土壤标准物质（GBW07413a），分别采用超声提取-ICP-MS法和振荡提取-火焰原子吸收光谱法/石墨炉原子吸收光谱法（国家标准方法NY/T 890-2004）测定有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌含量，测定结果见表5。经t检验，P>0.05，表明2个方法的检测结果无显著性差异，超声波-ICP-MS法可以用于土壤中有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌含量的测定。

2.7  样品的测定

选取部分大田及设施土壤，采用超声提取-ICP-MS方法进行样品前处理和测定，同时采用标准土壤样品进行全程质控，测定结果见表6。由表6可知，该方法准确度高，结果可靠，可用于日常样品及大批量科研样品中有效态元素含量的测定。

3  结论

通过对土壤样品中有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌提取技术的改进，对仪器操作条件进行了优化，对基体干扰进行了校正，建立了以DTPA为提取剂，超声提取-ICP-MS法测定土壤中有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌含量的方法。与国家标准NY/T 890-2004相比，该方法简便、快速、线性范围宽，可满足大批量农业土壤污染调查样品中微量有效态铁、有效态锰、有效态铜、有效态锌的分析要求。

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收稿日期：2018-10-15

基金项目：天津市重点研发计划项目（17YFXTZC00040）

作者简介：杨  喆（1990-），女，天津人，在读硕士研究生，研究方向为农产品质量安全，（电话）022-27950229（电子信箱）yz98967@163.com;通信作者，陳秋生（1979-），男，河北泊头人，副研究员，主要从事农产品质量安全检测技术及风险评估研究，（电子信箱）tjzbscqs@126.com。