端爱玲 王思远 董艳红 张树雄 杨树俊 韩张雄

(江苏省地质工程勘察院，南京 210012)

前言

磷是植物中必不可少的营养元素，磷在植物体内主要影响其光合作用、呼吸作用及生物合成等过程，植物体内磷的缺乏将导致其发生形态和生理上的变化[1-2]。硫是植物体重要的营养元素，它在植物体内主要参与多种化合物质的合成，同时硫元素是植物代谢作用的主要调节剂[3]。磷和硫在植物体内的功能以及作物对其的吸收量均非常相似，因此通过快速测定植物体内的磷和硫具有重要的意义。

植物中磷、硫的前处理方法主要有干法灰化法[4]，湿法敞开消解法[5-6]，湿法密闭消解[7]，微波消解法[8]等，其中干法灰化法在燃烧的过程中容易造成样品中磷、硫的损失，且容易交互污染样品；湿法敞开消解用的酸量相对较大，消解效率相对较差，也容易造成交互污染；湿法密闭消解法消解时间太长；微波消解法消解时间短，用酸量少，且不易造成污染。而植物样品中磷和硫的检测方法主要有比色法[9]、电感耦合等离子体发射光谱法[10]、电感耦合等离子体质谱法[11]。比色法显色反应时间长，且容易受到色素干扰，尤其是难以消解的植物样品，在显色过程中，干扰更加严重，同时比色法一次只能检测一种元素；利用电感耦合等离子体质谱法存在干扰，且对于高含量样品检测结果容易产生偏差；而利用电感耦合等离子体光谱法既可以避免色素干扰，同时将植物样品中磷和硫元素同时消解，又可以检测含量较高的样品，且大大缩短了样品检测时间。因此，本研究通过选择微波消解条件，确定最优消解方法，待样品消解后，在电感耦合等离子体发射光谱仪上选择最佳光谱谱线，测定植物中磷和硫，提高了检测速度。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

ETHOS UP微波消解仪(意大利迈尔斯通公司)，iCAP 6300电感耦合等离子体发射光谱仪(美国Thermo公司)，HITECH-UPW-R2E-500L型超纯水机(上海和泰仪器有限公司)。

标准溶液为内含磷、硫元素的单标准储备溶液(GBW(E)083181-1、GBW(E)082688-4，磷、硫浓度均为1 000 mg/L，北京坛墨质检科技有限公司)，标准物质选择生物成分标准物质枯枝落叶(GBW07603)、大米(GBW10010)、玉米(GBW10012)、苹果(GBW10019)、柑橘叶(GBW10020)、豆角(GBW10021)、河南小麦(GBW10046)、芹菜(GBW10048)、大葱(GBW10049)，均由地球物理地球化学勘察研究所生产，实验所用HNO3、H2O2均为优级纯(西安化学试剂厂生产)，实验用水均为超纯水。

1.2 电感耦合等离子体光谱仪的工作参数

电感耦合等离子体光谱仪参数见表1。

表1 电感耦合等离子体光谱仪的工作参数

1.3 标准曲线

将磷、硫单标准储备溶液用纯水稀释制备成磷和硫的单元素标准溶液，然后采用稀硝酸(5%)利用逐级稀释法将其制成标准曲线，用硝酸(5%)作为空白。选择适合的谱线，测定标准曲线，并自动拟合标准曲线。磷元素和硫元素的线性范围均按0～50 mg/L(0、1、2、5、10、20、50 mg/L)计，其绘制标准曲线的线性相关系数分别为0.999 2和0.999 1。

1.4 实验方法

1.4.1 植物样品前处理

将各种植物样品按干样和鲜样分别称取，干样品称取0.25 g(精确至0.000 1 g)，新鲜样品称取2.50 g(精确至0.000 1 g)于微波消解罐中，加入6 mL HNO3，在通风橱内放置10 min以上，然后加入1 mL H2O2，调节微波消解程序，选择合适的消解模式将样品置于微波消解仪内消解完全，用纯水定容至50 mL比色管中，充分摇匀，备用。用硝酸过程空白作为样品空白。

1.4.2 样品的测定

选择合适的谱线波长，在ICP-OES上测定消解好的植物样品，根据仪器自动拟合好的曲线，计算得出植物样品中的磷和硫元素含量。

1.5 谱线选择

根据仪器推荐的谱线，进行谱线选择实验。磷元素主要谱线包括178.5、177.5、213.6、214.9 nm，硫元素主要普线为182.0、180.7 nm，分别用标准物质GBW07603、GBW10010、GBW10012、GBW10019、GBW10020、GBW10021、GBW10046、GBW10048、GBW10049，设定仪器扫描方式为短波扫描5 s，长波扫描10 s，进行验证，获得最佳谱线。

2 结果与讨论

2.1 微波消解程序选择

分别设置3种微波消解仪的消解程序，如表2所示，然后将样品分别进行消解，三种消解程序检测结果如表3所示，不同植物样品中的磷和硫元素检测结果均显示为程序1<程序2<程序3，可能由于程序1温度和压力均较小，样品消解不完全造成的，程序2和3均能将样品完全消解，但由于程序3温度和压力设置均较高，容易造成对消解仪的损害，消解罐容易发生爆管的危险，同时，温度和压力过高也会造成样品消解时精密度下降。因此，实验选择程序2作为样品消解程序，既保证了样品的充分消解，又降低了消解过程的危险性。消解后的样品清澈透明，可直接利用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测定磷和硫元素。

表2 试样消解程序设计

表3 不同消解程序对检测结果的影响

2.2 仪器谱线选择

在利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定磷元素和硫元素时，谱线主要包括磷178.5、177.5、213.6、214.9 nm，硫为182.0、180.7 nm，各谱线在直接测定植物样品时检测结果如表4所示，结果显示，GBW07603、GBW10020、GBW10021三个标准物质在213.6 nm和214.9 nm两条谱线测定时磷元素结果偏高，均超出标准值不确定度范围，查看其标准物质证书发现这三个标准物质的铜元素含量较高，可能受到铜元素的干扰[12]；GBW10048在谱线为177.5 nm时，磷元素结果偏高，查看其标准物质证书发现该标准物质样品的钠元素含量较高，可能受到钠元素的光谱干扰[12]，因此，测定磷元素时选择谱线波长为178.5 nm；在测定硫元素时GBW07603、GBW10020、GBW10049三个标准物质在180.7 nm谱线测定时结果偏高，均超出标准值不确定度范围，查看其标准物质证书发现这三个标准物质的钙元素含量较高，可能受到钙元素的干扰[13]。

2.3 方法检出限

在上述实验条件下，同时消解7份全流程空白，对空白进行测定，以3倍标准偏差计算得出磷、硫的方法检出限，实验中磷元素的检出限为0.93 mg/kg，硫元素的检出限为1.9 mg/kg。

2.4 方法的精密度和准确性

同时对8种植物样品标准物质平行测定7次，对方法的精密度进行了统计，利用标准值对方法的准确性进行了分析验证，各测定元素的相对标准偏差(RSD)、相对误差(RE)见表5。从表5可以看出磷的相对标准偏差0.72%～2.7%，硫在0.59%～1.3%，同时从表5还可以看出元素的测定值与标准值相吻合，相对误差(RE)小于±3%，表明该方法准确可靠。

2.5 新鲜样品的加标回收实验

实验检测的标准物质均为干样，为了考察方法的适用性，选择不同植物的新鲜样品直接消解，同时进行加标回收实验。取植物鲜样两份，其中一份加入待测元素的标准，按实验方法处理后，在优化的实验条件下进行测定，结果见表6。从表6可见，样品加标回收率在90.5%～107%。

表4 不同谱线波长对检测结果的影响

表5 方法精密度和准确度

表6 加标回收实验结果

3 结论

利用微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定植物样品中的磷、硫元素，通过优化消解方法、检测方法，利用国家生物标准物质进行方法检出限、精密度、准确度实验。结果显示磷，硫元素的检出限分别为0.93、1.9 mg/kg，相对标准偏差RSD在0.59%～2.7%，测定值与标准值基本吻合，相对误差(RE)小于±3%，通过对新鲜样品进行加标实验，回收率在90.5%～107%。表明该方法准确可靠，可用于植物样品中磷、硫元素的快速测定。