微波萃取等离子体质谱法测定土壤中有效硼含量的方法

摘要

本发明涉及微波萃取等离子体质谱仪测定土壤中有效硼含量的方法，它是将待测样品置于微波萃取罐中加入纯水，搅拌控温80－120℃，分次萃取5－30分钟，然后将内溶物用去离子水转移并定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或离心后，取上清液应用等离子体质谱仪测定有效硼的含量。本发明的测定方法，其相对标准偏差(RSD)为2.66％，回收率为92％，方法的检出限为1.13ng.g

说明书

技术领域

本发明属于土壤研究和环境保护技术领域。涉及土壤中有效硼含量的分析方法。更具体的说是一种采用微波萃取然后用等离子体质谱仪测定土壤中有效硼含量的方法。

背景技术

硼是植物必需的营养元素之一。硼能促进根系生长，提高根瘤菌的固氮能力，对光合作用的产物-碳水化合物的合成与转运有重要作用，对受精过程的正常进行有特殊作用，促进生殖器官的建成和发育，调节植物体内的氧化系统。合适的土壤供硼量对许多植物的生长及增产起着重要的作用，但当其含量高于一定水平时，又抑制植物生长，成为有害元素。因此测定土壤中有效硼含量，是诊断土壤供硼丰缺程度的重要手段之一。

随着我国农业生产发展和科学研究的逐步深入，硼肥的使用面积和应用范围逐渐扩大。因此，对土壤有效硼含量分析任务日益增加，传统采用热水作浸提剂提取的热水溶性硼作为土壤有效硼的指标已有50多年的历史。目前，现行测定土壤有效硼的方法，国内外广泛采用的姜黄素比色法和甲亚胺比色法。其中姜黄素比色法，操作复杂，费时，分析效率低，且对操作和环境条件要求较高，即需在显色反应前的热水浸提液需进行脱水，要求蒸发皿的大小、形状、蒸发温度、蒸发速度和空气湿度等因素都要求保持一致，否则测定结果的重现性不好，测定结果误差大，不同分析人员、不同季节及不同实验室的测定结果难于比较。甲亚胺比色法显色稳定，重现性好，操作相对简便且适于大批量样品分析，但其灵敏度和准确度都低于姜黄素比色法，并且两种方法的操作过程都是完全开放式的，不可避免的带来一些污染，特别是处理大批量的样品时需要购买大量比较昂贵的石英玻璃器皿，从而造成检测成本增高。由此可见，上述两种土壤有效硼的测定方法都存在着很大且不可克服的缺陷。由于土壤中有效硼含量很低，所以应用先进分析仪器，避免污染，选择灵敏度和准确度都非常高且分析效率高的测定方法是非常有应用价值的。

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，在近年来得到了国内外质谱界的关注，它在同位素丰度比的测量中发挥着越来越重要的作用。它是将被测物质用电感耦合等离子体离子化后，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度的一种分析方法。等离子体是由自由电子、离子和中性原子或分子组成，总体上成电中性的气体，其内部温度高达几千度至一万度。样品由雾化器雾化后由载气携带从等离子体焰炬中央穿过，迅速被蒸发电离并通过离子引出接口或采样锥导入到质量分析器，样品在极高温度下完全蒸发和解离，电离的百分比高，因此几乎对所有元素均有较高的检测灵敏度。

微波萃取是根据不同物质吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中，达到提取的目的。该方法具有较好的选择性；另一方面，微波萃取由于受溶剂亲和力的限制较小，可供选择的溶剂较多；此外热传导，热辐射造成的热量损失使得一般加热过程的热效率较低，而微波加热则利用分子极化或离子导电效应直接对物质进行加热，因此热效率高，升温快速均匀，大大缩短了萃取时间，提高了萃取效率。本发明正是基于将电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)及微波萃取理论相结合，设计并实现了本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服传统姜黄素比色法和甲亚胺比色法测定土壤有效硼的缺点与不足，提供一种微波萃取等离子体质谱仪测定土壤中有效硼的方法。此方法测定土壤中的有效硼简便快速，测定准确度高。

本发明的目的是通过以下方法来实现的：

一种采用微波萃取等离子体质谱仪测定土壤中有效硼含量的方法，包括：

(1)将待测样品置于微波萃取罐中，加入一定量的溶剂，搅拌，控制温度为80℃-120℃，分次微波萃取5-30分钟；

(2)将萃取罐中内溶物用纯水转移并称重定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或离心后，取上清液用等离子体质谱仪测定有效硼的含量。

具体的是将萃取罐中内溶物用去纯水转移并称量定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或离心后，取上清液用等离子体质谱仪测定有效硼的含量。

本发明所述的待测样品与溶剂的重量份数比为1∶1-5。所述的溶剂为纯水。

本发明所述的测定方法，其中所述的分次微波萃取优选温度控制在95℃-110℃，萃取时间5-20分钟。更加优选的分次微波萃是在95℃萃取5分钟和10分钟；然后在100℃萃取5分钟和10分钟；最后在110℃萃取5分钟和10分钟。

本发明所述的微波萃取的微波功率为300-1200w。

本发明采用美国CEM公司的MARX5微波萃取仪进行土壤中有效硼的提取，本发明典型的微波萃取方法如下：

称量10克样品于500PSI的微波萃取罐中，加一个搅拌子，然后加入20ml的纯水，分别选择在95℃、100℃和110℃各保持5分钟和10分钟，萃取完成后，将萃取罐中内溶物小心用纯水转移并称重定容至50g塑料瓶中，自然沉淀或离心后，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定上清液中有效硼的含量。

本发明是用GBW074120(土壤有效态成分分析标准物质)作为样品进行的，在不同萃取条件下经过多次试验，测定的结果完全在国家标准物质的标准值的范围内，具有极高的准确性和重现性。适用于各类土壤有效硼测定。其相对标准偏差(RSD)为2.66％，回收率为92％，方法的检出限为1.13ng.g^-1。

本发明对测定土壤有效硼的主要关键技术进行了研究改进。

(1)土壤有效硼的提取技术和提取液过滤条件对硼测定结果有明显影响。经反复试验，本发明采取微波萃取，限定土壤称量在10g以内，控制提取液体积，以保证微波萃取时间和温度条件的一致等技术措施，可减少结果误差。

(2)萃取完成后，将萃取罐中内溶物小心用去离子水转移并定容至50g于塑料瓶中，采取自然沉淀，避免了因过滤造成污染使测定结果不准确的问题。

本发明与现有技术相比所具有的积极效果在于：

(1)本发明具有检出限低、准确度高的特点，是集灵敏度和操作简便于一体，切实可行的优良方法。更是对现有的国家标准方法GB12298-90的重要补充。

(2)本发明的测定方法适用于各类土壤有效硼的测定。与常规检测方法相比，该方法具有操作简便快速，并且样品无须过滤，避免了样品的污染，具有良好的精密度和准确度，其相对标准偏差(RSD)为2.66％，回收率为92％，方法的检出限为1.13ng·g^-1。

(3)本发明的土壤中有效硼的测定方法，解决了几十年来困扰分析人员的土壤有效硼测定时间长，操作复杂，成本价格偏高等问题，为农业科研人员研究土壤供硼能力，科学施用硼肥，提供了强有力的技术支撑，对土壤中有效硼准确快速测定做出了巨大的贡献。

(4)本发明的测定方法对于统一土壤有效硼测定方法，摸清我国土壤有效硼含量状况，有效地指导施肥具有重要生产价值和科学意义，经农业科研、教学和生产单位广泛应用，取得了显著经济效益和社会效益。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。其中采用美国CEM公司的MARX5微波萃取仪进行土壤中的有效硼的提取测定。

实施例1

称量10克土壤样品于500PSI的微波萃取罐中，加一个搅拌子，然后加入20ml纯水，分别选择在95℃、100℃和110℃下保持5分钟和10分钟，微波萃取的微波功率为300w。萃取完成后，将萃取罐中内溶物小心用纯水转移并称量定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或离心后，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定上清液中有效硼的含量为0.42mg/kg。

姜黄素比色法与微波萃取等离子体质谱仪测定土壤中有效硼含量的比较实验：

姜黄素比色法是按1∶2土水比回流冷凝煮沸5分钟，立即移开热源，继续回流冷却5分钟，取下三角瓶，加2滴1McaCl₂或MgSO₄溶液，摇匀后立即过滤，吸取1.00ml滤液于石英蒸发皿中，加4.00ml姜黄素-草酸溶液，在55±3℃水浴上蒸干，自呈现玫瑰红色时开始计时继续烘焙15分钟，取下冷却至室温，加20ml95％乙醇溶液，用橡胶淀帚擦洗皿壁，溶解后用中速滤纸过滤到具塞容器里(此溶液放置时间不要超过3小时)，以95％乙醇溶液为参比溶液，用1cm光径比色皿在550nm波长处恻读吸光度。

微波萃取等离子体质谱法是称量10克土壤样品(此土与姜黄素比色所用土相同)于500PSI的微波萃取罐中，加一个搅拌子，然后加入20ml的纯水，在95℃下微波萃取5分钟，萃取完成后，将萃取罐中内溶物小心用纯水转移并称重定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或离心后，用等离子体质谱仪测定上清液中有效硼的含量。

同一样品的两种方法测试结果：

姜黄素比色法测定的硼含量：为0.48mg/kg。

微波萃取等离子体质谱仪测定有效硼的含量为0.46mg/kg。

两个实验结果说明：微波萃取等离子体质谱法测定土壤中的有效硼方法较姜黄素比色法操作简便，且实验条件易于控制，结果准确。

实施例2

称量10克土壤样品于500PSI的微波萃取罐中，加一个搅拌子，然后加入40ml纯水，分别选择在95℃、100℃和110℃下保持5分钟和10分钟，微波萃取的微波功率为1200w。萃取完成后，将萃取罐中内溶物小心用纯水转移并称量定容至50g容量瓶中，离心后，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定上清液中有效硼的含量为0.46mg/kg。

在详细说明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。