X射线荧光光谱法测定海洋生物样品中的钾钠钙镁磷氯铁铜锌锰

刘柯良

(福建省地质测试研究中心,福州，350002)

X射线荧光光谱法由于操作自动化程度高，无须化学溶样，避免了化学试剂所带来的污染，而且精密度好，已广泛应用于水系、土壤等样品的测试[1，2],但是X射线荧光光谱法在海洋生物样品分析方面报导极少[3],目前生物样品分析主要采用等离子体发射光谱法、原子吸收、等离子体质谱法等分析方法[4-7]。

笔者采用粉末样品压片法制样，用生物标准样品、生物标准样品互相稀释的样品和用微晶纤维素稀释人工合成硅酸盐光谱分析标准物质GSES I-8、GSES I-11的样品，以及用化学分析方法定值的生物样品等作为标准，用散射线作内标校正元素间的效应，用 X射线荧光光谱仪直接测定海洋生物样品中的P、 Mg、K、 Na、 Ca、Cl等元素，该方法可满足海洋生物样品的分析要求。

1 实验部分

1.1 仪器

帕纳科公司生产的MagiX-Pro 顺序式X射线荧光光谱仪，4 kW75 μm薄窗SST超尖锐陶瓷铑靶端窗X射线管，PW2540自动样品交换器，SuperQ 3.0定性定量分析主操作软件，50 t油压机，各元素均采用KA线作为分析线。分析面罩30 mm，无滤光片，真空光路，真空锁定时间15 s，延迟时间5 s。详细测定条件见表1。

1.2 样品制备

样片的厚度直接影响到背景的散射强度，为了提高峰背比值，又不使样片过薄在测定时由于X射线的照射而变形甚至破裂，从而损坏下照式X光管。经过反复实验，选择2 g样品和4 g低压聚乙烯制样，采用透空测量，减少背景的散射强度。称取粒度约0.125 mm(120目)、在60℃烘至恒重的生物样品2.000 g放于模具内，用称样刀拔平，用一小平勺(4.000 g)低压聚乙烯镶边垫底。在35 t的压力下，保压30 s，压制成型。放入干燥器中待测。试样的外径为40 mm，试样部分的内径为32 mm。

表1 X射线荧光法测定元素参数条件

注：PHA为脉冲高度分析器，LL为分析下限，UL为分析上限。

1.3 标准样品

采用国内现有的生物标样，如灌木叶GSV1、GSV2，扬树叶GSV3，茶叶GSV4，人发GSH1，大米GBW08508，贻贝GBW08571，对虾GBW08572，以及用以上标样按不同比例稀释的样品；并用微晶纤维素稀释人工合成硅酸盐光谱分析标准物质GSES I-8、GSES I-11的样品,以及用化学分析方法定值的生物样品等来制备标准样品；对于个别含量较高的元素，如K，Ca，Na等，在生物标样中加入一定量的纯化学试剂。微晶纤维素中含有部分元素，需用化学方法定值，并用其值校正稀释的标准样品值。所配制标样中各元素的含量范围(表2)。

表2 标准样品中各元素的含量范围

2 实验具体方法及效果检验

2.1 基体效应和谱线重叠干扰的校正

海洋生物样品主要由C、N、H和O等轻元素组成，它们约占总重量的87%～96%，其余各元素的含量仅占4%～13%(主要为Ca、K、S、Cl和P等元素)，故而与硅酸盐样品相比较，减少了样品对X射线的吸收，所以在直接测定海洋生物样品时，各元素间的基体效应较硅酸盐样品要小，但由于元素的含量范围变化很大，基体效应仍然存在。因此，在测定轻基体中痕量重元素时，只要用散射内标法就能有效地校正元素间的效应，所以对于Cl、K、Zn用铑靶Ka-C线的康普顿散射作内标，对于Ca、Fe、Mg、Mn用0.187 6 nm波长处的散射线强度作内标，对于Na用Rh LA1线的瑞利散射作内标，对于Cu用自己背景处的散射线强度作内标校正基体效应， P不用内标校正，Cl用Ca的含量校正元素间的基体校应。

数学公式：

Ci=Di+EiRi(1+∑AijCj) 或 Ci=Di+EiRi+RiRi

进行基体效应和谱线重叠干扰的校正。

式中：Ci为标准样品中分析元素i的推荐值(或未知样品中分析元素i校正后的含量)；Ri为标准样品(或未知样品)中分析元素i的X射线纯强度(纯强度为已扣除背景和谱线重叠干扰的强度)(或Ri为纯强度与内标的比值)，Aij为共存元素j对分析元素i的影响系数 ,Di、 Ei分别为曲线的截距和斜率。

2.2 测量次数对测定结果的影响

称取在60℃烘至恒重的海洋生物标样GSB-15(扇贝)2.000 g放于模具内，用称样刀拔平，用一小平勺(4.000 g)低压聚乙烯镶边垫底。在35t的压力下，保压30 s，压制成型。把制备好的样片以透空形式装入样品盒内，再放在自动样品交换器上，连续测量4次，测定结果(表3)。

表3 测量次数对测定结果的影响

由测试结果可知，随着测量次数的增加，P、 Mg、K、 Na、 Cl测量强度显著增加，第4次测量值几乎所有元素的测量强度值都增加，具体原因有待进一步分析。为保证分析结果的准确可靠，测定样片要用无照射过的样片，以免造成误差。样片制成后，随放置时间延长，Cl的测试结果也会变大，所以要求制成样片后尽快测试，并要求测试顺序为Cl元素第一，然后再测试其他元素。

2.3 精密度和准确度

准确称取7份2.000 g紫菜标样GSB-14,按制样方法制成样品，上机测定，方法精密度(RSD)、准确度(相对误差RE)(表4)。

表4 方法精密度、准确度

由测定所得精密度、准确度可知，分析精密度均小于5%,测定值与标样值的相对误差匀小于10%,说明方法的精密度和准确度较好,可满足多目标评价样品分析需要[8]。

2.4 检出限

X射线荧光光谱分析检出限的测定方法有多种[9]，采用单试样外标法确定各元素的检出限，被测分析元素的检出限根据下面公式进行计算：

式中：m为单位含量的计数率，Ib背景的计数率，T为谱峰和背景总计数时间，检出限(表5)。

由于海洋生物样品P、 Mg 、K、 Na、 Ca、Cl等元素普遍含量较高,采用X射线荧光光谱法测定海洋生物样品完全能满足检测要求。

2.5 实际样品的方法间对照验

取海蚌、对虾2件近海生物样品制成干基,采用此方法进行测定,并与化学分析方法进行对照(表6)。

表5 各分析元素的检出限

表6 近海生物不同方法对照结果

由不同方法对照结果表明，此法与化学分析值符合较好，说明测试结果准确可靠，可满足分析需要。

3 结语

采用X射线荧光光谱法测定海洋生物样品，对于P、 Mg、K、 Na、 Cl、 Ca等元素普遍含量较高的海洋生物样品，有其独特的优势，样品无需消解，并可避免试剂所带来的污染，减轻劳动强度，更适合大批量样品的分析，方法精密度、准确度和检出限完全能满足海洋生物样品分析要求。

(1) 样品的粒度对样品分析准确度和精密度影响较大，故制成干基的样品应达到一定的细度，最好大于0.125 mm(120目)。

(2)样片的厚度直接影响到背景的散射强度，为了提高峰背比值，又不使样片过薄在测定时由于X射线的照射而变形甚至破裂，从而损坏下照式X光管，选择2 g样品和4 g低压聚乙烯制样为最佳，必须透空测量，减少背景的散射强度。

(3) 由于样片随着测量次数的增加，P、 Mg、K、 Na、 Cl测量强度显著增加，为保证分析结果的准确可靠，测定要用无照射过的样片。

(4)由于随测量次数和抽真空时间的增加，Cl测试值升高较多，而且样片制成后，放置时间延长，Cl的测试结果也会变大，所以要求制成样片后尽快测试，并要求测试顺序为Cl元素第一、然后再测试其他元素。

(5)若样品含糖分或脂肪较高，由于样品在X光强热照射下容易暴裂或脱落，造成X光管的损坏，故不适合采用射线荧光光谱法测定。

(6)制样室内严禁使用含Cl等可能会造成污染的试剂，应注意手汗中的NaCl对样片的污染。