电感耦合等离子体质谱法测定土壤中有效钼

冯奇

（贵州省煤田地质局实验室，贵阳 550081）

钼（Mo）是植物必需的微量元素之一，在植物体内参与氮素循环，增强植物的光合作用，在植物体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用，是硝酸还原酶和固氮酶的成分［1］。土壤中钼可分为水溶性钼、交换性钼、难溶性钼和有机结合态钼，能被植物吸收的钼统称为有效钼。有效钼广泛存在于土壤中，不同地区的土壤中钼含量存在较大差异，大部分地区含量为0.1～1 mg／kg，部分地区可达到5 mg／kg以上。当植物中钼含量低于0.1 mg／kg 时，叶片脉间失绿，甚至变黄、变厚、畸形，易出现斑点甚至焦枯。然而当植物体内钼含量高于200 mg／kg 时，会抑制植物的生长［2–5］，使植物出现钼中毒症状。因此建立准确、便捷地测定土壤中有效钼含量的分析方法具有重要意义。

目前浸提土壤中有效钼的浸提剂主要有AB–DTPA（碳酸氢铵–二乙三胺五乙酸）溶液和Tamm（草酸–草酸铵）溶液。Tamm 溶液缓冲容量较大，适用于各种类型的土壤，应用较为广泛［6–10］。测定土壤中有效钼的方法主要有分光光度法［11］、极谱法［12］、石墨炉原子吸收光谱法［13］、电感耦合离子体发射光谱法［14］和化学发光法［15］等。上述方法前处理复杂，步骤繁琐，结果不稳定，灵敏度低。电感耦合等离子体质谱（ICP–MS）法具有线性范围宽、灵敏度高、干扰少、重现性好等优点。目前采用ICP–MS 法测定土壤中有效钼含量已有文献报道，林光西［16］以光谱纯MoO3配制标准溶液，采用ICP–MS法测定土壤中的钼。刘蜜等［17］对ICP–MS 测定方式进行了改进，采用氦气碰撞模式，提高了测定结果的准确性和重现性，但加标回收率不太理想。冯信平等［18］对ICP–MS 法测定土壤中有效钼含量的不确定度进行评定，从样品称量、标准溶液配制、提取过程、稀释过程和标准曲线拟合等方面，综合计算出扩展不确定度为0.028 mg／kg（k=2）。上述方法均是土壤浸提液不经分离和富集，采用定性滤纸干过滤，滤液直接上机测定。滤液中含有大量Ca、Na、K、Mg、Al、Ti、Fe、Mn 等离子，采用ICP–MS 法测定有效钼时会造成基体干扰，影响测定结果。笔者在前人研究的基础上，通过对滤液进行稀释，降低待测样品溶液中各组分的浓度，以降低基体干扰，建立了电感耦合等离子体质谱法测定土壤中有效钼的分析方法。该方法灵敏、准确、捷性，适用于土壤中有效钼的测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体质谱仪：2000B 型，美国珀金埃尔默股份有限公司。

震荡器：HY–8A 型，常州朗越仪器制造有限公司。

pH 计：PHS–3cb 型，上海越平仪器有限公司。

电子天平：Scout 系列，感量为0.1 mg，奥豪斯仪器（常州）有限公司。

移液枪：1～10 mL，艾本德（中国）有限公司。

草酸、草酸铵、氨水、氯化铵、硝酸：均为优级纯，成都科隆化学有限公司。

Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 多 元 素 仪 器调谐液：1 μg／L，基质为1%硝酸溶液，编号为N8145051，美国珀金埃尔默股份有限公司。

铑（103Rh）、钼（95Mo）单元素标准溶液：1 000 mg／L，编 号 分 别 为GSB 04–1746–2004 和GSB 04–1737–2004，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

24 种元素（铝、砷，硼、钡、铍、铋、镉、钴、铬、铜、铁、镓、锂、镁、锰、镍、铅、锑、锡、锶、钛、铊、钒、锌）混合标准溶液：100 μg／mL，编号为GSB 04–1767–2004，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

土壤有效态成分分析标准物质–黑龙江黑土：编号为NSA–1，有效钼含量为（0.11±0.03） mg／kg，地球物理地球化学勘查研究所。

土壤有效态成分参比物质–陕西延安黄绵土：编号为NSA–3，有效钼含量为（0.09±0.03）mg／kg，地球物理地球化学勘查研究所。

土壤样品：采集于贵州剑河地区，编号分别为T1（耕田），T2、T3（旱地），T4（果园），土壤样品基本性质见表1。

表1 土壤样品基本性质

氩气、氦气：体积分数均为99.999%。

实验用水为超纯水，电阻率大于18 MΩ·cm。

1.2 溶液配制

草酸–草酸铵缓冲溶液：称取24.9 g 草酸铵与12.6 g 草酸于烧杯中，加入超纯水加热，使其完全溶解，冷却，用质量浓度为20 g／L 的氯化铵溶液调节溶液pH 值为3.3，用超纯水定容至1 L。

硝酸溶液：5%，移取50 mL 浓硝酸于1 L 量杯中，加入超纯水至1 L，用玻璃棒搅拌均匀，现配现用。

铑内标溶液：10 μg／L，移取1 mL 铑单元素标准溶液于1 L 容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至标线，摇匀，配制成质量浓度为1 000 μg／L 的铑内标中间溶液。移取10 mL 铑内标中间溶液于1 L 容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至标线，摇匀。

钼单元素标准贮备溶液：1 000 μg／L，移取1 mL 钼单元素标准溶液于1 L 的容量中，用5%硝酸溶液定容至标线，摇匀。

系列钼标准工作溶液：依次移取钼单元素标准贮备溶液0、1.5、2.5、5、7、10 mL，分别置于6 只100 mL 容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至标线，摇匀，配制成钼的质量浓度分别为0、15、25、50、70、100 μg／L 的系列钼标准工作溶液，然后分别将系列钼标准工作溶液转移至聚乙烯瓶中保存。

1.3 仪器工作条件

射频功率：1 250 W；辅助气：氩气，流量为0.7 L／min；雾化气：氩气，流量为0.8 L／min；等离子体气：氩气，流量为15 L／min；碰撞气：氦气，流量为5 mL／min；洗脱时间：20 s，读取时间：10 s；测量方式：跳峰。

1.4 样品处理

将采集的土壤样品在通风、阴凉处放置半月，待干燥后磨成粉末，过孔径为2 mm 的尼龙筛，按四分法装袋［19］。称取5.0 g 研磨好的土壤样品于250 mL 干净的聚乙烯瓶中，准确加入50 mL 草酸–草酸铵缓冲液，盖盖密封，置于25 ℃震荡室中，以150 r／min 转速震荡1 h，然后静置10～14 h。取1 mL上清液于25 mL 的离心管中，加入5%硝酸溶液10 mL 稀释，摇匀，待测。同法制备空白溶液。

2 结果与讨论

2.1 稀释液选择

按1.4 方法分别对土壤样品T1、T2、T3、T4和土壤有效态成分分析标准物质NSA–1、NSA–3 进行处理，将静置后的浸提液分别按不稀释、5%硝酸溶液稀释、超纯水稀释3 种方式处理，然后在1.3 仪器工作条件下进行测定，结果见表2。由表2 可知，不稀释时，标准样品NSA–1、NSA–3 钼含量测定值分别为0.16、0.11 μg／g，均大于标示值0.11、0.09 μg／g。采用5%硝酸溶液和超纯水稀释时，测定值与标示值基本一致。由表2 还可以看出，不稀释时，内标溶液103Rh 的回收率为75.11%～89.87%，说明土壤浸提液中干扰因素较多，测定结果有漂移。用5%硝酸稀释时，103Rh 的回收率为95.68%～105.02%；用超纯水稀释时，103Rh 的回收率为93.01%～97.57%，表明用5%硝酸溶液稀释土壤浸提液测定结果稳定性更好，因此选择5%硝酸溶液为稀释液。

表2 不同稀释方式时的钼含量及103Rh 回收率

2.2 浸提液静置时间选择

选择土壤样品T1、T2、T3、T4和土壤有效态成分分析标准物质NSA–1、NSA–3，按1.4 样品处理方法，分别加入50 mL 草酸–草酸铵缓冲液，以150 r／min 的转速震荡1 h，然后分别在静置2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 h 时移取上清液，用5%硝酸溶液稀释，在1.3 仪器工作条件下进行测定，考察不同静置时间对钼含量测定结果的影响，结果见表3 和图1。由表3 可知，当土壤中有效钼含量较低（T4、NSA–1、NSA–3）时，静置时间对测定结果影响不显著；当有效钼含量较高时（T1，T2），静置时间对测定结果影响较大。由图1 可以看出，当静置时间小于10 h 时，浸提液中有效钼的质量浓度测定结果普遍偏低，且随着静置时间的延长，测定值逐渐增大，这是因为浸提时间短，浸提剂与土壤中的钼离子螯合不完全，导致测定结果偏低；当静置时间为10～14 h 时，曲线趋于平缓，测定结果较为稳定；当静置时间大于14 h 时，随着土壤中Ca、Na、K、Mg、Al、Ti、Fe、Mn 等多种离子的溶解，土壤样品溶液中的基体发生改变，基体效应造成的干扰因素增强，导致测定结果偏高，综合考虑选择静置时间为10～14 h。

表3 滤液不同静置时间时的测定结果

图1 静置时间对浸提液中有效钼质量浓度的影响

2.3 基体效应

ICP–MS 痕量分析中的干扰主要分为质谱干扰和非质谱干扰。质谱干扰通过优化仪器工作条件进行消除；非质谱干扰即基体效应，主要是由于土壤中含有大量的Ca、Na、K、Mg、Al、Ti、Fe、Mn 等多种元素，基体组成复杂，测定时易导致等离子体中的电离平衡发生移动，进而引起待测物质分析信号变化［20–21］。为了探究基体效应的影响，以24 种元素混合标准溶液配制不同浓度的基体溶液，分别加入到NSA–1、NSA–3 土壤标准溶液中，在1.3 仪器工作条件下进行测定。结果表明，当基体质量浓度低于20 μg／mL 时，钼元素测定值基本不受干扰；当基体质量浓度大于30 μg／mL 时，钼元素测定值增加15%；当基体质量浓度大于50 μg／mL时，钼元素测定值增加50%，表明钼元素测定值随着基体质量浓度的增大逐渐增大。为降低基体干扰，本试验通过对浸提液进行稀释，减小了待测样品溶液中干扰元素的质量浓度，消除了基体干扰。同时在测定过程中加入103Rh 内标溶液作为监控和基体补偿。

2.4 仪器工作条件优化

为了提高仪器分析灵敏度、降低氧化物和双电荷产率的干扰，在质谱仪点火成功30 min 后，用Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 多元素仪器调谐液优化仪器工作条件。当不同质量数元素的信号强度（IS）分别为IS（9Be）＞4 500、IS（24Mg）＞100 000、IS（115In）＞40 000、IS（Pb）＞3 000、IS（238U）＞60 000 时，仪器灵敏度达到最高值，信号稳定。当Ce++／Ce 信号强度小于0.03，CeO／Ce 信号强度小于0.025 时，可消除氧化物和双电荷造成的质谱干扰。在谱线选择时，综合同量异位素干扰，背景干扰和元素丰度等因素，确定95Mo 为测量谱线。采用碰撞反应池模式，消除对95Mo 有干扰的多原子离子79Br16O+和40Ar39K16O+。为消除元素的记忆效应，延长进样的洗脱时间，优化结果见1.3。

2.5 线性方程与检出限

在1.3 仪器工作条件下，对1.2 中的系列钼标准工作溶液进行测定，以钼的质量浓度（X）为横坐标，以质谱信号强度（Y）为纵坐标，绘制标准工作曲线，计算得线性方程为Y=1 298X+146.32，相关系数为0.999 9，线性范围为0～100 μg／L。

在1.3 仪器工作条件下，对空白样品溶液连续测定13 次，计算标准偏差，以3 倍标准偏差作为检出限，计算得方法检出限为1.12 μg／L。

2.6 精密度试验

选择土壤样品T1、T2、T3、T4各7 份，按照1.4方法分别对样品进行处理，在1.3 仪器工作条件下测定，结果见表4。由表4 可知，测定结果的相对标准偏差为0.69%～1.38%，表明该方法具有较高的精密度，满足LY／T 1259—1999 《森林土壤有效钼的测定》要求［22］。

表4 精密度试验结果

2.7 准确度试验

按照1.4 方法对标准样品NSA–1，NSA–3 进行处理，在1.3 仪器工作条件下测定，结果见表5。由表5 可知，测定值与标示值基本一致，相对偏差均不大于11.76%，满足测定要求。

表5 准确度试验结果

2.8 加标回收试验

选择土壤样品T1、T2、T3、T4和土壤有效态成分分析标准物质NSA–1、NSA–3，分别加入一定量的钼标准溶液，按照1.4 方法对样品进行处理，在1.3仪器工作条件下测定，进行加标回收试验，结果见表6。由表6 可知，样品加标回收率为94%～104%，表明该方法有良好的准确度。

表6 加标回收试验结果

3 结语

建立了电感耦合等离子体质谱法测定土壤中有效钼含量的方法。采用草酸–草酸铵缓冲液浸提土壤样品，用5%硝酸溶液对浸提液进行稀释，以103Rh 为内标补偿基体效应和仪器信号的漂移，在氦气碰撞模式下进行测定。该方法灵敏，快速和准确，可用于土壤中有效钼的测定。