电感耦合等离子体发射光谱法测定植物中磷和钾

席乐，陈忠毅，李林凌

（四川省科源工程技术测试中心有限责任公司，成都 611100）

磷元素约占植物干物质质量的0.1%～0.5%，主要以有机态磷的形式存在，一般在植物的种子中磷含量较高，磷元素在植物体内移动性很大，再利用能力很强[1‒2]。钾元素在植物体内的含量一般高于磷，主要以离子态存在，是植物体内60 多种酶的活化剂，对光合作用产物的转运起着重要的作用[3‒4]。

目前测定植物中磷、钾主要参考的标准为NY/T 2017—2011[5]，标准中一般采用硫酸-过氧化氢消解法，将样品置于消煮炉上，加入5 mL硫酸，消解过程中多次加入过氧化氢至溶液澄清后冷却定容，用分光光度法测定磷，用火焰原子吸收光度法测定钾[6‒9]。实践表明，为了消解完全而又避免损失，每个样品需要加3～5次H2O2才能使消解液清澈，耗时长，样品反应剧烈并伴有刺鼻气味，具有一定的职业危害[10]；消煮炉处理样品数量有限，消解管笨重，不利于大批量样品消解[11‒13]；分光光度法显色时间长，火焰原子吸收光度法测定使用试剂多，测定方法复杂，操作繁琐、耗时，不适于批量样品测定。

等离子体发射光谱法作为常见的元素测定方法，具有检测限低、线性范围广、可多元素同时测定等优点，在水质总磷测定中已有应用[14]。行业内关于消解植物样品的论文也有报道，包括硝酸-高氯酸消解体系[15]，密闭消解[16]，微波消解[17]，上述样品处理方法存在处理步骤繁琐，消解时间长，仪器昂贵等缺点。笔者采用硫酸-过氧化氢体系，用电热板批量化消解样品，用等离子体发射光谱法同时测定植物中的磷、钾，该方法操作过程简便，效率更高。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：ICAP6300 型，美国赛默飞世尔科技有限公司。

电热板：EG37B 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

电子天平：BSA224S 型，感量为0.1 mg，德国赛多利斯科学仪器有限公司。

硫酸：优级纯，四川西陇科学有限公司。

过氧化氢：优级纯，成都金山化学试剂有限公司。

磷、钾标准溶液：质量浓度均为1 000 µg/mL，标准物质编号分别为GSB04-1741—2004 (a)、GSB04-1733—2004，国家有色金属与电子材料分析测试中心。

生物成分分析标准物质：标准物质编号分别为GBW 10010 (大米)、GBW 10047 (胡萝卜)、GBW 10048 (芹菜)、GBW 10049 (大葱)，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。

高纯氩气：纯度(体积分数)大于99.999%，大特(成都)气体有限公司。

实验用水为超纯水，电阻率为18.25 MΩ·cm。

1.2 仪器工作条件

RF功率：1 150 W；泵速：50 r/min；辅助气：高纯氩气，流量为0.5 L/min；雾化气：高纯氩气，流量为0.55 L/min；观察方式：径向观察；驻留时间：0.05 s；扫描次数：20 次；清洗时间：20 s；重复测定次数：2次。

1.3 样品处理

准确称取0.250 0 g 植物样品(预先粉碎至粒径小于2 mm)于150 mL锥形瓶中，用少量去离子水润湿，加入硫酸10 mL，过氧化氢4 mL，轻微晃动让样品分散，加漏斗，置于电热板上，在280 ℃温度下加热回流，约45 min 后取下冷却至室温，用纯水定容至50 mL，静置12 h，作为样品溶液。

1.4 标准溶液配制

分别吸取磷、钾标准溶液0.0、0.25、0.50、1.0、2.5、5.0、10.0 mL 于同一只50 mL 容量瓶中，用纯水定容至标线，摇匀，配制成磷、钾质的量浓度均分别为0、5、10、20、50、100、200 μg/mL的磷、钾系列混合标准工作溶液。

1.5 测定方法

样品消解后，由电感耦合等离子体发射光谱仪测定，以磷、钾的特征谱线波长定性，标准曲线法定量。

2 结果与讨论

2.1 消解条件选择

2.1.1 消解液配比

取生物成分分析标准物质(芹菜)，选择硫酸和过氧化氢作为消解液[6]，按照表1设计5种不同的消解液配比，设定加热时间为45 min 进行试验，以等离子发射光谱法测定磷、钾的含量来分析消解液配比对测定结果的影响。图1反映不同消解方案下芹菜标准样品中磷、钾含量的测定结果。从图1 中可以看出，D 方案的测定结果最优，因此选择D 方案，即消解液配比为硫酸10 mL，过氧化氢4 mL。

图1 不同消解方案对应的磷、钾测定结果

表1 消解方案及消解液组成

2.1.2 加热时间

取生物成分分析标准物质(芹菜)，按照上述讨论的最优消解液方案，设定加热时间分别为20、30、40、45、50、60 min进行试验，以等离子发射光谱法测定磷、钾的含量来分析加热时间对测定结果的影响。图2 为不同加热时间下芹菜标准样品中磷、钾含量的测定结果。从图2 中可以看出，磷在加热40 min后测定结果趋于恒定，钾在加热45 min后测定结果稳定，综合考虑，选择加热时间为45 min。

图2 不同加热时间对应的磷、钾测定结果

2.2 分析谱线选择

一般在选择谱线时以信号强度大、背景强度小、干扰元素影响小为依据[18‒19]，钾的谱线选择776.490 nm 效果最好。磷的谱线主要有177.49、178.284、213.618 nm，分别选择磷的3 条谱线对胡萝卜、芹菜、大葱3种生物成分分析标准样品进行测定，结果如图3和图4所示。

图3 不同分析波长下3种标准物质磷的信噪比

图4 不同分析波长下磷的测定结果

由图3 可以看出，选择177.495 nm 作为分析谱线时，3 种标准物质的信背比均最高；由图4 可以看出，磷元素在谱线为213.618 nm 时的测定结果偏低，在谱线为177.49、178.284 时的测定结果基本一致，综合结果磷元素在谱线为177.495 nm 时测定结果更为准确，干扰更小，背景强度更小。故选择磷、钾的分析谱线分别为177.495、776.490 nm。

2.3 线性方程和检出限

将等离子体发射光谱仪调试在最佳工作条件下，依次测定磷、钾系列混合标准工作溶液，以待测元素的质量浓度为横坐标、发射强度为纵坐标进行线性回归，计算线性方程和相关系数。磷、钾的线性范围、线性方程、相关系数见表2。由表2 可知，磷、钾质量浓度在0.00～200.0 μg/mL范围内，线性方程分别为y=122.9x+1.562和y=852.0x+116.6，相关系数均大于0.999，表明二者线性良好。

表2 磷、钾的质量浓度线性范围、线性方程、相关系数

按照1.3 实验方法消解11 份样品空白溶液，分别在1.2仪器工作条件下进行测定，将各测定结果换算为样品中磷、钾的质量分数，计算11 次平行测定值的标准偏差、方法检出限和定量限[20]，结果列于表3。由表3 可知，磷、钾的方法检出限分别为0.000 15%、0.001 3%，低于NY/T 2017—2011标准方法(磷、钾的检出限分别为0.000 5%、0.002%)。

表3 方法检出限和定量限测定结果%

2.4 精密度试验

选择芹菜标准样品，按照1.3 样品处理方法，平行消解处理10 份样品，在1.2 仪器工作条件下分别测定，结果见表4。

由表4可知，10份样品磷、钾测定值的相对标准偏差分别为4.0%、5.9%，均小于NY/T 2017—2011标准方法(磷和钾的相对标准偏差分别为8%和7%)，表明该方法的精密度满足测定要求。

2.5 准确度试验

选择胡萝卜、芹菜、大葱标准样品，按照1.3处理方法消解，在1.2仪器工作条件下分别测定，结果见表5。由表5 可知，测定值均在标准值范围内，相对误差为0.3%～3.6%，表明该方法准确度满足要求。

表5 生物成分分析标准物质测定结果

2.6 方法比对试验

选取水稻、油菜、小麦三种农作物的籽粒、茎叶和秸秆，分别采用NY/T 2017—2011 方法和本实验方法(电感耦合等离子体发射光谱法)进行测定，每种样品分别平行测定6 次，结果见表6。由表6 可知，电感耦合等离子发射光谱法的测定结果与NY/T 2017—2011 方法无显著性差异，满足测定要求。

表6 方法比对试验结果

3 结语

以H2SO4-H2O2体系消解处理植物样品，不仅简化操作、节省时间，而且消解温度低，可以减少消解液溢出；在高温阶段无须再加过氧化氢便可消煮清澈；使用硫酸消解样品不会煮干，无须实验人员长时间照看，有效防止职业危害；样品处理过程中使用过氧化氢较多，而NY/T 2017—2011标准方法使用AR级过氧化氢，含有一定量的磷和钾，该方法使用GR级过氧化氢可有效减少空白对测定结果的影响；使用150 mL 锥形瓶在电热板上消解，一次可以消解40个样品，大幅提高了消解效率。采用等离子体发射光谱法代替分光光度法和火焰光度法测定磷、钾，测定速度更快，节约试剂，提高了分析效率。该方法操作简单，精密度、准确度、检出限均满足要求，适用于大批量植物样品中磷和钾含量的快速测定。