两种方法检测牧草中硫元素含量的比较试验

温 舒，桑圣沛，孙继燕，张洪刚，满建皓，宇 凌

（1.山东省巨野县畜牧服务中心，山东 巨野 274900；2.山东省鄄城县第一中学，山东 鄄城；3.山东省菏泽市动物疫病预防控制中心，山东 菏泽）

组成生物体的化学元素对生物体有非常重要的作用，许多元素对动物生命活动是至关重要的，其中，硫元素作为阴离子可以用来平衡体内的pH[1]，是动物体内主要的矿物之一，约占体重的0.15%。

为了满足动物的需要，在日常喂养中需要提供足够的硫。硫显著缺乏时，动物机体蛋白质合成受影响，呈蛋白质营养不良的状态。甘肃阿克塞县海子地区是该县重要的畜牧业区，自从实行草场承包，改游牧为划区围栏定居放牧以来，羊只只限于范围较小的海子盆地放牧场，连续3年发生了“食毛症”，脱毛、毛囊上皮严重紧缩、表皮细胞角化明显，经分析发现是由于绵羊和山羊体内缺乏硫元素造成的，补充硫对预防和治疗“食毛症”有很好的效果[2]。硫在羊的饮食中占比应为0.14%至0.28%；根据奶牛的营养需求，硫在奶牛的饮食中占比应在0.2%左右。

但饲粮中硫含量过高也会对动物机体造成不良影响，研究发现牛饲料中的硫含量高于0.6%时会出现神经症状，羊的饲料中硫元素含量过高也可能出现这种症状[3]。这可能是由于瘤胃中的细菌将过量硫转化成H2S，H2S迅速被瘤胃壁吸收，硫化氢是剧毒物质，易引起中毒[4]。另一方面，如果动物摄入过量硫，会干扰其他矿物质的吸收，特别是硒和铜。过量的硫和铜会形成硫钼铜络合物，从而影响动物对铜的吸收[5]。因此，检测牧草中硫元素的含量尤为重要，如何快速简便地检测硫元素含量具有重要的研究意义。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试剂 盐酸（国标GB/T 622-1989）；过氧化氢：分析纯；硝酸：优级纯；标准溶液：S标准溶液（1 mg·mL-1），分步稀释，直到每个点的所需浓度；硝酸镁溶液：首先加入2 mL的水，然后加硝酸镁475 g，定容至500 mL；10%氯化钡溶液：氯化钡10 g溶解于100 mL水中；硝酸银溶液：浓度c（AgNO3）为0.1 mol/L。

1.1.2 仪器与设备 瓷坩埚50 mL；玻璃烧杯250 mL；干燥器：其中以变色硅胶作为干燥剂；可调节温度电炉；马弗炉；分析天平；慢速定量滤纸；微波消解仪：以分段加热的方式进行加热；ICP电感耦合等离子体发射光谱仪（简称ICP光谱仪）。

1.2 方法

1.2.1 硝酸镁法检测牧草中的硫含量（GB/T 17776-2016） （1）制备试样。取有代表性的样品（牧草）至少2 kg，用四分法缩减至250 g，粉碎，充分混匀，将其装入样品袋内密封，保存备用。（2）测定步骤。首先称取2 g样品放入50 mL的瓷坩埚中，然后加入15 mL事先配制好的硝酸镁溶液，玻璃棒搅拌至硝酸镁溶液与样品混合均匀。在温度可调电热炉上用小火加热，直到反应停止[6]。将瓷坩埚转移到热马弗炉中，500 ℃ 的条件下灼烧6 h，直到没有黑色粒子。从马弗炉中将瓷坩埚用钳子拿出，冷却，混入15 mL水，7 mL盐酸，煮沸，过滤，彻底冲洗。将滤液稀释至约200 mL。稀释滤液加热至沸腾，滴加20 mL 10%氯化钡溶液连续搅拌，继续煮沸5 min，静置过夜。定量滤纸用热蒸馏水缓慢冲洗至无游离氯离子为止（可以用硝酸银溶液来测试，无氯化物残留的白色沉淀）[7]。沉淀、滤纸放入曾在马弗炉中焙烧至恒重的瓷坩埚，在电炉上小火炭化后，再于（820±20 ℃）下灼烧1 h取出，在空气中冷却约1 min，放入干燥器内冷却30 min，称量，再同样灼烧30 min，冷却、称量，直至两次质量之差小于0.001 g为恒重[8]。

1.2.2 MARS-ICP法检测牧草中的硫含量 （1）制备样品溶液。将0.5 g样品小心倒消解罐中，注意不要将样品粘在罐内壁上，将消解罐小心放入通风橱中。加入4 mL硝酸，反复振荡混合。再加入1 mL过氧化氢进行前期消化。将消解罐放入微波消解装置，等工作完成后，将微波消解罐取出，解除压力，冷却，然后放入水浴锅沸水浴赶酸加热40 min[9]。转移到刻度管中，超纯水定容到45 mL，相同的方法前处理空白对照。（2）机器开机（表1）。

表1 机器开机

（3）分析线的选择。通过光谱的敏感性，干扰和干扰的重复等角度来选择分析线，硫通常更灵敏的分析线是S180.669 nm和S182.036 nm两条，经实验表明选用谱线S180.669 nm作为分析线，可以避免基体中存在的铁、铜、锰、锌等元素的光谱干扰，经过4 h的高压力氩气或8 h的低压力的吹扫，可以减少紫外线被氧气的消耗，可以获得更好的灵敏度[10]。注意在检测样品时要保持高压力气体吹扫，这样才能确保结果的准确性。（4）绘制标准曲线。将标准液从冰箱中拿出，回温，拿出上样用的小管，编号，等到回温结束后，将液体从刻度管倒入上样小管中，大约6 mL，上机跑样[11]。（5）检测样品。取硫的样品溶液放置在ICP光谱仪正确的位置进行检测。

3 结果

3.1 硝酸镁法检测牧草中的硫含量结果计算

根据下面的公式进行准确计算。X = m1× 0.1374 ×100/m。式中：样品中硫元素的含量用X表示；样品的质量用m表示，单位是g；沉淀的质量用m1表示，单位是g；硫酸钡和硫的转换系数是0.1374。每个样品做平行样品，其算术平均测量结果是最终结果[12]。

3.2 MARS-ICP法检测牧草中的硫含量结果计算

检查标准品和样品的光谱，确定无异常后导出数据，处理数据，得出样品的结果。将质控和AAFFCO的结果分别录入质控图和AAFFCO对比表，从而确定结果是否准确。

3.3 硫含量结果比较

同一个样品，同时用硝酸镁法和MARS-ICP法两种方法检测牧草中硫元素含量，前者测得X（%）=0.217，后者测得X（%）=0.218，两次独立检测结果的绝对值差值仅为0.001%，相对偏差仅为0.23%，符合标准规定（表2）。

表2 硝酸镁法和MARS-ICP法检测牧草中的硫含量结果比较

4 讨论

传统方法前处理使用硝酸镁法耗时超过10 h，仅前处理就需要1个工作日，且牧草中的硫不易完全反应。

MARS-ICP法前处理使用微波消解装置处理牧草样品，反应完全，并缩短反应时间。微波消解技术是利用微波的穿透性和激活反应能力均匀加热密闭容器内的样品和试剂，可使制样容器内反应温度提高，压力增加，从而大大提高反应效率，减少了样品制备的时间，结果更加准确有说服力，还可以明显减少对环境的污染[13]。

MARS-ICP法通过检测溶出的料浆中的硫的含量，从而提高了检测灵敏度和稳定性。ICP利用等离子体使待测原子处于激发状态，不稳定的激发态原子发射出各自特征的谱线回到基态，通过测量光谱元素的含量来确定，可以判定在同一时间的多个元素，节省时间，简化步骤，提高效率[14]。

MARS-ICP法与硝酸镁法数据基本接近，但结果平行性好于硝酸镁法[15]。采用硝酸镁法检测牧草中的硫，步骤繁杂，耗时长，使用的试剂及器皿种类多，检测效率总体来讲较低。MARS-ICP法检测牧草中的硫，简化了处理步骤[16]。预消解、消解的时间短，操作较少，机器运行期间可以刷瓶子、处理数据等，节省了人力。

MARS-ICP法检测牧草中的硫提高了检测效率，充分利用预消解、消解和上机的时间，实现1 d完成两批前处理[17]。以3 d为一个周期，可以完成5批前处理、1次上机和数据处理。3 d可以完成25个试样的检测，检测效率是硝酸镁法的2.7倍[18]。采用硝酸镁法检测牧草中的硫长时间占用大量的空间和器皿， 而MARS-ICP法检测牧草中的硫短暂少量地占用空间[19]。采用硝酸镁法检测牧草中的硫，灼烧、过滤等过程需要人力[20]。MARS-ICP法检测牧草中的硫，微波消解、测样的过程中仪器运转可代替人力。

5 结论

通过试验和比较证实利用MARS-ICP法检测牧草中的硫优势很大，减少了时间、空间以及人力的占用，总体提高了检测效率、准确性和技术自动化程度，可以快速完成大量样品中硫元素含量的检测。