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使用 Agilent 4200 MP-AES 測(cè)定土壤中存在的營(yíng)養(yǎng)元素
閱讀：986 發(fā)布時(shí)間：2021-4-6前言：土壤樣品中多元素的檢測(cè)為了解土壤產(chǎn)量潛力提供了有用信息。必 需元素可分為兩類(lèi)：常量營(yíng)養(yǎng)元素（對(duì)植物的結(jié)構(gòu)起重要作用，需 求量較大）和微量營(yíng)養(yǎng)元素（往往與植物的調(diào)控作用相關(guān)，需求量 較?。?。 鉀 (K) 等主要常量營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中通常含量不足，需要以施肥的方 式進(jìn)行補(bǔ)充。而鈣 (Ca) 和鎂 (Mg) 等次要的常量營(yíng)養(yǎng)元素缺乏則不太 常見(jiàn)。微量營(yíng)養(yǎng)元素包括鐵 (Fe)、錳 (Mn)、鋅 (Zn)、銅 (Cu) 和硼 (B)。 任何必需元素一旦過(guò)量都可能導(dǎo)致毒性作用。 土壤樣品進(jìn)行準(zhǔn)確而及時(shí)的分析至關(guān)重要。如果某種營(yíng)養(yǎng)元素出現(xiàn)失 衡或元素濃度過(guò)高造成環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，這一措施的實(shí)行可提高土壤 肥力。根據(jù)目標(biāo)營(yíng)養(yǎng)元素的種類(lèi)不同，需要采用的提取方法和分析流程也不同。通常情況下，利用火焰原子吸收光譜法 (FAAS) 或電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 (ICP-OES) 對(duì)土壤樣品中的營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行測(cè)定。然而，隨著實(shí) 驗(yàn)室預(yù)算的壓力越來(lái)越大，簡(jiǎn)化工作流程的期望越 來(lái)越迫切，更簡(jiǎn)便易用且更安全的微波等離子體 原子發(fā)射光譜儀 (MP-AES) 引起土壤檢測(cè)機(jī)構(gòu)的關(guān) 注，特別是那些希望由 FAAS 過(guò)渡到另一種技術(shù)的 機(jī)構(gòu)。
Agilent 4200 MP-AES 適用于對(duì)高溶解態(tài)固體含量的 樣品（如土壤）進(jìn)行多元素分析，與 FAAS 相比， 它具有更優(yōu)異的性能、更低的檢測(cè)限（特別是對(duì)于 本應(yīng)用中的硼）和更寬的工作分析范圍。MP-AES 使用的氮?dú)饪捎煽諝廨p松制得，這對(duì)于氣源供應(yīng)困 難或面臨提高安全性/降低成本壓力的機(jī)構(gòu)而言， 具有吸引力。無(wú)需使用實(shí)驗(yàn)室中昂貴而危險(xiǎn) 的氣體（如乙炔）還讓該儀器能夠無(wú)人值守運(yùn)行， 甚至適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)。儀器的簡(jiǎn)便性和用戶(hù)友好的 Agilent MP Expert 軟件便于儀器設(shè)置、方法開(kāi)發(fā)和 數(shù)據(jù)解析，減少了培訓(xùn)需求。 本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)介紹了使用 Agilent 4200 MP-AES 評(píng)估可 交換陽(yáng)離子和有效微量營(yíng)養(yǎng)元素（包括硼）的三種 樣品前處理流程。
實(shí)驗(yàn)部分 儀器 Agilent 4200 MP-AES 用于測(cè)定所有元素，氮?dú)獾入x 子體氣體由 Agilent 4107 氮?dú)獍l(fā)生器提供。氮?dú)獍l(fā) 生器不需要采購(gòu)分析級(jí)氣體，節(jié)省了費(fèi)用。樣品 引入系統(tǒng)由雙通道旋流霧化室和 OneNeb 霧化器組 成。Agilent SPS 3 自動(dòng)進(jìn)樣器將樣品引入儀器，支 持系統(tǒng)無(wú)人值守運(yùn)行。儀器在快速梯度模式下運(yùn) 行，并配置帕爾貼冷卻 CCD 檢測(cè)器。MP Expert 軟 件可同時(shí)輕松、準(zhǔn)確地校準(zhǔn)背景及光譜干擾。方法 參數(shù)列于表 1 中。
樣品 ：土壤樣品和標(biāo)準(zhǔn)溶液由印度國(guó)際半干旱熱帶作物研 究所 (ICRISAT) 提供。 樣品前處理方法 根據(jù)目標(biāo)元素組不同，需要的樣品前處理方法也不 同。在土壤中微量營(yíng)養(yǎng)元素（Fe、Cu、Zn 和 Mn） 的分析中采用 DTPA 提取?？山粨Q陽(yáng)離子（常量營(yíng) 養(yǎng)元素 Na、K、Ca 和 Mg）的測(cè)定需要采用 1 M 乙 酸銨進(jìn)行提取。在 B 的測(cè)定過(guò)程中，通常使用氯化 鈣 (CaCl2) 進(jìn)行提取。
方法 1：用于 Cu、Fe、Mn 和 Zn 的 DTPA 提取 提取液的配制：提取液中含 0.005 M 二yi烯三胺五 乙酸 (DTPA)、0.01 M CaCl2·2H2O 和 0.1 M 三乙醇胺 (TEA)。首先向 500 mL 燒瓶中加入 400 mL 蒸餾水， 然后加入 1.967 g DTPA 和 13.3 mL TEA。 在另一個(gè) 1 L 燒瓶中，將 1.47 g CaCl2·2H2O 溶于 500 mL 蒸餾水中，然后將該溶液與 DTPA/TEA 溶液混 合。用 1 M HCl 將溶液 pH 調(diào)節(jié)至 7.3，然后加入蒸 餾水定容到 1 L。 提取流程：稱(chēng)取 10 g 土壤樣品，倒入聚乙烯搖瓶 中，然后加入 20 mL DTPA 試劑。振搖 120 分鐘后， 用 Whatman 42 號(hào)濾紙對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)濾。 工作標(biāo)樣：在 DTPA 試劑中配制 1、2、3、4 和 5 ppm 的 Cu 與 Zn 標(biāo)樣以及 5、10、15、20 和 25 ppm 的 Fe 與 Mn 標(biāo)樣。
方法 2：用于陽(yáng)離子交換元素 Na、K、Ca 和 Mg 的 1 M 乙酸銨提取 提取液的配制：將 77.09 g 乙酸銨溶于 1 L 蒸餾水 中，制得 1 M 乙酸銨溶液。用 HCl 將溶液 pH 調(diào)節(jié) 至 7.0。 提取流程：在聚乙烯搖瓶中加入 5.00 g 樣品，然后 加入 25 mL 1 M 乙酸銨溶液。振搖 30 分鐘后，用 Whatman 1 號(hào)濾紙對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)濾。 工作標(biāo)樣：在 1 M 乙酸銨溶液中配制 1、2、5、 10、20、40、60、80 和 100 ppm 的 Na、K、Ca 與 Mg 標(biāo)樣。
方法 3：用于 B 的 CaCl2 熱水提取 提取液：將 1.47 g 0.01 M CaCl2 溶于約 900 mL 蒸餾 水中。用蒸餾水將溶液體積調(diào)節(jié)至 1000 mL。 提取流程：稱(chēng)取 25 g 風(fēng)干的 2 mm 過(guò)篩土壤樣品， 倒入 250 mL 無(wú)硼消解管中。向消解管中加入 50 mL 0.01 M CaCl2 溶液。將消解器加熱至 120 °C，然后將 消解管轉(zhuǎn)移至消解器中，放置 15 分鐘。最后，從 消解器中取出消解管，冷卻至室溫，并用 Whatman 42 號(hào)濾紙過(guò)濾。 工作標(biāo)樣：在 0.01 M CaCl2 溶液中配制 0.25、0.5、 0.75 和 1 ppm B 標(biāo)樣。
波長(zhǎng)選擇與校準(zhǔn)范圍 標(biāo)準(zhǔn)溶液的波長(zhǎng)選擇和校準(zhǔn)范圍的詳細(xì)信息列于 表 2 中。連續(xù)波長(zhǎng)覆蓋能夠在一定濃度范圍內(nèi)選擇 具有適當(dāng)靈敏度的譜線，并且避免光譜干擾。由 于 4200 MP-AES 的工作范圍遠(yuǎn)超出 FAAS（在某些 情況下超出 20 倍），樣品僅需一次稀釋即可測(cè)定 全部元素。這一寬線性動(dòng)態(tài)范圍意味著無(wú)需過(guò)多稀 釋樣品，因而提高了分析效率并避免了樣品污染的 風(fēng)險(xiǎn)。 所用全部波長(zhǎng)的校準(zhǔn)擬合為線性。
結(jié)果與討論 ：校準(zhǔn) 氯化銨溶液中常量營(yíng)養(yǎng)元素 Na、K、Mg 和 Ca 的 校準(zhǔn)曲線、DTPA 溶液中微量營(yíng)養(yǎng)元素 Cu、Mn、Fe 和 Zn 的校準(zhǔn)曲線以及 CaCl2 溶液中 B 的校準(zhǔn)曲線 在校準(zhǔn)濃度范圍內(nèi)均表現(xiàn)出良好的線性。與 FAAS 相比，MP-AES 具有更寬的線性動(dòng)態(tài)范圍，圖 1 所 示的 K 校準(zhǔn)曲線充分印證了這一觀點(diǎn)。對(duì)于 MPAES，高達(dá) 100 ppm 的校準(zhǔn)濃度表現(xiàn)出良好的線 性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 K 在 FAAS 上的工作濃度范圍。樣品 無(wú)需多次稀釋?zhuān)⑶?K 或 Na 在發(fā)射模式而非吸收 模式下測(cè)量，這大大簡(jiǎn)化了工作流程。 圖 2 顯示了 B 的校準(zhǔn)曲線，其校準(zhǔn)濃度高達(dá) 1 ppm。MP-AES 對(duì) B 的測(cè)定能力意味著所有元素可 在一臺(tái)儀器上完成測(cè)定，并且省去了測(cè)定全組元素 所需的其他流程。
結(jié)論 ：Agilent 4200 MP-AES 成功用于分析由三種提取方法 制得的土壤樣品中的可交換陽(yáng)離子和可用微量營(yíng)養(yǎng) 元素。 在本研究中，F(xiàn)AAS 難以分析的元素（如 B）也得 到了成功測(cè)量。所有元素的結(jié)果與 FAAS 和 ICP-OES 獲得的值表現(xiàn)出良好的一致性。 與 FAAS 相比，測(cè)定全組元素的工作流程也得到了 簡(jiǎn)化，樣品前處理更簡(jiǎn)單，無(wú)需更換燈或在吸收和 發(fā)射測(cè)量之間進(jìn)行切換，在一次樣品分析中即可測(cè) 定所有元素。 微波等離子體源所用的氮?dú)獠捎玫獨(dú)獍l(fā)生器從空氣 中制得。Agilent 4107 氮?dú)獍l(fā)生器是一個(gè)高效的裝 置，與依賴(lài)持續(xù)供應(yīng)分析純氣體的 FAAS 或 ICP-OES 相比，大大降低了運(yùn)行成本。 無(wú)需使用 FAAS 中的危險(xiǎn)氣體，提高了實(shí)驗(yàn)室安全 性，并通過(guò)無(wú)人值守運(yùn)行提高了分析效率。 與 FAAS 相比，Agilent 4200 MP-AES 的靈敏度、 線性動(dòng)態(tài)范圍和檢測(cè)限均得到了改善，是理想的 FAAS 替代技術(shù)。