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72孔位全自動(dòng)石墨消解儀在ICP-OES法測(cè)定土壤全鉀中的應(yīng)用

2021.11.01

鉀是植物生長(zhǎng)的三大要素之一，因此，測(cè)定鉀的最重要的目的是從肥力角度了解土壤鉀的供給狀況。由于土壤中各種形態(tài)的鉀總是處于相對(duì)轉(zhuǎn)化的平衡狀態(tài)中，全鉀量是土壤供鉀潛力的指標(biāo)，同時(shí)也是土壤風(fēng)化度的一種反映。目前土壤中的全鉀一般參照國(guó)家林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用堿熔或者電熱板酸溶-火焰光度法(FP)進(jìn)行測(cè)定。鉀的測(cè)定方法可以通過各種儀器快速測(cè)定，如火焰光度法(FP)、原子吸收光譜法( AAS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法( ICP-OES)等。本文使用全自動(dòng)石墨消解儀對(duì)土壤樣品進(jìn)行消解，通過優(yōu)化試驗(yàn)條件，并聯(lián)合ICP-OES技術(shù)，建立一種快速檢測(cè)土壤全鉀的方法。


測(cè)定土壤全鉀


1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1材料
主要試劑和土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸(優(yōu)級(jí)純)，氫氧化鈉(分析純)，鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(中國(guó)計(jì)量院1000mg/L)，實(shí)驗(yàn)室一級(jí)水。土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07404、GBW07408和GBW07452)，由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所提供。

1.2儀器
全自動(dòng)智能石墨消解儀G8（72孔，格丹納）
ICP-OES等離子體發(fā)射光譜儀 GREEN（斯派克）
火焰分光光度計(jì)
馬弗爐

1.3實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1實(shí)驗(yàn)材料
選用3種不同土壤樣品，風(fēng)干、粉碎過100目篩后備用。

1.3.2分析方法

1.3.2.1常規(guī)消解。按照LY/T 1234- 2015《 森林土壤鉀的測(cè)定》3.1.4.3進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制按照LY/T1234-2015《森林土壤鉀的測(cè)定》3.1.4.5進(jìn)行。

1.3.2.2石墨消解
稱取適量100目篩的風(fēng)干樣品放入50 mL聚四氟乙烯消解管中，用少量去離子水濕潤(rùn)，加入1 mL濃HNO3、1 mL濃HCl和2 mL HF ，搖勻后放入全自動(dòng)石墨消解儀G8進(jìn)行消解。消解結(jié)束冷卻至室溫，用去離子水定容至40 mL，搖勻后離心備用。同時(shí)做空白試驗(yàn)，并配制濃度為0、1.0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0 mg/L標(biāo)準(zhǔn)曲線系列( 1%硝酸定容)，用ICP-OES進(jìn)行測(cè)定。


全自動(dòng)石墨消解儀


2.結(jié)果與分析

2.1前處理?xiàng)l件優(yōu)化

表1~3是對(duì)使用全自動(dòng)石墨消解儀消解土壤樣品時(shí)的稱樣量、時(shí)間和溫度進(jìn)行優(yōu)化，固定消解時(shí)間(不包括升溫時(shí)間)在100 min，消解溫度在135℃，設(shè)置稱樣量為0.1、0.2、0.3、0.4 g，從表1可看出，0.2、0.3、0.4 g測(cè)定結(jié)果均低于證書提供的參考值，稱樣量為0.1 g時(shí)測(cè)定的結(jié)果均在參考值的允差范圍內(nèi)，且精密度符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，因此，選擇了0.1 g作為最優(yōu)稱樣量。固定消解時(shí)間(不包括升溫時(shí)間)在100 min，設(shè)置溫度梯度125、135、145、155℃ ，從表2可看出，125、135和155 ℃的測(cè)定結(jié)果偏低，均低于參考值，145℃下測(cè)定的結(jié)果均在參考值的允差范圍內(nèi)，表明該溫度消解較為完全，且精密度較高，因此選擇了145℃作為最優(yōu)消解溫度。

在稱樣量為0.1 g，消解溫度保持在145℃的情況下，將消解時(shí)間(不包括升溫時(shí)間)分別設(shè)定為60、80、100和120min，進(jìn)行土壤樣品消解，發(fā)現(xiàn)消解時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響較大(表3)。從60和80 min的測(cè)定結(jié)果來看， 消解時(shí)間不足使得樣品未能完全消解，因而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低，120min的測(cè)定結(jié)果偏低且精密度較差，可能是由于整個(gè)消解體系酸量較小，在高溫消解時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)的情況下酸過分揮發(fā)而造成的消解不完全。因此，在消解溫度為145℃的前提下，確定100 min為消解最優(yōu)時(shí)間。


表1不同稱樣量的測(cè)定值與精密度


表2不同消解溫度的測(cè)定值與精密度

表3不同消解時(shí)間的測(cè)定值與精密度

3.方法評(píng)價(jià)

3.1方法的線性與檢出限。
石墨電熱消解-ICP-OES按“1.5.2"方法操作，同時(shí)測(cè)定20次樣品空白以計(jì)算方法的檢出限。測(cè)出檢出限為4.42mg/kg（K2O），因此，石墨消解-ICP -OES法的靈敏度可滿足土壤全鉀的檢測(cè)要求。

3.2精密度
每個(gè)試樣測(cè)定6個(gè)平行，分別計(jì)算3個(gè)土壤樣品全鉀含量的RSD來評(píng)價(jià)該方法的精密度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表4)，使用NaOH熔融-火焰光度法測(cè)定結(jié)果的RSD分為0.63%、1.39%和1.53% ，平均值為1.18% ，使用石墨消解-ICP-OES法測(cè)定結(jié)果的RSD分別為0.99%、1.49%和2.30% ，平均值為1.60% ，表明石墨消解-ICP-OES法較傳統(tǒng)方法具有較高的精密度，能夠滿足實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的相關(guān)要求。

同時(shí)，比較NaOH熔融-火焰光度法和石墨消解-ICP-OES法處理后全鉀測(cè)定值之間的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)偏差分別為1.31%、1.83%和0.61%，絕對(duì)偏差分別為2.4%、3.6%和1.2%，滿足LY/T 1234- -2015 中堿熔融法全鉀測(cè)定允許偏差的相關(guān)要求，表明石墨消解-ICP-OES法可以用于實(shí)驗(yàn)室中土壤全鉀的測(cè)定。

表4 2種方法對(duì)3個(gè)土壤樣品全鉀測(cè)定結(jié)果和RSD(n=6)

3.3準(zhǔn)確度
為進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確度，選取了3種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07404、GBW07408和GBW07452進(jìn)行測(cè)定，由表5可知，石墨消解-ICP-OES法測(cè)定的各標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鉀元素的測(cè)定值都在其證書提供參考值的允差范圍內(nèi)，且與NaOH熔融-火焰光度法測(cè)定值相比，2種方法的絕對(duì)差值在0~0.17 g/kg(以K計(jì))，符合LY/T 1232- 2015 中當(dāng)全鉀含量10~20 g/kg時(shí)，絕對(duì)偏差<0.4~0.8 g/kg的要求，因此，石墨消解-ICP-OES法準(zhǔn)確度符合LY/T 1232- -2015 的相關(guān)要求。

表5 土壤中全鉀不同檢測(cè)方法的結(jié)果比較(n=6)

4.結(jié)論
該研究建立了一種使用石墨消解-ICP-OES快速測(cè)定土壤中全鉀的方法，線性范圍為0~ 50.0 mg/L，決定系數(shù)R2 = 0.999989，固體樣品的檢出限為3.68 mg/kg，加標(biāo)回收率為97.7%~ 105.5%。該方法前處理快速便捷，線性范圍較寬，同時(shí)具有較好的精密度和準(zhǔn)確度，可以滿足快速測(cè)定土壤全鉀的需要。

全自動(dòng)石墨消解儀在本次實(shí)驗(yàn)中最大優(yōu)點(diǎn)就是全自動(dòng)化，加酸、消解、趕酸、定容、搖勻和酸氣排放這些步驟只需在電腦程序上設(shè)置好，一鍵啟動(dòng)即可，實(shí)驗(yàn)人員的工作也減輕很多。而且G8型號(hào)擁有72孔位，滿足實(shí)驗(yàn)室大批量樣品處理的需求，雙溫雙模式獨(dú)立溫控技術(shù)還能同時(shí)消解兩批不同的樣品。

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