赣南脐橙果园土壤中稀土元素的检测

来源:用户上传      作者: 钟林生　卢宁

　　摘 要：实验建立了利用微波消解法HF+HNO3+HCl消解样品，采用2次沉淀的方法除去大部分基体元素，电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中稀土元素La、Ce、Nd、Sm、Dy、Er、Yb、Y的测定方法，并采用标准物质验证了方法的可靠性。实验结果与土壤标准物质（GBW-07404）的分析结果相符，并应用所建立的方法对赣南脐橙果园土壤背景样品的稀土含量进行了测定。
　　关键词：稀土元素；微波消解；土壤；检测
　　中图分类号 S15 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）03-04-122-03
　　稀土元素的农业利用经过几十年的推广发展，其应用越来越广泛，涉及粮食作物、蔬菜水果等方面的生产，使得进入土壤的稀土总量显著增加，从而影响了生态环境[1]。研究发现，土壤中可溶态稀土元素一般只占全量的10%以下[2]，稀土微肥使用后在土壤中呈富集趋势。土壤既是农业生产的基础，又是生态环境的重要组成部分，稀土在土壤中的迁移、转化，通过食物链传递，最终进入人体，影响人类健康[3]。目前的研究证实：（1）植物试验表明，过量稀土可抑制作物生长，如含La70mg/L的培养液会对作物产生毒害作用，喷施稀土超过80g/667m2时，会灼伤大白菜的叶片[3，7]；（2）动物亚慢性毒性研究表明，口食的稀土毒性较低，但是稀土的核素可诱发骨髓细胞突变，稀土粉尘可引起上呼吸道及皮肤疾病，同时稀土可诱发原生动物四膜虫产生微核，并影响其生殖过程；（3）流行病学调查表明，长期摄入低剂量稀土可导致儿童智商下降，成人中枢神经生物电传导速度的下降及某些生化指标（如胆固醇）等显著增高。随着自然和人为因素造成的环境中稀土元素的增加，进而产生对生态环境和人类健康的影响，已引起全社会的关注[4-8]。
　　然而，要减少农用稀土肥料对水体和土壤的污染，不能简单的依靠不用或少用稀土肥料。长期大量的农业生产实践表明，农作物的生长往往被土壤中短缺的一种主要元素所制约，如不能及时地得到补充，势必会造成减产。通常情况下，良好的土壤耕作层的微量元素全含量可能会远远地超过农作物生长需要的数值，但是微量元素缺乏症却愈来愈严重，这是因为土壤中大部分微量元素不能被农作物所吸收和利用，仅有少量溶解在土壤溶液中的那部分才能被作物所吸收。所以补充有效微量元素是必要的。大量的研究资料[9-12]显示，稀土元素是植物生长发育的有效元素，植物能否吸收足量的稀土元素直接关系到作物的产量和品质。因此，寻找一种有效又实用的测定土壤稀土元素的方法，可以了解土壤微量元素的含量，从而给作物补充有效微量元素提供有效的参考。
　　1 材料与方法
　　1.1 实验仪器与试剂
　　1.1.1 仪器 美国Leeman的Prodigy XP型全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）：自激式高频发生器，高分辨中阶梯光栅，垂直和水平观测系统，CCD固体检测器；Synergy UV纯水器；Anton Paar公司的Multiwave3000微波消解仪；MettlerToledo的AL204电子天平；国华GB-3型电热板；自动移液器、聚四氟乙烯坩埚、容量瓶（10mL）、吸量管、移液管（2mL、5mL、25mL）；
　　1.1.2 试剂 土壤成分标准物质（GBW-07404）；混合标准溶液（GSB04-1789-2004）1μg/g的稀土元素混合标准溶液：用移液管移取5mL10μg/g的混合标液于50mL的容量瓶中，用蒸馏水定容；5μg/g的稀土元素混合标准溶液：用移液管移取25mL10μg/g的混合标液于50mL的容量瓶中，用蒸馏水定容。
　　1.2 实验方法
　　1.2.1 微波消解预处理 准确称取0.5g的土壤样品（精确到0.0001g）于XF100反应罐（TFM）中，分别用自动移液器移取5mL硝酸、2mL盐酸、3mL氢氟酸于罐内，将粘在管壁上的样品全部淋洗到底部，并轻轻混匀。将密封盖完全压入到密封器上，立即轻软地将密封盖盖入消解罐内，并旋紧螺盖。将TFM内管放入到压力套管内，将陶瓷套管放入到保护套杯中，将保护盖放到保护杯上。将盖好的消解罐放到转子的指定位置，泄气螺杆朝外。消解罐的数量应为4或8，并且应该均匀对称放置。对称交替旋紧8个螺母。盖上保护套，将转子放到炉腔内的转盘上，轻轻平移至固定位置。关上Multiwave 3000的安全门，进行消解过程，打开电源，进入主程序界面，选择“Library F1”，选择或设定消解程序，选择“Start F1”系统进行自检过程，自检通过按键盘上的绿色Start键，进行微波消解。直至消解完全，放气冷却15min后取出消解液，将之转于聚四氟乙烯坩埚中，在电热板上进行赶酸，少量多次地加水，直至溶液为无色透明即可。
　　1.2.2 沉淀分离 在上述消解液中加入4～5g的氢氧化钠，冷却后放入盛有10mL（1∶1）三乙醇胺的烧杯中，加入沸水100mL提取。洗净坩埚后，加10mg镁（Ⅱ），并将溶液煮沸，冷却后，用中速滤纸过滤，用2%的氢氧化钠溶液洗涤沉淀，弃去滤液。然后用1∶1盐酸溶解沉淀，并洗净滤纸，用原烧杯承接滤液。在烧杯中加3g氯化铵、去离子水100mL、氨水20mL煮沸进行沉淀。冷却后用中速滤纸过滤，用2%氨-氯化铵溶液洗涤沉淀，弃去滤液，然后用热的2N盐酸将沉淀溶解于10mL容量瓶中，用2N盐酸定容。
　　1.2.3 ICP-AES测定 （1）打开仪器主机、计算机，点击工作站使主机与计算机连接。（2）等待光室温度达到平衡后，打开高纯氩气吹扫检测器约5min。（3）选择待测元素及谱线，设定相关参数。（4）将检测器温度降至-15℃。（5）点燃等离子体，先吸喷蒸馏水，再依次检测标准溶液和待测溶液。
　　2 结果与讨论
　　2.1 微波消解的条件 通过条件实验，试验不同的功率、爬坡时间及功率保持时间，以达到最好的消解结果，确定最佳优化条件。通过3组不同的条件实验，结果如表1；得到优化条件，结果见表2。 　　2.2 ICP-AES的测定条件 对ICP-AES各参数进行优化，结果见表3。
　　2.3 谱线的选择 用待测样品进行扫描，对各元素谱线干扰情况分析后选择检测谱线。样品中La在379.478nm的谱线，右边有一小干扰峰，左边扣背景；样品中Ce在413.765nm的谱线，两边扣背景；样品中Nd在378.425nm的谱线，左边有一小干扰峰，右边扣背景；样品中Sm在359.260nm的谱线，两边无干扰峰；样品中Dy在353.170nm的谱线，附近没有光谱干扰；样品中Er在390.631nm的谱线，附近没有光谱干扰；样品中Yb在328.937nm的谱线，右边有一小干扰峰，左边扣背景；样品中Y在377.433nm的谱线，附近没有光谱干扰。
　　2.4 ICP-AES测定国家标准土壤（GBW-07404）中稀土元素的分析结果 按照实验方法对国家标准土壤（GBW-07404）中稀土元素La、Ce、Nd、Sm、Dy、Er、Yb、Y进行检测，结果见表4。由表4可知，测定值均在标准值允许范围内。
　　2.5 样品回收率 对国家标准土壤样品进行标准加入法测得其回收率见表5。
　　2.6 赣南脐橙园土壤稀土元素分析结果 基于不同脐橙种植区域、典型土壤类型的差异，取赣南脐橙园土壤10份，采用该方法检测，结果见表6。
　　3 结论
　　本文通过比较前处理中微波消解的条件，确定了微波消解的最优化条件，然后对消解后的试样采用了2次沉淀法进行分离、富集。采用ICP-AES测定国家标准样品中的La、Ce、Nd、Sm、Dy、Er、Yb、Y等稀土元素，同时对实验仪器的工作条件进行优化，采用标准物质验证了方法的可靠性。实验结果与土壤标准物质（GBW-07404）的分析结果相符，并采用该方法测定了赣南脐橙果园土壤中的稀土元素含量，这将为评价土壤肥力提供依据。
　　参考文献
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　　（责编：张宏民）
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