土壤中金属元素检测方案(ICP-AES)

土壤的元素含量会影响植物发育、农作物产量以及植物农产品的安全。因此，通常需要对土壤中的微量营养元素进行检测以评价土壤肥力，同时对重金属进行分析以鉴定任何潜在毒性问题。根据土壤中目标元素的不同，采用不同的提取方法和分析技术。通常使用含有二乙烯三胺五乙酸 (DTPA) 等螯合剂的土壤提取溶液对微量营养元素进行提取。通常用电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES) 对这些提取溶液进行分析，因为这种技术具有较低的分析成本和土壤试验所需的宽浓度范围，使其适用于高通量农业实验室。垂直观测 (RV) ICP-OES 仪器通常用于分析农业样品，因为垂直炬管具有较高稳定性。然而，由此带来的较低灵敏度会导致较高的检测限。相比之下，Agilent 5110 同步垂直双向观测 (SVDV) ICP-OES 采用水平观测的垂直等离子体。该系统非常适合分析土壤等复杂的农业样品，因为 SVDV ICP-OES 的检测限比 RV ICP-OES 低得多。 使用Agilent 5110 SVDV ICP-OES测定 DTPA提取土壤中的营养元素 应用简报 食品安全与农业 安捷伦科技公司，澳大利亚 前言 土壤的元素含量会影响植物发育、农作物产量以及植物农产品的安全。因此，通 常需要对土壤中的微量营养元素进行检测以评价土壤肥力，同时对重金属进行分 析以鉴定任何潜在毒性问题。 根据土壤中目标元素的不同，采用不同的提取方法和分析技术。通常使用含有二 乙烯三胺五乙酸(DTPA)等螯合剂的土壤提取溶液对微量营养元素进行提取。 通常用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)对这些提取溶 液进行分析，因为这种技术具有较低的分析成本和土壤试验 所需的宽浓度范围，使其适用于高通量农业实验室。 垂直观测(RV) ICP-OES仪器通常用于分析农业样品，因为 垂直炬管具有较高稳定性。然而，由此带来的较低灵敏度 会导致较高的检测限。相比之下，Agilent 5110同步垂直 双向观测(SVDV) ICP-OES采用水平观测的垂直等离子体。该系统非常适合分析土壤等复杂的农业样品，因为 SVDV ICP-OES的检测限比 RV ICP-OES低得多。 Agilent 5110 SVDV ICP-OES具有： •稳定性：5110的固态射频(SSRF)系统在 27 MHz下 运行，耐用而稳定的等离子体能够处理各种样品，包括 DTPA等复杂基质。SSRF可针对等离子体中的快速变化 进行调节，即使在样品提升速度通过快速泵送提高至 80rpm的情形下也是如此。这使得各种样品类型均可使用 相同的等离子体气体流速，从而通过简化分析参数设置加 快了方法开发 •简便易用性：直观的 Agilent ICP Expert软件采用熟悉的 工作表界面，可轻松实现方法开发 •速度和性能：SVDV与智能光谱组合(DSC)技术能够在 一次读数中采集等离子体的水平和垂直观测结果。Vista Chip II CCD检测器能够在单次读数中测量所有波长，从 而提供更高的精密度、缩短分析时间，并减少每个样品的 氩气消耗量。总之，5110 ICP-OES可提供快速预热、高 通量、高灵敏度和极宽的动态范围 •可靠性：5110 ICP-OES采用垂直的即插即用式炬管，能 够测量最具挑战性的基质。快速简单的炬管载架设计可 自动完成炬管定位并连接气体，任何操作者均可实现快速 启动并获得可重现的一致性能 •灵活性：对于高通量应用，完全集成的高级阀系统(AVS 6/7)六通或七通切换阀可轻松添加至 5110 ICP-OES中[1] 本应用简报介绍了使用 Agilent 5110 ICP-OES测定 DTPA 提取土壤样品中的微量营养元素 Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Ni及重金属 Cd和 Pb。为比较样品分析时间和氩气消耗量，还使用配备集成式高级阀系统(AVS 6)六通切换阀的 5110ICP-OES生成结果。 实验部分 仪器 采用配备 SPS 4自动进样器的 Agilent 5110 SVDV ICP-OES进行所有测量。样品引入系统由 SeaSpray雾化器、双通道旋流雾化室和 1.8 mm内径的中心管炬管组成。仪 器方法参数和分析物设置列于表 1中。 表 1. Agilent 5110 SVDV ICP-OES仪器和方法参数 参数 设置 元素 Cu Fe Mn Zn Cd Co Ni Pb 波长(nm) 324.754 234.350 293.305 213.857 214.439 228.615 231.604 220.353 雾化器 SeaSpray 雾化气流速 0.7 L/min 雾化室 双通道旋流 泵速 12 rpm 样品泵管 白色-白色 废液泵管 蓝色-蓝色 RF功率 1.20 kW 等离子体流速 12 L/min 辅助气流速 1.0 L/min 炬管 可拆卸 DV，带有 1.8 mm内径的中心管 观测高度 8 mm 读数时间 5 s 重复次数 3 样品提升延迟 15 s 冲洗时间 5 s 稳定时间 15 s 背景校正 拟合 样品 提供干燥并磨碎的土壤样品。 样品前处理和校准 DTPA提取溶液：提取溶液中含有 0.005 M二乙烯三胺五 乙酸(DTPA)、0.01 M二水合氯化钙(CaCl2•2H2O)和 0.1 M 三乙醇胺(TEA)。将 1.97 g DTPA、1.47 g CaCl2•2H2O和 14.92 g TEA分别溶解于去离子水中，然后混合。使用浓盐 酸将 pH调节至 7.3，并加入蒸馏水使体积达到 1 L。 样品提取：称取 10 g土壤，并加入 20 mL DTPA提取溶液。振摇 120分钟后，用直径 110 mm的滤纸对样品进行过滤。 多元素校准标样：0.01、0.05、0.1、0.5和 1.0 pg/mL的 Cd；0.05、0.25、0.5、2.5和 5 pg/mL的 Co和 Ni；0.1、0.5、1.0、5.0和 10.0 pg/mL的 Cu、Zn和 Pb；0.5、2.5、5.0、25.0和 50.0 pg/mL的 Mn；1.0、5.0、10.0、50.0和 100.0 pg/mL的 Fe。所有校准空白和标样均用 DTPA提取 溶液制备。 加标样品：将 25 mL最高浓度的多元素校准标样加入 25 mL 的提取土壤样品中。 工作浓度范围 所有元素均获得了线性校准结果。校准系数大于 0.999（表 2），各个点的校准误差均小于 10%。图 1显示了浓度 高达 50 mg/kg的 Mn 293.305 nm的校准曲线，其相关系 数大于 0.999，且各个校准点的校准误差小于 3%（表 3）。 表 2.波长与工作校准浓度范围 元素与波长(nm) 浓度范围(mg/kg) 浓度系数 Cu 324.754 0.1-10 0.999 Fe 234.350 1-100 0.999 Mn 293.305 0.5-50 0.999 Zn 213.857 0.1-10 0.999 Cd 214.439 0.01-1 0.999 Co 228.615 0.05-5 0.999 Ni 231.604 0.05-5 0.999 Pb 220.353 0.1-10 0.999 Correlabion coefficient:0.99975 图 1. Mn 293.305 nm的校准曲线在整个校准范围内表现出优异的线性，相关系数 达到 0.99975 表 3. Mn 293.305 nm各个校准点的校准误差(%) 标准品 浓度(mg/kg) 校准误差(%) 空白 0.0 0.00 标准品 1 0.5 1.98 标准品 2 2.5 0.92 标准品 3 5.0 0.05 标准品 4 25.0 1.88 标准品 5 50.0 2.74 结果与讨论 方法检测限 表 4所示的方法检测限(MDL)是基于空白 DTPA提取溶液 10次重复测定的 3倍标准差，分析运行过程中的样品量为 10 g。结果为两台不同仪器上 6次测定的平均值。各种元 素的 MDL均小于 0.025 mg/kg。 表 4.基于样品量为 10 g的 DTPA提取所得到的 Agilent 5110 SVDV ICP-OES方 法检测限 元素 波长(nm) MDL(mg/kg) Cu 324.754 0.003 Fe 234.350 0.012 Mn 293.305 0.005 Zn 213.857 0.002 Cd 214.439 0.002 Co 228.615 0.005 Ni 231.604 0.008 Pb 220.353 0.025 加标回收率 土壤提取物中的所有元素均得到测定。显示的加标回收率为 两台仪器上对加标样品分析两次（即 n= 4）所获得的结果平 均值（表 5）。所有加标回收率均处于预期值的 ±10%以内。 表 5.使用 Agilent 5110 SVDV ICP-OES获得的 DTPA提取土壤样品中所有元素 的加标回收率 元素与波长(nm) DTPA提取 土壤样品(mg/kg) 加标浓度 (mg/kg) 加标浓度 测定值 (mg/kg) 回收率(%) Cu 324.754 0.93 5 4.76 95 Fe 234.350 12.62 50 46.27 93 Mn 293.305 0.76 25 23.5 94 Zn 213.857 0.12 5 4.77 96 Cd 214.439 0.002 0.5 0.47 94 Co 228.615 0.07 2.5 2.37 96 Ni 231.604 0.06 2.5 2.37 95 Pb 220.353 0.55 5 4.76 95 高级阀系统：结果比较 安捷伦高级阀系统(AVS 6)是完全集成的切换阀系统，专为 Agilent 5110 ICP-OES设计，可实现更简单、更快速、更 经济有效的样品分析[1, 2]。为对上述各项进行测试，使 用配有 AVS 6（6通阀）的 5110重复进行加标回收率测试。使用 ICP Expert软件中的 AVS参数计算器对表 6所示的阀 设置进行选择。 表 6.安捷伦高级阀系统设置 参数 设置 定量环体积 0.5 mL 泵速：阀吸取 37.5 mL/min 泵速：进样 9.9 mL/min 阀吸取延迟 4.4 s 气泡注入时间 2.2 s 预先冲洗时间 1.7 s 稳定时间 5 s 冲洗时间 0 s 使用配有 AVS 6的 5110获得的 DTPA提取土壤样品中所 有元素的加标回收率列于表 7中。结果为单次分析运行中 3次加标重复测定的平均值。所有结果处于预期值的 ±10%以内，与不带阀系统的系统所采集的结果性能不相上下。 AVS 6使样品分析时间缩短了近 50%（表 8），且不影响方 法的准确度。这样大大提高了样品通量和分析效率，同时 减少了氩气消耗量。 表 7.使用配备 AVS 6的 Agilent 5110 SVDV ICP-OES获得的 DTPA提取土壤样 品中所有元素的加标回收率 元素与波长(nm) 加标浓度 (mg/kg) 加标浓度 测定值(mg/kg) 回收率 (%) Cu 324.754 5 4.89 98 Fe 234.350 50 47.71 95 Mn 293.305 25 23.88 96 Zn 213.857 5 4.89 98 Cd 214.439 0.5 0.49 97 Co 228.615 2.5 2.43 97 Ni 231.604 2.5 2.41 96 Pb 220.353 5 4.86 97 表 8.每个样品的分析时间和氩气消耗量的比较 未配备 AVS 6的 5110 配备 AVS 6的 5110 分析时间(s) 59 30 每个样品的氩气 17.1 8.7 消耗量（L/样品） 结论 配有垂直炬管和 27MHz SSRF系统的 Agilent 5110 SVDV ICP-OES具备了分析 DTPA提取土壤样品中营养元素和重 金属所需的稳定性能。 5110 ICP-OES将垂直等离子体的稳定性与水平观测等离子 体的灵敏度优势相结合，在较宽的浓度范围内获得了良好的 线性，并获得了优异的方法检测限。该方法通过验证后获 得的加标回收率处于目标值的 ±10%以内，证明了所开发 方法的准确度。 在配有 Agilent AVS 6切换阀系统的 5110 ICP-OES上运行 相同的方法能够大大缩短样品分析时间并使氩气消耗量减少 近 50%。 参考文献 1.AVS技术概述，安捷伦出版物，2016，5991-6863CHCN 2.John Cauduro，使用安装高级阀系统的 Agilent 5110SVDV ICP-OES对土壤提取物进行超快速分析，安捷伦 出版物，2016，5991-6853CHCN 查找当地的安捷伦客户中心：www.agilent.com/chem/contactus-cn 免费专线： 800-820-3278，400-820-3278（手机用户） 联系我们： LSCA-China_800@agilent.com 在线询价： www.agilent.com/chem/erfq-cn www.agilent.com 安捷伦对本资料可能存在的错误或由于提供、展示或使用本资料所造成 的间接损失不承担任何责任。 本文中的信息、说明和技术指标如有变更，恕不另行通知。 ©安捷伦科技（中国）有限公司，20162016年 5月 1日出版 出版号：5991-6854CHCN