專利名稱：微波萃取等離子體質(zhì)譜法測定土壤中有效硼含量的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于土壤研究和環(huán)境保護技術領域。涉及土壤中有效硼含量的 分析方法。更具體的說是一種采用微波萃取然后用等離子體質(zhì)鐠儀測定 土壤中有效硼含量的方法。
背景技術：
硼是植物必需的營養(yǎng)元素之一。硼能促進根系生長，提高根瘤菌的固 氮能力，對光合作用的產(chǎn)物-碳水化合物的合成與轉運有重要作用，對受 精過程的正常進行有特殊作用，促進生殖器官的建成和發(fā)育，調(diào)節(jié)植物 體內(nèi)的氧化系統(tǒng)。合適的土壤供硼量對許多植物的生長及增產(chǎn)起著重要 的作用，但當其含量高于一定水平時，又抑制植物生長，成為有害元素。 因此測定土壤中有效硼含量，是診斷土壤供硼豐缺程度的重要手段之一。
隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和科學研究的逐步深入，硼肥的使用面積和應 用范圍逐漸擴大。因此，對土壤有效硼含量分析任務日益增加，傳統(tǒng)采
用熱水作浸提劑提取的熱水溶性硼作為土壤有效硼的指標已有50多年的 歷史。目前，現(xiàn)行測定土壤有效硼的方法，國內(nèi)外廣泛采用的姜黃素比 色法和曱亞胺比色法。其中姜黃素比色法，操作復雜，費時，分析效率 低，且對操作和環(huán)境條件要求較高，即需在顯色反應前的熱水浸提液需 進行脫水，要求蒸發(fā)皿的大小、形狀、蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)速度和空氣濕度 等因素都要求保持一致，否則測定結果的重現(xiàn)性不好，測定結果誤差大， 不同分析人員、不同季節(jié)及不同實驗室的測定結果難于比較。曱亞胺比 色法顯色穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，操作相對簡便且適于大批量樣品分析，但其 靈敏度和準確度都低于姜黃素比色法，并且兩種方法的操作過程都是完 全開放式的，不可避免的帶來一些污染，特別是處理大批量的樣品時需 要購買大量比較昂貴的石英玻璃器皿，從而造成檢測成本增高。由此可 見，上述兩種土壤有效硼的測定方法都存在著很大且不可克服的缺陷。 由于土壤中有效硼含量很低，所以應用先進分析儀器，避免污染，選擇 靈敏度和準確度都非常高且分析效率高的測定方法是非常有應用價值 的。
電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS),在近年來得到了國內(nèi)外質(zhì)譜界的 關注，它在同位素豐度比的測量中發(fā)揮著越來越重要的作用。它是將被測 物質(zhì)用電感耦合等離子體離子化后，按離子的質(zhì)荷比分離，測量各種離 子譜峰的強度的一種分析方法。等離子體是由自由電子、離子和中性原 子或分子組成，總體上成電中性的氣體，其內(nèi)部溫度高達幾千度至一萬 度。樣品由霧化器霧化后由載氣攜帶從等離子體焰炬中央穿過，迅速被 蒸發(fā)電離并通過離子引出接口或采樣錐導入到質(zhì)量分析器，樣品在極高 溫度下完全蒸發(fā)和解離，電離的百分比高，因此幾乎對所有元素均有較 高的檢測靈敏度。
微波萃取是根據(jù)不同物質(zhì)吸收微波能力的差異使得基體物質(zhì)的某些 區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使得被萃取物質(zhì)從基
體或體系中分離，進入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對差的萃取劑 中，達到提取的目的。該方法具有較好的選擇性；另一方面，微波萃取 由于受溶劑親和力的限制較小，可供選擇的溶劑較多；此外熱傳導，熱 輻射造成的熱量損失使得一般加熱過程的熱效率較低，而微波加熱則利 用分子極化或離子導電效應直接對物質(zhì)進行加熱，因此熱效率高，升溫 快速均勻，大大縮短了萃取時間，提高了萃取效率。本發(fā)明正是基于將 電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)及微波萃取理論相結合，設計并實現(xiàn) 了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)姜黃素比色法和曱亞胺比色法測定土 壤有效硼的缺點與不足，提供一種微波萃取等離子體質(zhì)鐠儀測定土壤中 有效硼的方法。此方法測定土壤中的有效硼筒便快速，測定準確度高。 本發(fā)明的目的是通過以下方法來實現(xiàn)的
一種釆用微波萃取等離子體質(zhì)鐠儀測定土壤中有效硼含量的方法，包括..
(1)將待測樣品置于微波萃取罐中，加入一定量的溶劑，攪拌，控
制溫度為80°C-120",分次微波萃取5-30分鐘；
(2)將萃取罐中內(nèi)溶物用純水轉移并稱重定容至50g于塑料瓶中， 自然沉淀或離心后，取上清液用等離子體質(zhì)鐠儀測定有效硼的含量。
具體的是將萃取罐中內(nèi)溶物用去純水轉移并稱量定容至50g于塑料 瓶中，自然沉淀或離心后，取上清液用等離子體質(zhì)譜儀測定有效硼的含 量。
本發(fā)明所述的待測樣品與溶劑的重量份數(shù)比為1: 1-5。所述的溶劑 為純水。
本發(fā)明所述的測定方法，其中所述的分次微波萃取優(yōu)選溫度控制在 95°C-ll(TC，萃取時間5-20分鐘。更加優(yōu)選的分次微波萃是在951C萃取 5分鐘和10分鐘；然后在100'C萃取5分鐘和10分鐘；最后在IIO匸萃 取5分鐘和10分鐘。
本發(fā)明所述的^:波萃取的^:波功率為300-1200w。
本發(fā)明采用美國CEM公司的MARX5微波萃取儀進行土壤中有效硼的提 取，本發(fā)明典型的微波萃取方法如下
稱量10克樣品于500 PSI的微波萃取罐中，加一個攪拌子，然后加 入20ml的純水，分別選擇在95"C、 IOO'C和110。C各保持5分鐘和IO分 鐘，萃取完成后，將萃取罐中內(nèi)溶物小心用純水轉移并稱重定容至50g 塑料瓶中，自然沉淀或離心后，采用電感耦合等離子體質(zhì)語法(ICP-MS) 測定上清液中有效硼的含量。
本發(fā)明是用GBW074120 (土壤有效態(tài)成分分析標準物質(zhì))作為樣品進 行的，在不同萃取條件下經(jīng)過多次試驗，測定的結果完全在國家標準物 質(zhì)的標準值的范圍內(nèi)，具有極高的準確性和重現(xiàn)性。適用于各類土壤有 效硼測定。其相對標準偏差(RSD)為2.66%,回收率為92%,方法的檢 出限為1.13ng. g1。
本發(fā)明對測定土壤有效硼的主要關鍵技術進行了研究改進。
(1) 土壤有效硼的提取技術和提取液過濾條件對硼測定結果有明顯影 響。經(jīng)反復試驗，本發(fā)明采取微波萃取，限定土壤稱量在10g以內(nèi)，控 制提取液體積，以保證微波萃取時間和溫度條件的一致等技術措施，可
減少結果誤差。
(2)萃取完成后，將萃取罐中內(nèi)溶物小心用去離子水轉移并定容至 50g于塑料瓶中，采取自然沉淀，避免了因過濾造成污染使測定結果不準 確的問題。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比所具有的積極效果在于
(1) 本發(fā)明具有檢出限低、準確度高的特點，是集靈敏度和操作簡 便于一體，切實可行的優(yōu)良方法。更是對現(xiàn)有的國家標準方法GB12298-90 的重要補充。
(2) 本發(fā)明的測定方法適用于各類土壤有效硼的測定。與常規(guī)檢測 方法相比，該方法具有操作簡便快速，并且樣品無須過濾，避免了樣品的 污染，具有良好的精密度和準確度，其相對標準偏差USD)為2. 66%,回 收率為92%,方法的檢出限為1.13ng.g—\
(3) 本發(fā)明的土壤中有效硼的測定方法，解決了幾十年來困擾分析 人員的土壤有效硼測定時間長，操作復雜，成本價格偏高等問題，為農(nóng) 業(yè)科研人員研究土壤供硼能力，科學施用硼肥，提供了強有力的技術支 撐，對土壤中有效硼準確快速測定做出了巨大的貢獻。
(4) 本發(fā)明的測定方法對于統(tǒng)一土壤有效硼測定方法，摸清我國土 壤有效硼含量狀況，有效地指導施肥具有重要生產(chǎn)價值和科學意義，經(jīng) 農(nóng)業(yè)科研、教學和生產(chǎn)單位廣泛應用，取得了顯著經(jīng)濟效益和社會效益。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的描述。其中采用美國CEM公司 的MARX5微波萃取儀進行土壤中的有效硼的提取測定。
實施例1
稱量IO克土壤樣品于500 PSI的微波萃取罐中，加一個攪拌子，然 后加入20ml純水，分別選擇在95。C、 lOOt:和ll(TC下保持5分鐘和10 分鐘，微波萃取的微波功率為300w。萃取完成后，將萃取罐中內(nèi)溶物小 心用純水轉移并稱量定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或離心后，采用 電感耦合等離子體質(zhì)語法(ICP-MS)測定上清液中有效硼的含量為 0. 42mg/kg。
姜黃素比色法與微波萃取等離子體質(zhì)譜儀測定土壤中有效硼含量的
比較實驗
姜黃素比色法是按1 : 2 土水比回流冷凝煮沸5分鐘，立即移開熱源， 繼續(xù)回流冷卻5分鐘，取下三角瓶，加2滴1McaCl2或MgS04溶液，搖勻 后立即過濾，吸取1. OOml濾液于石英蒸發(fā)皿中，加4. OOml姜黃素-草酸 溶液，在55土3。C水浴上蒸干，自呈現(xiàn)玫瑰紅色時開始計時繼續(xù)烘焙15 分鐘，取下冷卻至室溫，加20ml95。/n乙醇溶液，用橡膠淀帚擦洗孤壁，溶 解后用中速濾紙過濾到具塞容器里(此溶液放置時間不要超過3小時)， 以95%乙醇溶液為參比溶液，用lcm光徑比色皿在550nm波長處惻讀吸光 度。
微波萃取等離子體質(zhì)譜法是稱量IO克土壤樣品(此土與姜黃素比色 所用土相同)于500 PSI的微波萃取罐中，加一個攪拌子，然后加入20ml 的純水，在95。C下微波萃取5分鐘，萃取完成后，將萃取罐中內(nèi)溶物小 心用純水轉移并稱重定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或離心后，用等 離子體質(zhì)i普儀測定上清液中有效硼的含量。
同 一樣品的兩種方法測試結果 姜黃素比色法測定的硼含量為0.48mg/kg。 微波萃取等離子體質(zhì)i普儀測定有效硼的含量為0. 46mg/kg。
兩個實驗結果說明微波萃取等離子體質(zhì)語法測定土壤中的有效硼方 法較姜黃素比色法操作簡便，且實驗條件易于控制，結果準確。
實施例2
稱量IO克土壤樣品于500 PSI的微波萃取罐中，加一個攪拌子，然后 加入"ml純水，分別選擇在95。C、 IO(TC和110。C下保持5分鐘和10分 鐘，微波萃取的微波功率為1200w。萃取完成后，將萃取罐中內(nèi)溶物小心 用純水轉移并稱量定容至50g容量瓶中，離心后，采用電感耦合等離子 體質(zhì)語法(ICP-MS)測定上清液中有效硼的含量為0. 46mg/kg。
在詳細說明的較佳實施例之后，熟悉該項技術人士可清楚地了解，在 不脫離上述申請專利范圍與精神下可進行各種變化與修改，凡依據(jù)本發(fā)
明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何筒單修改、等同變化與修飾，均 屬于本發(fā)明技術方案的范圍。且本發(fā)明亦不受限于說明書中所舉實例的 實施方式。
權利要求
1、一種微波萃取等離子體質(zhì)譜法測定土壤中有效硼含量的方法，其特征在于(1)將待測樣品置于微波萃取罐中，加入一定量的溶劑，攪拌，控制溫度為80℃-120℃，分次微波萃取5-30分鐘；(2)將萃取罐中內(nèi)溶物轉移并稱量定容50g于塑料瓶中，自然沉淀或離心后，取上清液用等離子體質(zhì)譜儀測定有效硼的含量。
2、 如權利要求1所述的測定方法，其中所述的待測樣品與溶劑的重 量份數(shù)比為1: 1-5。
3、 如權利要求l或2所述的測定方法，其中所述的溶劑為純水。
4、 如權利要求1所述的測定方法，其中所述的微波萃是指將待測樣 品在微波中萃取5-20分鐘。
5、 如權利要求1所述的測定方法，其中所述的微波萃取控制溫度為 95。C-110。C 。
6、 如權利要求5所述的方法，其中的分次微波萃取指的是指分別在 951C萃取5和10分鐘；在lOOt:萃取5和10分鐘；在ll(TC萃取5和10 分鐘。
7、 如權利要求1所述的測定方法，其中所述的轉移并稱量定容至塑 料瓶中，指的是將萃取罐中內(nèi)溶物用純水轉移并稱量定容50g于塑料瓶 中。
8、 如權利要求l-6任意一項所述的測定方法，其中所述的微波萃取 功率為300W-1200W。
全文摘要
本發(fā)明涉及微波萃取等離子體質(zhì)譜儀測定土壤中有效硼含量的方法，它是將待測樣品置于微波萃取罐中加入純水，攪拌控溫80-120℃，分次萃取5-30分鐘，然后將內(nèi)溶物用去離子水轉移并定容至50g于塑料瓶中，自然沉淀或離心后，取上清液應用等離子體質(zhì)譜儀測定有效硼的含量。本發(fā)明的測定方法，其相對標準偏差(RSD)為2.66％，回收率為92％，方法的檢出限為1.13ng.g^-1，具有極高的準確性和重現(xiàn)性。同時解決了幾十年來困擾分析人員土壤有效硼測定困難的問題，更是對現(xiàn)有的國家標準GB12298-90的重要補充，它適用于各類土壤中有效硼的測定。
文檔編號G01N1/34GK101196446SQ20071006030
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權日2007年12月18日
發(fā)明者孟兆芳, 璽 張, 奕 程, 范朝暉, 陳秋生 申請人:天津市農(nóng)業(yè)科學院中心實驗室