基于电感耦合等离子体发射光谱法测定植物样品中多元素的前处理方法研究

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doi：10.13686/j.cnki.dzyzy.2023.04.015

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赵文志, 张填昊, 张元, 杨园, 卢兵. 基于电感耦合等离子体发射光谱法测定植物样品中多元素的前处理方法研究[J]. 地质与资源, 2023, 32(4): 505-511, 516.

ZHAO Wen-zhi, ZHANG Tian-hao, ZHANG Yuan, YANG Yuan, LU Bing. A PRETREATMENT PROCESS FOR DETERMINATION OF MULTIPLE ELEMENTS IN PLANT SAMPLES BASED ON ICP-OES[J]. Geology and Resources, 2023, 32(4): 505-511, 516.

基于电感耦合等离子体发射光谱法测定植物样品中多元素的前处理方法研究

赵文志¹ , 张填昊^2,3 , 张元¹ , 杨园¹ , 卢兵¹

1. 中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心, 黑龙江哈尔滨 150039;
2. 南京大学现代工程与应用科学学院, 江苏南京 210023;
3. 南通职业大学化工与生物工程学院, 江苏南通 226007

收稿日期：2022-04-12; 修回日期：2022-09-13

基金项目：中国地质调查局项目"太行山区山西段生态修复支撑调查"（编号DD20208069）。

作者简介：赵文志(1987-), 男, 博士, 工程师, 主要从事自然资源分析测试工作, 通信地址黑龙江省哈尔滨市南岗区保健副路1号, E-mail//zhaowenzhi817@163.com。

通信作者：卢兵(1977-), 男, 高级工程师, 主要从事自然资源分析测试工作, 通信地址黑龙江省哈尔滨市南岗区保健副路1号, E-mail//530004701@qq.com。

摘要：在农业生态环境地球化学调查与评价中，植物的化学组成是重要的直接指标，因此对植物样品元素含量进行准确测定具有重要意义.本研究的主要目的是开发一种利用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定植物样品中多元素的分析方法，同时不需要在光谱测定之前进行费力而繁琐的样品前处理.采用微波消解、电热板消解及超声消解3种方法处理植物样品，利用ICP-OES分别测定植物样品中Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sr、Zn等10种元素的含量，并对3种方法的消解效果进行比较.结果表明：3种方法的检出限分别为0.042×10^-6~0.239×10^-6、0.046×10^-6~0.237×10^-6、0.026×10^-6~0.232×10^-6；测定待测元素的相对标准偏差均低于10%；相对误差分别为-11%~+13.8%，-22.1%~+8.7%，-13.3%~+8.9%.其中超声消解表现出更低的检出限和较好的准确度，满足DD2005-03《生态地球化学评价样品分析技术要求（试行）》.同时验证了超声消解在实际工作中的可行性.实验证明，王水溶样超声辅助消解是一种简单、快速、准确的样品制备方法，能够满足植物样品分析测试要求.

关键词：植物样品电感耦合等离子体发射光谱法微波消解电热板消解超声消解样品前处理

中图分类号：P593 文献标志码：A 文章编号：1671-1947(2023)04-0505-08

A PRETREATMENT PROCESS FOR DETERMINATION OF MULTIPLE ELEMENTS IN PLANT SAMPLES BASED ON ICP-OES

ZHAO Wen-zhi¹ , ZHANG Tian-hao^2,3 , ZHANG Yuan¹ , YANG Yuan¹ , LU Bing¹

1. Harbin Natural Resources Comprehensive Survey Center, CGS, Harbin 150039, China;
2. College of Modern Engineering and Applied Science, Nanjing University, Nanjing 210023, China;
3. College of Chemical and Biological Engineering, Nantong Vocational University, Nantong 226007, Jiangsu Province, China

Abstract: The chemical composition of plants is as an important direct indicator in the geochemical survey and evaluation of agroecological environment. It is of great significance to accurately determine the element content of plant samples. The main purpose of this study is to develop an analytical process for the determination of multiple elements in plant samples using inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) without the need for tedious sample pretreatment prior to spectroscopic determination. The plant samples are treated by three methods including microwave digestion, electrothermal plate digestion and ultrasonic digestion. The contents of Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Pb, Sr and Zn in plant samples are determined respectively by ICP-OES, with comparison of digestion effects of the three methods. The results reveal that the detection limits of three methods are 0.042×10^-6-0.239×10^-6, 0.046×10^-6 -0.237×10^-6 and 0.026×10^-6-0.232×10^-6, respectively. The relative standard deviations of the elements to be measured are all lower than 10%, with the relative errors of -11% to +13.8%, -22.1% to +8.7%, and -13.3% to +8.9%, respectively. Ultrasonic digestion shows a lower detection limit and better accuracy, which meets the requirements of DD2005-03 Technical Requirements for Sample Analysis of Eco-geochemical Evaluation (Trial), and its feasibility in practice is verified. The test proves that dissolving samples in aquaregia with the assisted ultrasonic digestion is a simple, quick and accurate sample preparation method, which can meet the requirements of plant sample analysis.

Key words: plant sample ICP-OES microwave digestion electrothermal plate digestion ultrasonic digestion sample pretreatment

0 前言

在覆盖区土壤1 : 250 000农业生态环境地球化学调查与评价中, 植物元素含量及分布是重要指标, 因此对植物样品元素含量的准确测定具有重要意义^[1-2]. 目前, 植物样品元素分析主要采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES) ^[3-6]、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS) ^[7-8]、X射线荧光光谱法(XRF) ^[9]、原子吸收分光光度法(AAS) ^[10-12]、原子荧光分光光度法(AFS) ^[13-14]等方法. 如周启武等^[11]利用AAS和AFS测定了紫茎泽兰的茎、叶及其根际土中Cr、Cd、Mn、Sr、Ni、As、Pb、Hg等8种重金属含量, 为实验室准确测定植物中的重金属含量提供了一种可靠的检测方法. AAS和AFS方法灵敏度高、检测限低, 但是测试元素种类单一, 不能同时测定多种元素. Kalcsits等^[15]利用XRF对苹果赤道周围、梨果皮组织、苹果皮下组织等器官部位中钙和钾的含量进行了测定, 表明XRF可以用于检测植物组织和器官中元素的分布以及预测植物的病害. XRF法可以实现植物样品中多元素的无损、高效和快速测定, 但是基体效应严重, 且很难准确测定低含量或痕量元素. ICP-OES和ICP-MS是广泛应用的多元素分析方法, 具有灵敏度高、线性范围宽、分析速度快等优点, 但是, ICP-MS不适宜测定植物样品中K、Ca、Na、Mg等高含量元素.

目前, 植物样品前处理通常采用电热板湿法消解、高压密闭消解和微波消解等方法^[16-17], 样品前处理过程通常是基于酸(浓硫酸、硝酸等)或酸与氧化试剂(H₂O₂)的混合物, 主要包括HNO₃、HNO₃+H₂O₂、HNO₃+H₂SO₄+H₂O₂、HNO₃+H₂O₂+HF、HNO₃+HClO₄、HNO₃+HCl+HF等. Narin等^[18]采用火焰原子吸收光谱法(FAAS)和ICP-OES测定了红茶中Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Zn的浓度, 比较了电热板消解和微波消解两种消化方法. Aksuner等^[19]比较了微波消解和电热板消解植物样品中的Cu、Fe、K、Mn、Ni和Zn, 结果显示, 两种方法没有显著差异. 高媛媛等^[20]利用ICP-OES测定了植物中Cr、Mn、Zn、Cu、Ni、Pb、Mg、Al和Fe的含量, 比较了电热板消解、高压密闭消解和微波消解3种方法. Mullapudi等^[21]评价了不同微波消解方法对ICP-OES测定小麦中Zn、P、Cd、Pb、Fe、Mn、Mg、Cu、Ca、Al、Na和K的适用性. 上述植物样品前处理过程繁琐, 经常会导致系统误差的出现^[22]. 因此, 改进和简化样品消解方法值得研究.

本研究采用微波消解、电热板消解及超声消解3种前处理方法消解植物样品, 利用ICP-OES测定Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sr和Zn的含量, 对比其检出限、准确度及精密度, 同时验证了超声消解在实际工作中的可行性. 实验证明, 王水溶样超声辅助消解能够满足植物样品分析测试要求, 是一种简单、快速、准确的样品制备方法.

1 实验部分 1.1 仪器及工作条件

iCAP6000全谱直读等离子体发射光谱(Thermofisher Scientific, USA); TANK PLUS型微波消解仪(上海新仪); M5800-J型自动超声仪(Bransonic, USA); Avanti J-E型离心机(Beckman, USA); CT1462-30型电热板(天津拓至明); XSR205DU型分析天平(梅特勒托利多仪器上海有限公司). 高纯氩气(质量分数大于99.99%). ICP-OES工作条件如表 1所示.

表 1 分析元素的ICP-OES测量条件 Table 1 Test conditions of ICP-OES for analyzed elements

1.2 材料与试剂

硝酸、过氧化氢、盐酸和硫酸均购自天津科密欧化学试剂有限公司, 所有化学品均为优级纯级. Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sr和Zn单元素标准储备溶液(1000 mg/L), 购自国家有色金属及电子材料分析测试中心. 将溶液按实验要求逐级稀释, 溶液介质为2%硝酸. 实验用水为超纯水(电阻率≥18 MΩ·cm). 采用国家一级标准物质GBW10010a(大米)、GBW10011a(小麦)、GBW10013(黄豆)和GBW10048(芹菜)进行方法验证. 采用实际样品S1-S2(黄花, 太行山区山西段)、S3-S4(水稻, 太行山区山西段)、S5-S6(高粱, 太行山区山西段)、S7-S8(玉米, 太行山区山西段)进行可行性验证.

1.3 样品来源

植物样品采集于黄土高原东北边缘和太行山山脉交接地带, 北倚长城与内蒙古自治区为界, 西临黄河与陕西省相望, 东傍太行山与河北省接壤, 南抵石岭关与太原、阳泉、吕梁地区毗邻. 海拔高度893~2 426 m, 介于北纬38°30′-40°21′和东经111°51′-114°31′之间. 选取工作区内主要农作物水稻、玉米、高粱和特色经济作物黄花作为研究对象. 植物样品洗净, 沥去水分, 80~90 ℃烘干, 粉碎过100目筛.

1.4 样品前处理 1.4.1 微波消解操作步骤

将0.5000 mg植物样品、6.0 mL 65% (体积分数) HNO₃和2.0 mL 30% H₂O₂加入到消化容器中. 预消解20 min后将其放入微波消解仪中. 微波消解程序如下: 1) 5 min上升至150 ℃; 2) 150 ℃下保持20 min; 3) 10 min冷却至80 ℃. 消解后, 用超纯水定容至25 mL, 用ICP-OES法测定, 随同试验做2份空白.

1.4.2 电热板消解操作步骤

将0.5000 mg植物样品置于锥形瓶中, 加入10 mL HNO₃-HClO₄ (4+1)混合酸, 混匀后加盖, 放置12 h后电热板85 ℃加热消解3 h; 待泡沫消失后, 加入5 mL 30% H₂O₂, 继续加热, 直到样品溶液清澈无色或呈淡黄色; 冷却后, 用超纯水定容至25 mL; 用ICP-OES法测定, 随同试验做2份空白.

1.4.3 超声消解操作步骤

将0.5000 mg植物样品置于聚丙烯离心管中, 加入2 mL王水, 混合物在超声波浴中45 ℃超声30 min; 用超纯水定容至25 mL, 将所得样品溶液12 000 rpm离心10 min; 取上清液, 用ICP-OES法测定, 随同试验做2份空白.

2 结果与讨论 2.1 标准曲线的建立

直接分取单元素标准储备溶液制备5个待测元素混合标准系列浓度溶液, 溶液介质为2%硝酸. 在优化的仪器工作条件下, 以标准溶液质量浓度(×10^-6)为横坐标, 相应元素的发射强度为纵坐标绘制标准曲线. 待测元素线性校准范围分别为Ca 50×10^-6~ 4000×10^-6, Cr 0.05×10^-6~ 5×10^-6, Cu 2×10^-6~50×10^-6, Fe 3×10^-6~600×10^-6, Mg 100×10^-6~3000×10^-6, Mn 5×10^-6~50×10^-6, Ni 0.1×10^-6~5×10^-6, Sr 0.1×10^-6~300×10^-6, Zn 1×10^-6~3100×10^-6.所有待测元素相关系数均大于0.9990.

2.2 方法检出限比较

在选定的实验条件下, 对空白溶液连续测定12次, 以3倍标准偏差计算待测元素的检出限. 其结果如表 2所示.

表 2 三种消解方式下ICP-OES测定的方法检出限 Table 2 Detection limits of ICP-OES by three digestion methods

3种消解方法测定的检出限分别为0.042×10^-6~0.239×10^-6、0.046×10^-6~0.237×10^-6、0.026×10^-6~0.232×10^-6. 其中除Ca、Cr和Fe外, 电热板消解和微波消解具有相近的检出限. 采用超声消解法测定的Ca、Cr、Fe、Mg、Pb和Zn的检出限与微波消解法相近, 对于Cu、Mn、Ni和Sr, 超声消解表现出更低的检出限.

2.3 准确度和精密度比较

按本方法的实验流程, 分别称取标准物质GBW10010a(大米)、GBW10011a(小麦)、GBW10013(黄豆)和GBW10048(芹菜)各12份进行测定. 计算方法的准确度及精密度结果列于表 3.

表 3 三种方法测定的准确度和精密度 Table 3 Accuracy and precision of three digestion methods

标样	元素	标准值	微波消解			电热板消解			超声消解
标样	元素	标准值	平均值	RE/%	RSD/%	平均值	RE/%	RSD/%	平均值	RE/%	RSD/%
GBW10010a （大米）	Ca	0.007	0.0067	-4.3	6.8	0.0064	-8.6	4.9	0.0074	5.7	3.1
	Cr	0.08	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	Cu	3.0	3.20	6.7	4.0	2.71	-9.7	4.2	2.93	-2.3	3.0
	Fe	4.0	3.82	-4.5	3.8	3.27	-13.9	2.9	3.74	-6.5	2.6
	Mg	0.013	0.0124	-4.6	5.5	0.0117	-10.0	4.2	0.0136	4.6	2.0
	Mn	11.1	11.28	1.6	4.7	11.62	4.7	3.7	10.38	-6.5	5.0
	Ni	0.21	0.187	-11.0	4.7	0.191	-9.0	6.1	0.205	-2.4	4.9
	Pb	0.10	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	Sr	0.15	0.156	4.0	3.6	0.163	8.7	9.7	0.159	6.0	5.4
	Zn	13.3	13.68	2.9	5.3	12.14	-8.7	5.6	14.21	6.8	3.6
GBW10011a （小麦）	Ca	0.03	0.031	3.3	4.3	0.028	-6.7	10.1	0.027	-10.0	2.9
	Cr	0.09	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	Cu	3.0	2.85	-5.0	4.1	2.75	-8.3	7.4	2.91	-3.0	6.2
	Fe	25	26.1	4.4	6.8	21.6	-13.6	9.6	23.8	-4.8	2.3
	Mg	0.062	0.061	-1.6	5.5	0.066	6.5	6.8	0.060	-3.2	7.0
	Mn	10.0	9.32	-6.8	5.3	9.56	-4.4	4.4	9.27	-7.3	4.8
	Ni	0.08	0.073	-8.8	2.9	0.073	-8.8	3.6	0.070	-12.5	4.5
	Pb	0.09	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	Sr	2.6	2.45	-5.8	4.7	2.41	-7.3	4.4	2.52	-3.1	4.2
	Zn	12.3	12.77	3.8	5.0	13.15	6.9	6.6	11.82	-3.9	4.1
GBW10013 （黄豆）	Ca	0.153	0.151	-1.3	5.7	0.148	-3.3	5.4	0.156	2.0	3.2
	Cr	0.28	0.262	-6.4	3.6	0.267	-4.6	4.7	0.264	-5.7	5.5
	Cu	10.2	9.73	-4.6	4.5	10.30	1.0	5.7	10.48	2.7	2.4
	Fe	139	142.5	2.5	3.1	116.2	-16.4	8.3	120.5	-13.3	2.6
	Mg	0.230	0.214	-7.0	7.3	0.208	-9.6	4.1	0.211	-8.3	3.9
	Mn	28	29.37	4.9	5.2	29.91	6.8	6.6	28.39	1.4	6.7
	Ni	4.0	3.87	-3.3	6.6	3.74	-6.5	3.3	3.83	-4.3	5.6
	Pb	0.07	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	Sr	9.9	10.06	1.6	6.1	9.27	-6.4	5.7	9.55	-3.5	8.0
	Zn	38	36.14	-4.9	4.7	37.28	-2.0	4.4	34.21	8.4	4.8
GBW10048 （芹菜）	Ca	1.66	1.654	-0.4	8.4	1.617	-2.6	9.1	1.632	-1.7	7.8
	Cr	1.35	1.42	5.2	7.3	1.30	-3.7	5.6	1.47	8.9	3.9
	Cu	8.2	8.41	2.6	6.9	8.88	8.3	5.8	8.53	4.0	5.5
	Fe	597	563	-5.7	6.4	465.1	-22.1	4.0	577	-3.4	5.9
	Mg	0.53	0.522	-1.5	3.4	0.546	3.0	8.7	0.528	-0.4	3.4
	Mn	45	47.82	6.3	7.2	37.15	-17.4	2.5	39.37	-12.5	6.9
	Ni	1.8	1.66	-7.8	6.3	1.54	-14.4	6.1	1.74	-3.3	6.3
	Pb	2.7	2.57	-4.8	5.7	2.51	-7.0	7.4	2.90	7.4	4.6
	Sr	213	211.7	-0.6	5.4	200.5	-5.8	6.3	199.2	-6.5	3.6
	Zn	26	29.6	13.8	4.8	27.4	5.4	3.0	24.1	-7.3	5.0
含量单位: Ca、Mg为10^-2, 其他为10^-6. -表示低于检出限.

表 3 三种方法测定的准确度和精密度 Table 3 Accuracy and precision of three digestion methods

本文采用相对误差RE(%)衡量元素测定的准确度, 采用相对标准偏差RSD(%)衡量元素测定的精密度. 测定结果表明, 3种消解方法测定待测元素的相对标准偏差均低于10%, 均满足DD2005-03《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》的要求, 具有较好的精密度, 总体上超声消解要优于微波消解和电热板消解. 3种消解方法测定待测元素的相对误差分别为-11%~+13.8%、-22.1%~+8.7%、-13.3%~+8.9%. 微波消解和超声消解具有较好的准确度. 值得注意的是, 微波消解中GBW10010a的Ni、GBW10048的Zn以及超声消解中GBW10011a中的Ca和Ni、GBW10013中的Fe、GBW10048中的Mn测定结果偏离标准值较大, 相对误差均超过10%, 但是仍满足规范要求. 综上, 考虑到精密度和准确性, 基于ICP-OES测定植物样品中的Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sr和Zn, 王水溶样超声辅助消解是一种简单、快速、准确的样品制备方法.

2.4 超声消解法可行性研究

为了验证超声消解法在实际工作中的可行性, 本研究对太行山区山西段生态修复支撑调查项目中8件植物样品(黄花、水稻、高粱、玉米)进行测定. 在已报道的针对植物样品的消解方法中, 采用HNO₃ /H₂O₂溶样, 微波辅助消解被认为是一种成熟的前处理方法^[23-26]. 因此, 本研究将该消解方法作为参考方法, 利用ICP-OES分别通过微波消解法和超声消解法对实际样品各7份进行测定. 测定结果如表 4所示.

表 4 ICP-OES法测定实际样品中的元素含量 Table 4 Analysis result of element contents in samples detected by ICP-OES

样品	元素	微波消解法	超声消解法	F-test	t-test	样品	元素	微波消解法	超声消解法	F-test	t-test
S1（黄花）	Ca	0.352	0.345	1.27	1.19	S2（黄花）	Ca	0.350	0.347	1.22	0.51
	Cu	4.92	5.23	2.20	1.57		Cu	4.86	4.70	1.01	1.03
	Fe	104.5	106.2	1.06	1.18		Fe	96.4	102.1	1.57	2.21
	Mg	0.148	0.145	2.32	1.27		Mg	0.143	0.148	2.29	1.00
	Mn	18.37	18.25	1.63	0.19		Mn	16.6	17.7	1.18	2.36
	Ni	0.780	0.815	2.72	1.76		Ni	0.794	0.735	3.11	1.92
	Sr	23.9	25.0	2.44	2.0		Sr	27.0	28.7	1.27	2.72
	Zn	23.0	23.5	1.62	1.54		Zn	20.4	20.5	1.09	0.27
S3（水稻）	Ca	0.0121	0.0116	1.38	2.20	S4（水稻）	Ca	0.0116	0.0121	1.48	1.61
	Cr	0.410	0.422	1.93	1.16		Cr	0.438	0.428	2.61	0.75
	Cu	2.46	2.51	2.93	2.53		Cu	2.00	1.94	1.44	2.12
	Fe	59.6	62.8	1.30	2.17		Fe	25.9	26.5	1.40	1.03
	Mg	0.141	0.138	1.15	0.97		Mg	0.140	0.144	1.77	1.50
	Mn	31.6	31.8	1.49	0.65		Mn	29.3	28.3	2.16	2.13
	Ni	0.462	0.485	4.15	1.94		Ni	0.231	0.238	1.11	1.79
	Sr	1.56	1.47	1.21	1.83		Sr	1.18	1.14	2.02	1.67
	Zn	16.6	17.1	2.01	0.90		Zn	15.8	17.2	1.94	2.37
S5（高粱）	Ca	0.0145	0.0144	1.10	0.21	S6（高粱）	Ca	0.0130	0.0128	2.69	0.48
	Cr	0.145	0.139	1.65	1.39		Cr	0.168	0.170	2.18	0.54
	Cu	3.01	3.06	3.69	1.33		Cu	3.14	3.23	3.54	1.95
	Fe	38.6	39.5	1.77	0.63		Fe	45.5	47.5	1.09	1.58
	Mg	0.170	0.168	2.69	0.58		Mg	0.190	0.192	3.32	0.79
	Mn	18.2	17.9	4.18	2.14		Mn	20.6	20.4	1.44	0.65
	Sr	1.99	2.01	3.38	0.73		Sr	1.07	1.07	1.17	0.79
	Zn	21.7	21.0	1.00	1.91		Zn	23.84	24.4	2.34	2.15
S7（玉米）	Ca	0.0060	0.0059	3.30	0.28	S8（玉米）	Ca	0.0049	0.0048	3.73	0.53
	Cr	0.113	0.118	1.69	1.84		Cr	0.123	0.118	1.80	1.40
	Cu	1.07	1.07	2.12	0.02		Cu	1.22	1.21	2.55	0.31
	Fe	18.7	19.3	1.15	1.10		Fe	17.4	16.0	1.37	2.71
	Mg	0.131	0.129	1.06	0.73		Mg	0.117	0.114	1.62	0.85
	Mn	5.05	5.25	3.18	1.80		Mn	4.87	4.78	3.56	0.61
	Sr	0.410	0.420	1.88	1.59		Sr	0.438	0.434	1.42	0.26
	Zn	14.0	14.1	1.09	0.27		Zn	14.5	14.6	1.32	0.82
含量单位:Ca、Mg为10^-2,其他为10^-6; n=7, P=0.95, F=4.28, t=2.45.

表 4 ICP-OES法测定实际样品中的元素含量 Table 4 Analysis result of element contents in samples detected by ICP-OES

本方法以95%的置信度为检验标准, 采用F检验法和t检验法对微波消解和超声消解两种方法进行显著性差异检验. 测试结果表明, 超声消解法测得所有样品待测元素的F检验值均低于本次测试的临界值(F_critical=4.28), t检验值除S3中的Cu和S8中的Fe外, 其余值均低于本次测试的临界值(t_critical=2.45). 因此, 王水溶样超声辅助消解法能够基本满足植物样品分析测试要求.

3 结语

本研究基于ICP-OES法建立了植物样品中多元素的快速检测方法, 实现了对植物样品中Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sr、Zn等10种元素的测定. 实验结果表明: 相较于传统使用的微波消解和电热板消解技术, 超声辅助消解具有耗时短、操作流程简便等优点. 同时, 超声消解较微波消解和电热板消解具有更低的检出限, 其准确度和精密度均满足DD2005-03《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》的要求. 通过对太行山区山西段实际样品进行分析, 验证了超声消解是一种简单、快速、准确的样品制备方法. 超声消解-ICP-OES法测定植物样品可为自然资源调查、监测及生态风险评价提供技术支撑.

参考文献

[1]	梁帅, 朱建新, 戴慧敏, 等. 黑龙江拜泉地区硒元素在土壤-植物系统中的迁移富集规律[J]. 地质与资源, 2021, 30(4): 456-464, 478. Liang S, Zhu J X, Dai H M, et al. Migration and enrichment of selenium in soil-plant system in Baiquan area, Heilongjiang Province[J]. Geology and Resources, 2021, 30(4): 456-464, 478. DOI:10.13686/j.cnki.dzyzy.2021.04.007
[2]	丁秋红, 唐韬, 王龄广, 等. 辽宁北部地区岩石-土壤-植物中硒元素地球化学研究[J]. 地质与资源, 2021, 30(5): 570-576, 636. Ding Q H, Tang T, Wang L G, et al. Geochemical study on selenium in rock-soil-plant in northern Liaoning Province[J]. Geology and Resources, 2021, 30(5): 570-576, 636. DOI:10.13686/j.cnki.dzyzy.2021.05.007
[3]	端爱玲, 王思远, 董艳红, 等. 微波消解-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定植物样品中的磷、硫[J]. 中国无机分析化学, 2021, 11(6): 126-130. Duan A L, Wang S Y, Dong Y H, et al. Determination of phosphorus and sulfur in plants by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry with microwave digestion[J]. Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2021, 11(6): 126-130.
[4]	Shishov A, Gerasimov A, Bulatov A. Deep eutectic solvents based on carboxylic acids for metals separation from plant samples: elemental analysis by ICP-OES[J]. Food Chemistry, 2022, 366: 130634. DOI:10.1016/j.foodchem.2021.130634
[5]	Yan C X, Yang X F, Li Z G, et al. Switchable hydrophilicity solvent-based preconcentration for ICP-OES determination of trace lead in environmental samples[J]. Microchemical Journal, 2021, 168: 106529. DOI:10.1016/j.microc.2021.106529
[6]	杨柳, 唐振, 王海娇. 电感耦合等离子体发射光谱法测试地质样品中的基体效应及校正办法[J]. 地质与资源, 2020, 29(3): 289-293. Yang L, Tang Z, Wang H J. The matrix effect in geological sample test by ICP-AES and correction method[J]. Geology and Resources, 2020, 29(3): 289-293.
[7]	于趁, 窦彩云, 侯兰静, 等. 微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定辣椒提取物中五种有害元素[J]. 中国食品添加剂, 2022, 33(3): 175-180. Yu C, Dou C Y, Hou L J, et al. Determination of five toxic heavy metals in pepper extracts by microwave digestion and inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. China Food Additives, 2022, 33(3): 175-180. DOI:10.19804/j.issn1006-2513.2022.03.023
[8]	袁建民, 何璐, 杨晓琼, 等. 干热河谷区余甘子不同器官中19种无机元素分布规律研究[J]. 中国农学通报, 2020, 36(25): 60-66. Yuan J M, He L, Yang X Q, et al. Distribution of 19 inorganic elements in different organs of phyllanthus emblica in dry-hot valley[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(25): 60-66.
[9]	何姣姣, 江荣风, 王雁峰, 等. X射线荧光光谱法在测定土壤及植物矿质养分方面的应用[J]. 中国土壤与肥料, 2020(1): 1-7. He J J, Jiang R F, Wang Y F, et al. Application of X-ray fluorescence spectroscopy in determination of soil and plant mineral nutrients[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2020(1): 1-7.
[10]	李朝英, 郑路. 盐酸浸提-AAS法测定植物钾钙镁含量的检测条件优化与改进[J]. 中国农学通报, 2019, 35(9): 46-52. Li Z Y, Zheng L. Optimization and improvement of detection conditions for potassium, calcium and magnesium in plants by hydrochloric acid extraction-AAS method[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2019, 35(9): 46-52.
[11]	周启武, 杨国琴, 张国昌, 等. 入侵植物紫茎泽兰对其根际重金属的富集作用研究[J]. 安徽农业科学, 2020, 48(24): 87-90, 93. Zhou Q W, Yang G Q, Zhang G C, et al. Study on the bioaccumulation ability of Eupatorium adenophorum to heavy metal ions in its rhizosphere soil[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2020, 48(24): 87-90, 93.
[12]	时宇, 冉珊珊, 黄黄, 等. 黄石国家矿山公园草本植物重金属富集能力研究[J]. 生态环境学报, 2018, 27(4): 769-775. Shi Y, Ran S S, Huang H, et al. Enrichment capability of herbaceous plants in Huangshi National Mine Park[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2018, 27(4): 769-775.
[13]	秦玉燕, 蓝唯, 蒋越华, 等. 高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法测定植物样品中的4种砷形态[J]. 理化检验-化学分册, 2021, 57(1): 26-31. Qin Y Y, Lan W, Jiang Y H, et al. HPLC-HG-AFS determination of 4 arsenic species in plant samples[J]. Physical Testing and Chemical Analysis (Part B: Chemical Analysis), 2021, 57(1): 26-31.
[14]	陈海杰, 马娜, 陈卫明, 等. 抑制植物样品消解过程中硒挥发的方法[J]. 分析化学, 2020, 48(9): 1268-1272. Chen H J, Ma N, Chen W M, et al. A method for suppressing volatile loss of selenium in digestion of plant samples[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2020, 48(9): 1268-1272.
[15]	Kalcsits L A. Non-destructive measurement of calcium and potassium in apple and pear using handheld X-ray fluorescence[J]. Frontiers in Plant Science, 2016, 7: 442.
[16]	藏吉良, 李志伟, 赵伟, 等. 风冷回流消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定植物样品中46个元素[J]. 岩矿测试, 2012, 31(2): 247-252. Zang J L, Li Z W, Zhao W, et al. Determination of 46 kinds of elements in plant samples by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry with air-cooled reflux digestion[J]. Rock and Mineral Analysis, 2012, 31(2): 247-252.
[17]	李艳华, 刘军, 李鹏程, 等. 高压密闭消解-氢化物发生原子荧光光谱法测定植物样品中的汞[J]. 当代化工, 2020, 49(11): 2588-2591. Li Y H, Liu J, Li P C, et al. Determination of hg in plant samples by high pressure closed digestion-hydride generation atomic fluorescence spectrometry[J]. Contemporary Chemical Industry, 2020, 49(11): 2588-2591.
[18]	Narin I, Colak H, Turkoglu O, et al. Heavy metals in black tea samples produced in Turkey[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2004, 72(4): 844-849.
[19]	Aksuner N, Henden E, Aker Z, et al. Determination of essential and non-essential elements in various tea leaves and tea infusions consumed in Turkey[J]. Food Additives & Contaminants: Part B, 2012, 5(2): 126-132.
[20]	高媛媛, 彭兆丰, 邱海鸥, 等. ICP-OES测定金矿尾矿区优势植物中的重金属元素[J]. 分析试验室, 2016, 35(5): 521-525. Gao Y Y, Peng Z F, Qiu H O, et al. Determination of heavy metal elements in dominant plants from Hubei Zigui Yueliangbao gold mine tailings with ICP-OES[J]. Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2016, 35(5): 521-525.
[21]	Mullapudi V B K, Chandrasekaran K, Venkateswarlu G, et al. Development of a simple and rapid microwave-assisted extraction method using very dilute solutions of perchloric acid and hydrogen peroxide for the multi-elemental analysis of food materials by ICP-OES: A green analytical method[J]. Microchemical Journal, 2019, 146: 807-817.
[22]	Welna M, Szymczycha-Madeja A, Pohl P. A comparison of samples preparation strategies in the multi-elemental analysis of tea by spectrometric methods[J]. Food Research International, 2013, 53(2): 922-930.
[23]	Santos H M, Coutinho J P, Amorim F A C, et al. Microwave-assisted digestion using diluted HNO₃ and H₂O₂ for macro and microelements determination in Guarana samples by ICP OES[J]. Food Chemistry, 2019, 273: 159-165.
[24]	Muller E I, Muller C C, Souza J P, et al. Green microwave-assisted wet digestion method of carbohydrate-rich foods with hydrogen peroxide using single reaction chamber and further elemental determination using ICP-OES and ICP-MS[J]. Microchemical Journal, 2017, 134: 257-261.
[25]	Correia F O, Silva D S, Costa S S L, et al. Optimization of microwave digestion and inductively coupled plasma-based methods to characterize cassava, corn and wheat flours using chemometrics[J]. Microchemical Journal, 2017, 135: 190-198.
[26]	Tarantino T B, Barbosa I S, de C Lima D, et al. Microwave-assisted digestion using diluted nitric acid for multi-element determination in rice by ICP OES and ICP-MS[J]. Food Analytical Methods, 2017, 10(4): 1007-1015.