本发明涉及土壤中有效硼含量的测定，具体涉及一种超声加热浸提-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中有效硼的方法。
背景技术：
硼是植物生长发育所必需的微量元素之一，在植物的生理生化尤其是生殖器官的发育过程中起着重要的作用，能够促进植物生长茂盛和开花结实，对作物生长的品质和产量有着重要影响。土壤有效硼是指植物可从土壤中吸收利用以供植物生长的硼，通常国内外都广泛用水溶态硼来代表土壤中的有效硼。由于土壤有效硼含量很低，而作物对于硼的丰缺极限很窄，因此对土壤中有效硼的测定精确度要求很高。
对土壤中有效硼的测定包括对土壤中有效硼的浸提步骤即样品处理步骤，以及硼含量的测定步骤。其中，
土壤有效硼常用的测定方法有甲亚胺分光光度法、姜黄素比色法、电感耦合等离子体发射光谱法(icp-aes)、电感耦合等离子体质谱法(icp-ms)等。相比于甲亚胺和姜黄素法，电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法操作更为简便，在浸提过程完成后，可将浸提液离心或者过滤直接上机测试，分析结果受实验条件和试剂影响小，更适合于大批量样品的检测。相对于电感耦合等离子体发射光谱法，电感耦合等离子体质谱法具有更高的灵敏度，更低的检出限且谱线干扰更少。
对于土壤有效硼的浸提，传统浸提主要有直接煮沸沸水浸提和水浴加热等。由于大多数玻璃器皿中都含有硼元素，因此，实验中要尽量避免使用玻璃器具。在沸水浸提的过程中，需要用到石英器皿及石英冷凝回流装置，操作复杂且成本高，不适合作为大批量样品的前处理。而水浴法中用到的聚乙烯材质容器不耐高温，水浴温度通常维持在95℃保持稳定，导致最终实验结果略低于煮沸法。
因此，有必要提供一种可大批量对样品进行浸提操作且操作简便，同时保证测定结果准确的土壤中有效硼含量的测定方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种超声加热浸提-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中有效硼的方法，该方法可实现大批量对样品进行浸提操作且操作简便，同时保证测定结果准确。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
超声加热浸提-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中有效硼的方法，包括样品处理步骤和硼含量测定步骤，其中：
在样品处理步骤中，将样品与纯水混合，所得混合液在30-60khz、60-80℃条件下超声浸提≥15min，离心和/或过滤，收集滤液，备上电感耦合等离子体质谱仪测定其中的有效硼含量；其中，用于盛装样品处理步骤中涉及的液体的容器为聚乙烯材质制成的容器；
在硼含量测定步骤中，电感耦合等离子体质谱仪的测定同位素选择为11b，以2-10μg/l的rh标准溶液作内标溶液，内标元素选择为103rh。
本发明所述方法中，所述的有效硼是指土壤中的水溶态硼。
本发明所述方法中，所述的样品可以是农田土壤样品、森林土壤样品、离子型稀土矿区土壤样品或重金属矿区土壤样品。
上述方法中，样品可按现有常规方法来获得，具体可按以下方法进行制备：采集土样，在干燥通风并且无酸、碱气体和灰尘等污染物的风干室内风干，当土样的含水率在5-10％时，将大块土壤分碎(防完全干后样品结块)；当样品风干至含水率在≤5％时，挑拣出非土壤部分(如动植物残体、石块和结核等)，然后置于木制器具上用木棍压碎、磨细，过2mm孔径尼龙筛，收集筛下物即得到样品。
上述方法的样品处理步骤中，样品的称样量控制在2-10g之间，样品与纯水(即浸提剂)的比例通常为1g：2-10ml，更优选为1g：5ml。在进行超声浸提时，所述超声提取的时间优选15-30min，更优选为20-30min。进一步的，超声浸提优选是在30-45khz、70-80℃条件下进行。更进一步的，是将样品与纯水混合所得的混合液在30-45khz、70℃条件下超声浸提20min。在超声浸提完成后，优选先以3000-4000rpm的速度离心2-5min，然后再经孔径为0.45μm的滤膜过滤，所得滤液直接上电感耦合等离子体质谱仪进行测定。
上述方法中，用于盛装样品与纯水混合所得的混合液的容器具体可以是聚乙烯瓶，而盛装过滤后的滤液的容器具体可以是聚乙烯材质制成的烧杯等。
上述方法的硼含量测定步骤中，要先采用电感耦合等离子体质谱仪绘制工作曲线，然后再利用绘制的工作曲线得到最终的有效硼含量数据，在使用电感耦合等离子体质谱仪测定硼含量时，内标溶液采用在线加入的方式，在与待测溶液混合(通常是经三通管与待测溶液混合)后引入电感耦合等离子体质谱仪进行测量。而所述的绘制工作曲线的操作与现有技术相同，通常包括：配制含有硼的多份不同浓度的标准溶液，介质为水；将配制的多份标准溶液逐一上电感耦合等离子体质谱仪测定，得到工作曲线。其中，配制不同浓度的标准溶液的操作与现有技术相同。测试所得的结果按下式计算以得到试样中有效硼的含量，数值以mg/kg表示：
其中：ωx表示有效的质量浓度，mg/kg；
ρx表示用icp-ms测定待测试样溶液中硼的质量浓度，μg/l；
ρ0表示用icp-ms测定空白试样溶液中硼的质量浓度，μg/l；
m表示试样的质量，g；
v表示试样液的体积，ml。
与现有技术相比，本发明采用超声加热浸提土壤样品，只要将样品与纯水的混合液置于设置好频率、温度及时间的超声设备中即可完成对样品的处理，不仅可以实现一次性大批量地对样品进行浸提，而且操作简便，无需过多的监控与操作；另一方面，结合后续的icp-ms使得整个方法在测定土壤样品中的有效硼含量时，检出限更低、线性范围更宽且准确度更高。
(一)对本发明所述方法的准确度和精密度等实验：
实验方法：将样品与浸提剂混合，在超声浸提后，过滤，收集滤液，上电感耦合等离子体质谱仪测定其中的有效硼含量。具体包括实验条件、样品处理、工作曲线绘制、检出限试验、精密度和准确度试验、加标回收试验、，其中：
(1)实验条件
①仪器条件
icapq型电感耦合等离子体质谱仪(美国thermofisherscientific公司)，配备同心雾化器和旋流雾室。kq5200db型数控超声波清洗仪(昆山市超声仪器公司，工作频率30-60khz，温度设定范围室温至80℃，额定功率200w)。离心机(长沙湘仪离心机仪器有限公司)。艾柯超纯水机(成都唐氏康宁科技发展有限公司)。
表1仪器工作参数
②实验所用试剂
硼标准储备溶液：1000μg/ml(国家有色金属及电子材料分析测试中心，介质为水)。
铑内标溶液：由铑单元素标准储备溶液(1000μg/ml，国家有色金属及电子材料分析测试中心)逐级稀释得到，介质为0.3mol/l硝酸。
实验所用硝酸为优级纯；实验用水为电阻率大于18.25mω·cm的超纯水(由艾柯超纯水机制备)。
③测定同位素的选择
自然界中稳定存在的硼同位素有10b和11b，其中11b的丰度较大(80.1％)。11b主要的质谱干扰来源于双电离电荷23na++，可通过优化仪器条件，降低氧化物产率来消除。在最佳仪器工作条件下，分别用0.00、0.10、0.50、1.00、5.00、10.0和40.0μg/ml的na单元素标准溶液对11b进行了干扰测定。结果表明，在试验浓度范围内不同质量浓度的na对11b的测定强度的贡献与空白基本相同，23na++对11b的测定干扰可以忽略不计，因此本方法选用11b作为测定同位素。
(2)样品处理
称取样品2.0-10.0g于100ml带盖可密封聚乙烯瓶中，按1g：5ml的比例加入纯水，盖紧瓶盖，置于超声清洗仪中，在60-80℃下进行超声浸提，20-30min。浸提完成后，取出聚乙烯瓶，待样品冷却后转移至离心管中，以3000-4500rpm的转速离心5min，用带0.45μm滤膜的针筒过滤器分取离心后的上清液约5ml进行过滤，将滤液收集在干燥洁净的30ml聚四氟乙烯烧杯中，采用电感耦合等离子体质谱仪对滤液中的有效硼含量进行测定。随同试样制备流程空白和质控样品。
(3)工作曲线绘制
将硼单元素标准储备溶液用纯水逐级稀释，配制成质量浓度分别为0.00，1.00，5.00，10.0，50.0，100，500μg/l的标准工作溶液系列。采用103rh作为内标，以硼单元素质量浓度为横坐标，测定强度(cps计数)为纵坐标，仪器自动绘制出标准工作曲线，所得曲线线性相关系数应大于0.9999。
(4)检出限试验
按照实验选定的仪器条件，绘制工作曲线后，按照国际理论和应用化学联合会(iupac)的规定，对样品流程空白进行11次连续测定，计算出该元素的标准偏差σ，利用公式cl＝3σ得到检出限。以3倍检出限求得方法的测定下限。
本方法有效硼检出限为0.09ng/kg；测定下限为0.27ng/kg。
(5)方法精密度
用本方法对2个不同采样点采集的土壤样品中有效硼进行了9次独立测定，测定结果的相对标准偏差(rsd)均小于5％，方法完全满足土壤样品中有效硼的分析要求。结果见表2。
表2方法精密度和准确度(n＝9)
(6)方法准确度
用本方法分别对土壤有效态成分分析标准物质gbw07416a、gbw07417和gbw07460进行了分析，测定结果均与标准认定值相符，说明本实验方法具有较高的准确度。结果见表3。
表3标准样品分析结果
(7)加标回收试验
将硼标准储备溶液用水逐级稀释，分别配制成质量浓度为50μg/l和100μg/l的硼标准溶液。分别以这两个浓度的标准溶液作为浸提剂，对1#样品进行超声提取，作样品全流程加标回收试验(见表4)，方法的加标回收率在98-101％之间。
表4加标回收试验(n＝5)
(二)对超声温度及浸提时间选择的优化实验：
实验条件、样品处理、工作曲线绘制与前述相同。
(1)浸提温度的选择
通过超声仪上的数字温控分别对土壤有效态成分分析标准物质gbw07460在40khz下超声30min进行不同温度条件下的提取试验，并通过标准沸水浸提方法进行了对照试验。结果见表5。
表5超声浸提温度试验与标准方法测定结果
由表5可知，当超声浸提温度较低(≤50℃)时，样品中的有效硼不能完全浸出；当温度在60℃时，土壤中有效硼的浸出率达到90％以上；而当温度在70℃以上时，有效硼浸出完全，测定结果与标准方法一致，并且在试验温度范围内不再随着温度升高而变化。因此，超声浸提温度可确定为60-80℃。
(2)超声时间的选择
在50、60、70和80℃下时，分别采用5、10、15、20、25和30min作为浸提时间，对前述土壤1#样品进行了不同超声时间条件下的浸提试验，结果见表6。与此同时以甲亚胺-h比色法ny/t1121.8-2006测定土壤1#样品中有效硼的含量，结果为0.41mg/kg。
表6不同超声浸提时间试验结果
由表6可知，当浸提温度在60-80℃、浸提时间≥15min时，测定结果与甲亚胺-h比色法结果相当，因此，确定超声时间为≥15min，优选20-30min。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
分别称取广西某地农田区的两个土壤样品5.0g于100ml带盖可密封的聚乙烯瓶中，加入25ml纯水，盖紧瓶盖，置于超声清洗仪中，于70℃下分别超声浸提20min。浸提完成后，取出聚乙烯瓶，待样品冷却后转移至离心管中，以4000rpm的转速离心5min，上清液经孔径为0.45μm滤膜过滤后，收集滤液，采用电感耦合等离子体质谱仪测定滤液中的有效硼含量分别为0.42mg/kg和0.34mg/kg。
以甲亚胺-h比色法ny/t1121.8-2006测定土壤中有效硼的含量，与本发明方法作比较实验：
甲亚胺-h比色法是将试样称至250ml石英锥形瓶中，按1：2的土液比加入1g/l的硫酸镁溶液，装好冷凝回流装置，文火煮沸5min后，取下锥形瓶，稍冷，对样品以4000rpm的转速进行离心5min，吸取4ml上清液于10ml比色管中，加入0.5ml酸性高锰酸钾溶液，摇匀，放置2～3min后加入0.5ml100g/l的左旋抗坏血酸溶液，摇匀，待紫红色消褪且褐色的二氧化锰沉淀完全溶解后，加入5.00ml甲亚胺-抗坏血酸混合显示剂，摇匀，放置1h后于波长415nm处用2cm光径比色皿测读吸光度，两个样品中有效硼含量结果分别为0.41mg/kg和0.35mg/kg。
以上两种方法测定结果说明，超声加热浸提-电感耦合等离子体质谱法测定有效硼结果准确，且操作更简便、条件易于控制。
实施例2
分别称取广西某地区的两个森林土壤样品10.0g于100ml带盖可密封聚乙烯瓶中，各加入50ml纯水，盖紧瓶盖，置于超声清洗仪中，于80℃下分别超声浸提20min。浸提完成后，取出聚乙烯瓶，待样品冷却后转移至离心管中，以4000rpm的转速离心5min，上清液经孔径为0.45μm的滤膜过滤后，收集滤液，采用电感耦合等离子体质谱仪测定滤液中的有效硼含量分别为0.27mg/kg和0.38mg/kg。
同样以甲亚胺-h比色法作对比实验，测得有效硼含量结果分别为0.27mg/kg和0.37mg/kg。
实施例3
称取江西某离子型稀土矿区土壤5.0g于100ml带盖可密封聚乙烯瓶中，加入50ml纯水，盖紧瓶盖，置于超声清洗仪中，在65℃下超声浸提30min。浸提完成后，取出聚乙烯瓶，待样品冷却后转移至离心管中，以4000rpm的转速离心5min，上清液经孔径为0.45μm滤膜过滤后，收集滤液，采用电感耦合等离子体质谱仪测定滤液中的有效硼含量为0.54mg/kg。
同样以甲亚胺-h比色法作对比实验，测得有效硼含量结果为0.52mg/kg。
实施例4
称取云南某铅锌矿区土壤10.0g于100ml带盖可密封聚乙烯瓶中，加入20ml纯水，盖紧瓶盖，置于超声清洗仪中，在75℃下超声浸提20min。浸提完成后，取出聚乙烯瓶，待样品冷却后转移至离心管中，以4000rpm的转速离心5min，上清液经孔径为0.45μm滤膜过滤后，收集滤液，采用电感耦合等离子体质谱仪测定滤液中的有效硼含量为0.099mg/kg。
同样以甲亚胺-h比色法作对比实验，测得有效硼含量结果为0.10mg/kg。
以上实验内容充分表明，本发明提供的超声加热浸提结合电感耦合等离子体质谱法测定土壤中有效硼的分析方法具有简便快速、结果准确度高，精密度好，检出限低等优点，可作为土壤有效硼测定标准方法的一个补充，适应于大批土壤样品中有效硼的快速检测。