不同仪器测钾性能及优缺点比较研究_王敬

第 50 卷 第 2 期 2013 年 3 月
土
壤
学
报
Vol. 50 ， No. 2 Mar． ， 2013
ACTA PEDOLOGICA SINICA
不同仪器测钾性能及优缺点比较研究
王 敬 王火焰
摘 要
*
周健民 陈小琴 杜昌文
（ 土壤与农业可持续发展国家重点实验室（ 中国科学院南京土壤研究所） ， 南京 210008 ）
火焰光度计选用两种， 一种是由英国 Sherwood 公 司 生 产 的 410 型 工 业 用 火 焰 光 度 计 （ FP （ M410 ） ） ， 该仪器与国产 6410 等火焰光度计的工作 原理相同。但该仪器设有 4 个不同量程的档位可
* 农业部行业专项（ 201203013 ） 、 国家自然科学基金项目（ 40971176 ） 和国际植物营养研究所中国项目（ Nanjing － 12 ） 资助 通讯作者， Email： hywang@ issas. ac. cn 作者简介： 王 mail： jwangcxx@ 126. com 敬（ 1988 —） ， 女， 硕士研究生， 主要研究方向为土壤钾素肥力评价。E收稿日期： 2012 － 03 － 08 ； 收到修改稿日期： 2012 － 04 － 22
［1623 ］
Advantage 型号仪器。 选用常 热电公司生产的 Iris用的 ICP 测定条件进行钾的测定， 采用 766. 5 nm 钾
－1 谱线， 仪器功率为 1 150 W， 蠕动泵速 100 r min ，
。 采用何种仪器测钾既主要
依赖于仪器的可用性、 仪器的运行成本， 也与不同 。 仪器的测钾性能有关 不同仪器测钾性能涉及检 出限、 稳定性、 线性范围、 抗干扰能力和测定效率等 多个指标
空白测量次数 ICP1 ） Frequency of measurement 1 0. 150 5 2 0. 015 4 3 0. 021 7 4 0. 083 9 5 0. 009 1 6 － 0. 014 7 7 0. 071 3 8 0. 056 6 9 0. 112 5 10 0. 040 5 S b 5） 0. 051 0 0. 977 K6 ） 0. 157 D. L7 ）
2 －1 ［29 ］
2
2. 1
结果与讨论
四种仪器测钾的检出限比较
检出限是评价仪器性能好坏的重要指标之一， 能 ［29 ］ 综合反映仪器的灵敏度和稳定性 。 仪器的动态 稳定性好， 灵敏度高， 则检出限低。 本文条件下， 不 5） ＞ 同仪器测钾检出限大小顺序为 ICP ＞ FP （ HGFP（ M410 ） ＞ AAS （ 表 1 ） 。 这主要是由于 ICP 测量 过程中空白标准偏差大， 仪器稳定性差， 灵敏度低， 进而检出限最高。 而 AAS 对 空 白 测 量 10 次 产 生 仪 器 动 态 稳 定 性 好， 检出限最 的标准 偏 差 最 小 ， 低， 是 ICP 检出限的八十分之一 。 FP （ M410 ） 虽然 测定过程中 的 稳 定 性 较 差 ， 但各个档位的灵敏度 不同 ， 将灵敏度调至最佳档位 （ 四档 ） ， 得检出限为 －1 0. 005 mg L ， 5） 仪器 检 出 限 低 于 ICP。 FP （ HG稳定性好 ， 且灵敏度高 ， 检出限较低 。
定的状态。 而后测定与各种仪器相匹配的标准曲 线， 再测定与仪器相适宜的某一浓度钾标准溶液 ，
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表1
Table 1
土
不同仪器测钾的检出限
for comparison （ mg L － 1 ）
壤
学 2. 2
报 四种仪器测钾的线性范围比较
50 卷
Detection limits of the K measuring instruments
［2425 ］
雾化器压力为 30 PSI， 采用垂直观测方式， 曝光积分 时间为 10 s。 原子吸收分光光度计（ AAS） 采用美国瓦里安公司 220 型号仪器。使用钾阴极灯， 生产的 AA测定谱线为
－1 766. 5 nm 钾灵敏谱线， C2 H2 空气流量为 13. 5 L min ， －1 流量为 2 L min 。
（ HG5 ） 加 LiCl） 进行 10 次重复测定。 根据国际纯 粹应用化学联合会（ IUPAC ） 定义的如下公式计算出 检出限： D. L = K'S b / K D. L 为检出限； K' 为根据一定置信水平确定的 式中， 系数 （ K' = 3 ） ； S b 为空白溶液多次测定结果的标准 偏差（ 一般实验次数至少 10 次） ； K 为该方法的灵敏 通过选取三个低浓度钾标液 （ 最低浓度是检出 度， 限的 2 倍 ～ 10 倍 ） ， 依其浓度与测得的信号值做成 计算曲线的斜率即为灵敏度 。 标准曲线， 1. 2. 2 仪器线性范围 为测定不同仪器测钾的 根据不同仪器的测钾量程， 设置由低到 线性范围， ICP 设 0 、 1. 0 、 5. 0 、 10. 0 、 高的不同钾标准溶液系列， 50. 0 、 100 、 200 、 500 、 800 、 1 000 、 1 500 、 2 000 、 2 500 、 5 000 、 10 000 、 20 000 mg L － 1 ； AAS 设 0 、 0. 2 、 0. 4 、 0. 6 、 0. 8 、 1. 0 、 1. 5 、 2. 0 、 3. 0 、 4. 0 、 5. 0 、 10. 0 mg L － 1 ； FP （ M410 ） 设 0 、 0. 5 、 1. 0 、 2. 0 、 5. 0 、 10. 0 、 15. 0 、 20. 0 、 50. 0 、 100 、 500 、 1 000 、 1 500 、 2 000 、 2 500 、 5 000 、 10 000 、 20 000 mg L ； FP （ HG5 ） 设 0、 1. 0 、 5. 0 、 10. 0、 20. 0、 30. 0、 40. 0、 50. 0、 60. 0、 70. 0 mg L － 1 。 根据标液钾浓度与测定的信号值绘制标准曲线 ， 计 2 算线性回归方程的决定系数 R 。 随钾浓度由低到 线性方程的 R 会下降， 本研究取线 高的范围增加， 2 R ＞ 0. 999 0 性方程 的区段为该方法的线性范围。 1. 2. 3 为比较不同仪器的稳定性， 所有仪器开机后均预热 30 min， 使仪器进入相对稳 仪器稳定性
。已有文献均有 AAS、 FP 或 ICP 测钾
稳定性好、 精密度高以及测量效果好方 检出限低、 ［2628 ］ ， 但这些研究大多是对单一仪器性能 面的报道 的评价， 鲜有对不同仪器同时进行比较的研究。 由 于这四种仪器的制造原理和发光机制不同 ， 其测钾 性能会存在一些差异。 本文对这四种仪器的测钾
钾是地球化学和生命过程中涉及的重要元素 也是矿业、 石油化工、 农业和医疗等多种行业 之一， 的常规测试指标。 钾素测量已由早期的化学测定 冠醚测定法等 ） 发展到现今 法（ 如四苯硼钠重量法、 多种仪器的快速测定 外
［78 ］ ［1-6 ］
以期为不同目的钾素测 性能进行了一系列的比较， 定的仪器选来自提供依据。－1 －1 －1
在其他参数均不改变的条件下， 每 30 min 测量同样 的溶液一次， 记录测量结果， 连续监测 3 h。 1. 2. 4 抗干扰能力 仪器测钾过程中的干扰可 气压、 吸样速率等方面波动产生的物 能来自电压、 理干扰， 也可能是多种待测液之间， 或者待测液与 标准溶液之间成份差异带来的基体干扰 。 基体干 扰一般可采用标准溶液与待测液基体匹配的方法 标液与样本的 来解决或优化。但实际操作过程中， 基体不可能达到完全匹配， 因而比较和考察仪器抗 不同浓度酸、 盐干扰的能力仍然非常重要。 为比较不同种类无机酸对不同仪器测钾结果 的影响程度， 各仪器均采用含钾的水溶液制作标准 1% 、 2% 、 3% 、 5% 或 曲线， 测定分别添加了 0. 5% 、 10% 的 H2 SO4 、 HCl 或 HNO3 的钾溶液。 溶液钾浓度 ICP、 AAS、 FP （ M410 ） 和 FP 均为各仪器适合的浓度， （ HG5 ） 测定不同酸溶液中钾的浓度分别为 50 、 2、 50 和 20 mg L － 1 。 为比较不同仪器测钾受其他阳离子的干扰程 各仪器均采用含钾的水溶液制作标准曲线 ， 测 度， 0. 01 、 0. 05 、 0. 1 或 0. 5 mol L － 1 定分别添加了 0. 005 、 CaCl2 或 MgCl2 的钾溶液。 各仪器测定的盐 的 NaCl、 溶液中钾浓度与上述酸溶液中钾浓度相同 。 本研 其他试 究中钾的标准溶液采用优级纯的 KCl 配制， 剂均为分析纯。 1. 3 数据分析与统计 SPSS17. 0 进行。 有关数据分析与统计采用 EXCEL、
钾的测定涉及多种仪器， 不同仪器测钾原理、 仪器性能和优缺点也各不相同 。本研究对电感
原子吸收分光光度计（ AAS ） 、 普通火焰光度计（ FP M410 型） 和带锂内标的火焰光 耦合等离子光谱仪（ ICP） 、 5 型） 等几种常用仪器测钾的检出限 、 线性范围、 稳定性以及抗干扰能力等方面进行了比较 。 结 度计（ FP HGICP、 AAS、 FP（ M410 ） 和 FP （ HG5 ） 测钾检测限分别为 0. 16 、 0. 002 、 0. 005 和 0. 007 mg L － 1 ， 果表明， 线性范围 3、 100 和 60 mg L － 1 。 四 种 仪 器 抗 酸 干 扰 能 力 大 小 顺 序 为 FP （ HG5 ） ＞ ICP ＞ FP 的上限则分别 为 1 000 、 （ M410 ） ＞ AAS， 5 ） ＞ FP （ M410 ） ＞ ICP ＞ AAS， 抗盐干扰的能力大小为 FP （ HG且因盐离子种类和浓度而异 。 ICP 适合于在测定多种其他元素的同时测定较高含量的钾， 综合比较后可知， 而不适合于测较低含量的钾， 单 独测钾成本较高； AAS 适合于测较低含量的钾， 线性范围窄， 加锶和高钾溶液的稀释使其效率下降， 而且仪器 5 ） 检测限低， 成本也较高； FP（ M410 ） 易操作， 运营成本低， 但易受干扰且稳定性较差； 带锂内标的 FP （ HG稳 线性范围适中且抗酸盐干扰能力强， 是精确测钾的首选仪器 。 定性能好， 关键词 中图分类号 钾； 火焰光度计； 等离子光谱仪； 原子吸收分光光度计 S153 文献标识码 A