石英砂又稱硅砂，是由天然水晶、石英礦物加工而成或化學(xué)合成的二氧化硅材料。石英制品具有硬度大、膨脹系數(shù)低等特點，在耐高溫性、耐腐蝕性、透光性、化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性等方面表現(xiàn)良好，廣泛應(yīng)用于鑄造、建材、電光源、光纖、光伏、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。其中石英坩堝是用來裝放多晶硅原料或單晶回收料的石英器件，主要應(yīng)用于光伏和半導(dǎo)體領(lǐng)域，可支持高溫條件下連續(xù)拉晶，是生產(chǎn)單晶硅片拉晶環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵部件。石英砂的性能隨純度提升可明顯改善，故純度是區(qū)分石英砂品質(zhì)的主要參數(shù)，也是決定石英砂用途的主要依據(jù)。依據(jù)純度大致可分為硅石、普通石英砂、精制石英砂和高純石英砂。不同純度的石英砂在耐高溫、耐腐蝕、透光等方面存在差異，故應(yīng)用場景也有明顯區(qū)分。石英砂材料中主微量元素的含量，使用常規(guī)化學(xué)分析方法時，存在步驟煩瑣，試劑使用量大，分析速度慢，測試精度無法滿足等情況。本文參照GB/T 3284-2015《石英玻璃化學(xué)成分分析方法》，對某企業(yè)四組不同純度的產(chǎn)品進行測試，通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好，完全可以勝任于該行業(yè)日常檢測工作，對生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量控制都具有非常重要的意義。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OES，測試產(chǎn)品中微量雜質(zhì)元素，是目前石英砂行業(yè)內(nèi)的主流方法。

實驗部分

1.實驗儀器及試劑

1.1 硝酸（ρ 1.42 g/mL），優(yōu)級純以上；

1.2 氫氟酸（ρ 1.15 g/mL） MOS級；      

1.3 實驗用水：18.25MΩ.cm；

1.4 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）；

1.5 溫控電加熱板；

1.6 分析天平（精確到0.1mg）；

1.7 各元素標(biāo)液 1000μg/mL；

1.8 50mL聚四氟乙烯燒杯（帶蓋）；

1.9 100mL塑料容量瓶若干。

2.樣品前處理

稱取1g樣品（精確到0.0001g，記錄重量）于50mL帶蓋聚四氟乙烯燒杯中，加入少量純水潤濕，加入8~10mL氫氟酸，并做試劑空白；待反應(yīng)平靜后，蓋上蓋子，于電熱板105℃±5℃加熱，待樣品完全溶解后，緩慢蒸至近干，以趕盡氫氟酸，加入5mL硝酸繼續(xù)溶解殘渣，冷卻后，用純水多次清洗杯蓋和燒杯內(nèi)壁，轉(zhuǎn)移至100mL塑料容量瓶，定容待測。

3.儀器參數(shù)

4.分析譜線

5.標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

按下表分別量取標(biāo)液于100mL容量瓶中，加入硝酸，定容。各元素的工作曲線線性良好，相關(guān)系數(shù)為 0.99900～0.99999。（單位：ug/mL）

6.樣品測試結(jié)果

7.結(jié)論

從上述樣品測試數(shù)據(jù)與實際送檢數(shù)據(jù)對照可知，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法可快速、準(zhǔn)確運用于石英砂雜質(zhì)元素的測定，對該行業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量控制都具有非常重要的意義。

8.樣品測試過程

 8.1樣品                   

8.2 稱重

8.3加氫氟酸    

8.4 電熱板消解

8.5標(biāo)液配置      

8.6 樣品定容

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引言

土壤中所蘊含的微量元素是人類食用、加工的農(nóng)作物以及牲畜飼料的基礎(chǔ)要素。這些微量元素是植物正常生長與發(fā)育的核心，被植物吸收后進入食物鏈，Z后進入我們的身體。因此，土壤微量元素的平衡性對于的種植者、生產(chǎn)者以及消費者都至關(guān)重要。

每一份土壤的基礎(chǔ)元素組成都各不相同，這取決于區(qū)域性的地質(zhì)條件以及在土壤使用過程中肥料或其他添加劑是否改變了土壤的組分。如果無法直接分析土壤元素，我們就無法確切地了解土壤的狀況，無法對土壤進行調(diào)節(jié)，或有效地為其選擇種植的農(nóng)作物。

土壤前處理過程對于整個元素分析是一個巨大的挑戰(zhàn)。進行無機元素分析的土壤樣品通常是在加熱至接近沸點的酸中消解，然后提取元素進行分析。如果在加熱器中使用敞口容器，完成這項提取工序一般需要4 小時或更長時間。隨后必須在分析之前用離心機分離樣品或過濾樣品，去除固體顆粒。微波消解系統(tǒng)能在不到50 分鐘的時間里完成酸消解過程，從而大幅加速分析進程。另外如有必要，微波消解系統(tǒng)可以應(yīng)用相應(yīng)的酸進行土壤的全消解，從而提供元素總含量分析，而不僅僅是溶出態(tài)元素分析。

一般在多元素分析環(huán)境下電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）備受青睞，其檢測能力正好適用于微量元素的定量分析?；鹧嬖游眨ˋA）系統(tǒng)雖然具有成本低廉、操作簡便和單個元素分析速度快等優(yōu)勢1，但是利用火焰原子吸收測量多個元素則需要單獨分析每個樣品的每個元素，效率低下。

本文利用珀金埃爾默公司的Titan? MPS 微波消解儀配合Avio? 200 ICP-OES 分析所選土壤樣品的微量元素。

實驗部分

樣品及前處理

不同區(qū)域的土壤差異十分明顯，即便是同一片大面積地塊的土壤也存在很大的區(qū)別。為了說明這個差異性，我們從住宅后院、園地和商業(yè)農(nóng)場與牧場中提取土壤樣品。園地樣品十分引人關(guān)注，因為它所代表的是被精心照料的高度改良土壤，含有很大比例的袋裝工業(yè)堆肥土壤，即在家庭和園藝商店里常?？梢砸姷降耐寥?。為了確定該方法的準(zhǔn)確性，我們采用了兩種參考物質(zhì)：土壤溶液A 和土壤溶液B（High Purity Standards?,Charleston, South Carolina, USA）。溶液無需稀釋，直接進樣分析。

土壤樣品利用珀金埃爾默公司的Titan MPS 微波消解系統(tǒng)，通過封閉容器微波消解法消解，以供分析。所用的參數(shù)和試劑列于表1 和表2。稱量一定量的樣品，放入Titan MPS 75 mL 標(biāo)準(zhǔn)壓力消解容器，然后加入試劑和樣品加標(biāo)（如需）。敞開靜置10 分鐘，待反應(yīng)完全。10 分鐘以后，封閉容器，放入Titan MPS 系統(tǒng)進行加熱和消解。消解完成后，用去離子（DI）水沖洗三次將樣品從消解容器中轉(zhuǎn)移入容量瓶，然后稀釋至刻度。稀釋后，將樣品靜置，使得懸浮顆粒從溶液中沉淀出來。用離心機分離樣品約10 分鐘還可以加快這一步驟。

表1 Titan MPS 微波消解參數(shù)

表2 樣品參數(shù)

儀器條件

所有分析均是在配備了珀金埃爾默公司S10 自動進樣器的Avio200 ICP-OES 上進行的。土壤樣品分析的相關(guān)元素和儀器條件列于表3 和表4。我們用到了Meinhard? 玻璃霧化器、有擋板的標(biāo)準(zhǔn)玻璃旋流霧室，進樣速率為0.80 mL/min。加上在線內(nèi)標(biāo)，霧化器的液體總流速為1 mL/min。用儲備溶液制成外部校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，用去離子水、微量金屬級鹽酸和硝酸稀釋至表5 所示的Z終元素濃度。Z終的酸度約為10%，匹配消解和稀釋樣品中相對較高的酸度。

表3 Avio 200 ICP-OES 儀器參數(shù)

表4 方法參數(shù)

表5 校準(zhǔn)曲線

分析采用標(biāo)準(zhǔn)的左右2 點背景校正，無其他光譜校正公式。釔作為所有待測元素的內(nèi)標(biāo)，在適當(dāng)?shù)那闆r下使用軸向或徑向觀測方式。

珀金埃爾默Avio 200 ICP-OES擁有久經(jīng)考驗的優(yōu)異品質(zhì)，以及一系列全新的獨特功能。獲得ZL的平板等離子體（Flat Plate?plasma）技術(shù)可以提供穩(wěn)健的等離子體，無需維護，無需冷卻，并且只需螺旋感應(yīng)線圈系統(tǒng)所需的一半氬氣。整個進樣系統(tǒng)和等離子體炬總成內(nèi)置于一個封閉環(huán)境中，易于使用和維護。

Avio 的雙向觀測功能可以實現(xiàn)自動軸向或徑向觀測功能，與zhuo越的光學(xué)分辨率結(jié)合能夠提供大線性動態(tài)范圍和優(yōu)異的穩(wěn)定性和檢測限。所有的儀器控制、樣品分析和數(shù)據(jù)處理都是利用珀金埃爾默公司的Syngistix?軟件完成的。

結(jié)果和討論

校準(zhǔn)曲線如表6 所示。zhuo越的線性相關(guān)性證明Avio 200ICP-OES 具有良好的準(zhǔn)確性和精密度。獨立校準(zhǔn)驗證（ICV）回收率確保校準(zhǔn)的有效性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表6 校準(zhǔn)結(jié)果

為了確定該方法的準(zhǔn)確性，測量了兩種有證標(biāo)準(zhǔn)土壤溶液，結(jié)果如表7 所示。所有結(jié)果均介于兩個樣品認(rèn)證值的±15% 以內(nèi)，證明了該方法的準(zhǔn)確性。

實際土壤樣品分析的結(jié)果見圖1，可見該方法可以準(zhǔn)確定量實際樣品。部分土壤的特定元素濃度相差甚至達到了10 倍，而其他的則表現(xiàn)出了驚人的一致性。由于所有的樣品均取自相對較小的地理區(qū)域，這個結(jié)果符合實際情況。

表7 土壤標(biāo)準(zhǔn)溶液的分析結(jié)果

圖1 實際土壤樣品分析的結(jié)果

由于Avio 200 ICP-OES 具備大動態(tài)范圍和雙向觀測功能，因此分析相對較高和較低濃度的元素時不必多次稀釋樣品，也就是說可以稀釋樣品一次，在一次分析中測量每個元素。因而檢測效率和樣品通量均有所提高。涵蓋了各個元素濃度范圍的校準(zhǔn)曲線、標(biāo)準(zhǔn)土壤溶液的使用、ICV 和樣品加標(biāo)均確保

了分析的準(zhǔn)確性。

加標(biāo)回收實驗用來評估各種土壤樣品的基體效應(yīng)并驗證實際土壤樣品檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，加標(biāo)水平如表8 所示。得出的加標(biāo)回收率列于圖2，所有回收率均介于真實值的±10% 以內(nèi)。利用Titan MPS 系統(tǒng)的有效消解就能省去為了確保分析有效而預(yù)先進行基體匹配或使用標(biāo)準(zhǔn)加入法的必要。在各種情

況下，加標(biāo)濃度都匹配或接近樣品中元素的預(yù)期濃度。由此確保與樣品信號相關(guān)的加標(biāo)信號有意義，有益于分析評估。

表8 消解前加標(biāo)水平（所有單位均為mg/L）

圖2 土壤樣品的加標(biāo)回收率（% 回收率）

樣品的分析結(jié)果和加標(biāo)回收率，以及在測量有證參考物質(zhì)過程中對該方法準(zhǔn)確性的驗證都說明利用Titan MPS 微波消解系統(tǒng)制備土壤樣品、利用Avio 200 ICP-OES 進行Z終樣品分析都是行之有效的方法。

結(jié)論

本文證明：可以利用Avio 200 ICP-OES 在很廣的濃度范圍內(nèi)可靠有效地分析大量土壤樣品的多種元素。由于Avio 200ICP-OES 具有多項擴展功能，與火焰原子吸收相比，它能提供更高的多元素樣品處理量，同時還能分析火焰原子吸收所不能處理的元素（例如，磷和硫）。

與電熱板消解相比，Titan MPS 微波消解系統(tǒng)能夠簡化樣品前處理工序，同時大幅提升實驗室的通量和效率。即使是全消解，效率也是敞口容器消解無法比擬的。

用于樣品消解的Titan MPS 系統(tǒng)和用于分析的Avio 200ICP-OES 是快速、簡單、準(zhǔn)確地分析土壤微量元素的理想組合。

參考文獻

1. Spivey, Nick,“ Analysis of Micronutrients in Fruit Juice Using FAST Flame Sample Automation for Increased Sample Throughput”, Application Note, PerkinElmer 2015.

耗材和試劑

生產(chǎn)出豐富的食品是需要土壤微量元素和微生物的刺激，土壤中微量元素的含量起著非常重要的作用。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，微量元素在作物生長中的作用表現(xiàn)為:參與作物光合作用、生長發(fā)育過程中的各種酶活性反應(yīng);參與其他非酶反應(yīng)，包括核糖體(脫氧核糖核酸、核糖核酸)合成、鐵蛋白和血紅蛋白合成，并參與脂質(zhì)代謝。作物補充足夠的微量元素后，有利于提高種子的質(zhì)量，如發(fā)芽率和出苗率，促進作物的生長發(fā)育，增強對疾病、病原體和非生物脅迫的抵抗力。 　　土壤微量元素檢測儀是一款針對于土壤中微量元素含量檢測的儀器，適于農(nóng)業(yè)服務(wù)部門或農(nóng)資經(jīng)銷商、肥料廠商測土施肥和鑒別肥料真假。 　　土壤中微量元素有何好處? 　　施用微量元素肥料可以促進大量元素肥料的吸收，但通過施肥補充微量元素非常重要。在不同的土壤類型和氣候條件下，作物對微量元素的吸收效率差異很大。土壤酸堿度和有機質(zhì)含量都影響土壤微量元素的活性。一般來說，主要產(chǎn)品(水果、種子)和副產(chǎn)品(秸稈、樹葉)之間的微量元素含量也有很大差異，微量元素的含量與作物的蛋白質(zhì)含量和磷含量呈正相關(guān)。 　　土壤中大多數(shù)微量元素的遷移性很差。選擇土壤施肥還是葉面施肥取決于土壤類型、肥料類型和作物品種。土壤施肥相對容易，而葉面施肥對作物有較高的養(yǎng)分吸收效率，選擇非常關(guān)鍵。目前，關(guān)于土壤施肥和葉面施肥對微量元素影響的平行研究很少。我們進行的鋅肥試驗結(jié)果表明，合理施用鋅肥能明顯促進作物產(chǎn)量增加和鋅含量增加，但過量施用容易造成鋅中毒。 　　土壤微量元素檢測儀優(yōu)勢： 　　全項目土壤肥料養(yǎng)分檢測儀功能全：測試項目國內(nèi)外最全(各類藥劑均可選購)。 　　配套齊全：該儀器集藥、器、儀為一體，攜帶方便，相當(dāng)于一個小型實驗室。適于農(nóng)業(yè)服務(wù)部門或農(nóng)資經(jīng)銷商、肥料廠商測土施肥和鑒別肥料真假。 　　操作簡便、速度快捷，成品藥劑開瓶即用，無須配置。

眾所周知，土壤中的營養(yǎng)元素對于作物的生長發(fā)育有著密切的關(guān)系，合適的土壤元素含量可有效增加作物的抗病性，特別是土壤中的微量元素對于作物病蟲害防控方面的效果，通過土壤肥料養(yǎng)分速測儀檢測土壤中的微量元素含量，微量元素雖然作物的需求量不是很大，但是也是必不可少的養(yǎng)分成分，儀器的應(yīng)用也能幫助了解微量元素在作物防控病蟲害方面發(fā)揮的效用。
        過去由于化學(xué)肥料的過度使用對于耕地土壤健康狀況造成一定的威脅，土壤的改善需要化肥時間和精力，但是也不是能夠在短時間內(nèi)完成的，因此為了避免土壤的進一步惡化，采用土壤肥料養(yǎng)分速測儀開展測土配方施肥工作是改善土壤性狀的有效手段之一，測土配方施肥技術(shù)是當(dāng)前實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可可持續(xù)發(fā)展的一項重要內(nèi)容，儀器在其中發(fā)揮了積極的作用。

        土壤養(yǎng)分是土壤為提供作物生長的必須營養(yǎng)元素，土壤養(yǎng)分的多少可以通過土壤肥料養(yǎng)分速測儀來測量，然后對照土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)，就可以判斷土壤養(yǎng)分含量的多少，從而更好的利用土壤自身含有的養(yǎng)分以及及時補充含量不足的養(yǎng)分。

眾所周知，土壤中的營養(yǎng)元素對于作物的生長發(fā)育有著密切的關(guān)系，合適的土壤元素含量可有效增加作物的抗病性，特別是土壤中的微量元素對于作物病蟲害防控方面的效果，通過土壤肥料養(yǎng)分速測儀檢測土壤中的微量元素含量，微量元素雖然作物的需求量不是很大，但是也是必不可少的養(yǎng)分成分，儀器的應(yīng)用也能幫助了解微量元素在作物防控病蟲害方面發(fā)揮的效用。
        過去由于化學(xué)肥料的過度使用對于耕地土壤健康狀況造成一定的威脅，土壤的改善需要化肥時間和精力，但是也不是能夠在短時間內(nèi)完成的，因此為了避免土壤的進一步惡化，采用土壤肥料養(yǎng)分速測儀開展測土配方施肥工作是改善土壤性狀的有效手段之一，測土配方施肥技術(shù)是當(dāng)前實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可可持續(xù)發(fā)展的一項重要內(nèi)容，儀器在其中發(fā)揮了積極的作用。

        土壤養(yǎng)分是土壤為提供作物生長的必須營養(yǎng)元素，土壤養(yǎng)分的多少可以通過土壤肥料養(yǎng)分速測儀來測量，然后對照土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)，就可以判斷土壤養(yǎng)分含量的多少，從而更好的利用土壤自身含有的養(yǎng)分以及及時補充含量不足的養(yǎng)分。