ICP-OES同时测定化肥中氮和其它重要元素
随着对土壤分析的需求日益增长，农学家们希望找到一种便捷、经济的分析方法来确定作物生长所需的化肥种类和数量。如今，等离子体发射光谱仪已成为检测化肥中营养元素的应用最普及的技术，但对于氮元素的分析仍采用燃烧分析法。直到最近，ICP-OES对于氮元素的测定仍无法获得令人满意的准确度和精度，这主要是因为空气中的氮会带来较高的背景干扰，同时先前的仪器设计存在着固有的稳定性局限。本文介绍了一种新型的ICP-OES配置和进样系统，它能有效降低氮的背景干扰，从而使ICP-OES对于氮元素的检测成为现实。不仅如此，在氮元素检测的同时还可检测其它营养元素，而且无需额外的样品前处理过程。
据估计，在2070年之前，全球人口数量将会超过100亿，要养活如此庞大的人口，对于促进农作物生长所需的氮肥的需求无疑会显著增加。为了确保收成并且降低成本，农民们需要知道土壤中氮元素和其它营养元素的含量从而对土壤进行适量的施肥。随着对土壤分析的需求日益增长，农学家们希望找到一种便捷、经济的分析方法来确定作物生长所需的化肥种类和数量。
如今，等离子体发射光谱仪已成为检测化肥中营养元素（如Ca、Fe、K、Mg、P和S）的应用最普及的技术，但对于氮元素的分析仍采用燃烧分析法。但燃烧分析法相对较慢，并且耗费大量的人力和物力。直到最近，ICP-OES对于氮元素的测定仍无法获得令人满意的准确度和精度，这主要是因为空气中的氮会带来较高的背景干扰，同时先前的仪器设计存在着固有的稳定性局限。
本文介绍一种新型的ICP-OES配置和进样系统，它可以有效降低空气中的氮气的背景干扰，从而使氮元素的检测成为现实。不仅如此，在氮元素检测的同时还可检测其它营养元素，而且无需额外的样品前处理过程。
实验使用仪器
该项实验所采用的仪器是配备有特制炬管和自动脱气系统的高色散型Prodigy ICP光谱仪。改进的炬管结合自动脱气系统有效地消除了造成检测氮困难的背景干扰。自动脱气系统安装在自动进样器和雾化器之间。而样品和标准溶液的进样方式和通常的分析方式没有任何区别。。
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炬管设计
为了实现氮元素的检测，对于炬管的关键设计就在于额外增加了一个侧臂观测端和延长的尾焰保护段。侧臂端通常要用氩气进行吹扫从而优化其远紫外区的观测性能。在炬管侧臂端和分光系统之间采用一磨砂玻璃接头进行密封，防止空气的进入。 延长的尾焰保护段有效减少了空气中氮气的散射光进入到观测区域。
仪器操作参数
对于氮元素和其它元素组分的检测，我们采用如表一所示的实验条件。为了获得氮元素的最佳检测准确度，我们采用了内标试剂、电离缓冲试剂以及基体匹
配标准试剂。含钪元素的内标可将由于进样差异（如雾化效率或样品提升率）所造成的偏差降至最低。氯化锂电离缓冲剂则可以使分析物中的原子对离子的比例保持恒定，防止了易电离元素浓度改变所造成的误差。对于校正标准液，必须由经严格检测的高纯试剂配置而成，由于不能含有硝酸或任何其它含氮化合物，所以溶解的时候需采用高纯盐酸。虽然这些严格的措施最终可以得到极佳的检测结果，但电离缓冲试剂和内标的使用也许略显多余。这还需在以后的工作中进一步验证。
试剂：Triton X表面活性剂储备溶液：1% Triton X100溶于5% HCl中 钪元素内标和锂离子缓冲溶液： z 20 ppm Sc
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z 0.01%Triton X100 z 1% HCl(w/v)，ACS级 z 2%LiCl(w/v) 校正标准液配制
分别称取适量的核查标准到三个250mL的烧瓶中，加入10mL 1:2的盐酸，然后放在加热板上消解15分钟。溶解后加入50mL的去离子水，待溶液冷却到室温后过滤并且稀释到250mL。所得相应标准液的浓度可根据参考浓度来计算，如表三所列。
样品消解
样品的消解方法和标准物的一致，只不过称量值均为1g。
分析
磷酸氢二铵(DAP)基体的光谱非常复杂。Prodigy ICP光谱仪能够覆盖大范围的分析波长并且在每个分析波段都能提供丰富的光谱信息，操作者可自主选择最佳分析线并且自行设定分析波段的背景校正点，从而有效消除干扰。图三显示了典型的DAP样品和空白溶液（内标和电离缓冲剂加入到去离子水中）的光谱缩略图。为了准确定位每个分析波段的背景校正点，双击该缩略图可显示相应的分析波长和背景。
对于每个分析波段而言，光谱每累积15个像素，便按照从左到右波长递增的顺序显示出来。背景校正点可以在峰的任一边或两边设定。图四是Prodidy ICP 的
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计算结果显示窗口，每个象素的强度均以数据形式列出并绘制成相应的柱形图。
进样
在我们较早的研究中发现，当自动进样器的探针从一个溶液转移到另一个溶液时，它总是会吸进空气带来强烈的背景干扰。为了防止空气的进入，我们改进了操作软件，一旦探针被提起，蠕动泵将自动停止工作。图五显示了蠕动泵所具有的在进样间隙自动停止的功能。
由于样品需经自动脱气系统脱气，在到达等离子体之前样品必须足量提升，实验证明在蠕动泵高速状态下工作90秒钟足以提供非常稳定的信号。清洗液为5%HCl，在转入下一个样品之前探针大约需要冲洗4秒钟。所有元素和内标的积分结果同时获到，积分时间为30秒。
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脱气的重要意义
要准确测定每个样品和标准液中的无机氮含量，就必须将溶解在其中的氮气赶除。在先前的实验中，我们将氦气鼓泡通入到蒸馏水中，并且观察溶解氮随时间的减少量，图六显示大约8分钟后溶解氮的量不再减少。有趣的是我们注意到假如在测量期间停止蠕动泵的话—即只有氩气通过等离子体—氮的检测信号将降为零。
图七显示的是脱气附属装置的示意图。该ICP系统采用两个蠕动泵通道来分别传送样品和内标-电离缓冲液进入一个T形管和混合室。而第四个蠕动泵通道则将脱气室的过量液体排放到废物瓶中。
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