中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

超声消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤和沉积物中的硅

孔胜男, 许实. 超声消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤和沉积物中的硅[J]. 岩矿测试, 2024, 43(6): 928-935. doi: 10.15898/j.ykcs.202409020177
引用本文: 孔胜男, 许实. 超声消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤和沉积物中的硅[J]. 岩矿测试, 2024, 43(6): 928-935. doi: 10.15898/j.ykcs.202409020177
KONG Shengnan, XU Shi. Determination of Silicon in Soil and Sediment by ICP-OES with Rapid Ultrasonic Digestion[J]. Rock and Mineral Analysis, 2024, 43(6): 928-935. doi: 10.15898/j.ykcs.202409020177
Citation: KONG Shengnan, XU Shi. Determination of Silicon in Soil and Sediment by ICP-OES with Rapid Ultrasonic Digestion[J]. Rock and Mineral Analysis, 2024, 43(6): 928-935. doi: 10.15898/j.ykcs.202409020177

超声消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤和沉积物中的硅

  • 基金项目: 国家自然科学基金面上项目“亚热带富磷和贫磷立地森林土壤碳固持机制”(32271846)
详细信息
    作者简介: 孔胜男,博士,主要从事无机元素分析。E-mail:kongshengnan13@sjtu.edu.cn
    通讯作者: 许实,硕士,高级工程师,主要从事无机元素分析。E-mail:sxu@sjtu.edu.cn
  • 中图分类号: O657.31;X833

Determination of Silicon in Soil and Sediment by ICP-OES with Rapid Ultrasonic Digestion

More Information
  • 利用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)分析土壤和沉积物中硅元素的含量,样品分解方法多采用酸溶法和熔融法。硅在浓酸溶液中与氢氟酸反应形成易挥发的四氟化硅,加热造成硅的损失。熔融法可以处理土壤和沉积物样品,但会引入大量的盐,基体效应较大、检出限高。本文建立了超声密闭酸溶,ICP-OES测定土壤和沉积物中硅含量的方法。样品经稀王水、氢氟酸和双氧水在超声仪中密闭消解、定容稀释后,用配备耐氢氟酸进样系统的ICP-OES进行测定。测试时,选取251.611nm为硅的分析谱线,标准曲线在5~50mg/L范围的相关系数大于0.99997,方法检出限为0.0395mg/g。采用本方法测定不同类型土壤和沉积物标准物质,测定结果的相对标准偏差(RSD)在 0.26%~0.54%,相对误差在−0.28%~0.25%;实际样品的RSD在0.52%~0.77%。经国家标准物质GBW07401a、GBW07405a、GBW07377、GBW07379验证,硅元素的测定值与标准值一致;同时用X射线荧光光谱法测定这四种国家标准物质中的硅含量,两种方法的分析结果基本相符。

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  • 表 1  不同消解条件下样品测试结果的比较

    Table 1.  Comparison of results with different digestion conditions

    序号 实验条件 SiO2含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    以SiO2计平均值
    (%)
    SiO2含量认定值及
    不确定度(%)
    以SiO2计相对误差
    (%)
    1 静置 39.86  39.90  40.26 0.6 40.01 56.60±0.46 −29.31
    2 75℃加热 51.13  51.34  50.92 0.4 51.13 56.60±0.46 −9.67
    3 75℃超声 57.29  56.41  55.71 1.4 56.47 56.60±0.46 −0.23
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    表 2  密闭条件对样品消解效果的影响

    Table 2.  Influence of different sealing conditions on sample digestion

    序号 密闭方式 SiO2含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    以SiO2计平均值
    (%)
    SiO2含量认定值和
    不确定度(%)
    以SiO2计相对误差
    (%)
    1 敞口 49.14  49.14  48.84 0.3 49.04 56.60±0.46 −13.36
    2 半密封 51.07  50.92  50.02 1.1 50.67 56.60±0.46 −10.48
    3 密闭 57.29  56.41  55.71 1.4 56.47 56.60±0.46 −0.23
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    表 3  超声温度对样品消解效果的比较

    Table 3.  Comparison of results with different ultrasound temperature

    序号 超声温度
    (℃)
    SiO2含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    Si含量平均值
    (%)
    以SiO2计平均值
    (%)
    SiO2含量认定值和
    不确定度(%)
    以SiO2计相对误差
    (%)
    1 25 40.48  40.82  40.82 0.5 19.03 40.71 56.60±0.46 −28.07
    2 45 45.59  45.46  44.88 0.8 21.18 45.31 56.60±0.46 −19.95
    3 75 57.29  56.41  55.71 1.4 26.40 56.47 56.60±0.46 −0.23
    4 85 55.45  56.71  56.18 1.1 26.23 56.11 56.60±0.46 −0.87
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    表 4  超声时间对样品前处理效果的比较

    Table 4.  Comparison of results with different ultrasound time

    序号 超声时间
    (h)
    SiO2含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    Si含量平均值
    (%)
    以SiO2计平均值
    (%)
    SiO2含量认定值和
    不确定度(%)
    以SiO2计相对误差
    (%)
    1 0.5 50.34  49.68  50.38 0.8 23.43 50.13 56.60±0.46 −11.43
    2 1 57.29  56.41  55.71 1.4 26.40 56.47 56.60±0.46 −0.23
    3 2 57.08  57.10  56.22 0.9 26.55 56.80 56.60±0.46 0.35
    4 3 56.26  56.50  56.29 0.2 26.34 56.35 56.60±0.46 −0.44
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    表 5  超声功率对样品前处理效果的测试结果比较

    Table 5.  Comparison of results with different ultrasound powder

    序号超声条件Si含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    Si含量测定平均值
    (%)
    以SiO2计平均值
    (%)
    SiO2含量认定值
    及不确定度(%)
    以SiO2计相对误差
    (%)
    175℃超声功率120W56.44  55.64  55.391.026.0955.8256.60±0.46−1.38
    275℃超声功率240W55.90  55.97  55.750.326.1055.8756.60±0.46−1.29
    375℃超声功率300W57.29  56.41  55.711.426.4056.4756.60±0.46−0.23
    475℃超声功率360W56.50  56.95  56.970.526.5556.8056.60±0.460.35
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    表 6  不同添加量的双氧水对样品进行消解测试结果比较

    Table 6.  Comparison of results with different amounts of hydrogen peroxide added

    序号 双氧水用量
    (mL)
    Si含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    Si含量测定平均值
    (%)
    以SiO2计平均值
    (%)
    SiO2含量认定值
    及不确定度(%)
    以SiO2计相对误差
    (%)
    1 0 42.89  42.25  42.44 0.8 19.88 42.53 56.60±0.46 −24.86
    2 3 50.30  48.97  48.50 1.9 23.02 49.26 56.60±0.46 −12.97
    3 6 57.29  56.41  55.71 1.4 26.40 56.47 56.60±0.46 −0.23
    4 9 55.92  55.73  56.78 1.0 26.24 56.14 56.60±0.46 −0.81
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    表 7  方法精密度和准确度实验

    Table 7.  Precision and accuracy tests of the method

    标准物质编号 Si含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    Si含量测定
    平均值(%)
    以SiO2
    平均值(%)
    SiO2含量认定值
    及不确定度(%)
    以SiO2
    相对误差(%)
    GBW07401a 56.91 56.80 56.84 0.40 26.52 56.74 56.60±0.46 0.25
    56.22 56.93 56.65
    56.99 56.71 56.91
    56.69 56.50
    GBW07405a 61.48 61.18 61.81 0.31 28.68 61.35 61.52±0.39 −0.28
    61.16 61.33 61.25
    61.21 61.21 61.44
    61.36 61.38
    GBW07377 63.50 63.17 63.75 0.26 29.65 63.43 63.48±0.43 −0.08
    63.52 63.47 63.43
    63.35 63.28 63.56
    63.24 63.50
    GBW07379 69.38 69.98 69.21 0.54 32.62 69.75 69.66±0.6 0.13
    70.15 69.79 70.08
    69.87 70.17 69.76
    69.12 69.70
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    表 8  实际样品测试结果比对

    Table 8.  Comparison of analytical results of SiO2 content in actual samples

    实际样品编号 本文方法Si含量测定值
    (%)
    RSD
    (%)
    Si含量测定平均值
    (%)
    XRF法Si含量测定值
    (%)
    相对误差
    (%)
    样品8 29.98 29.72 30.18 29.68 29.90 0.68 29.89 26.12 −12.60
    样品18 12.13 12.03 12.22 12.04 12.06 0.66 12.10 15.38 27.10
    样品23 14.91 15.11 14.95 14.93 15.17 0.77 15.01 17.07 13.70
    样品28 29.93 29.75 29.80 29.86 30.15 0.52 29.90 27.67 −7.46
    样品31 31.81 31.65 31.96 31.66 31.54 0.52 31.72 29.28 −7.69
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    表 9  标准物质测试结果比对

    Table 9.  Comparison of analytical results of SiO2 content in national standard substances

    标准物质编号 本文方法Si含量
    测定平均值(%)
    RSD
    (%)
    XRF法Si含量
    测定值(%)
    以SiO2计XRF法
    测定值(%)
    SiO2含量认定值
    及不确定度(%)
    以SiO2计本文方法与
    XRF法相对误差(%)
    GBW07401a 26.52 0.40 27.69 59.24 56.60±0.46 4.66
    GBW07405a 28.68 0.31 28.57 61.12 61.52±0.39 −0.65
    GBW07377 29.65 0.26 31.10 66.53 63.48±0.43 4.80
    GBW07379 32.62 0.54 33.17 70.96 69.66±0.6 1.87
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出版历程
收稿日期:  2024-09-02
修回日期:  2024-10-16
录用日期:  2024-12-06
网络出版日期:  2024-12-28
刊出日期:  2024-12-31

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