微量元素的测定determination of microelements

通常指对土壤、植物中含量较低的元素如铁、锰、锌、铜、硼、钼等的测定。这些元素虽然含量很低，但它们往往是植物中酶或辅酶的组成部分，对植物正常生长发育是不可缺少和不可代替的。为了研究微量元素与植物生长的关系、诊断植物对微量元素的需求，必须经常对土壤、植物中的微量元素进行测定。由于微量元素含量低，除土壤中某些微量元素的全量稍高外，一般每千克仅为零点几到几百毫克，而且它们在植物体中的缺乏量、适量及致毒量之间，时常只有一个狭窄的范围，因此对微量元素的测定要求更加严格和精密。除选择灵敏、准确的测定方法外，还要注意防止由于器皿、试剂、水及分析环境引入的污染和其他杂质的干扰。微量元素的测定方法可采用分光光度法、原子吸收分光光度法、原子发射光谱法、荧光分析法和极谱法等。分光光度法因所需仪器较简单而最为普及。原子吸收分光光度法灵敏、快速、干扰少，且同一测试溶液可连续供多元素测定，因此，应用也日趋普遍。原子发射光谱法可同时测定多元素，可采用固体样品，特别是等离子体光源发射光谱仪是测定微量元素的强有力的工具。
铁 铁是植物中许多氧化酶的组成成分，参与一系列氧化还原过程的电子传递反应。铁还与叶绿素的合成，生物固氮和蔗糖的形成有关。铁在植物中的含量一般为50～200毫克/千克。微量铁的测定方法常采用邻啡罗啉光度法和原子吸收分光光度法。其他光度法还有联吡啶法和巯基酸法等。土壤中全铁的测定，因含量较高，也可采用重铬酸钾容量法。
邻啡罗啉光度法 在微酸性条件下，邻啡罗啉与亚铁生成橘红色络合物。该法受高氯酸干扰，因此样品不宜用高氯酸处理。❶土壤中全铁的测定。土壤样品以碳酸钠熔融处理，取适量待测溶液，加入盐酸羟胺溶液使铁还原为亚铁。然后加入醋酸钠溶液，使溶液pH值为5。再加入邻啡罗啉溶液显色。在530纳米波长下测定吸光度。
❷酸性土壤中活性铁的测定。土壤样品以草酸一草酸铵溶液振荡提取，提取液经过滤后即可测定。测定方法同全铁。
❸植物中铁的测定。植物样品以干灰化法处理，制备待测溶液。测定方法同土壤全铁。
原子吸收分光光度法 土壤样品和植物样品以酸溶液或干灰化法处理，制备待测溶液。土壤中活性铁和有效态铁以相应溶剂提取，制备待测溶液。样品溶液由毛细管引入火焰原子化器，通过测量基态铁原子对铁空心阴极灯光源发射的特征铁谱线(选用波长为248.3纳米)的吸光度来测定样品中铁含量。铝、磷、硅等干扰可在样品溶液中加入镧溶液加以消除。
锰 锰是亚硝酸还原酶和羟胺还原酶的组成成分，与氮的合成作用有关；锰又是众多酶的活化剂，在三羧酸循环中的脱氢酶及合成酶的活化中起重要作用；锰还参与光合作用的放氧过程。锰在植物中的含量一般为20～500毫克/千克。锰的测定方法常采用高锰酸盐光度法和原子吸收分光光度法。其他光度法还有甲醛肟法和隐色孔雀绿法等。
高锰酸盐光度法 在酸性条件下将待测溶液中的二价锰氧化为紫红色的高锰酸根离子。该法专一性强，不需要分离，并具有相当的灵敏度。❶土壤中全锰的测定。土壤样品用铂坩埚以硫酸—氢氟酸处理。取适量待测溶液，加入硝酸、磷酸和过硫酸铵（或高碘酸钾）溶液，加热显色，在540纳米波长下测定吸光度。
❷土壤中交换性锰（包括水溶性锰）的测定。土壤样品以1摩尔/升中性醋酸铵溶液振荡提取。取适量上清液，加入浓硝酸和过氧化氢溶液，加热破坏有机质。测定方法同全锰的测定。
❸土壤中易还原态锰的测定。土壤样品以1摩尔/升中性醋酸铵加0.2%对苯二酚提取液振荡提取。以下步骤同交换性锰的测定。
❹植物中锰的测定。植物样品以干灰化法处理，制备待测溶液。测定方法同土壤全锰的测定。
甲醛肟光度法 锰与甲醛肟在碱性条件下形成棕色络合物。加入HEEDTA（一种络合剂）防止钙、镁与磷酸盐产生沉淀；铁、铜、钴、镍与甲醛肟形成的有色络合物可在65℃下加热破坏。该法灵敏度比高锰酸盐法稍高。
原子吸收分光光度法 以锰空心阴极灯为光源，测定波长为279.5纳米。样品溶液的制备及测定与铁相类同。
锌 锌也是许多酶的组成部分，它们对植物体内物质的水解、氧化还原及蛋白质的合成起着重要作用。锌在植物中的含量一般为15～150毫克/千克。锌的测定方法常采用双硫腙光度法、原子吸收分光光度法和极谱法。
双硫腙光度法 锌与双硫腙反应生成紫红色络合物，溶于四氯化碳或氯仿中，最大吸收波长为538纳米。铜、钴、镍、铅等元素有干扰，可利用锌与双硫腙的络合物在稀酸中不稳定的特性加以分离。❶土壤中全锌的测定。土壤样品经硫酸—氢氟酸处理，吸取适量待测液于分液漏斗中，加入柠檬酸铵溶液，以氨水调节pH值，加入双硫腙—四氯化碳溶液进行萃取。将有机相移入盛有稀盐酸的分液漏斗中进行反萃取，弃去四氯化碳层，再加入柠檬酸铵、氨水和双硫腙—四氯化碳等溶液，萃取后取有机相测定吸光度。
❷土壤中有效锌的测定。土壤样品以0.1摩尔/升的盐酸（适用于酸性及中性土壤）或0.005摩尔/升的DTPA（适用于石灰性及中性土壤）浸提剂振荡提取，制备待测溶液。测定方法同土壤中全锌的测定。
❸植物中锌的测定。植物样品以酸溶法或干灰化法处理，制备待测溶液。测定方法同土壤中全锌的测定。
原子吸收分光光度法 以锌空心阴极灯为光源，测定波长为213.9纳米。样品溶液的制备及测定与铁相类同。
极谱法 铁、钴、镍对测定有干扰，可利用萃取法分离除去。取适量待测溶液（制备方法与双硫腙光度法同），加入柠檬酸铵、DDTC等络合剂，加氢氧化钠溶液调节pH值，以双萘腙—四氯化碳溶液萃取，有机相以稀盐酸反萃取，此时锌进入盐酸溶液而与其他金属分离。试液在水浴上蒸干，加入支持电解质，移入电解杯中，通氮气除氧后进行极谱测定，在-0.8～-1.2伏特间记录锌的极谱波。
铜 铜是植物体内多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶和吲哚乙酸氧化酶等许多酶的成分，与植物生理的氧化还原反应和呼吸作用有关。铜还参与蛋白质和糖类的代谢作用。铜在植物中的含量一般为5～20毫克/千克。铜的测定方法常采用DDTC光度法和原子吸收分光光度法。其他光度法还有联喹啉法和双硫腙法等，也可采用极谱法。
DDTC光度法 铜与DDTC（二乙基二硫代氨基甲酸盐）形成溶于有机溶剂的棕黄色络合物，用四氯化碳萃取后测定。铁、锰等干扰可采用柠檬酸铵和EDTA作为掩蔽剂加以消除。❶土壤中全铜的测定。土壤样品以硫酸—氢氟酸处理，取适量待测溶液，加柠檬酸铵—EDTA溶液，再加DDTC溶液和四氯化碳萃取后，取四氯化碳层测定吸光度，测定波长为440纳米。
❷土壤中有效铜的测定。土壤样品以盐酸、EDTA和DTPA浸提液振荡提取，吸取适量滤液测定。方法同土壤全铜的测定。
❸植物中铜的测定。植物样品以酸溶法或干灰化法处理，制备待测溶液。测定方法同土壤中全铜的测定。
原子吸收分光光度法 以铜空心阴极灯为光源，测定波长为324.7纳米。样品溶液的制备及测定与铁相类同。
硼 硼有利于糖类的运输，影响酶促过程、细胞分裂、细胞成熟、核酸代谢以及细胞壁的形成等。硼在植物中的含量一般为2～100毫克/千克。硼的光度测定方法有姜黄素、甲亚胺、四蒽醌、胭脂红等法，其中以姜黄素法应用最多。近代仪器测定方法有荧光法和原子发射光谱法等。
姜黄素光度法 硼与姜黄素结合，脱水后形成红色的玫瑰花青苷，以乙醇或丙酮溶解后测定吸光度。❶土壤中全硼的测定。土壤样品用铂坩埚以碳酸钠熔融处理后，以沉淀法或蒸馏法分离。沉淀法以酸溶解熔块后，加入乙醇，加入碳酸钠使呈碱性，使铁、铝以及碱土金属发生沉淀，过滤除去。沉淀法简便，但易使硼损失，蒸馏法在熔块酸溶后，再加入甲醇，使硼酸成为易挥发的硼酸甲酯，通过蒸馏分离出来。蒸馏法准确，但石英玻璃蒸馏器价格昂贵。取适量分离后的待测溶液，加入姜黄素溶液，在55℃温度下蒸干，加乙醇溶解后测定吸光度。
❷土壤中水溶性硼的测定。土壤样品用石英三角烧瓶，加纯水，连接石英冷凝回流装置，煮沸5分钟，过滤后测定。以下步骤同全硼的测定。
❸植物中硼的测定。植物样品在450℃下干灰化处理。灰分以稀酸溶解，离心分离，吸取澄清液测定。以下步骤同土壤中全硼的测定。
原子发射光谱法 将土壤样品或植物样品经干灰化处理后的灰分制备成悬浮体，滴在电极上，经电激发，在发射光谱仪上测定特征发射光的强度。硼的分析线波长为249.77纳米。也可将样品制备成待测溶液，直接喷入等离子焰炬，在等离子体光源——发射光谱仪上测定发射光强度。
钼 钼是硝酸还原酶的组成成分，又是许多酶的激活剂。钼对植物的固氮作用有重要意义。钼在植物中的含量一般为0.5～20毫克/千克。钼的测定方法常采用硫氰酸盐光度法、二硫酚光度法、原子吸收分光光度法和极谱法等。
硫氰酸盐光度法 钼与硫氰酸盐在酸性及还原剂存在条件下形成黄色络合物，可直接在水溶液中测定。为提高灵敏度，也可用有机溶剂萃取后测定。❶土壤中全钼的测定。土壤样品以酸溶法或熔融法处理，使待测溶液保持一定酸度，加入硫氰酸钾和氯化亚锡溶液，加入异戊醇—四氯化碳萃取，在470纳米波长下测定吸光度。
❷土壤中有效钼的测定。土壤样品以草酸—草酸铵溶液振荡提取。取适量滤液蒸干，经高温灼烧破坏有机质，残渣以稀盐酸溶解，以下测定步骤同土壤中全硼的测定。
❸植物中钼的测定。植物样品以干灰化法处理，制备待测溶液，以下方法同土壤全钼测定。
极谱法 利用钼—苯羟乙酸—氯酸盐—硫酸体系的极谱催化波测定钼。此法灵敏度高。铁、锰含量高时干扰钼的测定，可用阳离子交换树脂分离除去。植物中钼的测定程序为：植物样品经干灰化处理后，加入硫酸和苯羟乙酸溶液溶解灰分，再加氯酸钠溶液，移入电解杯中，在极谱仪上记录钼的极谱波。