离子色谱法测定肥料的含量范文

《理化检验杂志》2015年第十二期

摘要：

采用离子色谱分析法检测肥料中三聚氰胺的含量。样品用氨水－甲醇－水（2＋7＋1）溶液超声振荡提取，离心后经氮气吹干，用3mmol•L－1甲烷磺酸溶液定容，分离柱和保护柱均为DionexIonPacRSCS1，淋洗液为含3mmol•L－1甲烷磺酸的乙腈－水（15＋85）。采用非抑制型电导检测器检测。三聚氰胺的线性范围为1．00～1000mg•L－1，检出限（3S／N）为5mg•kg－1，测定下限（9S／N）为15mg•kg－1。加标回收率在79．3％～116％之间，测定值的相对标准偏差（n＝6）在3．4％～13％之间。

关键词：

离子色谱法；三聚氰胺；肥料

化肥是极其重要的农业生产资料，也是保障国家粮食安全的重要物质基础。中国是世界上最大的化肥生产和消费国，大量施用化肥的安全问题也日益突出。三聚氰胺（MEL）作为一种三嗪类含氮杂环有机化合物（分子式为C3N6H6），含氮量高达66．6％，国外早在20世纪50～60年代，就曾做过用三聚氰胺作为肥料使用的观察研究［1－2］，然而，研究表明，化肥中的三聚氰胺能够被植物吸收，并会在植株中形成残留，进而影响植物性农产品的食用安全性［3－4］。动物试验表明，长期饲喂三聚氰胺可能引起肾衰竭［5－7］。因此，建立肥料中三聚氰胺含量的分析方法并对其进行风险普查，具有重大的现实意义。目前，针对三聚氰胺的检测研究主要集中于饲料［8－9］和食品中［10］，检测手段包括高效液相色谱法（HPLC）［11－13］、气相色谱－质谱法（GC－MS）［14－16］和高效液相色谱－质谱法（HPLC－MS）［17－19］等。国内外针对肥料中三聚氰胺的检测方法鲜见报道［20－21］。本工作采用离子色谱法测定肥料中三聚氰胺的含量。

1试验部分

1．1仪器与试剂DionexICS－1000型离子色谱仪，配非抑制性电导检测器；DC12H型氮吹仪，B5500S－DTH型超声波；IKAKS260型振荡器；AllegraX－22R型离心机。三聚氰胺标准储备溶液：1000mg•L－1，称取三聚氰胺1．0000g，用水溶解，并定容至1L，使用时用水稀释至所需质量浓度。钾、钠、铵、钙、镁、锌标准溶液：1g•L－1。所用试剂均为分析纯，试验用水为纯水，电阻率为18．2MΩ•cm。

1．2仪器工作条件DionexIonPacRSCS1separator分离柱（4mm×250mm），IonPacRSCSIGuard保护柱（4mm×450mm）；淋洗液为含3mmol•L－1甲基磺酸的乙腈－水（15＋85）溶液；流量为0．9mL•min－1；进样量为10μL；柱温为30℃。

1．3试验方法称取肥料试样1．000g，加入氨水－甲醇－水（20＋70＋10）溶液50mL，超声5min，振荡30min进行提取，以5000r•min－1转速离心分离。移取一定体积的离心液于70℃氮吹吹干，用3mmol•L－1甲基磺酸溶液定容，过0．45μm滤膜，在仪器工作条件下进行测定。

2结果与讨论

2．1检测器的选择三聚氰胺是多价有机胺化合物，呈弱碱性，其pH约为8．0，在酸性条件下以阳离子形式存在。试验采用抑制型电导的方式进行检测时，经抑制后淋洗液pH变为弱碱性，三聚氰胺以分子形式存在，无法在电导检测器中产生信号；采用非抑制型电导检测器，以甲基磺酸作为淋洗液，检测酸性条件下三聚氰胺的阳离子，该检测方式具有较低的检出限和较宽的线性范围。因此，试验选择非抑制型电导检测器。

2．2色谱柱的选择三聚氰胺在酸性条件下带正电荷，具有阳离子交换特性。试验选择DionexIonPacRSCS1sepa－rator硅胶阳离子分离柱，由独特的亲水性低容量的弱阳离子交换基组成，在中性或酸性条件下常被应用于无机阳离子、铵及乙醇胺的测定［22－24］。采用含3mmol•L－1甲基磺酸的乙腈－水（15＋85）溶液作为淋洗液时，三聚氰胺可以与其他干扰离子较好地分离。

2．3色谱条件的选择化肥中可能含有Na＋、NH4＋、K＋、MEL、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋，试验考察了上述阳离子与5mg•L－1三聚氰胺混合溶液的离子色谱图，结果表明：K＋、Mg2＋与三聚氰胺的离子峰距离最近，在离子色谱检测时可能对三聚氰胺产生干扰。在色谱条件优化时，考察了流量、乙腈浓度、甲基磺酸浓度对柱压、三聚氰胺检测灵敏度和分离效果的影响。

2．3．1流量考虑到色谱分离柱和Peek管线的耐压性能和使用寿命，试验以含3mmol•L－1甲基磺酸的乙腈－水（15＋85）溶液为淋洗液，考察了流量0．6，0．7，0．8，0．9，1．0mL•min－1对柱压、三聚氰胺溶液的保留时间及与其他阳离子分离情况的影响。结果表明：不同流量下，三聚氰胺峰形均较好，且均能与干扰离子很好地分离，流量对于峰对称性的影响不大。但随着流量增加，电导检测器的灵敏度下降，峰面积明显减小，峰高略有下降，柱压明显增大。在保证试验中三聚氰胺较高的灵敏度、与干扰离子能够较好的分离且柱压允许的情况下，为能够快速的完成检测，试验选择流量为0．9mL•min－1。

2．3．2乙腈浓度在流量1．0mL•min－1下，试验考察了3mmol•L－1甲基磺酸溶液分别与体积分数为5％，10％，15％，20％，40％的乙腈溶液作为淋洗液时，三聚氰胺溶液的保留时间、峰形及与其他阳离子的分离情况。结果表明：随着乙腈浓度的增加，三聚氰胺和干扰离子的保留时间均缩短，峰面积略有减小，峰高增加明显。当乙腈体积分数小于10％时，200mg•L－1三聚氰胺溶液的峰有拖尾现象；当乙腈的体积分数大于15％，峰拖尾明显改善。乙腈体积分数大于20％时，三聚氰胺与离其最近的Mg2＋峰不能很好地分离，因此，试验选择乙腈体积分数为15％。

2．3．3甲基磺酸浓度试验考察了在流量1．0mL•min－1、10％乙腈浓度下，不同浓度甲基磺酸（MSA）对三聚氰胺溶液的保留时间、峰形及与其他阳离子的分离情况。随着甲基磺酸浓度增加，三聚氰胺与其他干扰离子的保留时间均明显缩短，峰面积基本不变，峰高增加，峰形更加对称，当甲基磺酸的浓度增加至4mmol•L－1时，三聚氰胺与Mg2＋的色谱峰有干扰。试验选择甲基磺酸溶液浓度为3mmol•L－1。

2．4提取条件的选择

2．4．1提取剂三聚氰胺为小分子极性化合物，在酸碱性水溶液以及甲醇等极性有机溶剂中溶解度较大，试验比较了含1％三氯乙酸溶液和氨水－甲醇－水（20＋70＋10）溶液，两种提取剂对不同类型肥料中三聚氰胺的提取，结果见表1。由表1可知：1％三氯乙酸提取液对于不同肥料0．1％，1．0％，10．0％浓度水平的加标回收率分别为73．7％～95．9％，75．9％～107％，21．5％～104％；说明0．1％，1．0％浓度水平的加标回收率较为满意，对于10．0％高浓度水平的加标回收率受肥料类型影响较大，对于缓释肥、硫包衣尿素，加标回收率较高，对于复合肥料、有机无机复混肥、脲醛缓释肥，1％三氯乙酸无法很好地提取其中的三聚氰胺。使用氨水－甲醇－水溶液对不同肥料进行回收试验，0．1％，1．0％，10．0％等3个加标水平的回收率分别为87．7％～103％，89．2％～102％，95．1％～100％。可能是由于复合肥料、有机无机复混肥、脲醛缓释肥中有机质成分较高，使用氨水－甲醇－水溶液提取，亲和性更好。试验选择氨水－甲醇－水溶液作为提取液。试验比较了不同氨水比例的氨水－甲醇－水溶液对化肥的提取效果，结果表明：化肥中三聚氰胺的提取含量并未随提取液中氨水比例的提高而增加，当氨水比例为20％时提取效果最佳。因此，试验选用氨水－甲醇－水（20＋70＋10）溶液为提取剂。

2．4．2提取方式振荡和超声是目前液固提取较常用的手段，考虑到不同化肥样品对提取液的亲和性不同，为了更好地提取样品中的三聚氰胺，试验在加入氨水－甲醇－水（20＋70＋10）溶液提取液后，先使用超声使样品充分浸润分散，再利用机械振荡进一步提取样品中的三聚氰胺，样品回收率可以达到满意水平。

2．4．3前处理方法目前三聚氰胺检测方法中多在液液、液固萃取后使用MCX固相萃取柱进行净化处理［25］，以防止干扰离子含量较高时对三聚氰胺产生影响。试验比较了1％三氯乙酸提取－MCX固相萃取柱净化的前处理方式（a）［9］和氨水－甲醇－水（20＋70＋10）溶液提取（b）两种前处理方式，其离子色谱图见图1。由图1可知：使用（a）法，提取液经阳离子固相萃取柱净化，将肥料中杂质阳离子与三聚氰胺分离，离子色谱检测基线平稳，干扰小；使用（b）法，虽然没有将杂质离子分离，但在优化的测定条件下，样品中的杂质离子产生的色谱峰与三聚氰胺色谱峰能够很好地分离，而肥料中可能存在的大量铵离子在氮吹时被蒸发除去，对三聚氰胺检测不产生明显干扰。试验采用（b）法，在保证三聚氰胺检测准确度的前提下，无需经过固相萃取柱处理，大大缩短了前处理过程，提高了检测效率，降低了检测成本。

2．5标准曲线及检出限按试验方法对1．0，10．0，25．0，50．0，100，200，500，800，1000mg•L－1的三聚氰胺标准溶液进行测定，结果表明：三聚氰胺的质量浓度在1．00～1000mg•L－1范围内与峰面积呈线性关系，线性回归方程为y＝0．0201x＋0．0063，相关系数为0．9999。测定空白肥料样品，以3倍信噪比计算化肥中三聚氰胺的检出限（3S／N）为5mg•kg－1，测定下限（9S／N）为15mg•kg－1。

2．6精密度和回收试验称取不同类型化肥试样1．000g，进行3个浓度水平的加标回收试验，重复测定6次，考查方法的准确度和精密度，结果见表2。由表2可知：对于不同类型的肥料，回收率在79．3％～116％之间，说明方法在不同样品中的加标回收率均很好。

2．7样品分析选取35种市售化肥样品，类型包括氮磷钾肥、有机肥、复合肥料、复混肥料、缓释肥料、硫包衣尿素、稳定性肥料等，按试验方法测定其中三聚氰胺的含量。结果表明：目前市售肥料中三聚氰胺含量较低，其中32种肥料中三聚氰胺的质量分数低于5mg•kg－1，3种缓释肥料检出质量分数分别为31．0，37．2，50．7mg•kg－1。本工作建立了肥料中三聚氰胺的离子色谱测定方法，样品前处理步骤简单，色谱分离效果好，杂质离子干扰小，测定范围宽，完全可以用于化肥中三聚氰胺的测定。通过对多种市售化肥的检测发现，目前肥料中三聚氰胺含量普遍未检出，但也有部分缓释肥中含有一定量的三聚氰胺，值得引起重视。

作者：闵红 孙明星 周辉 朱志秀 邱丰 张继东 单位：上海出入境检验检疫局