植物中硼分離方法的建立及其同位素質(zhì)譜測(cè)定

徐樹(shù)建等

1引言

硼是植物正常生長(zhǎng)所必需的一種微量營(yíng)養(yǎng)元素。作為植物體的結(jié)構(gòu)組成部分，硼不參與氧化還原反應(yīng)，只促進(jìn)碳水化合物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、植物體生殖器官的建成和發(fā)育、細(xì)胞分裂和細(xì)胞伸長(zhǎng)等。硼與光合作用、核酸及蛋白質(zhì)的合成也有一定的關(guān)系，還能提高作物的抗逆性，參與由多酚氧化酶所活化的氧化系統(tǒng)[1， 2]。

自然界中硼有兩種穩(wěn)定同位素：10B和11B，目前對(duì)硼和硼同位素組成的應(yīng)用主要集中于宇宙事件[3，4]、殼幔演化[5]、物質(zhì)來(lái)源判斷[6～8]、古海洋和古氣候[9～11]以及環(huán)境污染[12～15]的研究方面。而硼在植物生長(zhǎng)過(guò)程的遷移、再循環(huán)及生物地球化學(xué)作用，都容易引起硼同位素組成的變化，這種作用同時(shí)也導(dǎo)致硼循環(huán)過(guò)程的同位素變化，因此通過(guò)了解硼元素在植物體的行為、遷移轉(zhuǎn)化以及生物效應(yīng)機(jī)理，能夠更好地優(yōu)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的培育種植、重建古營(yíng)養(yǎng)學(xué)結(jié)構(gòu)以及重新認(rèn)識(shí)硼同位素的生物地球化學(xué)循環(huán)。

然而，植物體中存在的大量有機(jī)質(zhì)，影響了硼同位素測(cè)定的精確度和準(zhǔn)確度，硼的提取純化技術(shù)成為限制硼同位素在植物領(lǐng)域方面應(yīng)用的瓶頸[16～18]。通常，植物體中測(cè)定硼含量使用的分離方法為傳統(tǒng)的HNO3/H2O2濕法消解，這種方法雖然能夠有效去除植物中的大量有機(jī)質(zhì)，但是HNO3的引入，容易產(chǎn)生影響硼同位素測(cè)定（Cs2BO+2）的同質(zhì)異位素Cs2CNO+ [19～21]，Cs2CNO+能夠大大抑制硼同位素離子流的發(fā)射。文獻(xiàn)[19]建立的微升華法能夠去除溶液中存在的有機(jī)質(zhì)，但是不適用含有大量有機(jī)質(zhì)植物樣品。

在文獻(xiàn)[22]建立的兩步法離子交換技術(shù)分離硼的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)建立了一種快速消除大量有機(jī)質(zhì)的分離方法， 實(shí)現(xiàn)了植物中硼的有效分離，并能滿足正熱電離質(zhì)譜法測(cè)定硼同位素測(cè)試的需求，初步探討在植物體不同組織之間產(chǎn)生硼同位素分餾的原因。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Inductively coupled plasma optical emission spectrometry， ICPOES，美國(guó)Varian，Vista MPX型），配40 MHz自激式射頻發(fā)生器、中階梯多色器系統(tǒng)和Vista Chip CCD檢測(cè)器。硼同位素比采用Triton （Thermo Fisher）正熱電離質(zhì)譜計(jì)測(cè)定，該質(zhì)譜計(jì)配有特制的雙法拉第杯系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)309（Cs211BO+2）/308（Cs210BO+2）離子的同步測(cè)定[10]。

硼酸、HCl、硼砂均為優(yōu)級(jí)純?cè)噭Ｅ鹪貥?biāo)準(zhǔn)溶液（1 g/L）購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。使用前，鹽酸經(jīng)一次亞沸蒸餾配制而成。光譜純石墨與乙醇水（8∶2， V/V）配制的懸浮液作為正熱電離質(zhì)譜發(fā)射劑。Amberlite IRA 743樹(shù)脂（60～100，SigmaAldrich （China）公司），研磨過(guò)100目篩。Dowex 50 W×8 H+型強(qiáng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（200～400目）和Ion Exchanger Ⅱ型弱陰離子交換樹(shù)脂（60～100目），百靈威科技有限公司。硼同位素標(biāo)準(zhǔn)NIST SRM 951硼酸，配制溶液濃度為1.0 g/L。用光譜純Cs2CO3 （99.994%）配制12.3 g/L的溶液。用甘露醇（HPLC純） 配制溶液濃度為1.82%。

實(shí)驗(yàn)用水均為蒸餾水，并經(jīng)過(guò)亞沸蒸餾和硼特效樹(shù)脂柱交換后的無(wú)硼去離子水。

2.2分離過(guò)程

2.2.1樣品干灰化植物樣品（松果菊和紅王子錦帶）采用去離子水反復(fù)洗滌，以除去表面的附著物和雜質(zhì)。在40 ℃的溫度下氣流烘干后， 將樣品粉碎，過(guò)100目篩。準(zhǔn)確稱(chēng)量0.3～0.5 g植物樣品，置于干燥的石英坩堝中，然后將樣品和坩堝放置于馬弗爐中，先升溫至200 ℃，將植物樣品進(jìn)行碳化1 h，升溫至550 ℃進(jìn)行干燥灰化4 h，最后在干燥器中冷卻至室溫。

2.2.2硼特效樹(shù)脂吸附Amberlite IRA743硼特效樹(shù)脂（100～200 目）使用前，用0.5 mol/L HCl洗滌，然后用高純水淋洗至中性，再用0.1 mol/L NH3·H2O洗滌，再用高純水淋洗至中性，待用[10，23，24]。

將干燥灰化后的植物樣品，用1 mL 0.5 mol/L HCl溶解后，向其中加入1 mol/L NH3·H2O溶液，調(diào)至pH 9。將樣品溶液以2.5 mL/min流速通過(guò)硼特效樹(shù)脂，用于硼的吸附。待溶液流盡后，用1 mL高純水洗滌，然后用75 ℃ 10 mL 0.1 mol/L HCl淋洗，收集淋洗液。然后在60 ℃溫度下氣流蒸發(fā)至近干。

2.2.3陰陽(yáng)離子混合樹(shù)脂法陽(yáng)離子樹(shù)脂在使用前，用HCl 溶液再生，去離子水洗至中性。弱堿性陰離子樹(shù)脂用飽和NaHCO3溶液淋洗，高純水洗至中性。將上述陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂均勻混合，備用。由于陰陽(yáng)離子樹(shù)脂粒徑不一樣，因此易于分離和再生使用。

將近干的溶液直接轉(zhuǎn)移至陰陽(yáng)離子混合交換樹(shù)脂柱中，然后用10 mL高純水洗滌，收集淋洗液，然后向其中加入適量的Cs2CO3溶液和甘露醇（使B/Cs 摩爾比為1∶2， B/甘露醇摩爾比為1∶l）。將溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中， 60 ℃溫度下濃縮至約0.5 mL時(shí)，轉(zhuǎn)移至0.5 mL具塞離心管，繼續(xù)蒸發(fā)溶液至含硼約1 g/L 為止。樣品密封，在4 ℃溫度下儲(chǔ)存，用于硼同位素組成測(cè)試。

2.3硼同位素測(cè)定方法

采用文獻(xiàn)[22]建立的Cs2BO+2正熱電離質(zhì)譜法測(cè)定硼同位素組成。鉭帶（7.5 mm× 0.76 mm× 0.025 mm）在3 A電流下真空去氣1 h。涂樣時(shí)，先將2.5 μL石墨懸浮液涂于鉭帶表面，在1.2 A電流下蒸至近干，再加入1 μL樣品，蒸發(fā)至近干，用于質(zhì)譜測(cè)定。

1引言

硼是植物正常生長(zhǎng)所必需的一種微量營(yíng)養(yǎng)元素。作為植物體的結(jié)構(gòu)組成部分，硼不參與氧化還原反應(yīng)，只促進(jìn)碳水化合物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、植物體生殖器官的建成和發(fā)育、細(xì)胞分裂和細(xì)胞伸長(zhǎng)等。硼與光合作用、核酸及蛋白質(zhì)的合成也有一定的關(guān)系，還能提高作物的抗逆性，參與由多酚氧化酶所活化的氧化系統(tǒng)[1， 2]。

自然界中硼有兩種穩(wěn)定同位素：10B和11B，目前對(duì)硼和硼同位素組成的應(yīng)用主要集中于宇宙事件[3，4]、殼幔演化[5]、物質(zhì)來(lái)源判斷[6～8]、古海洋和古氣候[9～11]以及環(huán)境污染[12～15]的研究方面。而硼在植物生長(zhǎng)過(guò)程的遷移、再循環(huán)及生物地球化學(xué)作用，都容易引起硼同位素組成的變化，這種作用同時(shí)也導(dǎo)致硼循環(huán)過(guò)程的同位素變化，因此通過(guò)了解硼元素在植物體的行為、遷移轉(zhuǎn)化以及生物效應(yīng)機(jī)理，能夠更好地優(yōu)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的培育種植、重建古營(yíng)養(yǎng)學(xué)結(jié)構(gòu)以及重新認(rèn)識(shí)硼同位素的生物地球化學(xué)循環(huán)。

然而，植物體中存在的大量有機(jī)質(zhì)，影響了硼同位素測(cè)定的精確度和準(zhǔn)確度，硼的提取純化技術(shù)成為限制硼同位素在植物領(lǐng)域方面應(yīng)用的瓶頸[16～18]。通常，植物體中測(cè)定硼含量使用的分離方法為傳統(tǒng)的HNO3/H2O2濕法消解，這種方法雖然能夠有效去除植物中的大量有機(jī)質(zhì)，但是HNO3的引入，容易產(chǎn)生影響硼同位素測(cè)定（Cs2BO+2）的同質(zhì)異位素Cs2CNO+ [19～21]，Cs2CNO+能夠大大抑制硼同位素離子流的發(fā)射。文獻(xiàn)[19]建立的微升華法能夠去除溶液中存在的有機(jī)質(zhì)，但是不適用含有大量有機(jī)質(zhì)植物樣品。

在文獻(xiàn)[22]建立的兩步法離子交換技術(shù)分離硼的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)建立了一種快速消除大量有機(jī)質(zhì)的分離方法， 實(shí)現(xiàn)了植物中硼的有效分離，并能滿足正熱電離質(zhì)譜法測(cè)定硼同位素測(cè)試的需求，初步探討在植物體不同組織之間產(chǎn)生硼同位素分餾的原因。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Inductively coupled plasma optical emission spectrometry， ICPOES，美國(guó)Varian，Vista MPX型），配40 MHz自激式射頻發(fā)生器、中階梯多色器系統(tǒng)和Vista Chip CCD檢測(cè)器。硼同位素比采用Triton （Thermo Fisher）正熱電離質(zhì)譜計(jì)測(cè)定，該質(zhì)譜計(jì)配有特制的雙法拉第杯系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)309（Cs211BO+2）/308（Cs210BO+2）離子的同步測(cè)定[10]。

硼酸、HCl、硼砂均為優(yōu)級(jí)純?cè)噭Ｅ鹪貥?biāo)準(zhǔn)溶液（1 g/L）購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。使用前，鹽酸經(jīng)一次亞沸蒸餾配制而成。光譜純石墨與乙醇水（8∶2， V/V）配制的懸浮液作為正熱電離質(zhì)譜發(fā)射劑。Amberlite IRA 743樹(shù)脂（60～100，SigmaAldrich （China）公司），研磨過(guò)100目篩。Dowex 50 W×8 H+型強(qiáng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（200～400目）和Ion Exchanger Ⅱ型弱陰離子交換樹(shù)脂（60～100目），百靈威科技有限公司。硼同位素標(biāo)準(zhǔn)NIST SRM 951硼酸，配制溶液濃度為1.0 g/L。用光譜純Cs2CO3 （99.994%）配制12.3 g/L的溶液。用甘露醇（HPLC純） 配制溶液濃度為1.82%。

實(shí)驗(yàn)用水均為蒸餾水，并經(jīng)過(guò)亞沸蒸餾和硼特效樹(shù)脂柱交換后的無(wú)硼去離子水。

2.2分離過(guò)程

2.2.1樣品干灰化植物樣品（松果菊和紅王子錦帶）采用去離子水反復(fù)洗滌，以除去表面的附著物和雜質(zhì)。在40 ℃的溫度下氣流烘干后， 將樣品粉碎，過(guò)100目篩。準(zhǔn)確稱(chēng)量0.3～0.5 g植物樣品，置于干燥的石英坩堝中，然后將樣品和坩堝放置于馬弗爐中，先升溫至200 ℃，將植物樣品進(jìn)行碳化1 h，升溫至550 ℃進(jìn)行干燥灰化4 h，最后在干燥器中冷卻至室溫。

2.2.2硼特效樹(shù)脂吸附Amberlite IRA743硼特效樹(shù)脂（100～200 目）使用前，用0.5 mol/L HCl洗滌，然后用高純水淋洗至中性，再用0.1 mol/L NH3·H2O洗滌，再用高純水淋洗至中性，待用[10，23，24]。

將干燥灰化后的植物樣品，用1 mL 0.5 mol/L HCl溶解后，向其中加入1 mol/L NH3·H2O溶液，調(diào)至pH 9。將樣品溶液以2.5 mL/min流速通過(guò)硼特效樹(shù)脂，用于硼的吸附。待溶液流盡后，用1 mL高純水洗滌，然后用75 ℃ 10 mL 0.1 mol/L HCl淋洗，收集淋洗液。然后在60 ℃溫度下氣流蒸發(fā)至近干。

2.2.3陰陽(yáng)離子混合樹(shù)脂法陽(yáng)離子樹(shù)脂在使用前，用HCl 溶液再生，去離子水洗至中性。弱堿性陰離子樹(shù)脂用飽和NaHCO3溶液淋洗，高純水洗至中性。將上述陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂均勻混合，備用。由于陰陽(yáng)離子樹(shù)脂粒徑不一樣，因此易于分離和再生使用。

將近干的溶液直接轉(zhuǎn)移至陰陽(yáng)離子混合交換樹(shù)脂柱中，然后用10 mL高純水洗滌，收集淋洗液，然后向其中加入適量的Cs2CO3溶液和甘露醇（使B/Cs 摩爾比為1∶2， B/甘露醇摩爾比為1∶l）。將溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中， 60 ℃溫度下濃縮至約0.5 mL時(shí)，轉(zhuǎn)移至0.5 mL具塞離心管，繼續(xù)蒸發(fā)溶液至含硼約1 g/L 為止。樣品密封，在4 ℃溫度下儲(chǔ)存，用于硼同位素組成測(cè)試。

2.3硼同位素測(cè)定方法

采用文獻(xiàn)[22]建立的Cs2BO+2正熱電離質(zhì)譜法測(cè)定硼同位素組成。鉭帶（7.5 mm× 0.76 mm× 0.025 mm）在3 A電流下真空去氣1 h。涂樣時(shí)，先將2.5 μL石墨懸浮液涂于鉭帶表面，在1.2 A電流下蒸至近干，再加入1 μL樣品，蒸發(fā)至近干，用于質(zhì)譜測(cè)定。

1引言

硼是植物正常生長(zhǎng)所必需的一種微量營(yíng)養(yǎng)元素。作為植物體的結(jié)構(gòu)組成部分，硼不參與氧化還原反應(yīng)，只促進(jìn)碳水化合物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、植物體生殖器官的建成和發(fā)育、細(xì)胞分裂和細(xì)胞伸長(zhǎng)等。硼與光合作用、核酸及蛋白質(zhì)的合成也有一定的關(guān)系，還能提高作物的抗逆性，參與由多酚氧化酶所活化的氧化系統(tǒng)[1， 2]。

自然界中硼有兩種穩(wěn)定同位素：10B和11B，目前對(duì)硼和硼同位素組成的應(yīng)用主要集中于宇宙事件[3，4]、殼幔演化[5]、物質(zhì)來(lái)源判斷[6～8]、古海洋和古氣候[9～11]以及環(huán)境污染[12～15]的研究方面。而硼在植物生長(zhǎng)過(guò)程的遷移、再循環(huán)及生物地球化學(xué)作用，都容易引起硼同位素組成的變化，這種作用同時(shí)也導(dǎo)致硼循環(huán)過(guò)程的同位素變化，因此通過(guò)了解硼元素在植物體的行為、遷移轉(zhuǎn)化以及生物效應(yīng)機(jī)理，能夠更好地優(yōu)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的培育種植、重建古營(yíng)養(yǎng)學(xué)結(jié)構(gòu)以及重新認(rèn)識(shí)硼同位素的生物地球化學(xué)循環(huán)。

然而，植物體中存在的大量有機(jī)質(zhì)，影響了硼同位素測(cè)定的精確度和準(zhǔn)確度，硼的提取純化技術(shù)成為限制硼同位素在植物領(lǐng)域方面應(yīng)用的瓶頸[16～18]。通常，植物體中測(cè)定硼含量使用的分離方法為傳統(tǒng)的HNO3/H2O2濕法消解，這種方法雖然能夠有效去除植物中的大量有機(jī)質(zhì)，但是HNO3的引入，容易產(chǎn)生影響硼同位素測(cè)定（Cs2BO+2）的同質(zhì)異位素Cs2CNO+ [19～21]，Cs2CNO+能夠大大抑制硼同位素離子流的發(fā)射。文獻(xiàn)[19]建立的微升華法能夠去除溶液中存在的有機(jī)質(zhì)，但是不適用含有大量有機(jī)質(zhì)植物樣品。

在文獻(xiàn)[22]建立的兩步法離子交換技術(shù)分離硼的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)建立了一種快速消除大量有機(jī)質(zhì)的分離方法， 實(shí)現(xiàn)了植物中硼的有效分離，并能滿足正熱電離質(zhì)譜法測(cè)定硼同位素測(cè)試的需求，初步探討在植物體不同組織之間產(chǎn)生硼同位素分餾的原因。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Inductively coupled plasma optical emission spectrometry， ICPOES，美國(guó)Varian，Vista MPX型），配40 MHz自激式射頻發(fā)生器、中階梯多色器系統(tǒng)和Vista Chip CCD檢測(cè)器。硼同位素比采用Triton （Thermo Fisher）正熱電離質(zhì)譜計(jì)測(cè)定，該質(zhì)譜計(jì)配有特制的雙法拉第杯系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)309（Cs211BO+2）/308（Cs210BO+2）離子的同步測(cè)定[10]。

硼酸、HCl、硼砂均為優(yōu)級(jí)純?cè)噭?。硼元素?biāo)準(zhǔn)溶液（1 g/L）購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。使用前，鹽酸經(jīng)一次亞沸蒸餾配制而成。光譜純石墨與乙醇水（8∶2， V/V）配制的懸浮液作為正熱電離質(zhì)譜發(fā)射劑。Amberlite IRA 743樹(shù)脂（60～100，SigmaAldrich （China）公司），研磨過(guò)100目篩。Dowex 50 W×8 H+型強(qiáng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（200～400目）和Ion Exchanger Ⅱ型弱陰離子交換樹(shù)脂（60～100目），百靈威科技有限公司。硼同位素標(biāo)準(zhǔn)NIST SRM 951硼酸，配制溶液濃度為1.0 g/L。用光譜純Cs2CO3 （99.994%）配制12.3 g/L的溶液。用甘露醇（HPLC純） 配制溶液濃度為1.82%。

實(shí)驗(yàn)用水均為蒸餾水，并經(jīng)過(guò)亞沸蒸餾和硼特效樹(shù)脂柱交換后的無(wú)硼去離子水。

2.2分離過(guò)程

2.2.1樣品干灰化植物樣品（松果菊和紅王子錦帶）采用去離子水反復(fù)洗滌，以除去表面的附著物和雜質(zhì)。在40 ℃的溫度下氣流烘干后， 將樣品粉碎，過(guò)100目篩。準(zhǔn)確稱(chēng)量0.3～0.5 g植物樣品，置于干燥的石英坩堝中，然后將樣品和坩堝放置于馬弗爐中，先升溫至200 ℃，將植物樣品進(jìn)行碳化1 h，升溫至550 ℃進(jìn)行干燥灰化4 h，最后在干燥器中冷卻至室溫。

2.2.2硼特效樹(shù)脂吸附Amberlite IRA743硼特效樹(shù)脂（100～200 目）使用前，用0.5 mol/L HCl洗滌，然后用高純水淋洗至中性，再用0.1 mol/L NH3·H2O洗滌，再用高純水淋洗至中性，待用[10，23，24]。

將干燥灰化后的植物樣品，用1 mL 0.5 mol/L HCl溶解后，向其中加入1 mol/L NH3·H2O溶液，調(diào)至pH 9。將樣品溶液以2.5 mL/min流速通過(guò)硼特效樹(shù)脂，用于硼的吸附。待溶液流盡后，用1 mL高純水洗滌，然后用75 ℃ 10 mL 0.1 mol/L HCl淋洗，收集淋洗液。然后在60 ℃溫度下氣流蒸發(fā)至近干。

2.2.3陰陽(yáng)離子混合樹(shù)脂法陽(yáng)離子樹(shù)脂在使用前，用HCl 溶液再生，去離子水洗至中性。弱堿性陰離子樹(shù)脂用飽和NaHCO3溶液淋洗，高純水洗至中性。將上述陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂均勻混合，備用。由于陰陽(yáng)離子樹(shù)脂粒徑不一樣，因此易于分離和再生使用。

將近干的溶液直接轉(zhuǎn)移至陰陽(yáng)離子混合交換樹(shù)脂柱中，然后用10 mL高純水洗滌，收集淋洗液，然后向其中加入適量的Cs2CO3溶液和甘露醇（使B/Cs 摩爾比為1∶2， B/甘露醇摩爾比為1∶l）。將溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中， 60 ℃溫度下濃縮至約0.5 mL時(shí)，轉(zhuǎn)移至0.5 mL具塞離心管，繼續(xù)蒸發(fā)溶液至含硼約1 g/L 為止。樣品密封，在4 ℃溫度下儲(chǔ)存，用于硼同位素組成測(cè)試。

2.3硼同位素測(cè)定方法

采用文獻(xiàn)[22]建立的Cs2BO+2正熱電離質(zhì)譜法測(cè)定硼同位素組成。鉭帶（7.5 mm× 0.76 mm× 0.025 mm）在3 A電流下真空去氣1 h。涂樣時(shí)，先將2.5 μL石墨懸浮液涂于鉭帶表面，在1.2 A電流下蒸至近干，再加入1 μL樣品，蒸發(fā)至近干，用于質(zhì)譜測(cè)定。