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钠元素可以提高植物细胞数量、加大植物细胞体积，有助于植物生长速度的提高，是植物生存生长的必需元素，同时，钠元素也是影响农作物耐盐胁迫能力的重要环境影响因子[1]。由于人类活动范围的扩展，土地盐碱化问题不断加重[2]，这一情况给农作物的产量带来严峻的考验，并且加重生态安全的威胁[3-6]。因此，快速准确地测量土壤、植物钠元素在选育耐盐植物、改善土壤性质、预防土壤盐渍化、有效地指导农业生产等方面具有重要意义。
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钠常用检测方法有电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子吸收法、离子色谱法、火焰光度法[3-6]等。其中，火焰光度法又称光度计法，属于锐线信号检测，检测精度高，在多个行业标准中均用其检测钠的含量[7-8]。但是，由于光度计需要手动操作，并且不能自动计算结果，操作熟练度影响检测速度与准确度，限制了在大批量样品测定中的应用。
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连续流动化学分析是一项新型的分析技术，是将复杂的手工操作简化成仪器自动化检测，可以快速检测溶液中总氮、总磷、硝酸盐、亚硝酸盐、还原糖、氯、钾等含量[9-12]，广泛应用于农业、食品、环境监测等领域。其优势在于自动化程度高、分析速度快、准确性好、方法灵敏度高[13-17]。连续流动分析仪的特点是样品和试剂通过泵管被吸入管路系统，每个反应液体流用气泡隔开，阻止内部样品扩散，显色反应完成后进入检测器检测。样品被注入的空气气泡分割成很多的小片断，反应流中的物质浓度是稳定的而不随时间变化而改变，这个稳态是达到高稳定性和灵敏性的重要因素[18]。同时，分析模块由不同型号的泵管、混合圈、玻璃旋管等化学元件组成，并配置各种不同处理单元，如蒸馏单元、透析单元、紫外消解单元、热浴单元等，适应复杂的反应，实现不同参数的检测[19]。因此，充分利用连续流动分析仪反应的稳定性，分析模块的多样性，可以拓展仪器在其他化学指标检测方面的功能。
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本研究将火焰光度计与连续流动分析仪结合起来，并对检测方法进行了优化，开发了“钠元素含量检测”新功能，在实践中获得了良好的应用效果。
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1 材料与方法
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1.1 试验材料
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1.1.1 样品
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供试植物样品为苹果、黄瓜叶片，经杀青、烘干、用高通量组织研磨仪粉碎后过 0.25 mm 筛，得到干粉备用。土壤样品为采集大棚土样，剔除石子和肉眼可见的根系，风干后过 1 mm 筛备用。
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1.1.2 主要试剂
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氯化钠为基准试剂，硝酸为优级纯。
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1.1.3 主要仪器
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连续流动分析仪（FLOWSYS 型，意大利 Systea 公司，配有 M410 型火焰光度计，英国 Sherwood 公司），电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9076A，上海精宏实验设备有限公司），分析电子天平 （FA1004，精度 0.0001 g，上海奕宇实验设备有限公司），微波消解仪（MultiwavePRO 型，奥地利安东帕公司），超纯水系统（Milli-Q Reference，德国 Merck millipore 公司）。
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1.2 试验方法
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1.2.1 标准曲线绘制
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精密称取已在 105℃电烘箱中干燥至恒重的工作基准试剂氯化钠 2.5421 g（精确至 0.0001 g），加入 3% 硝酸（体积比）溶解并定容至 1000 mL。此溶液为标准储备液，含钠浓度 1000 mg/L。依次吸取标准储备液 1、0.8、0.6、0.4、0.2、0 mL，加入 3% 硝酸定容至 100 mL，得到钠浓度为 10、8、6、 4、2、0 mg/L 的系列标准溶液并保存在塑料瓶中待用。连续流动分析仪进样得出标准工作曲线。
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1.2.2 待测液制备
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称取试样 0.2 g（精确至 0.0001 g）于消解管底部，加入 7 mL 硝酸，在微波消解仪上消解[参考条件：升温 120℃（爬坡 10 min，保持 5 min）、升温 160℃（爬坡 5 min，保持 5 min）、升温 180℃ （爬坡 5 min，保持 50 min）、降温 60℃]。消解结束开始赶酸，将消解管放置于电热板上 160℃加热直至溶液变为清亮无色并伴有白烟出现，继续加热至近干，留 1～2 mL 透明无色溶液（切不可蒸干） 冷却，转移至 50 mL 容量瓶中，用水定容，混匀待测，同时做试剂空白实验。
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1.2.3 仪器工作参数
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清洗液：3% 硝酸；检测器：M410 火焰光度计；进样速率：40 样 /h（进样时间：40 s；进样清洗时间：50 s），主峰高度 85% 左右（增益调节），燃气：空气-丙烷，压力：丙烷 0.08 MPa，空气：15 Psi（1 psi=6897 Pa），钠的检测范围：0～10 mg/L。
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1.2.4 试验方法
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称取一定量植物、土壤样品按照 1.2.2 步骤进行消解，取待测液或标准工作液于 10 mL 样品管中，放入样品盘中，待仪器稳定，优化进样时间与清洗时间，测定工作曲线和检测限，考察方法的重复性和精密度，进行仪器性能试验。
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1.3 数据分析
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采用 Syslyzers III1.6.14 对连续流动分析仪-火焰光度检测器检测获得的原始图谱进行火焰发射光谱峰的提取、标准曲线的绘制、钠含量的计算。数据分析和作图使用 Excel 2007 进行。
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2 结果与分析
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2.1 连续流动分析仪-火焰光度计联用测钠方法的建立
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建立了一种新的自动测钠系统，该系统以火焰光度计作为检测单元，以连续流动分析仪作为取样单元、数据处理单元，由计算机自动分析并输出数据结果。
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连续流动分析仪-火焰光度计测钠装置主要由自动进样器、钠分析通道（原钾分析通道，包括触摸式液晶显示屏、蠕动泵、分析模块）、检测系统 （火焰光度计）和数据处理系统（图1）。钠元素的检测流程为：自动进样器→蠕动泵→分析模块→检测器（光焰光度计）→数据处理系统（图2）。
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FLOWSYS 型连续流动分析仪系统配置：随机取样器、四通道 FLOWSYS 营养盐和常用配置。多功能模块：全氮 / 全磷、硼、氯、硫化物 / 钾。数据传输：Flowdata6 ch。数据处理：Syslyzers III1.6.14。
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图1 连续流动分析仪-火焰光度计测钠装置
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图2 钠的分析流程示意图
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注：括弧内数字是流速，mL/min。
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硬件部分：FLOWSYS 型连续流动分析仪，包括 Flowdata（控制器）、取样器、钠分析通道（四通道 FLOWSYS 营养盐）和电脑、空气压缩机、M410 型火焰光度计等。整个流程的信号连接，包括取样器与分析通道、分析通道与检测器以及数据处理之间的信号连接线。
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软件部分：数据传输：Flowdata6 ch。数据处理： Syslyzers III1.6.14。用户通过 Syslyzers III1.6.14 可以建立钠的检测方法。
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钠检测方法基本流程：
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（1）新建钠方法：打开软件，在分析界面单击图标，进入 Methods Settings 界面，点击 Add，新建钠方法。
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（2）设置基本的测试参数：点击 General，设置浓度单位及小数位数、吸样时间（Sample time）、冲洗时间（Wash time）等。点击 OD/Curve/QC，设置标准曲线类型，一般火焰发射法选择非线性拟合，可以先设置非线性，在结果文件中可以尝试修改操作。并输入标准工作液浓度（从高到低），设置好后点击 OK。
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按照流路图1 连接仪器的硬件部分，进入软件 General Settings 界面，在对应通道序列号后选择待分析参数钠，连接相应通道（钠分析模块所在通道）。
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（3）设置空白（零点）：整个流路运行去离子水 10 min 以上，当基线走稳时（气泡规律），通过旋转火焰光度计“blank”钮将软件 OD 值调到 000 （在作空白、校正和测量时，关闭火焰视镜窗口）。
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（4）调节增益：将配制好的最高浓度标准液置于取样盘位置 1，进行手工取样（Sylsyzer-Sampler-Keyboard Control-Stat Manual Sampling），进样针取液（最高浓度）时间与钠方法设置吸样时间一致，等待峰的出现并趋于稳定时调节增益（读数值 85%）（Syslyzer-Operation-Start Chart-Adjust-Full Scale）。
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（5）将待测样品摆放在取样器样品盘上，编辑样品盘，启动分析，实现自动测样，并自动保存数据。
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2.2 钠元素检测方法的优化
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2.2.1 吸样时间的确定
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FLOWSYS 型连续流动分析仪配置了 104 位转盘式自动进样器，实现了自动取样，自动洗针。在方法编辑中设置吸样时间，保证每个样品吸取时间一致，即保证了每个样品吸取量一致。本研究设置取样器吸样时间分别是 20、30、35、40、45、 50 s，考察不同吸样量对检测结果的影响（图3）。
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图3 不同吸样时间样品的钠含量
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从图3 可以看出，吸样 35 s 以下，随着吸样时间的增加，样品钠含量也随之增大。当吸样时间大于 35 s 时，样品钠含量基本稳定不变，这是因为流动分析仪有蠕动泵精确控制样品和试剂吸入量，在气动雾化喷出的液体不变，最终能够实现液体破碎的量不变，所以灵敏度没有变化，因此，吸样 35 s 即可以满足测试要求。
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2.2.2 样品清洗时间的确定
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连续流动分析仪的缺点是管路中部的液体流速比边缘的快，会产生扩散与带过。通过加入气泡可以降低扩散，而对于带过，则可以通过设定恰当的进样清洗比，即延长每个样品检测后的清洗时间，减少高浓度样品在系统中的残留对低浓度样品的影响。通常认为低于 2% 的带过是可以接受的，而且可以通过带过修正方程进行补偿（式 1）。
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式中 A、B、C 分别指高、中、低浓度样品含量（mg/L）
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为减少带过，即高浓度样品在系统中的残留对低浓度样品的影响，本研究选择高（样品 A）、中（样品 B）、低（样品 C）3 个浓度样品，设置清洗时间分别为 35、40、45、50、55 s，进行 5 次平行测试。从图4 可以看出，清洗 40 s 以下，随着清洗时间的增加，管路中因带过残留的钠离子被逐渐清洗掉，B、C 样品钠的含量也随之下降；而当清洗时间大于 40 s，高浓度样品 A 对低浓度样品 C 以及中浓度样品 B 对低浓度样品 C 的影响基本可以忽略，样品钠含量基本不变，这说明清洗 40 s 即可将流路中样品基本清洗干净。随着清洗时间的延长，带过值不断降低，冲洗 40 s 时带过为 1.94%。因此，设置吸样 35 s，清洗时间 40 s 时，可以消除带过的影响。
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图4 不同清洗时间样品的钠含量
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2.2.3 性能试验
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2.2.3.1 确定线性分析范围
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火焰光度计检测钠的范围为 0～10 mg/L，因此在连续流动分析仪 Syslyzers III1.6.14 界面，设置手动吸取钠标准样品（浓度 10 mg/L）90 s，当实时监测界面样品峰值升至最大并稳定时，迅速在火焰光度计上调节粗调旋钮“coarse”为 100 mg/L 档位，同时微调旋钮“fine”，直至样品 OD 在 0.15～0.80 之间。此时，连续流动分析仪钠的检测范围为 0～10 mg/L。
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2.2.3.2 工作曲线
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在上述优化条件下，吸取标准工作溶液进行测试，结果显示，标准曲线峰型良好，平滑规整，无杂峰和锯齿峰，说明反应条件均在适宜的范围内，符合实验稳定性和准确性要求。
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工作曲线的线性方程：y=55.313x-0.9074，R2 =0.999。
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式中：y-仪器响应值，x-钠的质量浓度（mg/L）。
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钠的质量浓度在 0～10 mg/L 以内呈线性关系。
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2.2.3.3 检出限
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本研究使用钠浓度为 0.5 mg/L 的土壤样品、钠浓度为 2 mg/L 的植物样品作为标准样，重复测定 10 次，计算检出限（表1）。测试结果显示，土壤样品 10 次测定结果的标准偏差为 0.006，方法检出限为 0.016 mg/L；植物样品的标准偏差为 0.012，检出限为 0.018 mg/L。
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2.2.3.4 重复性
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在上述优化条件下，对 6 个植物、土壤样品进行了 10 次平行测定（表2）。结果表明植物、土壤样品钠含量相对标准偏差（RSD） 均小于 2.8%，这说明该方法的重复性较好，适合于植物、土壤样品钠含量的快速测定。
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2.2.3.5 回收率
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采用标准加入法，取 4 个已知含量样品做回收率实验，结果见表3。结果表明，土壤、植物样品的钠回收率在 93%～104% 之间 （n =4），表明该方法的回收效果良好。
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2.3 连续流动分析仪-火焰光度法与火焰光度法的测定结果对比
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分别采用连续流动分析仪火焰光度法和火焰光度法对 10 个植物、土壤样品每间隔 0、1、2、3、 4、5、6 h 测定钠含量（图5）。结果显示，6 h 内连续流动分析仪火焰光度法的钠含量测定结果 RSD 值始终较小（最大为 1.4%），表明在测量过程中测量值间的精密度高，相对误差小，仪器的稳定性能好，这与软件的基线校准、标曲校正功能等因素有关；而使用火焰光度法时，1 h 内测量值的 RSD 为 0.3%，当测量时间增加到 3 h 时 RSD 增大至 5.9%。这说明短时间内仪器性能稳定，但随着测样时间延长，火焰光度计受电流波动、燃气波动、雾化器状态等因素影响，测量值漂移量大，从而导致钠的测量值稳定性稍差。此时需要手动进行仪器校正，而对仪器测量值漂移的判断，则受到操作者的经验、熟练程度的影响。
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图5 2 种方法测定样品的钠含量
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3 讨论与结论
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根据连续流动分析仪与火焰光度计的结构特点，将小型仪器与大型仪器进行联用，以火焰光度计作为检测装置，以连续流动分析仪作为取样系统，Syslyzers III1.6.14 作为数据记录系统，将硬件连接，之后通过软件建立钠的检测方法，建立了快速测定土壤、植物中钠含量的新方法。这一功能的开发，拓展了仪器的新功能，提高了设备使用率，为大型仪器功能开发提供了新的思路。
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与火焰光度法比较，连续流动分析仪-火焰光度法具有以下突出优势：①连续流动分析仪配备 104 位转盘式自动进样器，实现了大量样品取样自动化，提高了检测效率。②自动进样针固定高度，保证了吸样深度一致，每个样品吸样时间与冲洗时间固定，即吸样量、清洗量完全相同。③ Syslyzers III1.6.14 的监测功能实现了测样过程对数据的实时监控，包括基线的波动、样品钠离子峰形的监测。软件的结果计算功能实现了测定值的自动记录，标准曲线的自动绘制，样品含量的计算以及结果的编辑。④连续流动分析仪-火焰光度法软件硬件配置保证了仪器可以提供稳定样品流量，可以获得高精度的检测信号，钠的检出限更低，为 0.016 mg/L。说明连续流动分析仪-火焰光度法测定土壤、植物钠元素，自动化程度高，定量结果更准确、可靠。
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目前，该方法已对上千份土壤、植物样品进行测试。在实践过程中，我们发现，园艺、农学、资环等领域的研究人员为了研究钠离子在植物体内、土壤中的状况，常需要在模拟条件下，对研究对象进行高浓度钠离子处理。而高浓度的钠离子远远超过仪器检测量程，需要稀释几十倍甚至上百倍，如果能在连续流动分析仪-火焰光度计上配置具有自动稀释功能的自动进样器，将会进一步提高高浓度钠的检测效率。
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摘要
为解决在土壤、植物钠含量的检测分析过程中火焰光度计法手动操作、效率低等问题，利用实验室现有连续流动分析仪，搭建了连续流动分析仪与火焰光度计联用平台，并优化了以土壤、植物样品的钠元素检测条件。结果表明，仪器响应值与钠的质量浓度在 10 mg/L 以内呈线性，相关系数为 0.999，相对标准偏差小于 3.12%，植物、土壤中钠的检出限分别为 0.018 和 0.016 mg/L。结合连续流动分析仪的自动化程度高与火焰光度计的检测精度高的特点，实现了对土壤、植物钠含量快速精确的测定分析，拓展了仪器功能。
Abstract
In order to solve the problem of low efficiency and manual operation of flame photometer in the process of soil and plant sodium content detection and analysis，a method of sodium determination by combining flame photometer with continuous flow analyzer was built. The content of sodium in soil and plant samples was determined by this method，and the detection conditions were optimized. The results showed that the concentration of sodium was linear within 10 mg/L，the correlation coefficient was 0.999，and the relative standard deviation was less than 3.12%. The detection limits of sodium in plant and soil samples were 0.018 and 0.016 mg/L，respectively. In this research，the high degree of automation of continuous flow analyzer and the high detection accuracy of flame photometer were combined，and the rapid and accurate determination and analysis of soil and plant sodium content were realized. At the same time，the new functions of the instrument was expanded.
Keywords
continuous flow analyzer ； sodium ； flame photometer ； soil ； plant