《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》：Compost micronutrients profiling by energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy (EDXRF): a sustainable alternative to conventional spectroscopic techniques
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能散X射线荧光光谱法快速非破坏性测定堆肥中Cr、Cu、Mn、K并验证其与常规原子光谱法等效性，符合绿色化学原则。
作者：Fiorella Iaquinta、Javier Silva、Agustina Valentín、Florencia Tissot
所属机构：乌拉圭蒙得维的亚共和国大学化学系分析化学领域，环境分析化学小组
摘要
随着环境问题的日益严重，堆肥有机废物已成为一种可持续的固体废物管理策略，既具有生态效益，也具有农学价值。这种方法不仅减少了废物的重量和体积，还产生了一种有价值的最终产品。
本研究提出了一种简单、经济、快速且非破坏性的方法，利用能量分散X射线荧光光谱（EDXRF）技术测定堆肥中的铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）和钾（K）。该方法仅需进行简单的样品制备（压制成颗粒），无需外部校准标准品。通过优化实验参数，验证了该分析方法的可靠性。
检测限范围为0.4至2.6毫克/千克（mg kg?1），定量限范围为3.2至8.7毫克/千克（mg kg?1）。重复分析显示，所有分析物的相对标准偏差（RSD）均低于10%。通过使用两种认证参考物质（土壤和植物材料）评估了方法的准确性，回收率在96%至117%之间。
此外，将本研究结果与采用微波辅助酸消解的传统原子光谱技术所得结果进行了比较，未发现显著差异，两种方法在95%的置信水平下具有等效性。
根据绿色分析化学的原则，使用AGREE、ComplexMoGAPI和BAGI等评估指标对所开发的方法进行了评价，并将其与传统原子光谱技术的结果进行了对比。研究结果表明，EDXRF是测定堆肥中微量营养素的一种更环保、更可持续的分析方法。
引言
经济增长和对食品需求的增加导致农业生产系统的集约化，从而产生了更多的有机废物[1]。在这种情况下，堆肥作为一种环境和经济上都可行的废物管理策略应运而生，它既能减少废物的重量和体积，又能稳定有机物，并生成有用的最终产品[2]。堆肥通过提供促进腐殖质形成的有机物质来改善土壤质量，增强作物生长，减少病原体，并提供氮（N）、磷（P）、钾（K）等必需营养素。堆肥是通过可控的好氧微生物过程生成的，过程中有机物转化为稳定的物质，同时释放二氧化碳、水、氨气和热量。这种转化的程度取决于原料特性和操作条件[3]。由于原材料和操作条件的多样性，堆肥的成分变化较大，其质量受到国家和国际标准的规范[4][5][6]。
堆肥中的微量营养素对作物生长至关重要，但过量可能影响其最终品质。铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）和钾（K）普遍存在于堆肥中，对农学价值和法规合规性都很重要。铜和锰是植物代谢过程中的必需微量营养素，但过量可能导致植物中毒；铬可能与环境和植物中毒效应相关[5][6][7]，而钾是植物生长和应激调节所必需的大量营养素[8][9]。
由于堆肥成分的变异性以及这些元素可能存在不足或过量的情况，因此需要可靠的定量方法来进行质量控制和环境监测。
以往的研究已评估了堆肥中这些元素的含量[10][11][13]。然而，常用的金属测定技术（如原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体光学发射光谱法（ICP OES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）或微波等离子体原子发射光谱法（MP AES）要求分析物处于适合测量的溶液中[10][11][12]。对于堆肥这种复杂基质来说，这些方法存在挑战，因为其样品制备需要酸消解，涉及高温、大量氧化剂和较长的分析时间[10][11][12]。
相比之下，能量分散X射线荧光光谱（EDXRF）在堆肥及相关基质分析中具有优势，包括样品制备简单、非破坏性分析以及无需校准标准品[14][15]。不过，与其他技术相比，其检测限和定量限相对较高，因此测定微量营养素时可能存在难度。详细的结果对比见“结果与讨论”部分。
尽管EDXRF已用于堆肥分析[13]，但针对堆肥中铬、铜、锰和钾的定量方法尚未进行系统优化和全面验证。特别是关于定量性能、与参考技术的统计比较以及绿色性评估的研究较少。本研究提出了一种经过验证的EDXRF方法，可直接测定堆肥中的这些元素，并对其分析性能进行了与传统原子光谱技术的对比，同时使用绿色分析化学指标进行了环境影响评估。
实验条件优化
由于堆肥的成分和质地受生产过程影响，使用参考物质进行参数优化可能存在难度。为此，使用已知成分的代表性堆肥样品进行了参数优化，该样品通过传统原子光谱技术进行了表征。
值得注意的是，尽管EDXRF对样品制备要求较低（主要是压制成颗粒），但获得具有代表性的均匀固体样品仍具有一定挑战性。
结论
本研究开发并验证了一种用于测定堆肥中铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）和钾（K）等营养素的EDXRF方法。该方法简单快捷，样品制备简单（仅需压制成颗粒）。其分析结果与基于消化的传统原子光谱技术无显著差异，同时符合绿色分析化学的原则，并提供了可靠的结果。
作者贡献声明
Fiorella Iaquinta：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学研究、数据管理、概念构建。
Javier Silva：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法学研究、数据管理。
Agustina Valentín：方法学研究、数据分析、形式化分析。
Florencia Tissot：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学研究、监督工作。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
感谢科学研究委员会——大学、社会与生产联系计划（2023年项目编号：23120230100089UD）及国家研究与创新机构（ANII）的支持。
