薛佳

（福建省地質(zhì)測(cè)試研究中心，福建 福州350003）

重金屬的環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)是生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查的一項(xiàng)重要內(nèi)容，早期污染物總量被認(rèn)為是影響環(huán)境的主要因素，20世紀(jì)末人們認(rèn)識(shí)到化學(xué)元素的生物毒性或益處、在生物體的代謝機(jī)制都與其在介質(zhì)中的形態(tài)分布有著密切的關(guān)系［1］。土壤中重金屬主要以無(wú)機(jī)態(tài)形式存在，有機(jī)態(tài)含量較少，因此對(duì)無(wú)機(jī)價(jià)態(tài)分布的研究更能反映污染狀況。作為重要的生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，砷、鉻、銻和硒的價(jià)態(tài)研究成果日益增多，但是價(jià)態(tài)不穩(wěn)定性和價(jià)態(tài)之間易轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致測(cè)試難度大，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或地質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)。地質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求》（DD2005-03）早已認(rèn)識(shí)到土壤元素價(jià)態(tài)測(cè)定的重要性，在該標(biāo)準(zhǔn)附錄B中給出了價(jià)態(tài)測(cè)定的指導(dǎo)建議，但未制定具體操作規(guī)程，實(shí)際檢測(cè)和評(píng)價(jià)工作尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)土資源大調(diào)查中的多目標(biāo)生態(tài)調(diào)查評(píng)價(jià)仍采用元素全量進(jìn)行評(píng)價(jià)，不易對(duì)實(shí)際污染狀況作出準(zhǔn)確判斷。建立適合生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)的土壤樣品元素價(jià)態(tài)分析方法，對(duì)提高生態(tài)地球化學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、特色高效農(nóng)業(yè)和地質(zhì)安全評(píng)價(jià)工作水平具有十分重要的意義。

價(jià)態(tài)測(cè)定方法主要分為非色譜法和色譜法。非色譜法出現(xiàn)較早，一般采用差減法計(jì)算結(jié)果，如依靠控制條件測(cè)定甲價(jià)態(tài)含量和元素總量，差減得到乙價(jià)態(tài)含量。價(jià)態(tài)分離主要采用直接測(cè)定法［2］、控制酸度法［3］、加入掩蔽劑屏蔽法［4-6］、選擇性還原法［7-8］，或采用吸附、萃取或共沉淀等富集分離的方法，其中吸附法應(yīng)用較多，吸附劑有離子交換樹(shù)脂［9-11］、巰基棉［3］、硅膠［12］和磁性納米四氧化三鐵［13］等。由于早期大型儀器聯(lián)用技術(shù)尚未普及，DD2005-03中推薦采用非色譜差減法，主要問(wèn)題是操作繁瑣，測(cè)定次數(shù)多工作量大，在測(cè)定甲價(jià)態(tài)時(shí)乙價(jià)態(tài)不能完全被掩蔽，可能造成甲價(jià)態(tài)測(cè)定值偏高，而且無(wú)法排除有機(jī)形態(tài)的干擾，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。近二十年來(lái)色譜-光譜聯(lián)用技術(shù)發(fā)展迅速，如液相色譜、離子色譜、毛細(xì)管電泳等高效分離儀器和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）、原子吸收光譜（AAS）、原子熒光光譜（AFS）等高分辨率檢測(cè)儀器的聯(lián)用［14-36］，排除復(fù)雜基體的干擾，一次進(jìn)樣可同時(shí)測(cè)定多個(gè)組分，過(guò)程簡(jiǎn)便，成為元素形態(tài)和價(jià)態(tài)分析的理想方法。色譜差減法的應(yīng)用［22-23］也有報(bào)道。色譜法可實(shí)現(xiàn)兩價(jià)態(tài)同時(shí)測(cè)定，結(jié)果更準(zhǔn)確，但該方法的主要問(wèn)題是儀器裝置復(fù)雜，成本較高。而一些國(guó)產(chǎn)儀器如液相原子熒光形態(tài)分析儀（LC-AFS）的性?xún)r(jià)比較高，適用于日常檢測(cè)［37-38］。

本研究旨在建立一套經(jīng)濟(jì)高效的土壤水溶態(tài)和離子交換態(tài)提取液中As、Cr、Sb、Se價(jià)態(tài)測(cè)定的方法，以滿(mǎn)足多目標(biāo)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目樣品檢測(cè)要求。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)比，建立了采用水浴振蕩加熱浸提，液相色譜-原子熒光光譜法（LCAFS）分離和測(cè)定As、Sb、Se價(jià)態(tài)，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)定Cr價(jià)態(tài)的方法。由于某些離子交換態(tài)提取劑的限制，同時(shí)還建立了AFS選擇性測(cè)定Sb、Se價(jià)態(tài)的方法，并對(duì)離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法測(cè)定As、Cr、Sb、Se價(jià)態(tài)的方法進(jìn)行了研究，補(bǔ)充完善了DD2005-03要求的價(jià)態(tài)測(cè)定方法，進(jìn)而制定適合檢測(cè)工作的操作規(guī)程，為調(diào)查評(píng)價(jià)工作以及土壤污染修復(fù)等工作提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

液相原子熒光形態(tài)分析儀（北京海光儀器有限公司）；離子色譜儀（ICS-90，美國(guó)Dionex公司）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國(guó)ThermoFisher公司）。

Millipore超純水機(jī)；超聲波清洗器（昆山超聲儀器有限公司）；臺(tái)式高速離心機(jī)（上海安亭精密儀器廠(chǎng)）；恒溫水浴振蕩器（天津賽得利斯）。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液和主要試劑

As（Ⅲ）單標(biāo)（1000 mg/L，美國(guó)O2si公司，Catalog No.060033-08-01，有效期18月）。

As（Ⅴ）單標(biāo)（1000mg/L，美國(guó)O2si公司，Catalog No.060033-26-01，有效期18月）。

Se（Ⅳ）單標(biāo)（1000 mg/L，美國(guó)O2si公司，Catalog No.060034-08-01，有效期18月）。

Se（Ⅵ）單標(biāo)（1000 mg/L，美國(guó)O2si公司，Catalog No.060034-09-01，有效期18月）。

Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）單標(biāo)（1000mg/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）。

酒石酸銻鉀（優(yōu)級(jí)純），六羥基銻酸鉀（＞99.0%）、磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、硼氫化鉀、碘化鉀、鄰苯二甲酸氫鉀、乙二胺四乙酸二鈉、醋酸銨、硝酸銨、氨水、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫脲、抗壞血酸、檸檬酸、甲酸、鹽酸、硝酸、甲醇（色譜純）。所有試劑無(wú)特別說(shuō)明均為分析純。

732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。

超純水（電阻率18.2MΩ·cm）。

1.3 樣品采集

2007年6月于福建省福州市郊菜園果園及野地采集表層土壤樣品共50個(gè)，過(guò)20目篩（＜0.84 mm），經(jīng)室溫風(fēng)干混勻后縮分取土壤試樣200g，采用瑪瑙無(wú)污染樣品制備機(jī)具將樣品粉碎至100目（＜0.15mm），裝袋備用。用AFS法分別測(cè)定該批土壤中的As、Cr、Sb、Se總量。為觀(guān)察浸提價(jià)態(tài)含量與總量的關(guān)系，根據(jù)測(cè)定結(jié)果選取砷和鉻高中低含量有代表性的樣品各5個(gè)，編號(hào)為：砷N01～N05、鉻N06～N10。銻和硒土壤總量較低，選取含量相對(duì)高的樣品，編號(hào)為：銻N11～N15，硒N16～N20。

1.4 樣品前處理

準(zhǔn)確稱(chēng)取制備好的土壤樣品2.000g放入50mL離心管中，加20mL去離子水，50℃加熱振蕩30min后，以5000r/min離心10min，倒出上清液，即為水溶態(tài)提取液。再往離心管內(nèi)加入離子交換態(tài)提取劑20mL，重復(fù)上述步驟制備離子交換態(tài)提取液。

As、Cr、Sb和Se元素按DD2005-03的要求使用不同的離子交換態(tài)提取劑，分別為：0.6mol/L磷酸二氫鉀溶液、0.3mol/L醋酸銨溶液、0.2mol/L酒石酸溶液和0.1mol/L磷酸二氫鉀-磷酸氫二鉀溶液。

1.5 樣品分離測(cè)定方法

1.5.1 液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用法測(cè)定砷銻硒價(jià)態(tài)

土壤浸提液經(jīng)0.45μm水系濾膜過(guò)濾，按照以下儀器工作條件用液相色譜-原子熒光形態(tài)分析儀進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定空白。

液相色譜工作條件：Dionex IonPac AS19離子色譜柱（250mm×4mm）；流速1.0mL/min；進(jìn)樣量100μL。

原子熒光光譜工作條件：泵速60r/min；載氣流速300mL/min，屏蔽氣流速900 mL/min；爐高8mm。

（1）As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的測(cè)定

用1.2節(jié)中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）單標(biāo)配制2、10、50、100、200μg/L的As（Ⅲ）和As（Ⅴ）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

流動(dòng)相：100mmol/L磷酸氫二銨，10%甲酸調(diào)節(jié)pH 6.0；砷空心陰極燈193.7nm；主電流/輔電流80/40mA；負(fù)高壓310V；還原劑：3%硼氫化鉀-0.5%氫氧化鉀；載流5%鹽酸。

（2）水溶態(tài)Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2743g酒石酸銻鉀溶于水，定容至1000mL，稱(chēng)取0.2159g六羥基銻酸鉀溶于水，定容至1000mL，配制成Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）單標(biāo)各100mg/L。再用單標(biāo)配制2、10、50、100、200μg/L的Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

流動(dòng)相：1mmol/L鄰苯二甲酸氫鉀-10mmol/L乙二胺四乙酸二鈉；銻空心陰極燈217.6nm；主電流/輔電流90/45mA；負(fù)高壓350V；還原劑：3%硼氫化鉀-0.5%氫氧化鉀；載流7%鹽酸。

（3）Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）的測(cè)定

用1.2節(jié)中Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）單標(biāo)配制2、10、50、100、200μg/L的Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

流動(dòng)相：100mmol/L磷酸氫二銨，10%甲酸調(diào)節(jié)pH 6.0；紫外消解開(kāi)啟；還原劑：5g/L碘化鉀-0.5%氫氧化鉀。硒空心陰極燈196.0nm；主電流/輔電流120/60mA；負(fù)高壓350V；還原劑：3%硼氫化鉀-0.5%氫氧化鉀；載流10%的鹽酸。

1.5.2 選擇性測(cè)定-原子熒光光譜差減法測(cè)定銻硒價(jià)態(tài)

土壤浸提液按照以下儀器工作條件用原子熒光光譜儀測(cè)定進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定空白。

工作條件：泵速60r/min；載氣/屏蔽氣300/800mL/min；爐高8mm；主電流/輔電流80/40mA。還原劑：1.5%硼氫化鉀-0.5%氫氧化鈉；載流5%鹽酸。

（1）Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）的測(cè)定

用1.5.1節(jié)中Sb（Ⅲ）單標(biāo)配制1、2、5、10、20 μg/L的Sb（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，按樣品測(cè)定方法分別制作Sb（Ⅲ）和總Sb標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

銻空心陰極燈217.6nm；負(fù)高壓320V。

Sb（Ⅲ）的測(cè)定：取樣品5mL，加入0.2mol/L檸檬酸5mL，混勻，測(cè)定。

總Sb的測(cè)定：樣品5mL，加入3mL 3%硫脲-抗壞血酸和2mL鹽酸，混勻，放置30min，測(cè)定。

差減法計(jì)算Sb（Ⅴ）含量。

（2）Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）的測(cè)定

用1.2節(jié)中Se（Ⅳ）單標(biāo)配制1、5、10、20、50 μg/L的Se（Ⅳ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，按樣品測(cè)定方法分別制作Se（Ⅳ）和總Se標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。硒空心陰極燈196.0nm；負(fù)高壓300V。

Se（Ⅳ）的測(cè)定：取樣品5mL，加入濃鹽酸1.25mL，混勻，測(cè)定。

總Se的測(cè)定：取樣品5mL，加入濃鹽酸2.5mL，沸水浴加熱30min，測(cè)定。

差減法計(jì)算Se（Ⅵ）含量。

1.5.3 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定鉻價(jià)態(tài)

土壤浸提液按照以下儀器工作條件用ICP-MS法進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定空白。ICP-MS儀器工作條件：射頻發(fā)生器功率1350W；冷卻氣流速13L/min；載氣流速0.78L/min；輔助氣流速0.8L/min；碰撞反應(yīng)池（CCT）模式，碰撞氣（H2-He）流速2.0 mL/min；積分模式為峰面積；分析同位素為52Cr；Rh作為內(nèi)標(biāo)。

用1.2節(jié)中Cr（Ⅵ）單標(biāo)分別配制1、5、10、100、500μg/L的Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液。

分別取土壤浸提液5mL，從上面注入裝填好樹(shù)脂的離子交換柱，并用水淋洗，下口用25mL比色管收集流出液，定容至25mL，ICP-MS測(cè)定，計(jì)算土壤樣中Cr（Ⅵ）含量。另取未過(guò)柱的浸提液測(cè)定Cr總量，差減法計(jì)算Cr（Ⅲ）含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取方法

目前土壤價(jià)態(tài)分析提取技術(shù)主要有振蕩、超聲、渦旋和微波萃取等，提取溫度大多在30～60℃之間［33-34，39］。為了防止過(guò)高溫度導(dǎo)致價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變和方便離心分離，本實(shí)驗(yàn)用離心管作為浸提容器，參照采用50℃水浴振蕩提取30min的浸提方式，操作流程簡(jiǎn)便。

2.2 測(cè)定方法的優(yōu)化

價(jià)態(tài)分析色譜法最常用的兩種儀器是LC-ICP-MS和LC-AFS聯(lián)用儀。研究關(guān)注最多的是As元素，As在土壤中的含量高，污染嚴(yán)重，毒害性強(qiáng)，被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）定為Ⅰ類(lèi)致癌物質(zhì)。土壤中三價(jià)砷As（Ⅲ）和五價(jià)砷As（Ⅴ）分別以亞砷酸鹽和砷酸鹽形式存在，As（Ⅲ）毒性大于A(yíng)s（Ⅴ），主要采用離子色譜-ICP-MS法［14-16］和LC-AFS法［17-19］測(cè)定。土壤中Cr（Ⅲ）一般以陽(yáng)離子Cr3+形式存在，它是人體的必需微量元素，但劑量較高時(shí)有細(xì)胞毒性。Cr（Ⅵ）則是Ⅰ類(lèi)致癌物質(zhì)，pH＞6時(shí)Cr（Ⅵ）以鉻酸根或重鉻酸根等陰離子形式存在；pH＜6時(shí)Cr（Ⅵ）轉(zhuǎn)化為Cr（Ⅲ）。十多年前測(cè)定Cr價(jià)態(tài)采用AAS法較多，現(xiàn)在一般采用HPLC-ICPMS法［21-25］，流動(dòng)注射-AAS法［26］和AFS法［38］也有報(bào)道。Sb含量不高（《中國(guó)土壤背景值圖集》中Sb土壤背景值為0.38～2.98mg/kg），但毒性強(qiáng)，是2B類(lèi)致癌物質(zhì)。中國(guó)2018年出臺(tái)的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地和建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》中尚未設(shè)置Sb的限值，因此Sb受關(guān)注程度較低，價(jià)態(tài)研究較少。Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）分別以Sb3+離子和銻酸根形式存在，Sb（Ⅲ）的毒性大于Sb（Ⅴ），可用LCICP-MS法［27-28］或LC-AFS法［29-31］測(cè)定。近年硒的研究和應(yīng)用受到廣泛關(guān)注，少量硒元素對(duì)人體有益，大量則有害。Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）分別以亞硒酸根和硒酸根形式存在，Se（Ⅳ）毒性大于Se（Ⅵ），主要采用HPLC-ICP-MS法［15，32-34］和LC-AFS法［18，35-36］測(cè)定。

2.2.1 液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用法測(cè)定砷銻硒價(jià)態(tài)

LC-AFS聯(lián)用法近年來(lái)在元素形態(tài)和價(jià)態(tài)測(cè)定的應(yīng)用上得到認(rèn)可［37-38］，成為主要檢測(cè)方法之一。試液中的待測(cè)組分通過(guò)離子色譜柱分離后，進(jìn)入氫化物發(fā)生-原子熒光光譜儀檢測(cè)。圖1是As、Sb、Se的LC-AFS聯(lián)用譜圖，兩種組分基線(xiàn)分離，峰形對(duì)稱(chēng)無(wú)拖尾，響應(yīng)值高，前處理簡(jiǎn)便，無(wú)基質(zhì)干擾，是目前理想的價(jià)態(tài)分析方法。本實(shí)驗(yàn)首選采用LC-AFS聯(lián)用法測(cè)定砷銻硒價(jià)態(tài)。

（1）色譜柱的選擇

圖1 As、Sb、Se價(jià)態(tài)液相色譜-原子熒光譜圖Fig.1 LC-AFS spectra of valence states of As，Sb and Se

價(jià)態(tài)分離所采用的色譜柱一般分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是C18柱或反相柱［18，21-22，32-33］，只能分離有機(jī)物，使用時(shí)須添加離子對(duì)試劑如四丁基氫氧化銨（TBAH）、溴化四丁基銨（TBBA）等有機(jī)銨離子以及戊烷磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉等烷基磺酸鹽。另一類(lèi)是陰離子色譜柱［14-17，19，23-25，27-31，34-36］，可分離無(wú)機(jī)陰離子，使用方便。本實(shí)驗(yàn)比較了Dionex IonPac AS19陰離子色譜柱（250mm×4mm）和Hamilton PRP X-100陰離子交換柱（4.1mm×250mm，10μm）對(duì)幾種陰離子的分離效果，結(jié)果表明采用Dionex IonPac AS19陰離子色譜柱 （250mm ×4mm），峰形更對(duì)稱(chēng)，分離效果更好。

（2）流動(dòng)相及濃度的選擇

對(duì)于陰離子色譜柱，磷酸鹽緩沖液［37］較常用作As的流動(dòng)相，如磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀［17］和磷酸氫二銨［18-19］，還有的采用氫氧化鉀［14］、硝酸銨［15］、TMAH［16］等。本實(shí)驗(yàn)對(duì)磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀和磷酸氫二銨進(jìn)行試驗(yàn)，二者都可行。本實(shí)驗(yàn)分別配制了10、30、60、100、200mmol/L的磷酸氫二銨流動(dòng)相，觀(guān)察保留時(shí)間、峰高、峰形等特性。為使兩峰基線(xiàn)分離，保留時(shí)間短，峰形對(duì)稱(chēng)不拖尾，選用100mmol/L磷酸氫二銨（pH＝6.0）作流動(dòng)相。

文獻(xiàn)報(bào)道Sb的流動(dòng)相有鄰苯二甲酸氫鉀-EDTA［27-28］、磷酸氫二銨-酒石酸［29］、甲醇-酒石酸銨［30］、EDTA［31］和磷酸鹽緩沖液［37］等。由于酒石酸對(duì)Sb有屏蔽作用［2，29］，本實(shí)驗(yàn)比較了鄰苯二甲酸氫鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀等流動(dòng)相，流動(dòng)相中加入EDTA，使Sb3+離子與EDTA形成絡(luò)合物并在陰離子色譜柱上保留。試驗(yàn)了幾種不同濃度，選擇最佳流動(dòng)相為1mmol/L鄰苯二甲酸氫鉀-10mmol/L EDTA。

Se的流動(dòng)相有檸檬酸［34］、磷酸二氫銨-甲醇［35］、檸檬酸銨［36］、磷酸鹽緩沖液［37］等。本實(shí)驗(yàn)比較了磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀、磷酸氫二銨和碳酸氫銨等流動(dòng)相，都可以使兩組分分離。為方便，采用與As相同的流動(dòng)相100mmol/L磷酸氫二銨（pH ＝6.0），分離效果好。

（3）硼氫化鉀濃度的選擇

試驗(yàn)了硼氫化鉀濃度在1% ～5%變化時(shí)As、Sb、Se價(jià)態(tài)峰高響應(yīng)值的變化。選擇3%硼氫化鉀溶液，兩種價(jià)態(tài)都可以得到較高的峰高響應(yīng)。

（4）載流鹽酸濃度的選擇

試驗(yàn)了鹽酸濃度在3%～10%變化時(shí)As、Sb、Se價(jià)態(tài)峰高響應(yīng)值的變化，確定5%、7%和10%鹽酸分別作為測(cè)定As、Sb、Se的載流。

（5）燈電流、負(fù)高壓、載氣流量的優(yōu)化

隨著燈電流、負(fù)高壓增大，熒光強(qiáng)度也明顯增大，但不能無(wú)限提高燈電流和負(fù)高壓，否則會(huì)抬高基線(xiàn)，增大噪音。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于A(yíng)s、Sb、Se選定燈電流分別為80/40mA、90/45mA，120/60mA，負(fù)高壓分別為310V、350V、350V，基線(xiàn)平穩(wěn)，信號(hào)響應(yīng)值高。載氣在300mL/min時(shí)熒光強(qiáng)度最大，屏蔽氣流速在800～1000mL/min時(shí)熒光強(qiáng)度相差不多，1100 mL/min時(shí)熒光強(qiáng)度下降，故取儀器默認(rèn)值載氣流速為300mL/min，屏蔽氣流速為900mL/min。

（6）紫外消解和還原劑碘化鉀濃度的選擇

Se（Ⅵ）不能與KBH4反應(yīng)生成氫化物，但可以用還原的方法使Se（Ⅵ）轉(zhuǎn)變?yōu)镾e（Ⅳ）［36］。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在紫外消解開(kāi)啟的情況下，Se（Ⅵ）可與碘化鉀在線(xiàn)反應(yīng)還原成Se（Ⅳ），從而出現(xiàn)原子熒光響應(yīng)信號(hào)。

研究了碘化鉀濃度（1、3、5、7、10g/L）對(duì)峰高響應(yīng)的結(jié)果。結(jié)果表明，碘化鉀濃度變化對(duì)Se（Ⅳ）影響不大；而對(duì)Se（Ⅵ）有影響，不加碘化鉀時(shí)Se（Ⅵ）不出峰，碘化鉀濃度越高Se（Ⅵ）峰越高，5g/L以后趨于穩(wěn)定。故選5g/L的碘化鉀溶液為在線(xiàn)還原劑。

2.2.2 離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定砷鉻硒價(jià)態(tài)

LC-ICP-MS聯(lián)用法在近二十年前已開(kāi)始大量應(yīng)用于形態(tài)和價(jià)態(tài)研究，相比LC-AFS聯(lián)用法起步更早，檢出限更低［40-41］，不需要柱前處理和氫化，多種元素如As、Se、Cr等可同時(shí)測(cè)定［15，18，42］，但也有研究報(bào)道其檢出限比LC-AFS法高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)［37］，且價(jià)格昂貴，對(duì)有機(jī)溶劑耐受不好。

離子色譜屬于液相色譜的一種，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)離子色譜和ICP-MS之間的Peek管簡(jiǎn)單連接，成功地對(duì)As、Cr、Se價(jià)態(tài)進(jìn)行了分離。As、Se的液相分離條件與LC-AFS聯(lián)用法一致。Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的測(cè)定采用HPLC-ICP-MS法較為理想。有研究者用C18柱，加入四丁基氫氧化銨（TBAH）與Cr（Ⅲ）形成離子對(duì)，乙酸銨-乙二胺四乙酸溶液等作為流動(dòng)相［21］；也有研究者用陰離子交換柱，乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）絡(luò)合Cr（Ⅲ），硝酸銨作流動(dòng)相［24-25］，pH一般調(diào)節(jié)在7～9之間。經(jīng)試驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)建立了如下測(cè)定Cr的方法：浸提液中加入0.38g的EDTA，水浴70℃加熱1h以絡(luò)合Cr3+離子，60mmol/L硝酸銨（pH＝7.1）作為流動(dòng)相，使它在Dionex IonPac AG7陰離子色譜柱上保留并與Cr（Ⅵ）分離，進(jìn)入ICP-MS質(zhì)譜儀檢測(cè)，使用內(nèi)標(biāo)Rh校正。

本實(shí)驗(yàn)在離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法測(cè)定Sb價(jià)態(tài)時(shí)未能成功，探究發(fā)現(xiàn)當(dāng)流動(dòng)相中含有EDTA時(shí)，有大量白色粉末狀固體在ICP-MS析出，堵塞霧化器噴嘴和整條廢液管，而無(wú)EDTA時(shí)則無(wú)此現(xiàn)象。已有研究報(bào)道六羥基銻酸鉀在堿性環(huán)境中會(huì)與鈉離子反應(yīng)產(chǎn)生白色顆粒狀沉淀，引起色譜柱堵塞［39］。但同樣的流動(dòng)相在LC-AFS聯(lián)用儀運(yùn)行時(shí)卻未出現(xiàn)沉淀，原因有待研究。

實(shí)驗(yàn)表明離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法測(cè)定元素價(jià)態(tài)是可行的，干擾少，方法簡(jiǎn)便，但本研究中該方法靈敏度不如LC-AFS法，如Se譜圖見(jiàn)圖2，基線(xiàn)噪聲明顯，檢出限比后者高一個(gè)數(shù)量級(jí)。是否存在儀器較老影響性能的問(wèn)題，還有待探究。未購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)業(yè)接口和工作站軟件也影響了儀器使用的便利性，因此離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法未作為首選。

圖2 100μg/L Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）的離子色譜-ICP-MS聯(lián)用譜圖Fig.2 IC-ICP-MS spectra of 100μg/L Se（Ⅳ）and Se（Ⅵ）

2.2.3 原子熒光光譜差減法測(cè)定銻硒價(jià)態(tài)

Sb、Se價(jià)態(tài)也可采用AFS差減法測(cè)定，其中Sb采用加掩蔽劑法。As因儀器原因暫無(wú)法測(cè)定，現(xiàn)有的AFS儀器無(wú)外在氫源，控制酸度法As（Ⅴ）要求的酸度過(guò)低，無(wú)法產(chǎn)生足夠的氫氣。文獻(xiàn)中應(yīng)用較多的717陰離子交換樹(shù)脂吸附分離法在本次實(shí)驗(yàn)中效果不理想，也未采用，還需繼續(xù)研究。

（1）銻的掩蔽劑和還原劑

離子交換態(tài)Sb提取液是0.2mol/L酒石酸，而酒石酸對(duì)Sb有掩蔽作用［2，29］，導(dǎo)致LC-AFS聯(lián)用法測(cè)定的靈敏度低，宜采用AFS差減法。一份樣品加掩蔽劑過(guò)濾掉Sb（Ⅴ）的信號(hào)，達(dá)到測(cè)定Sb（Ⅲ）的目的。另一份樣品加還原劑，使Sb（Ⅴ）還原為Sb（Ⅲ），測(cè)定總Sb，差減法得到Sb（Ⅴ）含量。

常用作Sb（Ⅴ）掩蔽劑的有檸檬酸、檸檬酸鈉、氟化鈉、8-羥基喹啉、檸檬酸-氟化鈉、酒石酸［2，4-6］等。常用的Sb（Ⅴ）還原劑有碘化鉀、半胱氨酸和硫脲-抗壞血酸［2］。本實(shí)驗(yàn)比較了檸檬酸、氟化鈉、檸檬酸-氟化鈉、酒石酸、碘化鉀、半胱胺酸、硫脲-抗壞血酸對(duì)等量Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）熒光強(qiáng)度的影響。圖3結(jié)果表明，酒石酸和氟化鈉對(duì)Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）都有掩蔽作用，信號(hào)僅為原來(lái)的三分之一。檸檬酸和檸檬酸-氟化鈉完全掩蔽了Sb（Ⅴ）的信號(hào)，并且檸檬酸對(duì)Sb（Ⅲ）還有增敏作用，故采用0.1mol/L檸檬酸作為掩蔽劑。碘化鉀、半胱胺酸和硫脲-抗壞血酸都使Sb（Ⅴ）還原為Sb（Ⅲ），并且增強(qiáng)了Sb（Ⅲ）的信號(hào)，其中硫脲-抗壞血酸信號(hào)強(qiáng)度最大，Sb（Ⅴ）還原完全，故采用硫脲-抗壞血酸作為還原劑。

圖3 掩蔽劑和還原劑對(duì)等量Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）原子熒光強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of masking agent and reducing agent on the atomic fluorescence intensity of the same amount of Sb（Ⅲ）and Sb（Ⅴ）

（2）硒的還原條件

Se（Ⅵ）與KBH4不能形成氫化物，因此不會(huì)干擾Se（Ⅳ）的測(cè)定［7-8］。在加熱和高濃度鹽酸條件下Se（Ⅵ）還原成Se（Ⅳ），用AFS法檢測(cè)Se（Ⅵ）和總Se含量，差減法得到Se（Ⅵ）含量。

實(shí)驗(yàn)比較了用碘化鉀、鹽酸、半胱氨酸等還原等量Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）后的熒光強(qiáng)度，結(jié)果如圖4所示。經(jīng)多次條件試驗(yàn)，碘化鉀和半胱氨酸無(wú)論是否加熱都屏蔽了Se（Ⅵ）和Se（Ⅳ），只有鹽酸沸水浴加熱還原后增強(qiáng)了Se（Ⅵ）的信號(hào)強(qiáng)度，與Se（Ⅳ）不加熱時(shí)相當(dāng)，說(shuō)明Se（Ⅵ）已全部轉(zhuǎn)化為Se（Ⅵ），故采用鹽酸作為還原劑。

圖4 還原劑對(duì)等量Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）原子熒光強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of reducing agent on atomic fluorescence intensity of the same amount of Se（Ⅳ）and Se（Ⅵ）

本實(shí)驗(yàn)還考察了鹽酸濃度（20%、25%、30%、40%、50%、70%）和水浴溫度（50℃、70℃、90℃和100℃）對(duì)Se（Ⅵ）還原轉(zhuǎn)化率的影響。結(jié)果表明鹽酸濃度大于30%時(shí)Se（Ⅵ）轉(zhuǎn)化率最大，在沸水浴中Se（Ⅵ）完全轉(zhuǎn)化為Se（Ⅳ），從實(shí)驗(yàn)方便考慮，選擇還原條件為33%鹽酸，采用100℃水浴加熱。

2.2.4 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定鉻價(jià)態(tài)

本實(shí)驗(yàn)中Cr的價(jià)態(tài)采用了732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離，ICP-MS測(cè)定的方法。

（1）離子交換樹(shù)脂選擇

Cr3+是陽(yáng)離子，可用732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)離子交換柱吸附分離，在中性或弱堿性時(shí)Cr（Ⅲ）吸附率接近100%，而Cr（Ⅵ）幾乎不被吸附。收集流出液測(cè)定Cr（Ⅵ），原液測(cè)定總Cr，差減法計(jì)算Cr（Ⅲ）含量。因此實(shí)驗(yàn)采用732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）進(jìn)行分離。

（2）淋洗時(shí)間優(yōu)化

選用的玻璃樹(shù)脂交換柱長(zhǎng)25cm，容量5g，管徑較細(xì)，上樣淋洗時(shí)流速不快，接滿(mǎn)25mL流出液需30min左右。實(shí)驗(yàn)表明，收集25mL洗脫液后，目標(biāo)物Cr（Ⅲ）吸附率＞99.5%，洗脫物Cr（Ⅵ）回收率＞99.5%，淋洗完全。確定淋洗時(shí)間為30min。

（3）淋洗液用量?jī)?yōu)化

玻璃交換柱上分別加入1000μg/mL的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液1mL，分段收集淋洗流出液，每10mL一次，分析流出液中Cr含量。結(jié)果表明，收集25mL流出液后，Cr（Ⅵ）回收率＞99.5%。

（4）質(zhì)譜條件優(yōu)化及干擾的消除

主要通過(guò)調(diào)節(jié)載氣、輔助氣、冷卻氣和碰撞氣的流速等工作參數(shù)，使進(jìn)樣系統(tǒng)在一定的提升量下維持較高的霧化效率和足夠的信號(hào)強(qiáng)度。多原子干擾是ICP-MS測(cè)定過(guò)程中主要的干擾，鉻在m/z＝52處常見(jiàn)的多原子離子干擾類(lèi)型是40Ar12C+。本實(shí)驗(yàn)采用碰撞反應(yīng)池（CCT）技術(shù)，利用動(dòng)能選擇的原理來(lái)消除干擾離子。

2.2.5 分析方法的線(xiàn)性范圍、檢出限、精密度和準(zhǔn)確度

按規(guī)范要求進(jìn)行檢出限、精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。各條標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)相關(guān)系數(shù)都大于0.999。文獻(xiàn)報(bào)道的AFS法或LC-AFS法的土壤檢出限在0.005～0.5μg/g，本實(shí)驗(yàn)檢出限在0.007～0.020 μg/g，靈敏度高，滿(mǎn)足DD2005-03檢出限0.02μg/g的要求；精密度滿(mǎn)足RSD＜15%的要求；準(zhǔn)確度滿(mǎn)足加標(biāo)回收率90.0%～110.0%的要求。

表1 土壤中As、Cr、Sb和Se價(jià)態(tài)方法線(xiàn)性范圍、檢出限、精密度（RSD）和加標(biāo)回收率Table 1 Linear range，method detection limit，relative standard deviation and standard addition recovery of As，Cr，Sb and Se in soil samples

2.3 實(shí)際樣品測(cè)定

對(duì)采集的編號(hào)為N01～N20的土壤樣品，提取測(cè)定相應(yīng)價(jià)態(tài)，并用消解法測(cè)定土壤中該元素總含量。表2結(jié)果表明，水溶態(tài)As含量較低，離子交換態(tài)As較高，其中As（Ⅴ）大大高于A(yíng)s（Ⅲ）；土壤浸提液中Cr（Ⅵ）普遍高于Cr（Ⅲ），但土壤Cr總量高的樣品，浸提液中Cr含量并不高，沒(méi)有表現(xiàn)出相關(guān)性；土壤中Sb和Se含量本身都不高，水溶態(tài)和離子交換態(tài)的Sb和Se含量很低，在檢出限附近。

實(shí)驗(yàn)還表明，As（Ⅲ）在中性和堿性條件下很不穩(wěn)定，較易轉(zhuǎn)化為As（Ⅴ）；在酸性條件下較穩(wěn)定。Cr（Ⅵ）在酸性條件下很不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)化為Cr（Ⅲ）；在中性和堿性條件可以長(zhǎng)期保存。Cr（Ⅲ）在酸性條件下穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)宜儲(chǔ)存在鹽酸介質(zhì)中。樣品處理時(shí)注意控制酸度，盡快測(cè)定。Sb（Ⅲ）在酸性條件下很不穩(wěn)定，較易轉(zhuǎn)化為Sb（Ⅴ），能被土壤及二氧化硅完全吸附，水和酒石酸不能解脫，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液須采用固體試劑，儲(chǔ)存時(shí)間不宜超過(guò)兩周。Se（Ⅵ）較不穩(wěn)定，水溶液放置久了易部分轉(zhuǎn)化為Se（Ⅳ）。

表2 實(shí)際土壤樣品中As、Cr、Sb和Se價(jià)態(tài)含量Table 2 Content of As，Cr，Sb and Se in actual soil samples

3 結(jié)論

本文建立了水浴振蕩加熱提取，液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用法測(cè)定As、Sb、Se價(jià)態(tài)的方法，與傳統(tǒng)非色譜法比較，簡(jiǎn)化了前處理程序，排除了土壤樣品中的基質(zhì)干擾，一次進(jìn)樣同時(shí)測(cè)定兩個(gè)價(jià)態(tài)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和靈敏度。Cr價(jià)態(tài)采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定的方法，比石墨爐原子吸收光譜法的靈敏度高。為避免某些離子交換提取劑的屏蔽干擾作用，同時(shí)還建立了原子熒光光譜差減法選擇性測(cè)定Sb、Se價(jià)態(tài)的方法，儀器設(shè)備投入較低。對(duì)離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法也進(jìn)行了研究，因靈敏度較低并且使用中遇到的一些困難而未采用。

通過(guò)對(duì)實(shí)際土壤樣品的檢測(cè)，初步了解了土壤浸出液中As、Cr、Sb、Se價(jià)態(tài)存在現(xiàn)狀，價(jià)態(tài)浸出含量遠(yuǎn)低于土壤總量，且未很好體現(xiàn)相關(guān)性。初步掌握了價(jià)態(tài)之間轉(zhuǎn)化規(guī)律，樣品采集、運(yùn)輸、加工、儲(chǔ)存過(guò)程中必須注意酸堿度的控制，樣品處理后盡快測(cè)定。今后有必要對(duì)價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律及測(cè)定進(jìn)行深入探究；土壤離子交換提取液難以過(guò)濾澄清，給實(shí)驗(yàn)的帶來(lái)的不便和相關(guān)影響還有待解決。