薛佳

（福建省地質(zhì)測試研究中心，福建 福州350003）

重金屬的環(huán)境效應(yīng)評價是生態(tài)地球化學調(diào)查的一項重要內(nèi)容，早期污染物總量被認為是影響環(huán)境的主要因素，20世紀末人們認識到化學元素的生物毒性或益處、在生物體的代謝機制都與其在介質(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機態(tài)形式存在，有機態(tài)含量較少，因此對無機價態(tài)分布的研究更能反映污染狀況。作為重要的生態(tài)評價指標，砷、鉻、銻和硒的價態(tài)研究成果日益增多，但是價態(tài)不穩(wěn)定性和價態(tài)之間易轉(zhuǎn)化，導致測試難度大，國家標準或地質(zhì)行業(yè)標準尚未出臺。地質(zhì)行業(yè)標準《生態(tài)地球化學評價樣品分析技術(shù)要求》（DD2005-03）早已認識到土壤元素價態(tài)測定的重要性，在該標準附錄B中給出了價態(tài)測定的指導建議，但未制定具體操作規(guī)程，實際檢測和評價工作尚無統(tǒng)一標準。目前國土資源大調(diào)查中的多目標生態(tài)調(diào)查評價仍采用元素全量進行評價，不易對實際污染狀況作出準確判斷。建立適合生態(tài)地球化學調(diào)查評價的土壤樣品元素價態(tài)分析方法，對提高生態(tài)地球化學、環(huán)境地球化學、特色高效農(nóng)業(yè)和地質(zhì)安全評價工作水平具有十分重要的意義。

價態(tài)測定方法主要分為非色譜法和色譜法。非色譜法出現(xiàn)較早，一般采用差減法計算結(jié)果，如依靠控制條件測定甲價態(tài)含量和元素總量，差減得到乙價態(tài)含量。價態(tài)分離主要采用直接測定法［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，主要問題是操作繁瑣，測定次數(shù)多工作量大，在測定甲價態(tài)時乙價態(tài)不能完全被掩蔽，可能造成甲價態(tài)測定值偏高，而且無法排除有機形態(tài)的干擾，導致結(jié)果出現(xiàn)偏差。近二十年來色譜-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）等高分辨率檢測儀器的聯(lián)用［14-36］，排除復雜基體的干擾，一次進樣可同時測定多個組分，過程簡便，成為元素形態(tài)和價態(tài)分析的理想方法。色譜差減法的應(yīng)用［22-23］也有報道。色譜法可實現(xiàn)兩價態(tài)同時測定，結(jié)果更準確，但該方法的主要問題是儀器裝置復雜，成本較高。而一些國產(chǎn)儀器如液相原子熒光形態(tài)分析儀（LC-AFS）的性價比較高，適用于日常檢測［37-38］。

本研究旨在建立一套經(jīng)濟高效的土壤水溶態(tài)和離子交換態(tài)提取液中As、Cr、Sb、Se價態(tài)測定的方法，以滿足多目標生態(tài)地球化學調(diào)查評價項目樣品檢測要求。通過大量實驗對比，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）分離和測定As、Sb、Se價態(tài)，陽離子交換樹脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定Cr價態(tài)的方法。由于某些離子交換態(tài)提取劑的限制，同時還建立了AFS選擇性測定Sb、Se價態(tài)的方法，并對離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法測定As、Cr、Sb、Se價態(tài)的方法進行了研究，補充完善了DD2005-03要求的價態(tài)測定方法，進而制定適合檢測工作的操作規(guī)程，為調(diào)查評價工作以及土壤污染修復等工作提供技術(shù)支持。

1 實驗部分

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Dionex公司）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國ThermoFisher公司）。

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

1.2 標準溶液和主要試劑

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

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

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

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

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

酒石酸銻鉀（優(yōu)級純），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）。所有試劑無特別說明均為分析純。

732陽離子交換樹脂。

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，過20目篩（＜0.84 mm），經(jīng)室溫風干混勻后縮分取土壤試樣200g，采用瑪瑙無污染樣品制備機具將樣品粉碎至100目（＜0.15mm），裝袋備用。用AFS法分別測定該批土壤中的As、Cr、Sb、Se總量。為觀察浸提價態(tài)含量與總量的關(guān)系，根據(jù)測定結(jié)果選取砷和鉻高中低含量有代表性的樣品各5個，編號為：砷N01～N05、鉻N06～N10。銻和硒土壤總量較低，選取含量相對高的樣品，編號為：銻N11～N15，硒N16～N20。

1.4 樣品前處理

準確稱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 樣品分離測定方法

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

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

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）的測定

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

流動相：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）的測定

準確稱取0.2743g酒石酸銻鉀溶于水，定容至1000mL，稱取0.2159g六羥基銻酸鉀溶于水，定容至1000mL，配制成Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）單標各100mg/L。再用單標配制2、10、50、100、200μg/L的Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）混合標準溶液。

流動相：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）的測定

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

流動相：100mmol/L磷酸氫二銨，10%甲酸調(diào)節(jié)pH 6.0；紫外消解開啟；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 選擇性測定-原子熒光光譜差減法測定銻硒價態(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定進行測定，同時測定空白。

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）的測定

用1.5.1節(jié)中Sb（Ⅲ）單標配制1、2、5、10、20 μg/L的Sb（Ⅲ）標準溶液，按樣品測定方法分別制作Sb（Ⅲ）和總Sb標準曲線。

銻空心陰極燈217.6nm；負高壓320V。

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

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

差減法計算Sb（Ⅴ）含量。

（2）Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）的測定

用1.2節(jié)中Se（Ⅳ）單標配制1、5、10、20、50 μg/L的Se（Ⅳ）標準溶液，按樣品測定方法分別制作Se（Ⅳ）和總Se標準曲線。硒空心陰極燈196.0nm；負高壓300V。

Se（Ⅳ）的測定：取樣品5mL，加入濃鹽酸1.25mL，混勻，測定。

總Se的測定：取樣品5mL，加入濃鹽酸2.5mL，沸水浴加熱30min，測定。

差減法計算Se（Ⅵ）含量。

1.5.3 陽離子交換樹脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定鉻價態(tài)

土壤浸提液按照以下儀器工作條件用ICP-MS法進行測定，同時測定空白。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。

用1.2節(jié)中Cr（Ⅵ）單標分別配制1、5、10、100、500μg/L的Cr（Ⅵ）標準溶液。

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

2 結(jié)果與討論

2.1 提取方法

目前土壤價態(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］。為了防止過高溫度導致價態(tài)轉(zhuǎn)變和方便離心分離，本實驗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，操作流程簡便。

2.2 測定方法的優(yōu)化

價態(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，污染嚴重，毒害性強，被國際癌癥研究機構(gòu)（IARC）定為Ⅰ類致癌物質(zhì)。土壤中三價砷As（Ⅲ）和五價砷As（Ⅴ）分別以亞砷酸鹽和砷酸鹽形式存在，As（Ⅲ）毒性大于As（Ⅴ），主要采用離子色譜-ICP-MS法［14-16］和LC-AFS法［17-19］測定。土壤中Cr（Ⅲ）一般以陽離子Cr3+形式存在，它是人體的必需微量元素，但劑量較高時有細胞毒性。Cr（Ⅵ）則是Ⅰ類致癌物質(zhì)，pH＞6時Cr（Ⅵ）以鉻酸根或重鉻酸根等陰離子形式存在；pH＜6時Cr（Ⅵ）轉(zhuǎn)化為Cr（Ⅲ）。十多年前測定Cr價態(tài)采用AAS法較多，現(xiàn)在一般采用HPLC-ICPMS法［21-25］，流動注射-AAS法［26］和AFS法［38］也有報道。Sb含量不高（《中國土壤背景值圖集》中Sb土壤背景值為0.38～2.98mg/kg），但毒性強，是2B類致癌物質(zhì)。中國2018年出臺的《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地和建設(shè)用地土壤污染風險管控標準》中尚未設(shè)置Sb的限值，因此Sb受關(guān)注程度較低，價態(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］測定。近年硒的研究和應(yīng)用受到廣泛關(guān)注，少量硒元素對人體有益，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］測定。

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

LC-AFS聯(lián)用法近年來在元素形態(tài)和價態(tài)測定的應(yīng)用上得到認可［37-38］，成為主要檢測方法之一。試液中的待測組分通過離子色譜柱分離后，進入氫化物發(fā)生-原子熒光光譜儀檢測。圖1是As、Sb、Se的LC-AFS聯(lián)用譜圖，兩種組分基線分離，峰形對稱無拖尾，響應(yīng)值高，前處理簡便，無基質(zhì)干擾，是目前理想的價態(tài)分析方法。本實驗首選采用LC-AFS聯(lián)用法測定砷銻硒價態(tài)。

（1）色譜柱的選擇

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

價態(tài)分離所采用的色譜柱一般分為兩大類。一類是C18柱或反相柱［18，21-22，32-33］，只能分離有機物，使用時須添加離子對試劑如四丁基氫氧化銨（TBAH）、溴化四丁基銨（TBBA）等有機銨離子以及戊烷磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉等烷基磺酸鹽。另一類是陰離子色譜柱［14-17，19，23-25，27-31，34-36］，可分離無機陰離子，使用方便。本實驗比較了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），峰形更對稱，分離效果更好。

（2）流動相及濃度的選擇

對于陰離子色譜柱，磷酸鹽緩沖液［37］較常用作As的流動相，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。本實驗對磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀和磷酸氫二銨進行試驗，二者都可行。本實驗分別配制了10、30、60、100、200mmol/L的磷酸氫二銨流動相，觀察保留時間、峰高、峰形等特性。為使兩峰基線分離，保留時間短，峰形對稱不拖尾，選用100mmol/L磷酸氫二銨（pH＝6.0）作流動相。

文獻報道Sb的流動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Sb有屏蔽作用［2，29］，本實驗比較了鄰苯二甲酸氫鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀等流動相，流動相中加入EDTA，使Sb3+離子與EDTA形成絡(luò)合物并在陰離子色譜柱上保留。試驗了幾種不同濃度，選擇最佳流動相為1mmol/L鄰苯二甲酸氫鉀-10mmol/L EDTA。

Se的流動相有檸檬酸［34］、磷酸二氫銨-甲醇［35］、檸檬酸銨［36］、磷酸鹽緩沖液［37］等。本實驗比較了磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀、磷酸氫二銨和碳酸氫銨等流動相，都可以使兩組分分離。為方便，采用與As相同的流動相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

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

（4）載流鹽酸濃度的選擇

試驗了鹽酸濃度在3%～10%變化時As、Sb、Se價態(tài)峰高響應(yīng)值的變化，確定5%、7%和10%鹽酸分別作為測定As、Sb、Se的載流。

（5）燈電流、負高壓、載氣流量的優(yōu)化

隨著燈電流、負高壓增大，熒光強度也明顯增大，但不能無限提高燈電流和負高壓，否則會抬高基線，增大噪音。通過實驗，對于As、Sb、Se選定燈電流分別為80/40mA、90/45mA，120/60mA，負高壓分別為310V、350V、350V，基線平穩(wěn)，信號響應(yīng)值高。載氣在300mL/min時熒光強度最大，屏蔽氣流速在800～1000mL/min時熒光強度相差不多，1100 mL/min時熒光強度下降，故取儀器默認值載氣流速為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］。本實驗發(fā)現(xiàn)在紫外消解開啟的情況下，Se（Ⅵ）可與碘化鉀在線反應(yīng)還原成Se（Ⅳ），從而出現(xiàn)原子熒光響應(yīng)信號。

研究了碘化鉀濃度（1、3、5、7、10g/L）對峰高響應(yīng)的結(jié)果。結(jié)果表明，碘化鉀濃度變化對Se（Ⅳ）影響不大；而對Se（Ⅵ）有影響，不加碘化鉀時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)用法測定砷鉻硒價態(tài)

LC-ICP-MS聯(lián)用法在近二十年前已開始大量應(yīng)用于形態(tài)和價態(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等可同時測定［15，18，42］，但也有研究報道其檢出限比LC-AFS法高1～2個數(shù)量級［37］，且價格昂貴，對有機溶劑耐受不好。

離子色譜屬于液相色譜的一種，本實驗通過離子色譜和ICP-MS之間的Peek管簡單連接，成功地對As、Cr、Se價態(tài)進行了分離。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，乙酸銨-乙二胺四乙酸溶液等作為流動相［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），硝酸銨作流動相［24-25］，pH一般調(diào)節(jié)在7～9之間。經(jīng)試驗，本實驗建立了如下測定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）作為流動相，使它在Dionex IonPac AG7陰離子色譜柱上保留并與Cr（Ⅵ）分離，進入ICP-MS質(zhì)譜儀檢測，使用內(nèi)標Rh校正。

本實驗在離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法測定Sb價態(tài)時未能成功，探究發(fā)現(xiàn)當流動相中含有EDTA時，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EDTA時則無此現(xiàn)象。已有研究報道六羥基銻酸鉀在堿性環(huán)境中會與鈉離子反應(yīng)產(chǎn)生白色顆粒狀沉淀，引起色譜柱堵塞［39］。但同樣的流動相在LC-AFS聯(lián)用儀運行時卻未出現(xiàn)沉淀，原因有待研究。

實驗表明離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法測定元素價態(tài)是可行的，干擾少，方法簡便，但本研究中該方法靈敏度不如LC-AFS法，如Se譜圖見圖2，基線噪聲明顯，檢出限比后者高一個數(shù)量級。是否存在儀器較老影響性能的問題，還有待探究。未購買專業(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定銻硒價態(tài)

Sb、Se價態(tài)也可采用AFS差減法測定，其中Sb采用加掩蔽劑法。As因儀器原因暫無法測定，現(xiàn)有的AFS儀器無外在氫源，控制酸度法As（Ⅴ）要求的酸度過低，無法產(chǎn)生足夠的氫氣。文獻中應(yīng)用較多的717陰離子交換樹脂吸附分離法在本次實驗中效果不理想，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Sb有掩蔽作用［2，29］，導致LC-AFS聯(lián)用法測定的靈敏度低，宜采用AFS差減法。一份樣品加掩蔽劑過濾掉Sb（Ⅴ）的信號，達到測定Sb（Ⅲ）的目的。另一份樣品加還原劑，使Sb（Ⅴ）還原為Sb（Ⅲ），測定總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］。本實驗比較了檸檬酸、氟化鈉、檸檬酸-氟化鈉、酒石酸、碘化鉀、半胱胺酸、硫脲-抗壞血酸對等量Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）熒光強度的影響。圖3結(jié)果表明，酒石酸和氟化鈉對Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）都有掩蔽作用，信號僅為原來的三分之一。檸檬酸和檸檬酸-氟化鈉完全掩蔽了Sb（Ⅴ）的信號，并且檸檬酸對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），并且增強了Sb（Ⅲ）的信號，其中硫脲-抗壞血酸信號強度最大，Sb（Ⅴ）還原完全，故采用硫脲-抗壞血酸作為還原劑。

圖3 掩蔽劑和還原劑對等量Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）原子熒光強度的影響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，因此不會干擾Se（Ⅳ）的測定［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Se（Ⅵ）和總Se含量，差減法得到Se（Ⅵ）含量。

實驗比較了用碘化鉀、鹽酸、半胱氨酸等還原等量Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）后的熒光強度，結(jié)果如圖4所示。經(jīng)多次條件試驗，碘化鉀和半胱氨酸無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了Se（Ⅵ）的信號強度，與Se（Ⅳ）不加熱時相當，說明Se（Ⅵ）已全部轉(zhuǎn)化為Se（Ⅵ），故采用鹽酸作為還原劑。

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

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

2.2.4 陽離子交換樹脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定鉻價態(tài)

本實驗中Cr的價態(tài)采用了732陽離子交換樹脂分離，ICP-MS測定的方法。

（1）離子交換樹脂選擇

Cr3+是陽離子，可用732陽離子交換樹脂吸附，通過實驗觀察，經(jīng)過動態(tài)離子交換柱吸附分離，在中性或弱堿性時Cr（Ⅲ）吸附率接近100%，而Cr（Ⅵ）幾乎不被吸附。收集流出液測定Cr（Ⅵ），原液測定總Cr，差減法計算Cr（Ⅲ）含量。因此實驗采用732陽離子交換樹脂對Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）進行分離。

（2）淋洗時間優(yōu)化

選用的玻璃樹脂交換柱長25cm，容量5g，管徑較細，上樣淋洗時流速不快，接滿25mL流出液需30min左右。實驗表明，收集25mL洗脫液后，目標物Cr（Ⅲ）吸附率＞99.5%，洗脫物Cr（Ⅵ）回收率＞99.5%，淋洗完全。確定淋洗時間為30min。

（3）淋洗液用量優(yōu)化

玻璃交換柱上分別加入1000μg/mL的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）標準溶液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強度。多原子干擾是ICP-MS測定過程中主要的干擾，鉻在m/z＝52處常見的多原子離子干擾類型是40Ar12C+。本實驗采用碰撞反應(yīng)池（CCT）技術(shù)，利用動能選擇的原理來消除干擾離子。

2.2.5 分析方法的線性范圍、檢出限、精密度和準確度

按規(guī)范要求進行檢出限、精密度和準確度實驗，結(jié)果見表1。各條標準曲線相關(guān)系數(shù)都大于0.999。文獻報道的AFS法或LC-AFS法的土壤檢出限在0.005～0.5μg/g，本實驗檢出限在0.007～0.020 μg/g，靈敏度高，滿足DD2005-03檢出限0.02μg/g的要求；精密度滿足RSD＜15%的要求；準確度滿足加標回收率90.0%～110.0%的要求。

表1 土壤中As、Cr、Sb和Se價態(tài)方法線性范圍、檢出限、精密度（RSD）和加標回收率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 實際樣品測定

對采集的編號為N01～N20的土壤樣品，提取測定相應(yīng)價態(tài)，并用消解法測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As（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。

實驗還表明，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期保存。Cr（Ⅲ）在酸性條件下穩(wěn)定，標準宜儲存在鹽酸介質(zhì)中。樣品處理時注意控制酸度，盡快測定。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，配制標準溶液須采用固體試劑，儲存時間不宜超過兩周。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 實際土壤樣品中As、Cr、Sb和Se價態(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)用法測定As、Sb、Se價態(tài)的方法，與傳統(tǒng)非色譜法比較，簡化了前處理程序，排除了土壤樣品中的基質(zhì)干擾，一次進樣同時測定兩個價態(tài)，提高檢測的準確度和靈敏度。Cr價態(tài)采用陽離子交換樹脂分離-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定的方法，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，同時還建立了原子熒光光譜差減法選擇性測定Sb、Se價態(tài)的方法，儀器設(shè)備投入較低。對離子色譜-ICP-MS聯(lián)用法也進行了研究，因靈敏度較低并且使用中遇到的一些困難而未采用。

通過對實際土壤樣品的檢測，初步了解了土壤浸出液中As、Cr、Sb、Se價態(tài)存在現(xiàn)狀，價態(tài)浸出含量遠低于土壤總量，且未很好體現(xiàn)相關(guān)性。初步掌握了價態(tài)之間轉(zhuǎn)化規(guī)律，樣品采集、運輸、加工、儲存過程中必須注意酸堿度的控制，樣品處理后盡快測定。今后有必要對價態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律及測定進行深入探究；土壤離子交換提取液難以過濾澄清，給實驗的帶來的不便和相關(guān)影響還有待解決。