土壤中砷形態(tài)分析研究進(jìn)展

秦玉燕, 王運(yùn)儒, 時(shí)鵬濤， 杜國冬*， 藍(lán) 唯， 農(nóng)耀京

(1.廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所，廣西南寧 530001； 2.農(nóng)業(yè)部亞熱帶果品蔬菜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，廣西南寧 530001)

1 前言

砷是土壤中普遍存在的有毒類金屬元素，被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)列為第Ⅰ類明確致癌物。砷在地殼中主要以硫化物形式存在，世界上土壤砷背景平均值為6 mg/kg，我國為11.2 mg/kg[1]。由于采礦、冶煉、皮革、化工、化石燃料燃燒等工業(yè)活動(dòng)的加強(qiáng)和含砷的農(nóng)藥、化肥、殺蟲劑的大量使用，使得大量砷進(jìn)入土壤。因此，土壤砷污染目前已經(jīng)成為一個(gè)全球性的環(huán)境問題[2]。

砷在土壤中以不同形態(tài)存在，且不同形態(tài)間的毒性差異較大，總砷含量不足以評價(jià)砷對環(huán)境的影響及生物有效性。同時(shí)，砷的形態(tài)決定了砷在土壤中的可移動(dòng)性和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，也決定了生物對其吸收利用的程度[3]。土壤砷污染嚴(yán)重影響動(dòng)植物生長和品質(zhì)[4]，并通過食物鏈進(jìn)入人體，最終威脅人類的生存和健康。砷的形態(tài)分析有可能闡明砷進(jìn)入環(huán)境的方式及遷移、轉(zhuǎn)化過程的本質(zhì)，闡明砷在水、氣、土壤、植物循環(huán)中的地球化學(xué)行為，為環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評估、砷污染土壤診斷與修復(fù)提供重要的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和更好地制定土壤和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供理論基礎(chǔ)。

2 土壤中砷的形態(tài)

砷在自然界中以-Ⅲ、0、+Ⅲ、+V四種價(jià)態(tài)存在，形成各種砷化合物，通常稱為氧化還原態(tài)。目前發(fā)現(xiàn)的砷形態(tài)共有50多種，包括砷酸(As(Ⅴ))、亞砷酸(As(Ⅲ))、一甲基砷酸(MMA(Ⅴ))、二甲基砷酸(DMA(Ⅴ))、三甲胂氧化物(TMAO)、四甲基砷(Me4As+)、砷甜菜堿(AsB)、砷膽堿(AsC)、阿散酸(p-ASA) 和洛克沙胂(ROX)等。土壤中砷主要以無機(jī)形態(tài)As(Ⅴ)和As(Ⅲ)為主[5]，還含有少量的有機(jī)砷。土壤中砷形態(tài)與吸附介質(zhì)的種類、pH、氧化還原電位及土壤微生物活動(dòng)[6]等有關(guān)，在氧化條件下以As(Ⅴ)為主，還原條件下以As(Ⅲ)為主，As(Ⅲ)可移動(dòng)性比As(Ⅴ)大[7]。砷的氧化還原態(tài)決定著砷化合物的毒性，其中無機(jī)砷的毒性較強(qiáng)，As(Ⅲ)毒性是As(Ⅴ)的60倍，DMA(Ⅴ)和MMA(Ⅴ)毒性較弱。近年來在有機(jī)砷代謝過程發(fā)現(xiàn)的中間體DMA(Ⅲ)和MMA(Ⅲ)的毒性與As(Ⅲ)相當(dāng)，AsB和AsC基本被認(rèn)為無毒[8]。另一方面，由于砷在土壤中通常與Al、Fe、Ca等礦物元素相結(jié)合，根據(jù)結(jié)合的緊密程度將砷分為不同的結(jié)合形態(tài)，如交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)等，通常稱為砷的賦存形態(tài)。砷的賦存形態(tài)對于了解砷在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及生物有效性具有重要意義。

3 聯(lián)用技術(shù)分析法

3.1 樣品前處理技術(shù)

聯(lián)用技術(shù)一般是色譜法與光譜、質(zhì)譜法聯(lián)合應(yīng)用的分析方法，但分析前需要對樣品進(jìn)行前處理。前處理過程的提取方式有水浴提取、振蕩提取、超聲輔助提取和微波輔助提取等。水浴提取一般伴隨加熱，加熱可提高提取率，但高溫易使砷形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化。振蕩提取對砷形態(tài)影響小，但提取率較低。超聲輔助提取和微波輔助提取的應(yīng)用較多[9]。超聲過程可將固體顆粒打碎，增加溶劑與顆粒的接觸面積，使不易溶解的物質(zhì)分散到提取劑中，也使包裹在顆粒內(nèi)部的物質(zhì)溶出。微波提取中提取劑和目標(biāo)成分可在微波作用下迅速“體加熱”，采用低功率的微波萃取可避免長時(shí)間高溫分解樣品。張靜[10]以1.0 mol/L磷酸為提取劑，發(fā)現(xiàn)100 ℃水浴提取3 h，提取率可達(dá)79%，而超聲萃取只有51%?？梢娂訜嵯啾瘸暷芴峁└蟮哪芰恳詽M足砷從土壤礦物晶格中釋放。不同提取方法及應(yīng)用見表1。

表1 土壤中砷形態(tài)提取方法Table 1 Extraction methods of arsenic speciation in soil

前處理過程既要使不同砷形態(tài)盡可能全部提取出來，又要保持其原有形態(tài)不發(fā)生變化，提取劑的選擇是關(guān)鍵。提取劑的種類、pH值和溫度是砷形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的主要影響因素[27]。目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的提取劑為磷酸及磷酸鹽溶液，其化學(xué)性質(zhì)同砷酸鹽相似，不僅可以溶解土壤表面吸附的砷，還可以通過配位交換和競爭吸附解吸出氧化鐵和氧化鋁吸附的砷，甚至土壤顆粒晶格中的砷。前處理過程最大的難點(diǎn)是As(Ⅲ)易氧化成As(Ⅴ)，加入一定的輔助劑如抗壞血酸可以減少As(Ⅲ)的氧化，提高其穩(wěn)定性。白云飛[28]分別優(yōu)化了磷酸、鹽酸、磷酸鹽、草酸銨四種溶劑超聲提取土壤底泥中砷形態(tài)的方法，結(jié)果表明0.6 mol/L 磷酸的提取效果最好，提取率為49.46%。同時(shí)比較了抗壞血酸、EDTA和氯化羥銨三種輔助提取劑的效果，發(fā)現(xiàn)加入0.1 mol/L抗壞血酸時(shí)回收率在85.0%～105.0%之間，達(dá)到最佳。劉崴等[29]比較了磷酸-抗壞血酸、磷酸鹽-NaDDC兩種組合提取劑對土壤砷形態(tài)的提取效果，發(fā)現(xiàn)磷酸-抗壞血酸的提取率比較高，為70%以上；磷酸鹽-NaDDC提取率在57%以下，但提取過程砷形態(tài)穩(wěn)定性比較好，回收率在81.4%～115.9%之間。Georgiadis等[30]以磷酸鹽為提取劑，研究了EDTA、鹽酸羥銨和NaDDC 三種輔助劑對As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)的抑制效果，發(fā)現(xiàn)加入EDTA不能阻止As(Ⅲ)的氧化；加入1%鹽酸羥銨，提取時(shí)間超過12 h時(shí)，As(Ⅲ)開始氧化；加入0.5% NaDDC能顯著抑制As(Ⅲ)的氧化。其原理是NaDDC作為一種螯合劑，在提取過程可以與As(Ⅲ)形成螯合物，阻止其氧化。Gallardo等[24]認(rèn)為As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)是動(dòng)力學(xué)控制過程，其氧化速率取決于反應(yīng)液濃度和pH，當(dāng)對提取液進(jìn)行稀釋和調(diào)節(jié)pH為中性時(shí)，反應(yīng)速率很低。他以3 mol/L磷酸提取土壤樣品，提出控制As(Ⅲ)氧化的兩種方法：一種是提取液離心后立即稀釋10倍，5 h內(nèi)As(Ⅲ)不會氧化；另一種是提取后立即用氨水調(diào)節(jié)pH為中性，As(Ⅲ)在5 h內(nèi)保持穩(wěn)定。

3.2 分離及檢測方法

3.2.1氣相色譜聯(lián)用法氣相色譜氣相色譜(GC)用于易形成揮發(fā)性成分的低沸點(diǎn)物質(zhì)的分析，對不易揮發(fā)的組分分析前需進(jìn)行衍生化處理。巰基乙酸甲酯(TGM)可作為砷化物衍生試劑，但TGM屬于強(qiáng)還原劑，會將As(Ⅴ)還原成As(Ⅲ)，所以一般用于有機(jī)砷的衍生，不適用于土壤樣品的分析。由于很難找到一種有效的GC衍生法，使各砷形態(tài)同時(shí)被衍生成低沸點(diǎn)化合物，但GC與MS、ICP-MS等的連用可用于直接分析揮發(fā)性砷的形態(tài)。Yuan等[31]建立了一種液氮冷阱捕集、在線收集和分離湖泊沉積物釋放出的揮發(fā)性砷的方法，用棉花填裝柱對四種揮發(fā)性砷形態(tài)AsH3、CH3AsH2、(CH3)2AsH和(CH3)3As進(jìn)行富集和分離，GC-AFS分析時(shí)檢出限達(dá)2.5～11 pg，RSD為3.2%～4.9%。周黎明等[32]采用正丁硫醇衍生-GC-MS對化學(xué)武器污染的土壤中的砷形態(tài)進(jìn)行了研究，表明東北某地被污染的土壤中砷化合物的形態(tài)主要為 2-氯乙烯胂酸、雙(2-氯乙烯基)胂酸、三(2-氯乙烯基)胂、三苯胂、苯胂酸和二苯胂酸等。

3.2.2毛細(xì)管電泳聯(lián)用法毛細(xì)管電泳(CE)具有高效、快速、樣品用量少的特點(diǎn)，不同砷形態(tài)只要有結(jié)構(gòu)或電荷上的差別都可以進(jìn)行分離。但在實(shí)際樣品的分析過程中，CE與檢測設(shè)備聯(lián)用的接口較為復(fù)雜，紫外檢測器的靈敏度較低，對樣品基質(zhì)的耐受力弱等問題限制了CE聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展。CE-ICP-MS一般只能用于標(biāo)準(zhǔn)溶液和基體簡單樣品的分析。Koellensperger等[33]對接口處進(jìn)行了改進(jìn)，將CE-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用于蜈蚣草根際土壤的分析，在分析As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、MMA、DMA、AsC、AsB 6種標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，檢出限為5.26～12.1 ng/g，RSD為3.73%～6.65%。李平靜等[34]采用在柱富集-CE/UV聯(lián)用技術(shù)對4-羥基苯砷酸、洛克沙砷、苯砷酸、4-氨基苯砷酸和4-硝基苯砷酸進(jìn)行分析，檢出限為0.68～6.9 μg/L，RSD為5.6%～11.8%。

3.2.3高效液相色譜聯(lián)用法高效液相色譜(HPLC)分離主要包括離子對色譜和離子交換色譜。離子對色譜適用于分離中性和離子態(tài)的砷，四丁基氫氧化銨(TEAH)通常作為離子對試劑。當(dāng)流動(dòng)相pH為5.0～7.0時(shí)，As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(Ⅴ)能較好分離，并依次洗脫出來，但As(Ⅲ)和AsB會同時(shí)最先洗脫出來。若調(diào)pH=9.0，As(Ⅲ)帶負(fù)電，色譜柱上較弱保留；AsB為兩性離子，色譜柱上不保留，二者可進(jìn)行分離[35]。用氧化劑將As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)也可實(shí)現(xiàn)AsB和As(Ⅲ) 的分離[36]。以苯-1,2-二磺酸二鉀鹽作為離子對試劑的多級色譜分析法，已成功用于分離常見的8種砷形態(tài)[20]。離子交換色譜在土壤砷形態(tài)分析中應(yīng)用最廣，陰離子交換色譜一般用于分離As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、DMA、MMA；陽離子交換色譜一般分離AsB、AsC、TMAO、Me4As+。Mrquez-García等[37]用Hamilton PRP-X100陰離子交換柱分離As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、DMA、MMA和三種砷糖，Zorbax SCX-300陽離子交換柱分離AsB、AsC、TMAO和一種砷糖，從土壤中分離檢測到11種砷化合物。HPLC可以和大多數(shù)檢測系統(tǒng)如AAS、AFS、ICP-AES、ICP-MS等直接聯(lián)用，也可以通過氫化物發(fā)生(HG)裝置再與這些檢測器聯(lián)用。

(1)HPLC-ICP-MS。HPLC-ICP-MS聯(lián)用具有超高靈敏度、多元素同測等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)驗(yàn)室研究砷形態(tài)最有效的工具之一。Mestrot等[38]建立了一種基于硝酸銀浸漬的硅膠填充管的化學(xué)捕集法，富集稻田土壤中的揮發(fā)性砷，HPLC-ICP-MS檢測AsH3、CH3AsH2、(CH3)2AsH和(CH3)3As四種形態(tài)，檢出限達(dá)3.8 ng，回收率80.1%～95.6%，可用于野外研究。Mello等[39]用HPLC-ICP-MS分析了金礦礦區(qū)富砷土壤在厭氧條件下的砷形態(tài)變化過程，并意外發(fā)現(xiàn)部分樣品主要含有機(jī)砷，可能是土壤中的生物(如海藻和藍(lán)藻)將無機(jī)砷轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)砷。Dobran等[40]用HPLC-ICP-MS分析了土壤中有機(jī)物的含量對土壤砷形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)物含量在7.5%～15%之間時(shí)，土壤結(jié)合的As(Ⅴ)會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锳s(Ⅲ)。HPLC-ICP-MS在土壤砷形態(tài)分析中的應(yīng)用見表2。

表2 HPLC-ICP-MS聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用Table 2 Application of HPLC-ICP-MS

(2)HPLC-HG-AFS。HG是在酸性條件下用還原劑KBH4將砷還原成相應(yīng)的氫化物然后進(jìn)行檢測。HG使砷形成的氫化物與復(fù)雜樣品基質(zhì)分離[43]，只有形成的氫化物才能進(jìn)入檢測器，消除了檢測器內(nèi)遇到的光譜和化學(xué)干擾，靈敏度比常規(guī)的液體進(jìn)樣方式提高10～100倍。對于不能形成氫化物的有機(jī)砷形態(tài)如AsB、AsC、Me4As+、砷糖和芳香族砷化物等，可通過微波輔助氧化、紫外光氧化等技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為能形成氫化物的形態(tài)[35]。HPLC-HG-AFS在土壤砷形態(tài)分析中的應(yīng)用見表3。

表3 HPLC-HG-AFS聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用Table 3 Application of HPLC-HG-AFS

(3)HPLC與有機(jī)質(zhì)譜聯(lián)用法。近年來，越來越多新的砷糖和砷脂類化合物逐漸被發(fā)現(xiàn)，由于常規(guī)檢測方法無法提供化合物結(jié)構(gòu)信息，色譜分離過程可能出現(xiàn)同時(shí)洗脫或者不完全洗脫等原因[44]，新化合物的定性和定量分析較為困難。采用HPLC與電噴霧質(zhì)譜(ESI-MS)[45]、快原子轟擊串聯(lián)質(zhì)譜(FAB)、多級串聯(lián)質(zhì)譜等有機(jī)質(zhì)譜聯(lián)用分析，可提供未知砷化物的結(jié)構(gòu)信息，用于新的、未知結(jié)構(gòu)的砷形態(tài)的鑒定[46]。Hsieh等[47]用IC-ESI-MS聯(lián)用法對海藻中幾種未知形態(tài)的砷糖和砷脂類化合物進(jìn)行了定性分析。

4 分級提取法

分級提取法是一種基于操作定義的選擇性提取法，通過一系列化學(xué)活性不斷增強(qiáng)的試劑來依次提取土壤中不同形態(tài)的砷，然后用測定總砷的方法分別測定各形態(tài)含量。Tessier等人在1979年首先提出五步提取法，將土壤中的砷形態(tài)分為交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。Beesley等[48]在該方法基礎(chǔ)上進(jìn)行了修正，將土壤中的砷形態(tài)分為水溶態(tài)、表面吸附態(tài)、Fe -Al 結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，并被胡毅鴻等[49]應(yīng)用于分析石門雄黃礦礦區(qū)土壤砷形態(tài)。由于不同學(xué)者使用方法不同，各方法流程差異較大，得出的數(shù)據(jù)缺乏可比性。歐共體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局于90年代初提出了三步提取法，對各步驟和流程做了統(tǒng)一規(guī)范，將土壤中的砷形態(tài)分為可交換態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，簡稱BCR法，并研制出了沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BCR 601。之后有學(xué)者針對BCR法重現(xiàn)性差的問題進(jìn)行了改進(jìn)[50]。胡德新等[51]采用改進(jìn)BCR法測得礦產(chǎn)品堆場土壤可交換態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)砷所占比例分別為1.4%～1.7%、1.6%～2.2%、19.4%～28.2%、64.4%～75.6%。BCR法是對重金屬形態(tài)分析普遍適用的方法，但相比之下Tessier法及各種改進(jìn)方法在土壤砷形態(tài)分析中的應(yīng)用更廣。Ariza等[52]分別比較了Tessier修正法、Meguellati法和BCR法三種方法對不同類型土壤的砷形態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)修正Tessier法更適合分析富含鐵氧化物的土壤。許仙菊等[53]采用Tessier連續(xù)提取法測得水稻不同生育期土壤砷均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，占90%以上，其次是鐵錳氧化物態(tài)(0.8%～6.9%)，有機(jī)結(jié)合態(tài)(0.2%～0.9%)、碳酸鹽態(tài)(0.2%～1.3%)和交換態(tài)(0～0.4%)。楊曉偉[54]采用修正的Tessier法測得內(nèi)蒙古某礦區(qū)土壤中水溶態(tài)砷、交換態(tài)砷、鋁形砷、鐵形砷、鈣形砷和殘?jiān)鼞B(tài)砷的含量分別為0.27%、1.56%、7.17%、12.47%、15.74%和62.79%。

水溶態(tài)和可交換態(tài)砷易遷移，是土壤中毒性最強(qiáng)的砷形態(tài)，易被植物吸收，其含量可反映植物受損程度[55]；碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)不易被植物吸收，但在一定條件下可釋放出來；殘?jiān)鼞B(tài)一般處于原生礦物晶格中，較為穩(wěn)定。土壤中砷形態(tài)一般以殘?jiān)鼞B(tài)為主，水溶態(tài)和交換態(tài)砷含量很低，說明土壤中大部分砷能穩(wěn)定存在，在自然條件下較難釋放到環(huán)境中，對環(huán)境相對安全。分析土壤不同結(jié)合態(tài)的砷，有利于人們在了解土壤砷形態(tài)組成的基礎(chǔ)上，對土壤砷污染進(jìn)行修復(fù)。研究表明含鐵材料如FeCl3、FeCl2、Fe和Fe2O3[56]和有機(jī)無機(jī)復(fù)合藥劑[57]可將土壤中部分易溶態(tài)砷轉(zhuǎn)化成難溶態(tài)砷，生物炭可以通過吸附作用對污染土壤中可溶態(tài)砷進(jìn)行固定[58]。在微生物作用下，土壤中加入有機(jī)物將有利于土壤中砷的甲基化作用和不同砷形態(tài)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)態(tài)砷的過程，這預(yù)示著土壤砷污染修復(fù)的另一種新方式[59]。

5 同步輻射X-射線吸收光譜法

同步輻射X-射線吸收光譜法(Synchrotron Radiation X-ray Adsorption Spectroscopy,SRXAS)是一種原位微觀分析技術(shù)，包括拓展X-射線精細(xì)結(jié)構(gòu)(EXAFS)和近邊結(jié)構(gòu)分析(XANES)。EXAFS可提供元素氧化還原態(tài)、鍵合方式、分子形態(tài)等信息，XANES可得到混合物中不同形態(tài)的組成比例。SRXAS法對氣、液、固三相樣品均可實(shí)現(xiàn)元素氧化還原狀態(tài)的原位探測，同時(shí)可提供表面結(jié)合態(tài)、晶格態(tài)和無定形沉淀等形態(tài)信息[60]，在分子水平上給出目標(biāo)元素周圍的局部結(jié)構(gòu)和化學(xué)信息，實(shí)現(xiàn)形態(tài)分析與結(jié)構(gòu)鑒定的同步進(jìn)行。

SRXAS法無需進(jìn)行樣品預(yù)處理，避免了前處理過程砷形態(tài)的轉(zhuǎn)變，近年來在土壤砷形態(tài)分析的應(yīng)用越來越多[61]。劉永軒[62]用EXAFS測定了廣西刁江流域的表層土壤，結(jié)果上游土壤中砷形態(tài)主要由毒砂、As(Ⅴ)和As(Ⅲ)組成，百分含量分別為15%、82%、3%；中游土壤砷形態(tài)由毒砂和As(Ⅴ)組成，分別為8%和92%；下游土壤砷形態(tài)主要由As(Ⅴ)組成。萬小銘等[63]通過SRXAS法研究不同種群蜈蚣草中砷形態(tài)差異，結(jié)果表明，在蜈蚣草根部，砷以與O結(jié)合的方式存在，還存在少量As-S配位，砷形態(tài)以As(Ⅴ) 為主，占59.6%～83.8%。Manning等[64]用XANES技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，As(Ⅲ)處理的土壤中，As(Ⅲ) 主要與Fe(Ⅲ)的氫氧化物結(jié)合，而As(Ⅴ)可與Fe(Ⅲ)的氫氧化物、鋁的氫氧化物和鋁硅酸鹽結(jié)合。Acosta等[65]采用XANES分析礦山附近植物根際土壤中的砷形態(tài)，結(jié)果顯示所有樣品中的砷均為As(Ⅴ)。Landrot等[66]用EXAFS分析污染土壤中的砷形態(tài)，結(jié)果顯示土壤中的砷主要與Al結(jié)合，其次與Fe結(jié)合，并且主要以As(Ⅴ)形式與鋁氧化物結(jié)合，形成類似于砷鋁石結(jié)構(gòu)的化合物。

SRXAS法可應(yīng)用于檢測樣品處理過程砷形態(tài)是否發(fā)生變化，協(xié)助優(yōu)化聯(lián)用技術(shù)中的樣品前處理方法。Huynh等[67]用薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)富集砷，1 mol/L HNO3或1 mol/L NaOH溶液將富集的砷反萃入溶液中，再進(jìn)行HPLC-ICP-MS或HPLC-HG-AFS分析砷形態(tài)；對樣品處理全過程采用XANES技術(shù)分析砷形態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)砷形態(tài)在富集過程都是穩(wěn)定的，但被反萃入溶液后發(fā)生了變化，部分As(Ⅴ)轉(zhuǎn)變成As(Ⅲ)，DMA轉(zhuǎn)變成MMA，因此，需要對反萃取過程的條件進(jìn)行改進(jìn)。Xu等[68]采用XANES分析土壤在厭氧條件下砷形態(tài)的變化規(guī)律，結(jié)果顯示厭氧條件下土壤溶液中的砷主要以As(Ⅲ)存在，隨著厭氧時(shí)間的增加，溶解砷的濃度呈現(xiàn)出M型變化特性，即加入硫酸鹽后，砷的濃度在厭氧時(shí)間為24 h和240 h時(shí)最高。近年來，有學(xué)者將SRXAS法和分級提取法聯(lián)合應(yīng)用于土壤樣品的分析。Kim等[69]將土壤樣品先進(jìn)行分級提取分析，殘?jiān)龠M(jìn)行SRXAS分析，結(jié)果顯示冶金和尾礦污染的土壤中砷主要與鐵氧化物和硫化物結(jié)合。Niazi等[70]采用分級提取法和SRXAS技術(shù)分析污染土壤中砷的形態(tài)和有效性，兩種方法分析結(jié)果均顯示土壤中砷主要以鐵氧化物結(jié)合態(tài)存在，且大部分樣品中砷為As(Ⅴ)，只有少數(shù)樣品為As(Ⅲ)。將分級提取法和SRXAS技術(shù)相結(jié)合，既可以對砷的不同價(jià)態(tài)及與礦物結(jié)合的不同形式進(jìn)行分析，又可以對不同形態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確定量，是土壤砷形態(tài)分析發(fā)展的方向。

6 結(jié)語與展望

聯(lián)用分析法和分級提取法屬于表觀形態(tài)研究方法，可實(shí)現(xiàn)對砷形態(tài)的間接分析；SRXAS是一種微觀分析技術(shù)，可對砷形態(tài)進(jìn)行直接分析。目前實(shí)驗(yàn)室主流的分析方法是聯(lián)用技術(shù)分析法，其中應(yīng)用最廣的是HPLC-ICP-MS和HPLC-HG-AFS聯(lián)用法，具有較高的靈敏度。由于土壤基質(zhì)較復(fù)雜，聯(lián)用技術(shù)的前處理過程如何保持砷形態(tài)的穩(wěn)定性一直是分析的難點(diǎn)，提取率高且不改變砷形態(tài)的前處理方法還有待于進(jìn)一步研究。分級提取法的優(yōu)點(diǎn)在于對儀器設(shè)備要求低，不受條件限制，但只能對土壤砷的賦存形態(tài)進(jìn)行分析，且受土壤理化和生物因素影響大，重復(fù)性較差，因此主要應(yīng)用于土壤砷的生物有效性分析。SRXAS法可同時(shí)分析砷的賦存形態(tài)和氧化還原態(tài)，無需對樣品進(jìn)行預(yù)分離或化學(xué)處理，分析結(jié)果更可靠，但對儀器設(shè)備和操作人員的技術(shù)要求較高，一般實(shí)驗(yàn)室還不具備分析條件。SRXAS法在研究元素吸附機(jī)理，元素形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)理、規(guī)律和影響因素等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，是最具發(fā)展前景的形態(tài)分析方法。另外，將聯(lián)用技術(shù)分析法、分級提取法和SRXAS法相結(jié)合是今后發(fā)展的趨勢。