土壤硒的存在特征及分析測(cè)試技術(shù)研究進(jìn)展

伊芹， 程皝， 尚文郁

(1.國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心， 北京 100037；2.北京航天威科環(huán)保科技有限公司， 北京 100071)

硒作為重要的生命健康微量元素之一，近年來(lái)引起社會(huì)廣泛關(guān)注。土壤硒的全球異質(zhì)性分布是造成各種病害(因硒過(guò)剩/缺乏導(dǎo)致)和環(huán)境問(wèn)題的主要原因[1]。準(zhǔn)確分析土壤硒含量是促進(jìn)生態(tài)地球化學(xué)、環(huán)境科學(xué)等相關(guān)方面研究的基本前提。

當(dāng)前，應(yīng)用于土壤硒的分析技術(shù)主要包括光譜技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)，不同分析方法的適用范圍和技術(shù)優(yōu)勢(shì)不同[2-4]。充分了解樣品的來(lái)源特征有助于針對(duì)性地選擇分析方法，合理匹配高基體相似度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控能夠有效地提高分析質(zhì)量。全球大部分地區(qū)的硒含量較低，土壤硒存在形式和分布特征受多種因素共同影響，易發(fā)生變化，人類活動(dòng)加劇了其變化速度[5-7]。受限于分析技術(shù)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制的滯后，當(dāng)前仍存在部分硒物種無(wú)法定性定量分析、土壤硒遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理尚不完善的問(wèn)題[8-9]。上述問(wèn)題的存在對(duì)土壤硒分析技術(shù)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制提出了挑戰(zhàn)，反過(guò)來(lái)也制約了硒分析測(cè)試質(zhì)量的提高。發(fā)展高精準(zhǔn)度的痕量、超痕量分析技術(shù)，及時(shí)擴(kuò)展土壤硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的基體類型和含量范圍，成為當(dāng)前土壤硒分析領(lǐng)域的硬性要求。

本文從自然和人為活動(dòng)兩方面分析了土壤硒的來(lái)源和土壤硒的主要存在形式；綜述了光譜和質(zhì)譜技術(shù)在土壤硒分析領(lǐng)域的應(yīng)用，比較了不同分析方法的檢出限、精密度和線性范圍。重點(diǎn)論述了碰撞反應(yīng)池技術(shù)在去除質(zhì)譜干擾方面的研究進(jìn)展，以期為分析方法的選擇提供參考。同時(shí)闡述了國(guó)內(nèi)外土壤硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制現(xiàn)狀，指出及時(shí)擴(kuò)展土壤硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的基體類型和含量范圍的必要性。

1 土壤硒來(lái)源及土壤硒存在形式

在世界范圍內(nèi)，土壤硒的分布不均勻，具有顯著的空間異質(zhì)性。除典型高硒地區(qū)外，土壤硒含量通常在0.01～2.0mg/kg范圍內(nèi)，平均值一般為0.4mg/kg[9]。中國(guó)大部分地區(qū)的土壤貧硒，土壤硒含量介于0.119～0.344mg/kg[10]，平均值為0.239mg/kg[11]；在典型高硒地區(qū)，土壤硒含量可達(dá)346～2018mg/kg[12]。

1.1 土壤硒的來(lái)源

土壤硒含量的增減是自然過(guò)程和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果。成土母質(zhì)是土壤硒的主要地質(zhì)來(lái)源，人類活動(dòng)對(duì)硒循環(huán)的影響日益加重。圖1描述了自然界硒的循環(huán)活動(dòng)。

1.1.1自然過(guò)程

火山噴發(fā)和成土母巖風(fēng)化淋濾是增加土壤硒含量的主要自然過(guò)程?；鹕絿姲l(fā)時(shí)，熔巖流、火山灰流和火山碎屑流直接將含硒物質(zhì)釋放到環(huán)境中，并通過(guò)大氣沉降和水文作用進(jìn)入土壤；火山灰和巖石也可風(fēng)化成肥沃的火山土壤。據(jù)報(bào)道，愛(ài)爾蘭火山區(qū)土壤硒含量高達(dá)1200mg/kg[13]。夏威夷火山土壤硒含量為1～20mg/kg[14]，明顯高于美國(guó)其他地區(qū)土壤硒含量。但火山土壤不足全球地表面積的0.8%[14]。

成土母質(zhì)是影響土壤硒含量的主要自然因素。當(dāng)代全球硒源巖分布與古富有機(jī)質(zhì)沉積海相盆地密切相關(guān)，硒含量較高的土壤多來(lái)源于前寒武紀(jì)富含有機(jī)質(zhì)的碳酸鹽巖[15]。由于硒可被黏土礦物強(qiáng)烈吸附，并可被水生生物富集，故富含黏土、有機(jī)碳的沉積巖(如泥巖和頁(yè)巖)含硒量相對(duì)較高[16]。黑色頁(yè)巖是古代富有機(jī)質(zhì)沉積的結(jié)果，其含量較高的地區(qū)，均有高硒土壤報(bào)道。如愛(ài)爾蘭頁(yè)巖區(qū)[17]、英格蘭北部Bowland頁(yè)巖組的石炭紀(jì)黑色頁(yè)巖區(qū)[18]、美國(guó)密西西比州巴尼特頁(yè)巖區(qū)和科羅拉多州白堊紀(jì)Mancos頁(yè)巖區(qū)[19]。據(jù)分析，中國(guó)恩施富硒土壤成因也與二疊系地層炭質(zhì)、硅質(zhì)、含炭頁(yè)巖有關(guān)[20]。而在潮濕氣候下發(fā)育的砂質(zhì)土壤，尤其是灰化土，其黏粒和有機(jī)質(zhì)含量均較低，不易富集硒，通常含硒量較低[21]。

成土母質(zhì)不是影響土壤硒含量的絕對(duì)因素。中國(guó)土壤硒含量遠(yuǎn)高于土壤母巖硒含量，特別是在西北和東南地區(qū)。硒在中國(guó)三大主要巖石中的含量分別為：變質(zhì)巖0.070mg/kg、火成巖0.067mg/kg、沉積巖0.047mg/kg。硒在中國(guó)不同地區(qū)土壤中的含量分別為：西北地區(qū) 0.19mg/kg、中部低硒帶0.13mg/kg、東南沿海 0.23mg/kg[22]。中國(guó)缺硒帶的土壤平均硒含量約0.125mg/kg[23]，同樣高于巖石硒含量。

1.1.2人類活動(dòng)

土壤硒人為來(lái)源主要通過(guò)礦山開(kāi)采、有色金屬生產(chǎn)和制造等活動(dòng)釋放[24]。采礦活動(dòng)中，硒可通過(guò)氧化廢石和高濃度廢水進(jìn)入下游地表水和土壤中[5]。硒的地球化學(xué)性質(zhì)與硫相似，常以類質(zhì)同象方式進(jìn)入硫化物晶格，與硫化物礦物伴生。硒在硫化物礦物中的含量最為豐富，尤其是與砂巖型礦床中的鈾礦石、黃鐵礦和沉積巖中的類金屬礦床有關(guān)的硫化物礦物。例如，方鉛礦的硒含量通常為0～15mg/kg；毒砂的硒含量為42～57mg/kg)；磁黃鐵礦的硒含量為5～63mg/kg；馬卡錫石的硒含量為0～11mg/kg；黃銅礦的硒含量為10～50mg/kg；黃鐵礦的硒含量為0～50mg/kg；閃鋅礦的硒含量為10～50mg/kg，部分高達(dá)900mg/kg[25]。

在富含上述礦種的地區(qū)，土壤硒含量通常較高[6]，如美國(guó)布萊克福特流域二疊系磷礦開(kāi)采造成硒污染，引發(fā)牲畜死亡[26]。

下列公式(1)和公式(2)描述了含硒黃鐵礦被氧氣和硝酸氧化釋放硒的過(guò)程。

(1)

7N2+2H2O

(2)

此外，農(nóng)業(yè)活動(dòng)中人為地向土壤中添加含硒肥料、使用硒污染水灌溉、化石燃料的精煉和燃燒等，均能增加土壤硒含量[7]。如印度西北部旁遮普邦和哈里亞納邦農(nóng)業(yè)區(qū)的土壤硒含量高，即歸因于該地區(qū)富硒灌溉水[27]。化石燃料的精煉和燃燒活動(dòng)直接向土壤排放含硒物質(zhì)，也是造成灌溉水硒污染的原因之一。焦化廠附近土壤常表現(xiàn)出明顯的硒富集[28]?？梢钥闯?，人類活動(dòng)對(duì)土壤硒含量的影響，使得高硒土壤不再僅限于典型地質(zhì)區(qū)域。

1.2 土壤硒的主要存在形式

隨著土壤硒研究的深入，已確定土壤硒的具體存在形式影響硒的流動(dòng)性和生物毒性[29-30]。僅對(duì)總硒含量進(jìn)行分析無(wú)法滿足研究需求。

土壤硒可以多種化合物形式存在，如無(wú)機(jī)硒化合物和有機(jī)硒化合物，同時(shí)以多種價(jià)態(tài)存在，如Se2-、Se0、Se4+、Se6+。表1匯總了土壤中常被報(bào)道的硒化合物。硒的存在形式和含量受環(huán)境影響動(dòng)態(tài)發(fā)生變化。由于無(wú)機(jī)硒化合物的毒性強(qiáng)于有機(jī)硒化合物(高約40倍)[31]，且無(wú)機(jī)硒化合物能被植物直接吸收利用，早期針對(duì)無(wú)機(jī)硒的分析和研究相對(duì)較多。其中，硒酸鹽和亞硒酸鹽可以離子形式存在于土壤水溶相，或可被土壤有機(jī)質(zhì)、含氧化合物和土壤黏土吸附[32-34]，生物利用度和遷移性相對(duì)較高，是研究和分析中較常關(guān)注的物種。隨著研究的深入，有關(guān)土壤有機(jī)硒的分析逐漸增多，但受限于檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的匱乏，仍有大量有機(jī)硒物種有待確定。

表1 土壤中部分含硒化合物及其存在環(huán)境

土壤中硒含量和存在形式受土壤化學(xué)環(huán)境和物理變量梯度驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)力又由同時(shí)跨越多個(gè)空間和時(shí)間尺度的生物和環(huán)境過(guò)程所控制。具體包括：土壤所屬地區(qū)的氣候、地形、水文地質(zhì)條件、土壤微生物、植物和人類活動(dòng)等[13,16,36,39]。鑒于土壤系統(tǒng)的復(fù)雜性和多種影響因素的交互性，且受限于分析技術(shù)的不足，土壤硒物種遷移轉(zhuǎn)化理論體系尚不完善，其中涉及的定量關(guān)系有待闡明[8]。

2 土壤硒形態(tài)提取和分析測(cè)試技術(shù)

2.1 土壤硒形態(tài)分步提取技術(shù)

土壤硒形態(tài)分析是對(duì)硒的各種原子和分子組成形式進(jìn)行定性和定量分析的過(guò)程。由于土壤基體的復(fù)雜性和土壤硒形態(tài)的易變性，直接對(duì)上述組分進(jìn)行提取存在諸多困難。

分步提取技術(shù)通過(guò)人為選擇專性提取劑，模擬硒在土壤地球化學(xué)過(guò)程中的遷移轉(zhuǎn)化、生物富集等行為，選擇性提取與土壤特定組分相結(jié)合的硒物種。該技術(shù)易于實(shí)施，對(duì)問(wèn)題的解釋具有一定的針對(duì)性和靈活性，是當(dāng)前土壤硒化學(xué)形態(tài)分析的替代方案[40-41]。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的分步提取方案大都是在Tessier等[42]提出的土壤、沉積物樣品重金屬元素順序提取法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，此后研究者多結(jié)合具體研究目的，在上述基礎(chǔ)上對(duì)提取方案進(jìn)行改進(jìn)[43]。表2總結(jié)了當(dāng)前較為常用的幾種適用于土壤硒形態(tài)分析的分步提取方案。

從表2中可以看出，不同研究采用的提取程序各不相同。國(guó)內(nèi)外尚未統(tǒng)一土壤硒分步提取的分級(jí)和操作標(biāo)準(zhǔn)，不同研究數(shù)據(jù)間缺乏可比性。原因是硒提取方案的產(chǎn)生依托于各自研究需求，并隨著研究的深入不斷改進(jìn)。在研究初期，水提取態(tài)硒被認(rèn)為是最能反映植物可利用硒的形態(tài)，隨后研究發(fā)現(xiàn)水提取態(tài)中常含有可溶性有機(jī)硒化物，有機(jī)硒化物無(wú)法被植物直接吸收利用，證實(shí)水提取態(tài)難以直接體現(xiàn)生物可利用硒含量，故而不斷促進(jìn)了對(duì)方法的改進(jìn)。如提出以磷酸緩沖溶液、氯化鉀、碳酸氫鈉等為提取劑的土壤硒有效態(tài)提取方案[51]，以0.1mol/L氫氧化鈉為提取劑的亞硒酸鹽和硒酸鹽提取方案[52]等?，F(xiàn)階段，鮮有研究針對(duì)提取程序設(shè)計(jì)的合理性開(kāi)展深入討論。大多是通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

當(dāng)前各種分步提取研究方法仍存在諸多問(wèn)題：①提取劑缺乏特異選擇性；②提取過(guò)程中，硒形態(tài)易受提取劑的影響發(fā)生吸附和遷移轉(zhuǎn)化。Jessica等[50]將順序提取后的分析結(jié)果與同步輻射技術(shù)原位形態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示在指定的提取態(tài)提取過(guò)程中，目標(biāo)硒物種未被完全提取，表明所選提取劑缺乏特異性。同樣地，Dodd等[53]的研究發(fā)現(xiàn)了類似問(wèn)題，經(jīng)鹽酸羥胺提取鐵氧化物結(jié)合態(tài)后，土壤中仍殘留有部分鐵氧化物，意味著與土壤鐵氧化物相互作用的硒物種沒(méi)有完全被釋放出來(lái)。

2.2 土壤硒分析測(cè)試技術(shù)

2.2.1原子光譜分析技術(shù)

應(yīng)用于土壤硒含量分析的光譜技術(shù)主要有原子吸收光譜(AAS)和原子熒光光譜(AFS)。二者均需與進(jìn)樣裝置結(jié)合使用，常見(jiàn)的有電熱原子化進(jìn)樣裝置(ET)、氫化物發(fā)生進(jìn)樣裝置(HG)和石墨爐原子化進(jìn)樣裝置(GF)。表3總結(jié)了若干樣品前處理方法與原子光譜技術(shù)聯(lián)用，分析土壤硒含量的應(yīng)用實(shí)例。

(1)氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法

氫化物發(fā)生-原子熒光光譜(HG-AFS)分析技術(shù)因具備如下優(yōu)點(diǎn)，在中國(guó)土壤硒含量分析領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍。①硒元素能夠以氣液分離方式從基體中脫出，較大限度地減少基體干擾。但仍存在干擾問(wèn)題(主要是過(guò)渡金屬離子所產(chǎn)生的液相干擾)，大部分可通過(guò)添加掩蔽劑的方法得到控制，如通過(guò)加入鐵鹽、增加酸度或采用鐵氰化鉀作掩蔽劑，可消除部分金屬離子的干擾；10%硫脲-10%抗壞血酸作為混合改進(jìn)劑可消除銅、銀、鎳、鉛等金屬離子的干擾[64]。②能獲得更低的檢出限和相對(duì)較高的精密度。如表3所示，HG-AFS技術(shù)的檢出限可達(dá)ng/g數(shù)量級(jí)水平。原因是AFS測(cè)量的是背景相對(duì)較低的小熒光信號(hào)，而不是兩個(gè)信號(hào)之間的差異。③操作相對(duì)簡(jiǎn)便，儀器價(jià)格較低。

表3 原子光譜技術(shù)分析土壤硒含量應(yīng)用實(shí)例

HG-AFS分析技術(shù)的缺點(diǎn)是線性范圍較窄。分析硒含量較高的樣品時(shí)，只能通過(guò)稀釋樣品溶液的方式解決，但大比例稀釋通常會(huì)引入較大分析誤差，國(guó)際上亦不認(rèn)可此類解決方案。造成該問(wèn)題的原因是：原子熒光強(qiáng)度與試樣濃度僅在低濃度范圍內(nèi)成正比；高濃度下測(cè)量光路外的原子濃度會(huì)影響分析信號(hào)，使其檢測(cè)到的熒光強(qiáng)度為原子化槽的幾何形狀的復(fù)雜函數(shù)。該問(wèn)題的存在從本質(zhì)上限制了AFS在土壤硒含量分析中的應(yīng)用。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(EPA)并未將其列為硒元素分析的標(biāo)準(zhǔn)方法，國(guó)際期刊中關(guān)于原子熒光光譜分析硒含量的報(bào)道也相對(duì)較少。

此外，使用AFS方法直接分析，僅能測(cè)量能夠被完全分解礦化、并還原為四價(jià)硒的硒物種含量。這就要求分析者根據(jù)分析需求和樣品特點(diǎn)，合理選擇前處理方法。如對(duì)土壤樣品進(jìn)行分步提取處理，分析水溶態(tài)硒含量時(shí)，若直接將水提取液經(jīng)鹽酸還原后分析，則其中可能含有的水溶性有機(jī)硒化合物無(wú)法被鹽酸直接還原為無(wú)機(jī)態(tài)四價(jià)硒，分析結(jié)果僅為水溶態(tài)無(wú)機(jī)硒含量[29]。若要求分析全部水溶態(tài)硒含量，則應(yīng)添加高氯酸加熱處理步驟，將其中可能存在的有機(jī)硒物種完全礦化分解。而使用高氯酸消解的步驟在當(dāng)前順序提取標(biāo)準(zhǔn)方法中未作出說(shuō)明[50,65]。

(2)原子吸收光譜法

原子吸收光譜法(AAS)的優(yōu)點(diǎn)是該方法使用瞬態(tài)信號(hào)，可通過(guò)改性劑輔助熱解/霧化，經(jīng)溫度控制程序和吹掃氣體保持原子蒸汽的保留時(shí)間，增強(qiáng)吸收，不存在光路外干擾問(wèn)題，可分析濃度的線性范圍較廣。相較AFS法，AAS法的檢出限稍高(表3)，但通過(guò)在樣品處理階段添加萃取富集步驟能夠改善該問(wèn)題[2]。

采用AAS技術(shù)分析土壤硒含量存在的主要問(wèn)題包括進(jìn)樣損失、基體干擾、譜線干擾等[66]。如石墨爐AAS技術(shù)分析土壤硒，由于硒是易揮發(fā)元素，灰化溫度升至400℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生灰化損失；分析結(jié)果受樣品基體影響較為嚴(yán)重，需加入基體改進(jìn)劑減小灰化損失。土壤樣品中的Pd2+、Cu2+、Ni2+、Co2+等離子對(duì)硒的測(cè)定有增感效應(yīng)，產(chǎn)生正干擾；Mo6+、Pt4+等離子對(duì)硒的測(cè)定有弱化效應(yīng)，產(chǎn)生負(fù)干擾?；w改進(jìn)劑的加入能夠減小樣品基體中干擾離子對(duì)硒測(cè)定的影響。銥-硝酸鎂、鈀-硝酸鎂等作為測(cè)定硒的基體改進(jìn)劑，均能提高硒的灰化溫度和分析靈敏度。與此同時(shí)，使用常規(guī)線源原子吸收光譜儀時(shí)，在195.950nm、196.061nm和196.147nm附近存在三條鐵譜線，可能會(huì)對(duì)最靈敏的硒譜線196.026nm產(chǎn)生光譜干擾[59]。該譜線無(wú)明顯精細(xì)結(jié)構(gòu)條帶，利用背景校正(塞曼或氘背景校正)可在一定程度上克服基體光譜干擾，但常存在校正過(guò)低或過(guò)高的問(wèn)題[56]，使用高分辨連續(xù)光源能夠在一定程度上改善該問(wèn)題，是該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[59]。

2.2.2質(zhì)譜分析技術(shù)

電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)(ICP-MS)能夠?qū)崿F(xiàn)硒與多種元素的同時(shí)測(cè)定。美國(guó)EPA發(fā)布的多種微量元素(包括硒在內(nèi))標(biāo)準(zhǔn)方法中，均使用ICP-MS[2]。該方法在土壤硒分析中面臨的主要問(wèn)題是來(lái)源于離子源和樣品基體的質(zhì)譜干擾。碰撞/反應(yīng)池技術(shù)(CRC)和同位素稀釋質(zhì)譜(IDMS)的出現(xiàn)，為解決質(zhì)譜干擾問(wèn)題提供了有效途徑。前者通過(guò)物理碰撞或化學(xué)反應(yīng)消除干擾因素，后者通過(guò)離子選擇設(shè)備甄別干擾。

(1)四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)

使用常規(guī)四極桿ICP-MS分析土壤硒含量無(wú)法達(dá)到滿意效果，原因是：①硒元素具有較高的電離能(9.75eV)，在氬氣等離子體中的電離程度相對(duì)較低；②存在嚴(yán)重質(zhì)譜干擾，包括產(chǎn)生于氬氣等離子體離子源處的干擾和來(lái)自樣品基體的干擾。因大部分干擾信號(hào)高于硒信號(hào)，無(wú)法通過(guò)線性方程扣除。表4列出了ICP-MS分析土壤硒含量時(shí)常見(jiàn)的同質(zhì)異位素干擾。

表4 質(zhì)譜分析土壤硒常見(jiàn)同質(zhì)異位素干擾

從表4中可以看出，使用ICP-MS分析硒的任一種同位素，均會(huì)受到質(zhì)譜干擾。其中，80Se+豐度比最高，檢測(cè)靈敏度高，但常規(guī)四極桿質(zhì)譜分析模式下，80Se+受40Ar40Ar+等氬基干擾影響較大。土壤中大量共存離子亦對(duì)80Se+產(chǎn)生干擾，如氧、氫、鈣、鉀、硫、鎳、鋅、溴和稀土元素。

(2)碰撞反應(yīng)池技術(shù)

碰撞反應(yīng)池(CRC)技術(shù)被認(rèn)為是一種強(qiáng)大的，理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾測(cè)定的技術(shù)[67-68]，是當(dāng)前質(zhì)譜領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。通過(guò)將碰撞技術(shù)(CCT)和動(dòng)態(tài)反應(yīng)技術(shù)(DRC)與ICP-MS聯(lián)用，提高了ICP-MS分析硒元素的能力。其工作原理是將碰撞/反應(yīng)氣引入封閉反應(yīng)池，通過(guò)碰撞或化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)同質(zhì)異位素分離、離子消除、復(fù)合分子離子分裂，從而降低干擾，提高靈敏度[69]。目前商品化的CRC系統(tǒng)主要分為四類：①四極桿動(dòng)態(tài)反應(yīng)池(美國(guó)PerkinElmer公司，主流產(chǎn)品DRC-e和DRCⅡ)；②六極桿碰撞反應(yīng)池(美國(guó)ThermoFisher公司，CCT)；③八極桿碰撞/反應(yīng)池(美國(guó)Agilent公司，ORS)；④碰撞反應(yīng)接口(CRI,美國(guó)Varian公司)。不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念有所不同，但去干擾原理類似。

碰撞反應(yīng)池技術(shù)應(yīng)用于土壤硒分析的核心問(wèn)題是碰撞/反應(yīng)氣的選擇和質(zhì)譜參數(shù)的優(yōu)化，相關(guān)研究之間尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，原因是樣品基體差異和不同儀器設(shè)計(jì)差異。常見(jiàn)的碰撞/反應(yīng)氣有氦氣、氬氣、氫氣、氨氣、甲烷、氮?dú)?、氧氣、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化碳等[67-68]。其中常用于土壤硒分析的有氫氣、甲烷、氧氣和氦氣。屈明華等[70]比較了甲烷和氧氣作反應(yīng)氣的應(yīng)用效果，結(jié)果顯示在甲烷模式下，1μg/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液信號(hào)強(qiáng)度大于4000cps；在氧氣模式下，1μg/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液信號(hào)強(qiáng)度大于2000cps。Bullock等[66]和Henn等[69]采用氫氣作反應(yīng)氣，有效減少了m/z77、78和80處氬基多原子離子的質(zhì)譜干擾，但無(wú)法消除溴、鍺對(duì)77Se、80Se和82Se的干擾，故僅能通過(guò)監(jiān)測(cè)78Se分析煤中硒含量，在優(yōu)化條件下，儀器和方法的檢出限為0.01μg/L。de Feudis等[71]使用具有八極桿碰撞反應(yīng)系統(tǒng)的ICP-MS(Agilent 7900)分析了土壤中多個(gè)提取態(tài)硒含量，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)給定值比較，結(jié)果符合要求。Liu等[72]采用微波消解ICP-MS碰撞模式監(jiān)測(cè)82Se，建立了分析土壤硒的方法，檢出限為0.1449ng/L，線性范圍為1～100μg/L。并分析了土壤形態(tài)成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07445中的硒，RSD為4.4%。

值得關(guān)注的是，在質(zhì)譜分辨率不足的前提下，僅依靠CRC技術(shù)無(wú)法完全消除硒的質(zhì)譜干擾，與多重四極桿技術(shù)的結(jié)合能夠較好地解決該問(wèn)題。林立等[73]分別采用低分辨四極桿質(zhì)譜常規(guī)模式、加氦加氫模式、加氧模式和加氧-雙四極桿(SQ-O2)模式對(duì)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的80Se進(jìn)行分析，結(jié)果表明在常規(guī)模式下進(jìn)行土壤硒分析，干擾較多，無(wú)法得到滿意結(jié)果；加氦加氫模式無(wú)法消除稀土干擾；在加氫模式下，加重了79BrH+帶來(lái)的干擾；采用加氧單四極桿模式分析，雖然解決了氯、溴、稀土的干擾問(wèn)題，又引發(fā)了鍺、鋯、鉬、釕等的干擾，且無(wú)法通過(guò)線性扣除干擾影響；采用加氧-雙四極桿模式測(cè)定，上述干擾問(wèn)題均能得以解決。說(shuō)明CRC技術(shù)存在固有缺陷，即缺乏質(zhì)量甄別能力。

為克服上述局限，美國(guó)Agilent公司于2012年推出三重四極質(zhì)譜(ICP-MS/MS)，其在八極反應(yīng)池前后均添加四極桿質(zhì)量分析器，有效過(guò)濾進(jìn)入反應(yīng)池的離子質(zhì)量，極大地提高了干擾分辨力[74]，在超痕量分析領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。Gil-Díaz等[75]使用103Rh作內(nèi)標(biāo)，采用三重四極桿ICP-MS加氧模式，將77Se轉(zhuǎn)化為93SeO進(jìn)行分析(77Se+16O→93SeO)，有效避免了雙電荷稀土元素干擾(主要是154Sm++、54Gd++)，獲得滿意結(jié)果，回收率為70%～134%(n=3)。Bolea-Fernandez等[76]以氟化甲烷和氦氣混合氣作反應(yīng)氣，使用ICP-MS/MS分析河口沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(NBS SRM1646)硒含量，分析結(jié)果與給定值的絕對(duì)誤差<0.05。該模式下分析80Se，檢出限可低至4ng/L。

(3)同位素質(zhì)譜分析技術(shù)

同位素質(zhì)譜(IDMS)是分析化學(xué)的前沿技術(shù)，既可分析元素總量，也可分析形態(tài)含量[74]，還能用于土壤硒遷移示蹤工作[77]，是研究土壤硒遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理的有效手段之一。

硒同位素質(zhì)譜分析技術(shù)可滿足高精度分析要求，前提是需進(jìn)行硒分離純化，并與具有高分辨力的檢測(cè)器聯(lián)用，如多接收器等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)[78]。Pons等[79]建立了HG-MC-ICP-MS同位素雙稀釋劑(76Se-78Se)分析硒的精準(zhǔn)方法，硒信號(hào)靈敏度超過(guò)1000V/ppm，分析誤差介于0.01‰～0.025‰。譚德?tīng)N等[78]建立了MC-ICP-MS同位素雙稀釋劑(74Se-77Se)分析硒的精準(zhǔn)方法，獲得最優(yōu)長(zhǎng)期精準(zhǔn)度為0.00‰～0.10‰。由此可見(jiàn)，IDMS可作為應(yīng)對(duì)超低硒分析挑戰(zhàn)的有力工具。

2.2.3X射線分析技術(shù)

(1) X射線熒光光譜技術(shù)

X射線熒光分析法(XRF)因具有綠色無(wú)損、分析速度快的特點(diǎn)，在生物、材料分析領(lǐng)域備受青睞。由于土壤硒含量通常較低且基體干擾嚴(yán)重，XRF在該領(lǐng)域分析能力無(wú)法與光譜和質(zhì)譜類分析方法媲美，但與樣品預(yù)濃縮技術(shù)相結(jié)合，能提高分析性能。

Marguí等[80]探索了幾種分析方法結(jié)合全反射XRF測(cè)定土壤硒含量的可能性，通過(guò)改進(jìn)樣品前處理工藝減少基質(zhì)效應(yīng)影響，開(kāi)發(fā)了分散液液微萃取程序，該方法分析土壤硒檢出限為0.05mg/kg，與光譜分析技術(shù)獲得的檢出限相當(dāng)或更低。Kocot等[81]建立了一種分散固相微萃取- XRF測(cè)定硒的方法，并將其用于礦物、水體和生物材料硒分析。該方法以石墨烯為固體吸附劑，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨(APDC)為螯合劑，采用能量色散X射線熒光光譜法(EDXRF)對(duì)無(wú)機(jī)硒開(kāi)展了形態(tài)分析和測(cè)定。在優(yōu)化條件下，Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)回收率分別為97.7%±5.0%和99.2%±6.6%，精密度(RSD)為5.1%～6.6%。允許獲得最低檢測(cè)限為0.032ng/mL，富集系數(shù)高達(dá)1013±15。

(2)同步輻射X射線吸收光譜技術(shù)

同步輻射X射線吸收光譜技術(shù)能夠?qū)ν寥肋M(jìn)行無(wú)損原位形態(tài)分析，其主要使用X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)(XANES)區(qū)域?qū)腆w表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，該區(qū)域出現(xiàn)在吸收邊緣下方-20eV和上方+50eV之間，提供了有關(guān)元素氧化狀態(tài)、相關(guān)配體和直接配位環(huán)境的信息，能夠直接說(shuō)明土壤硒的具體存在形式。

同步輻射技術(shù)能夠補(bǔ)充現(xiàn)有形態(tài)分析技術(shù)的不足。Scheinost等[82]分別使用同步輻射技術(shù)和分步提取方法對(duì)冶煉廠污染土壤進(jìn)行形態(tài)分析，結(jié)果顯示相比于同步輻射分析結(jié)果，分步提取方法未能識(shí)別與若干礦物相相關(guān)的物種，顯示出同步輻射技術(shù)在土壤形態(tài)分析方面的優(yōu)勢(shì)。Favorito等[50]借助同步輻射X射線吸收光譜技術(shù)，評(píng)價(jià)了分步提取程序?qū)ν寥牢螒B(tài)的分離能力，證實(shí)了提取劑提取不完全的現(xiàn)象。

該技術(shù)在土壤硒賦存機(jī)理研究方面具備強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。Qin等[83]綜合使用微聚焦X射線熒光光譜技術(shù)、X射線衍射技術(shù)和X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜技術(shù)，分析了廢棄尾礦污染土壤中硒的存在形式，得出硒主要以Se(Ⅳ)形式存在，F(xiàn)e(Ⅲ)氫氧化物是Se(Ⅳ)的宿主相。Nie等[84]通過(guò)擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)技術(shù)分析了Se(Ⅳ)在針鐵礦上的吸附行為，發(fā)現(xiàn)Se(Ⅳ)在中、低pH環(huán)境下形成雙齒、強(qiáng)鍵合內(nèi)球面配合物，其他物質(zhì)可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)/協(xié)同等作用方式影響其相互作用。

同步輻射技術(shù)應(yīng)用于土壤硒形態(tài)分析，需注意X射線本身能夠改變樣品硒形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)X射線能夠使Se(Ⅵ)迅速還原為Se(Ⅳ)[37]。此外，同步輻射技術(shù)對(duì)土壤可流動(dòng)相中物種的鑒定存在不足[40]，無(wú)法區(qū)分吸附到非晶態(tài)和晶態(tài)鐵氧化物上的硒的參考光譜[85]。

3 土壤硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制現(xiàn)狀

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是用于地球化學(xué)樣品分析質(zhì)量控制的重要因素。目前具有硒含量定值的土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可覆蓋的土壤基體和硒含量范圍有限，限制了大規(guī)模地球化學(xué)勘探和評(píng)價(jià)中對(duì)樣品的有效監(jiān)測(cè)。受制于土壤硒形態(tài)提取技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前針對(duì)土壤硒原始形態(tài)定值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和針對(duì)分步提取技術(shù)定義形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制工作有待推進(jìn)。

3.1 國(guó)外土壤硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

表5列出了部分能夠通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)資源共享平臺(tái)查詢到的國(guó)外研制的具備標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)和硒含量定值的土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

表5 具備硒含量定值的國(guó)際土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

從表5可以看出，歐洲、美國(guó)和日本是國(guó)際土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的主要來(lái)源。相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)全硒含量多在1mg/kg左右。除日本外，其余國(guó)家均未使用AFS技術(shù)對(duì)土壤硒含量進(jìn)行定值，多采用ICP-MS、AAS和INAA方法。歐盟研制土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)較為關(guān)注污染類土壤；美國(guó)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)傾向于按地區(qū)進(jìn)行研制；唯獨(dú)日本研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)存在硒含量梯度劃分，硒含量范圍從0.44mg/kg跨越到1175mg/kg。使用具有相同基體類型、具有梯度含量變化的系列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)化，能夠最大限度地降低儀器分析中因樣品基體與標(biāo)準(zhǔn)溶液基體差異造成的誤差。此類系列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在分析中存在較大需求，也是中國(guó)緊缺的類型。

3.2 中國(guó)土壤硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

中國(guó)土壤地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制起步于20世紀(jì)70年代末，現(xiàn)已研制了54種土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，相關(guān)信息如下。

(1) 35種土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07401～GBW07408、GBW07423～GBW07430、GBW07446～GBW07457、GBW07385～GBW07391)。均具備全硒含量定值，除GBW07405和GBW07406硒含量大于1mg/kg，其余標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)硒含量均較低；除GBW07401～GBW07408使用原子熒光光譜法、比色法和極譜法對(duì)硒含量進(jìn)行定值外，其余標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均僅使用原子熒光光譜法定值。

(2) 5種土壤形態(tài)成分分析國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，包括：江蘇太湖沉積物(GBW07441)、北京土壤(GBW07442)、湖北水稻土(GBW07443)、城市街道塵土(GBW07444)和華南礦化區(qū)土壤組合樣本(GBW07445)，是由國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心于2008年研制。采用七步順序提取法分析了土壤水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、腐植酸結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)七種形態(tài)，定值了16種元素(Cd、Cu、Pb、Zn、Mo、Co、Cr、Ni、Mn、Fe、Ca、K、As、Hg、Sb、Se)的形態(tài)含量和總量，其中硒元素總量最高值為(0.56±0.012)mg/kg，滿足了區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查及礦產(chǎn)勘查的需要。

(3) 10種具備稀鹽酸提取態(tài)硒含量定值和水溶態(tài)硒含量定值的土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07412a～GBW07417a，GBW07458～GBW07461)：是由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所于2010年研制。其中，GBW07412a～GBW07417a和GBW07458～GBW07461定值了水溶態(tài)硒含量，最高值為(15±5)μg/kg；GBW07412a、GBW07415a～GBW07417a、GBW07458定值了稀鹽酸提取態(tài)硒含量，最高值為7.7μg/kg。

(4) 4種富硒土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07900～GBW07904)：是由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)于2018年研制，硒含量介于0.83～19.5mg/kg。

4 存在問(wèn)題和發(fā)展展望

人類活動(dòng)加劇了土壤硒分布異質(zhì)性，意味著樣品類型和含量范圍不斷變化，要求土壤硒分析技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制能夠隨之發(fā)展，以保證分析質(zhì)量。

當(dāng)前土壤硒分析領(lǐng)域存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)是：①前處理技術(shù)相對(duì)儀器分析技術(shù)發(fā)展較緩，成為限制該領(lǐng)域發(fā)展的一大瓶頸。分步提取技術(shù)的出現(xiàn)為土壤硒形態(tài)提取開(kāi)辟了新思路，但卻未能完全解決提取專一性和提取過(guò)程硒形態(tài)轉(zhuǎn)化的問(wèn)題。這仍是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的課題。②質(zhì)譜技術(shù)較光譜技術(shù)在痕量、超痕量分析領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，碰撞/反應(yīng)池技術(shù)結(jié)合多重四極桿技術(shù)理論上能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)干擾測(cè)定，且檢出限低、檢測(cè)線性范圍廣，是當(dāng)前土壤硒分析領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。③同步輻射X射線熒光技術(shù)具備強(qiáng)大的原位形態(tài)分析能力，能在一定程度上彌補(bǔ)前處理技術(shù)不足，但其無(wú)法鑒定可流動(dòng)相物種形態(tài)，將其作為傳統(tǒng)研究方法的補(bǔ)充是土壤硒分析的趨勢(shì)和要求。④土壤硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制滯后于分析技術(shù)的發(fā)展，無(wú)法滿足分析質(zhì)量監(jiān)控需求，有待加強(qiáng)開(kāi)展相關(guān)研制工作。

致謝：感謝國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)共享平臺(tái)工作人員在國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)查詢方面給予的指導(dǎo)和幫助。