KH2PO4 浸提-原子荧光法测定青海富硒土壤中的有效硒*
2021-08-09王力君陈秀娜
王力君，陈秀娜，王 燕
（青海省地质矿产测试应用中心，青海 西宁 810008）
硒是动植物和人体所必需的微量元素之一，在环境中呈不均匀的分散分布，但它对人类的身体健康具有十分重要的意义[1]。硒作为一种人体所必需的微量元素，不仅具有缓解和减轻重金属毒性的作用，同时还可以提高人的身体免疫力[2]。土壤中硒的形态分布会直接影响到动植物对硒的可吸收程度[1]。有研究表明，富硒的土壤并不一定能生长出富硒的农作物，这是因为硒在土壤中具有多种存在形态，其中作物能够吸收的硒才是有效态的硒，简称为有效硒。而总硒含量高的土壤和有效硒之间的分布关系并不是直接成正比关系的[1]。土壤中的总硒并非都可以被植物吸收和利用，若土壤中缺硒或少硒，显而易见，植物是吸收不到硒的，这样就不利于植物的生长。有研究表明，土壤中的硒分为水溶态的硒，可交换态硒，有机结合态硒，残渣态硒以及酸溶态硒，其中酸溶态硒又分为碳酸盐结合态和铁锰氧化态。其中水溶态和可交换态的硒可以较好的被植物吸收利用，又称为生物有效态硒。土壤的全硒含量不能直接反映土壤对植物的供硒水平，常用土壤有效硒的含量来反映土壤的供硒能力[3]。
目前，土壤中有效硒的含量测试还没有统一的分析方法，一般采用氢化物原子荧光法[4]、HPLC-AFS法[1]来测定土壤中的有效硒。HPLC-AFS 法又称为元素形态分析仪法，它是利用高效液相和原子荧光串联来测定不同价态元素的一种新的分析方法，该方法灵敏度高，省时，但仪器分析成本较高。因此，本文采用KH2PO4作为有效硒的浸提剂，将浸提后的溶液进行微波消解，采用原子荧光法进行测定。结果表明，最佳的条件为振荡时间60min，振荡频率为1500r·min-1，该方法的准确度和精密度满足标准的要求，其相对标准偏差为1.82%～4.67%。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
AFS-8330 型原子荧光光度计（配有硒元素阴极灯北京吉天）；MARSXPress 微波消解仪（美国CEM）；恒温电热板（莱伯泰科）；HZ-9310KB 型恒温振荡器（江苏盛蓝仪器制造有限公司）；DD-5M 型低速离心机（湖南湘仪总厂）；BSA124S 型电子天平（赛多利斯）。
100mg·L-1硒标准溶液（国家标准物质中心）；0.1mol·L-1KH2PO4（AR 天津百世化工有限公司）；HNO3（优级纯 苏州晶瑞化学股份有限公司）；H2O2（AR 西陇科学有限公司）；HClO4（优级纯 天津市风船化学试剂科技有限公司）；K3[Fe（CN）6]（AR 天津市化学试剂）；HCl（优级纯 苏州晶瑞化学股份有限公司）；KBH4（AR 西陇科学有限公司）；KOH（AR 天津百世化工有限公司）；实验用水。
1.2 实验方法
1.2.1 试样制备 土壤样品采集于青海海东市平安东村、中村、小峡镇、下红庄、高店镇等地。去除大块石子落叶等，置于室内阴凉处自然风干，然后分别过60、100 目筛，备用。
1.2.2 实验过程 称取1.000g 土壤样品置于15mL离心管中，加入0.1mol·L-1KH2PO4溶液10mL，设定恒温混匀仪30℃、1500r·min-1，振荡60min。将振荡后的溶液于离心机3000r·min-1离心15min，然后分取5mL 上清液置于微波消解管中，加入7mL HNO3，1mL H2O2，设定微波消解程序进行消解，消解完毕后，取下消解管，在赶酸仪上设定温度120℃进行赶酸，加热至近干，冷却后加入HCl 溶液（6mol·L-1）5mL，继续加热至溶液变为无色清亮并伴有白烟出现，冷却，转移至10mL 比色管中，加入K3[Fe（CN）6]溶液（100g·L-1）1mL，用HCl 溶液（5%）定容，同时做空白实验。
1.2.3 实验测试 将加入100g·L-1K3[Fe（CN）6]后的HCl 的浓度为5%的混合溶液作为载流，以KBH4的含量为2%的碱溶液作为还原剂，将硒的标准溶液按照从低到高的顺序分别测试，测定荧光强度，然后在此条件下，分别测试空白溶液和试样溶液中的有效硒的荧光强度，根据标准系列的荧光强度反算出土壤溶液中有效硒的含量。
2 结果与讨论
2.1 土壤中全硒含量的分布
对青海海东市平安东村、中村、小峡镇、下红庄、高店镇等地采集的土壤样品进行检测，结果表明，土壤中全硒含量为小峡镇：0.667～1.391mg·kg-1，下红庄：0.374～0.574mg·kg-1，平安中村：0.310～0.421mg·kg-1，平 安 东 村：0.299～0.391mg·kg-1，高 店 镇：0.291～0.361mg·kg-1，而我国土壤全硒含量的平均值在0.290mg·kg-1[3]，由此可见，青海海东地区中土壤全硒含量的最低值高于我国土壤全硒含量的平均值，可以为土壤长期提供硒元素，也为富硒土壤的开发利用奠定了基础。
2.2 标准曲线的绘制
取100mg·L-1的硒标准溶液，用5%的HCl 逐级稀释得到100ng·mL-1的硒标准溶液。取6 个100mL的容量瓶，分别在容量瓶中加入K3[Fe（CN）6]溶液（100g·L-1）10mL，然后分别取100ng·mL-1的硒标准溶液0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mL，用5%的稀HCl 定容至刻度，并摇匀得到不同浓度的硒标准系列。以荧光值为纵坐标，绘制校准曲线，校准曲线见图1。
图1 标准曲线线性方程与线性参数Fig.1 Linear equations and linear parameters of standard curve
由图1 可见，该方法具有较好的线性范围。
2.3 K3[Fe（CN）6]溶液的选择
K3[Fe（CN）6]是常见的掩蔽剂之一，有研究表明，在食品试样溶液中加入K3[Fe（CN）6]和不加入K3[Fe（CN）6]测定的结果和加标回收率差异具有统计学意义。在基质复杂的样品中加入K3[Fe（CN）6]，不仅具有能够增加荧光强度的作用，提高灵敏度，同时还能对Cu、Bi、Hg、As 等干扰元素起到非常好的掩蔽作用[5]。
2.4 浸提剂的选择
2.5 振荡时间的选择
土壤中有效硒采用0.1mol·L-1的KH2PO4作为浸提剂，对5 个标样进行浸提，振荡时间分别设置为30，60，90，120min。
由表1 可见，当振荡时间为30min 时，土壤中有效硒含量较低，而振荡时间为120min 时，土壤中有效硒含量则相对较高，这表明振荡时间较短时，土壤标样中的有效硒不能被充分的浸提出来，而振荡时间较长时，浸提液中除了含有有效硒外，也可能存在其它状态的硒导致测定的有效硒的值相对较高。而振荡时间为60 和90min 的测定结果并无显著的差异，因此，选择耗时更短的振荡时间60min。
表1 振荡时间对有效硒测定结果的影响Tab.1 Influence of oscillation time on the determination results of available selenium
2.6 振荡频率试验
土壤中有效硒采用0.1mol·L-1的KH2PO4作为浸提剂，对5 个标样进行浸提1.0h，分别选择不同振荡频率的振荡器进行振荡，测试结果见表2。
表2 振荡频率对有效硒测定结果的影响Tab.2 Influence of oscillation frequency on the determination results of available selenium
由表2 可知，当选择低速振荡器振荡频率为180r·min-1时，由于振荡速度较慢，导致浸提剂和样品不能完全充分的混匀接触，得到的有效硒的结果非常低；而选择高速振荡器振荡频率为1500r·min-1时，土壤中的有效硒能够较为充分的浸提出来。因此，在浸提土壤有效硒时，需要选择高速振荡器。
2.7 微波消解与电热板富集还原
翟建国等指出，为了能够准确的测定土壤中的有效硒，必须要对浸出液中的有机硒和有机质进行消解破坏，从而分解浸提液中的有机质，并把有机硒转化为六价硒[10]。土壤中有效硒采用0.1mol·L-1的KH2PO4作为浸提剂，对5 个青海海东市平安东村、中村、小峡镇、下红庄、高店镇采集的实际样品进行浸提1.0h，分别采用微波消解和电热板富集还原进行前处理，将处理后的溶液上机重复测试，测试数据平均值见表3。
表3 前处理方式对有效硒测定结果的影响Tab.3 Effect of pretreatment methods on the determination results of available selenium
由表3 可知，当采用微波消解进行前处理时，土壤中有效硒含量的测定值略高。而采用电热板富集还原进行前处理时，土壤中有效硒含量的测定值较微波消解时降低。此外，在采用电热板富集还原时进行前处理较微波消解耗时更长，因此，选择微波消解作为土壤有效硒浸提后的前处理方式。
2.8 方法准确度与精密度
国家土壤标准物质中的有效硒目前只有用稀HCl 浸提的有推荐值，ASA-4a 中其有效硒的推荐值为（6.8±1.2）μg·kg-1，采用稀HCl 浸提，其6 次平行实际测试的平均值为7.04μg·kg-1。土壤中有效硒按照最佳的条件进行浸提测试（采用0.1mol·L-1的KH2PO4作为浸提剂，1500r·min-1进行浸提1.0h），采用微波消解前处理，将处理后的溶液上机平行测试，测试结果见表4。
表4 方法准确度和精密度Tab.4 Accurancy and precision of method
由表4 可知，该方法的精密度为1.82%～4.67%，均小于10%，该方法的准确度和精密度符合标准DD2005-03[11]的测定要求。
3 结论
本文采用0.1mol·L-1的KH2PO4作为浸提剂，氢化物原子荧光法测定富硒土壤中的有效硒，分别对振荡时间、振荡频率以及前处理方式进行了优化，对方法准确度及精密度进行了验证。结果表明，最佳测试条件为振荡时间60min，振荡频率为1500r·min-1，该方法的标准曲线线性良好，准确度和精密度满足标准的要求，其相对标准偏差为1.82%～4.67%。
