土壤硒的存在特征及分析測試技術研究進展

伊芹， 程皝， 尚文郁

(1.國家地質實驗測試中心， 北京 100037；2.北京航天威科環保科技有限公司， 北京 100071)

硒作為重要的生命健康微量元素之一，近年來引起社會廣泛關注。土壤硒的全球異質性分布是造成各種病害(因硒過剩/缺乏導致)和環境問題的主要原因[1]。準確分析土壤硒含量是促進生態地球化學、環境科學等相關方面研究的基本前提。

當前，應用于土壤硒的分析技術主要包括光譜技術和質譜技術，不同分析方法的適用范圍和技術優勢不同[2-4]。充分了解樣品的來源特征有助于針對性地選擇分析方法，合理匹配高基體相似度標準物質進行質量監控能夠有效地提高分析質量。全球大部分地區的硒含量較低，土壤硒存在形式和分布特征受多種因素共同影響，易發生變化，人類活動加劇了其變化速度[5-7]。受限于分析技術的發展和標準物質研制的滯后，當前仍存在部分硒物種無法定性定量分析、土壤硒遷移轉化機理尚不完善的問題[8-9]。上述問題的存在對土壤硒分析技術的發展和標準物質研制提出了挑戰，反過來也制約了硒分析測試質量的提高。發展高精準度的痕量、超痕量分析技術，及時擴展土壤硒標準物質的基體類型和含量范圍，成為當前土壤硒分析領域的硬性要求。

本文從自然和人為活動兩方面分析了土壤硒的來源和土壤硒的主要存在形式；綜述了光譜和質譜技術在土壤硒分析領域的應用，比較了不同分析方法的檢出限、精密度和線性范圍。重點論述了碰撞反應池技術在去除質譜干擾方面的研究進展，以期為分析方法的選擇提供參考。同時闡述了國內外土壤硒標準物質研制現狀，指出及時擴展土壤硒標準物質的基體類型和含量范圍的必要性。

1 土壤硒來源及土壤硒存在形式

在世界范圍內，土壤硒的分布不均勻，具有顯著的空間異質性。除典型高硒地區外，土壤硒含量通常在0.01～2.0mg/kg范圍內，平均值一般為0.4mg/kg[9]。中國大部分地區的土壤貧硒，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，土壤硒含量可達346～2018mg/kg[12]。

1.1 土壤硒的來源

土壤硒含量的增減是自然過程和人類活動共同作用的結果。成土母質是土壤硒的主要地質來源，人類活動對硒循環的影響日益加重。圖1描述了自然界硒的循環活動。

1.1.1自然過程

火山噴發和成土母巖風化淋濾是增加土壤硒含量的主要自然過程。火山噴發時，熔巖流、火山灰流和火山碎屑流直接將含硒物質釋放到環境中，并通過大氣沉降和水文作用進入土壤；火山灰和巖石也可風化成肥沃的火山土壤。據報道，愛爾蘭火山區土壤硒含量高達1200mg/kg[13]。夏威夷火山土壤硒含量為1～20mg/kg[14]，明顯高于美國其他地區土壤硒含量。但火山土壤不足全球地表面積的0.8%[14]。

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

成土母質不是影響土壤硒含量的絕對因素。中國土壤硒含量遠高于土壤母巖硒含量，特別是在西北和東南地區。硒在中國三大主要巖石中的含量分別為：變質巖0.070mg/kg、火成巖0.067mg/kg、沉積巖0.047mg/kg。硒在中國不同地區土壤中的含量分別為：西北地區 0.19mg/kg、中部低硒帶0.13mg/kg、東南沿海 0.23mg/kg[22]。中國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

土壤硒人為來源主要通過礦山開采、有色金屬生產和制造等活動釋放[24]。采礦活動中，硒可通過氧化廢石和高濃度廢水進入下游地表水和土壤中[5]。硒的地球化學性質與硫相似，常以類質同象方式進入硫化物晶格，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900mg/kg[25]。

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

(1)

7N2+2H2O

(2)

此外，農業活動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業區的土壤硒含量高，即歸因于該地區富硒灌溉水[27]。化石燃料的精煉和燃燒活動直接向土壤排放含硒物質，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出明顯的硒富集[28]。可以看出，人類活動對土壤硒含量的影響，使得高硒土壤不再僅限于典型地質區域。

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性和生物毒性[29-30]。僅對總硒含量進行分析無法滿足研究需求。

土壤硒可以多種化合物形式存在，如無機硒化合物和有機硒化合物，同時以多種價態存在，如Se2-、Se0、Se4+、Se6+。表1匯總了土壤中常被報道的硒化合物。硒的存在形式和含量受環境影響動態發生變化。由于無機硒化合物的毒性強于有機硒化合物(高約40倍)[31]，且無機硒化合物能被植物直接吸收利用，早期針對無機硒的分析和研究相對較多。其中，硒酸鹽和亞硒酸鹽可以離子形式存在于土壤水溶相，或可被土壤有機質、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較高，是研究和分析中較常關注的物種。隨著研究的深入，有關土壤有機硒的分析逐漸增多，但受限于檢測技術的發展和標準物質的匱乏，仍有大量有機硒物種有待確定。

表1 土壤中部分含硒化合物及其存在環境

土壤中硒含量和存在形式受土壤化學環境和物理變量梯度驅動，該驅動力又由同時跨越多個空間和時間尺度的生物和環境過程所控制。具體包括：土壤所屬地區的氣候、地形、水文地質條件、土壤微生物、植物和人類活動等[13,16,36,39]。鑒于土壤系統的復雜性和多種影響因素的交互性，且受限于分析技術的不足，土壤硒物種遷移轉化理論體系尚不完善，其中涉及的定量關系有待闡明[8]。

2 土壤硒形態提取和分析測試技術

2.1 土壤硒形態分步提取技術

土壤硒形態分析是對硒的各種原子和分子組成形式進行定性和定量分析的過程。由于土壤基體的復雜性和土壤硒形態的易變性，直接對上述組分進行提取存在諸多困難。

分步提取技術通過人為選擇專性提取劑，模擬硒在土壤地球化學過程中的遷移轉化、生物富集等行為，選擇性提取與土壤特定組分相結合的硒物種。該技術易于實施，對問題的解釋具有一定的針對性和靈活性，是當前土壤硒化學形態分析的替代方案[40-41]。

當前國內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上發展起來的，此后研究者多結合具體研究目的，在上述基礎上對提取方案進行改進[43]。表2總結了當前較為常用的幾種適用于土壤硒形態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。國內外尚未統一土壤硒分步提取的分級和操作標準，不同研究數據間缺乏可比性。原因是硒提取方案的產生依托于各自研究需求，并隨著研究的深入不斷改進。在研究初期，水提取態硒被認為是最能反映植物可利用硒的形態，隨后研究發現水提取態中常含有可溶性有機硒化物，有機硒化物無法被植物直接吸收利用，證實水提取態難以直接體現生物可利用硒含量，故而不斷促進了對方法的改進。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。現階段，鮮有研究針對提取程序設計的合理性開展深入討論。大多是通過實際應用效果進行檢驗。

當前各種分步提取研究方法仍存在諸多問題：①提取劑缺乏特異選擇性；②提取過程中，硒形態易受提取劑的影響發生吸附和遷移轉化。Jessica等[50]將順序提取后的分析結果與同步輻射技術原位形態分析結果進行對比，結果顯示在指定的提取態提取過程中，目標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]的研究發現了類似問題，經鹽酸羥胺提取鐵氧化物結合態后，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有完全被釋放出來。

2.2 土壤硒分析測試技術

2.2.1原子光譜分析技術

應用于土壤硒含量分析的光譜技術主要有原子吸收光譜(AAS)和原子熒光光譜(AFS)。二者均需與進樣裝置結合使用，常見的有電熱原子化進樣裝置(ET)、氫化物發生進樣裝置(HG)和石墨爐原子化進樣裝置(GF)。表3總結了若干樣品前處理方法與原子光譜技術聯用，分析土壤硒含量的應用實例。

(1)氫化物發生-原子熒光光譜法

氫化物發生-原子熒光光譜(HG-AFS)分析技術因具備如下優點，在中國土壤硒含量分析領域應用較為普遍。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。但仍存在干擾問題(主要是過渡金屬離子所產生的液相干擾)，大部分可通過添加掩蔽劑的方法得到控制，如通過加入鐵鹽、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較高的精密度。如表3所示，HG-AFS技術的檢出限可達ng/g數量級水平。原因是AFS測量的是背景相對較低的小熒光信號，而不是兩個信號之間的差異。③操作相對簡便，儀器價格較低。

表3 原子光譜技術分析土壤硒含量應用實例

HG-AFS分析技術的缺點是線性范圍較窄。分析硒含量較高的樣品時，只能通過稀釋樣品溶液的方式解決，但大比例稀釋通常會引入較大分析誤差，國際上亦不認可此類解決方案。造成該問題的原因是：原子熒光強度與試樣濃度僅在低濃度范圍內成正比；高濃度下測量光路外的原子濃度會影響分析信號，使其檢測到的熒光強度為原子化槽的幾何形狀的復雜函數。該問題的存在從本質上限制了AFS在土壤硒含量分析中的應用。美國國家環境保護局(EPA)并未將其列為硒元素分析的標準方法，國際期刊中關于原子熒光光譜分析硒含量的報道也相對較少。

此外，使用AFS方法直接分析，僅能測量能夠被完全分解礦化、并還原為四價硒的硒物種含量。這就要求分析者根據分析需求和樣品特點，合理選擇前處理方法。如對土壤樣品進行分步提取處理，分析水溶態硒含量時，若直接將水提取液經鹽酸還原后分析，則其中可能含有的水溶性有機硒化合物無法被鹽酸直接還原為無機態四價硒，分析結果僅為水溶態無機硒含量[29]。若要求分析全部水溶態硒含量，則應添加高氯酸加熱處理步驟，將其中可能存在的有機硒物種完全礦化分解。而使用高氯酸消解的步驟在當前順序提取標準方法中未作出說明[50,65]。

(2)原子吸收光譜法

原子吸收光譜法(AAS)的優點是該方法使用瞬態信號，可通過改性劑輔助熱解/霧化，經溫度控制程序和吹掃氣體保持原子蒸汽的保留時間，增強吸收，不存在光路外干擾問題，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)，但通過在樣品處理階段添加萃取富集步驟能夠改善該問題[2]。

采用AAS技術分析土壤硒含量存在的主要問題包括進樣損失、基體干擾、譜線干擾等[66]。如石墨爐AAS技術分析土壤硒，由于硒是易揮發元素，灰化溫度升至400℃時會產生灰化損失；分析結果受樣品基體影響較為嚴重，需加入基體改進劑減小灰化損失。土壤樣品中的Pd2+、Cu2+、Ni2+、Co2+等離子對硒的測定有增感效應，產生正干擾；Mo6+、Pt4+等離子對硒的測定有弱化效應，產生負干擾。基體改進劑的加入能夠減小樣品基體中干擾離子對硒測定的影響。銥-硝酸鎂、鈀-硝酸鎂等作為測定硒的基體改進劑，均能提高硒的灰化溫度和分析靈敏度。與此同時，使用常規線源原子吸收光譜儀時，在195.950nm、196.061nm和196.147nm附近存在三條鐵譜線，可能會對最靈敏的硒譜線196.026nm產生光譜干擾[59]。該譜線無明顯精細結構條帶，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，但常存在校正過低或過高的問題[56]，使用高分辨連續光源能夠在一定程度上改善該問題，是該技術的發展趨勢[59]。

2.2.2質譜分析技術

電感耦合等離子體質譜技術(ICP-MS)能夠實現硒與多種元素的同時測定。美國EPA發布的多種微量元素(包括硒在內)標準方法中，均使用ICP-MS[2]。該方法在土壤硒分析中面臨的主要問題是來源于離子源和樣品基體的質譜干擾。碰撞/反應池技術(CRC)和同位素稀釋質譜(IDMS)的出現，為解決質譜干擾問題提供了有效途徑。前者通過物理碰撞或化學反應消除干擾因素，后者通過離子選擇設備甄別干擾。

(1)四極桿電感耦合等離子體質譜技術

使用常規四極桿ICP-MS分析土壤硒含量無法達到滿意效果，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較低；②存在嚴重質譜干擾，包括產生于氬氣等離子體離子源處的干擾和來自樣品基體的干擾。因大部分干擾信號高于硒信號，無法通過線性方程扣除。表4列出了ICP-MS分析土壤硒含量時常見的同質異位素干擾。

表4 質譜分析土壤硒常見同質異位素干擾

從表4中可以看出，使用ICP-MS分析硒的任一種同位素，均會受到質譜干擾。其中，80Se+豐度比最高，檢測靈敏度高，但常規四極桿質譜分析模式下，80Se+受40Ar40Ar+等氬基干擾影響較大。土壤中大量共存離子亦對80Se+產生干擾，如氧、氫、鈣、鉀、硫、鎳、鋅、溴和稀土元素。

(2)碰撞反應池技術

碰撞反應池(CRC)技術被認為是一種強大的，理論上可實現無干擾測定的技術[67-68]，是當前質譜領域的熱點技術。通過將碰撞技術(CCT)和動態反應技術(DRC)與ICP-MS聯用，提高了ICP-MS分析硒元素的能力。其工作原理是將碰撞/反應氣引入封閉反應池，通過碰撞或化學反應，實現同質異位素分離、離子消除、復合分子離子分裂，從而降低干擾，提高靈敏度[69]。目前商品化的CRC系統主要分為四類：①四極桿動態反應池(美國PerkinElmer公司，主流產品DRC-e和DRCⅡ)；②六極桿碰撞反應池(美國ThermoFisher公司，CCT)；③八極桿碰撞/反應池(美國Agilent公司，ORS)；④碰撞反應接口(CRI,美國Varian公司)。不同產品設計理念有所不同，但去干擾原理類似。

碰撞反應池技術應用于土壤硒分析的核心問題是碰撞/反應氣的選擇和質譜參數的優化，相關研究之間尚未形成統一標準，原因是樣品基體差異和不同儀器設計差異。常見的碰撞/反應氣有氦氣、氬氣、氫氣、氨氣、甲烷、氮氣、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氣的應用效果，結果顯示在甲烷模式下，1μg/L硒標準溶液信號強度大于4000cps；在氧氣模式下，1μg/L硒標準溶液信號強度大于2000cps。Bullock等[66]和Henn等[69]采用氫氣作反應氣，有效減少了m/z77、78和80處氬基多原子離子的質譜干擾，但無法消除溴、鍺對77Se、80Se和82Se的干擾，故僅能通過監測78Se分析煤中硒含量，在優化條件下，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系統的ICP-MS(Agilent 7900)分析了土壤中多個提取態硒含量，經與標準物質給定值比較，結果符合要求。Liu等[72]采用微波消解ICP-MS碰撞模式監測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。并分析了土壤形態成分標準物質GBW07445中的硒，RSD為4.4%。

值得關注的是，在質譜分辨率不足的前提下，僅依靠CRC技術無法完全消除硒的質譜干擾，與多重四極桿技術的結合能夠較好地解決該問題。林立等[73]分別采用低分辨四極桿質譜常規模式、加氦加氫模式、加氧模式和加氧-雙四極桿(SQ-O2)模式對土壤標準物質中的80Se進行分析，結果表明在常規模式下進行土壤硒分析，干擾較多，無法得到滿意結果；加氦加氫模式無法消除稀土干擾；在加氫模式下，加重了79BrH+帶來的干擾；采用加氧單四極桿模式分析，雖然解決了氯、溴、稀土的干擾問題，又引發了鍺、鋯、鉬、釕等的干擾，且無法通過線性扣除干擾影響；采用加氧-雙四極桿模式測定，上述干擾問題均能得以解決。說明CRC技術存在固有缺陷，即缺乏質量甄別能力。

為克服上述局限，美國Agilent公司于2012年推出三重四極質譜(ICP-MS/MS)，其在八極反應池前后均添加四極桿質量分析器，有效過濾進入反應池的離子質量，極大地提高了干擾分辨力[74]，在超痕量分析領域具有顯著優勢。Gil-Díaz等[75]使用103Rh作內標，采用三重四極桿ICP-MS加氧模式，將77Se轉化為93SeO進行分析(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氣，使用ICP-MS/MS分析河口沉積物標準物質(NBS SRM1646)硒含量，分析結果與給定值的絕對誤差<0.05。該模式下分析80Se，檢出限可低至4ng/L。

(3)同位素質譜分析技術

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

硒同位素質譜分析技術可滿足高精度分析要求，前提是需進行硒分離純化，并與具有高分辨力的檢測器聯用，如多接收器等離子體質譜儀(MC-ICP-MS)[78]。Pons等[79]建立了HG-MC-ICP-MS同位素雙稀釋劑(76Se-78Se)分析硒的精準方法，硒信號靈敏度超過1000V/ppm，分析誤差介于0.01‰～0.025‰。譚德燦等[78]建立了MC-ICP-MS同位素雙稀釋劑(74Se-77Se)分析硒的精準方法，獲得最優長期精準度為0.00‰～0.10‰。由此可見，IDMS可作為應對超低硒分析挑戰的有力工具。

2.2.3X射線分析技術

(1) X射線熒光光譜技術

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

Marguí等[80]探索了幾種分析方法結合全反射XRF測定土壤硒含量的可能性，通過改進樣品前處理工藝減少基質效應影響，開發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，與光譜分析技術獲得的檢出限相當或更低。Kocot等[81]建立了一種分散固相微萃取- XRF測定硒的方法，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)對無機硒開展了形態分析和測定。在優化條件下，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%。允許獲得最低檢測限為0.032ng/mL，富集系數高達1013±15。

(2)同步輻射X射線吸收光譜技術

同步輻射X射線吸收光譜技術能夠對土壤進行無損原位形態分析，其主要使用X射線吸收近邊結構(XANES)區域對固體表面結構進行鑒定，該區域出現在吸收邊緣下方-20eV和上方+50eV之間，提供了有關元素氧化狀態、相關配體和直接配位環境的信息，能夠直接說明土壤硒的具體存在形式。

同步輻射技術能夠補充現有形態分析技術的不足。Scheinost等[82]分別使用同步輻射技術和分步提取方法對冶煉廠污染土壤進行形態分析，結果顯示相比于同步輻射分析結果，分步提取方法未能識別與若干礦物相相關的物種，顯示出同步輻射技術在土壤形態分析方面的優勢。Favorito等[50]借助同步輻射X射線吸收光譜技術，評價了分步提取程序對土壤硒形態的分離能力，證實了提取劑提取不完全的現象。

該技術在土壤硒賦存機理研究方面具備強大優勢。Qin等[83]綜合使用微聚焦X射線熒光光譜技術、X射線衍射技術和X射線吸收精細結構譜技術，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，Fe(Ⅲ)氫氧化物是Se(Ⅳ)的宿主相。Nie等[84]通過擴展X射線吸收精細技術分析了Se(Ⅳ)在針鐵礦上的吸附行為，發現Se(Ⅳ)在中、低pH環境下形成雙齒、強鍵合內球面配合物，其他物質可通過競爭/協同等作用方式影響其相互作用。

同步輻射技術應用于土壤硒形態分析，需注意X射線本身能夠改變樣品硒形態。研究發現X射線能夠使Se(Ⅵ)迅速還原為Se(Ⅳ)[37]。此外，同步輻射技術對土壤可流動相中物種的鑒定存在不足[40]，無法區分吸附到非晶態和晶態鐵氧化物上的硒的參考光譜[85]。

3 土壤硒標準物質研制現狀

標準物質是用于地球化學樣品分析質量控制的重要因素。目前具有硒含量定值的土壤標準物質可覆蓋的土壤基體和硒含量范圍有限，限制了大規模地球化學勘探和評價中對樣品的有效監測。受制于土壤硒形態提取技術的發展，當前針對土壤硒原始形態定值的標準物質和針對分步提取技術定義形態的標準物質的研制工作有待推進。

3.1 國外土壤硒標準物質

表5列出了部分能夠通過國家標準物質資源共享平臺查詢到的國外研制的具備標準物質證書和硒含量定值的土壤標準物質。

表5 具備硒含量定值的國際土壤標準物質

從表5可以看出，歐洲、美國和日本是國際土壤標準物質的主要來源。相應標準物質全硒含量多在1mg/kg左右。除日本外，其余國家均未使用AFS技術對土壤硒含量進行定值，多采用ICP-MS、AAS和INAA方法。歐盟研制土壤標準物質時較為關注污染類土壤；美國土壤標準物質傾向于按地區進行研制；唯獨日本研制的標準物質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準物質對儀器進行標化，能夠最大限度地降低儀器分析中因樣品基體與標準溶液基體差異造成的誤差。此類系列標準物質在分析中存在較大需求，也是中國緊缺的類型。

3.2 中國土壤硒標準物質

中國土壤地球化學標準物質研制起步于20世紀70年代末，現已研制了54種土壤成分分析標準物質，相關信息如下。

(1) 35種土壤成分分析標準物質(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，其余標準物質硒含量均較低；除GBW07401～GBW07408使用原子熒光光譜法、比色法和極譜法對硒含量進行定值外，其余標準物質均僅使用原子熒光光譜法定值。

(2) 5種土壤形態成分分析國家標準物質，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)和華南礦化區土壤組合樣本(GBW07445)，是由國家地質實驗測試中心于2008年研制。采用七步順序提取法分析了土壤水溶態、離子交換態、碳酸鹽結合態、腐植酸結合態、鐵錳氧化物結合態、強有機結合態、殘渣態七種形態，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，滿足了區域地球化學調查及礦產勘查的需要。

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

(4) 4種富硒土壤成分分析標準物質(GBW07900～GBW07904)：是由中國地質大學(武漢)于2018年研制，硒含量介于0.83～19.5mg/kg。

4 存在問題和發展展望

人類活動加劇了土壤硒分布異質性，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和標準物質研制能夠隨之發展，以保證分析質量。

當前土壤硒分析領域存在的問題和發展趨勢是：①前處理技術相對儀器分析技術發展較緩，成為限制該領域發展的一大瓶頸。分步提取技術的出現為土壤硒形態提取開辟了新思路，但卻未能完全解決提取專一性和提取過程硒形態轉化的問題。這仍是一個充滿挑戰的課題。②質譜技術較光譜技術在痕量、超痕量分析領域具有顯著優勢，碰撞/反應池技術結合多重四極桿技術理論上能夠實現無干擾測定，且檢出限低、檢測線性范圍廣，是當前土壤硒分析領域的熱點技術。③同步輻射X射線熒光技術具備強大的原位形態分析能力，能在一定程度上彌補前處理技術不足，但其無法鑒定可流動相物種形態，將其作為傳統研究方法的補充是土壤硒分析的趨勢和要求。④土壤硒標準物質研制滯后于分析技術的發展，無法滿足分析質量監控需求，有待加強開展相關研制工作。

致謝：感謝國家標準物質共享平臺工作人員在國內外標準物質查詢方面給予的指導和幫助。