土壤中重金属有效态含量比重金属全量更能反映其污染程度以及对生态系统和人类健康的危害程度^[1-2]。然而，我国关于重金属元素有效态测定的标准方法仅涉及9个元素(Ni、Fe、Mn、Co、Cu、Zn、Mo、Pb、Cd)，对一些危害性较大的元素如As、V和Cr等，有效态的测定尚无标准方法。

土壤中元素有效态提取常用的提取剂有酸溶液(如稀HCl、CH₃COOH等)^[3-5]、盐溶液(如CaCl₂、NaHCO₃、CH₃CO₂NH₄等)^[6-7]和复合提取剂(如EDTA、DTPA及它们与酸或盐的混合溶液)^[8]等。复合提取剂也称为多元素提取剂，能一次提取多种元素，结合电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等分析技术，可大大提高土壤有效态元素分析工作的效率。目前，国际上常用的多元素联合提取方法主要有Mehlich3(M3)法^[9]、碳酸氢铵-二乙烯三胺五乙酸(AB-DTPA)法^[10]和氯化钙-二乙烯三胺五乙酸(CaCl₂-DTPA)法^[11]。M3法因试剂配制繁琐，且使用NH₄F、HN₄NO₃等高危试剂而未得到广泛应用^[12]。AB-DTPA法通常认为适用于中性和偏碱性的土壤，但近年来有研究表明该法也适合酸性土壤的分析^[13]。CaCl₂-DTPA法是目前应用最广泛的多元素浸提方法，适用于中性、酸性和石灰性土中Pb、Ni、Zn等金属元素的提取^[14]。但是，目前尚未见AB-DTPA法或CaCl₂-DTPA法同时提取土壤中有效态As、V和Cr的报道。现采用AB-DTPA法和CaCl₂-DTPA法2种方法提取土壤中有效态As、V和Cr，ICP-OES法测定其含量，从提取液对测定结果的影响、消解对测定结果的影响和提取效率3个方面，对2种方法的优缺点进行对比，建立适合有效态As、V和Cr同时提取的分析方法。

1 实验部分 1.1 仪器与试剂

7300 DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES，美国PerkinElmer公司)；EHD 36型电热石墨消解仪(美国LabTech公司)；HY-4A型往复振荡器(常州奥华仪器有限公司)；雷磁PHSJ-4A型pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)；ME 1002/02型电子天平(瑞士METTLER TOLEDO公司)。

盐酸(HCl)和硝酸(HNO₃)均为优级纯，购自德国Merck公司；三乙醇胺(C₆H₁₅NO₃，TEA)、二乙烯三胺五乙酸(C₁₄H₂₃N₃O₁₀，DTPA)、二水合氯化钙(CaCl₂· 2H₂O)、碳酸氢铵(NH₄HCO₃)和氨水(NH₃· H₂O)均为分析纯，购自上海国药集团化学试剂有限公司；26种元素混合标准溶液(每种元素质量浓度均为100 mg/L，美国SPEX公司)。实验用水为Milli-Q超纯水(18 MΩ·cm)。

1.2 提取液配置

AB-DTPA提取液配制：在800 mL水中加入NH₃·H₂O 2 mL，然后加入1.967 g DTPA，待大部分DTPA溶解后，加入79.06 g NH₄HCO₃，轻轻搅拌至溶解，用浓HCl调整pH值为(7.3±0.2)，转移至1 000 mL容量瓶中定容。

CaCl₂-DTPA提取液配制：向烧杯中依次加入14.92 g TEA、1.967 g DTPA、1.47 g CaCl₂· 2H₂O，加入适量超纯水并搅拌使其完全溶解，继续加水稀释至800 mL，用浓HCl调整pH值为(7.3±0.2)，转移至1 000 mL容量瓶中定容。

1.3 实验方法 1.3.1 样品制备

将采集的土壤样品除去叶片、石子等杂物，按照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2014)的要求，将样品进行风干、粗磨、细磨至过孔径2.0 mm(10目)的尼龙筛。样品的制备过程应避免沾污和待测元素损失。

1.3.2 样品溶液制备

AB-DTPA法：准确称取土壤样品10.00 g，加入20.0 mL提取液，在(25±2)℃条件下，以160~200次/min的频率在往复振荡器上震荡2 h，取下后立即用0.45 μm的滤膜过滤。取10 mL滤液，缓慢滴加1 mL浓HNO₃并不断摇动(防止试液溢出)，待不再生成气泡后加盖摇匀，于48 h内完成测定。每批样品至少制备2个全程空白试样。

CaCl₂-DTPA法：制备过程与AD-DTPA法相同，滤液于48 h内完成测定。每批样品至少制备2个全程空白试样。

1.3.3 分析测定

AB-DTPA法：以2% HNO₃为介质，用多元素混合标准溶液配制含As、V和Cr质量浓度分别为0.00，0.05，0.10，0.20，0.50和1.00 mg/L的标准溶液系列。在ICP-OES仪器最佳工作参数下测定各元素的信号强度，以质量浓度为横坐标、校正信号强度为纵坐标，绘制校准曲线。

CaCl₂-DTPA法：从每一个采用CaCl₂-DTPA法处理好的试液中取3 ~ 5 mL于同一试剂瓶中，摇匀后作为混合基体溶液。以此溶液为基体，用多元素混合标准溶液配制含As、V和Cr质量浓度分别为0.00，0.05，0.10，0.20，0.50和1.00 mg/L的标准溶液系列。在ICP-OES仪器最佳工作参数下测定各元素的信号强度，以质量浓度为横坐标、校正信号强度为纵坐标，绘制校准曲线。

2 结果与讨论 2.1 提取液对测定结果的影响 2.1.1 AB-DTPA提取液

分别用2% HNO₃和AB-DTPA提取液为介质配制含As、V和Cr质量浓度为0.20和0.50 mg/L的溶液，用外标法测定其含量，结果见图 1。可以看出，As、V和Cr这3种元素在2种介质中的测定结果几乎一致，说明AB-DTPA提取液不会影响测定结果的准确性，可以采用外标法定量校正。

为进一步验证这一结论，选取3个不同类型的实际土壤样品，采用AB-DTPA法提取有效态As、V和Cr，分别用外标法和基体匹配法定量，结果见表 1。以外标法测定结果为横坐标(x)、基体匹配法测定结果为纵坐标(y)作回归分析，得到As、V和Cr的线性回归方程依次为：y=1.031 1 x-0.001 7、y=1.018 4 x-0.014 6、y=0.940 3 x+0.009 1，说明外标法和基体匹配法的测定结果没有显著性差异，验证了用AB-DTPA法提取土壤中元素有效态时可采用外标法定量分析的结论。

2.1.2 CaCl₂-DTPA提取液

分别用2% HNO₃和CaCl₂-DTPA提取液为介质配制含As、V和Cr质量浓度为0.20和0.50 mg/L的溶液，用外标法(介质为2% HNO₃)和基体匹配法(介质为CaCl₂-DTPA提取液)定量，结果见图 2。可以看出，CaCl₂-DTPA提取液对As、V和Cr这3种元素的影响表现出不同的结果：对As来说，在2种介质中的测定结果基本一致；而Cr和V在CaCl₂-DTPA提取液中灵敏度降低，二者测定结果分别偏低约27%和10%。因此，CaCl₂-DTPA提取液对Cr和V的影响必须加以校正。

因采用CaCl₂-DTPA法提取时，有效态As、V、Cr无认定值，所以采用基体匹配法测定标准物质GBW07459(ASA-8)和GBW07460(ASA-9)中有认定值的有效态Cu、Zn、Cd、Pb、Ni、Co的质量分数，并与外标法测定结果比较，结果见表 2，表中①为外标法，②为基体匹配法。外标法测得的有效态Cu、Zn、Cd、Pb、Ni和Co有67%的结果低于认定值范围最低限，而基体匹配法测得的结果均在认定值范围内，说明基体匹配法可以有效校正CaCl₂-DTPA提取液对测定结果的影响。

对于有效态As，基体匹配法结果略低于外标法，二者并没有显著性差异；有效态V的外标法结果低于基体匹配法约11%~12%，与前述结论较一致；有效态Cr的外标法结果低于基体匹配法，但是质量分数太低，不能得出可靠结论(表 2)。

选取了3个全量Cr质量分数更高的不同类型的实际土壤样品，采用CaCl₂-DTPA法提取有效态Cr，并分别用外标法和基体匹配法定量，结果见表 3。由表 3可知，外标法测得的有效态Cr较基体匹配法偏低约29%，这与前述结论较一致。

综上所述，采用CaCl₂-DTPA法提取土壤中元素有效态时，提取液对各待测元素的影响不一，为了得到更加稳定可靠的结果，可以采用基体匹配法校正提取液带来的基体效应。

2.2 消解方法对测定结果的影响

实验中发现，过滤后的浸提液呈较深的黄色，浸提出的待测元素除了离子态以外，还有一部分是有机结合态，如果直接测定可能会影响测定结果的准确性。现分别对消解前后的提取液进行测定，研究消解对测定结果的影响。具体做法为：取一定体积的样品溶液，加入10%的浓硝酸，在电热石墨消解仪上于(95±5)℃条件下加盖消解2 h。

2.2.1 AB-DTPA法

为研究AB-DTPA法提取土壤中有效态As、V和Cr消解前后质量分数的差异，选取了3种不同的土壤样品进行试验。3种土壤中有效态As、V和Cr消解后的测定值与未消解的测定值非常接近，且都在未消解测定值的±5%误差范围内，所以认为消解前后的测定值没有差异。因此，采用AB-DTPA法提取土壤中有效态As、V和Cr时，样品溶液无须消解，可直接采用ICP-OES测定。

2.2.2 CaCl₂-DTPA法

首先，对土壤有效态标准物质GBW07459(ASA-8)和GBW07460(ASA-9)中，有DTPA提取认定值的8个元素进行了对比，结果发现Cu、Zn、Fe、Mn、Cd、Pb、Ni和Co这8种元素消解前后测定结果没有显著性差异，并且测定结果都在认定值范围内。一方面说明消解与否对这8个元素的测定结果没有影响，另一方面也证明了提取流程和测定方法准确可靠。然后选取6种不同类型的土壤，包括灰钙土(新疆)、黄绵土(陕西)、火山质土(日本)、石灰性土(广西)、黄红壤(湖南)和褐色土(日本)，对As、V和Cr进行消解前后测定结果对比，结果发现：有效态As、V和Cr消解前后测定结果没有显著性差异。

因此，采用CaCl₂-DTPA法提取土壤中有效态As、Cr和V时，样品溶液无须消解，可直接采用ICP-OES法测定。

2.3 AB-DTPA法和CaCl₂-DTPA法提取效率的比较

为了对比AB-DTPA法和CaCl₂-DTPA法对As、V和Cr的提取效率，选取上述6种不同类型的土壤，分别采用AB-DTPA法和CaCl₂-DTPA法提取这3种元素有效态，然后采用ICP-OES法测定，结果见图 3—5。

由图 3可知，CaCl₂-DTPA法提取的灰钙土、黄绵土和火山质土中有效态Cr均未检出，而AB-DTPA法则有一定检出量；AB-DTPA法对石灰性土、黄红壤和褐色土中有效态Cr的提取量均高于CaCl₂-DTPA法。从结果可知：AB-DTPA法对土壤中有效态Cr的提取效率优于CaCl₂-DTPA法。

由图 4可知，CaCl₂-DTPA法对灰钙土、黄绵土和石灰性土中有效态As稍有检出，而AB-DTPA法的结果明显提高；AB-DTPA法对火山质土、黄红壤和褐色土中有效态As的提取量也明显高于CaCl₂-DTPA法。从结果可知：AB-DTPA法对土壤中有效态As的提取效率优于CaCl₂-DTPA法。2种方法提取土壤中有效态V的比较见图 5。

由图 5可知，CaCl₂-DTPA法对灰钙土、黄绵土和火山质土的提取结果明显低于AB-DTPA法的结果；CaCl₂-DTPA法对石灰性土中有效态V稍有检出，而AB-DTPA法提取的有效态V则是前者的300倍；CaCl₂-DTPA法对黄红壤和褐色土中有效态V未检出，而AB-DTPA法则有较高的检出率。从结果可知：AB-DTPA法对土壤中有效态V的提取效率优于CaCl₂-DTPA法。

综上所述，土壤中有效态As、V和Cr采用AB-DTPA法提取的结果均高于CaCl₂-DTPA法的结果，并且将Cr的检出率从50%提高到100%、V的检出率从67%提高到100%，可见AB-DTPA法对土壤中有效态As、V和Cr的提取效率更高。

2.4 AB-DTPA法的检出限、准确度和精密度

根据2.1—2.3的讨论可知，土壤中有效态As、V和Cr采用AB-DTPA法提取比采用CaCl₂-DTPA法更好，因此测定了AB-DTPA法的检出限、准确度和精密度。有效态As、V和Cr的检出限依次为0.019，0.009和0.007 mg/kg(表 4)，方法的灵敏度良好；3种元素的加标回收率范围为95.0% ~ 119.0%(表 5)，说明方法准确性良好；As、V和Cr平行测定6次的相对标准偏差依次为6.30%，3.42%和2.42%(表 6)，精密度良好。

3 结语

通过AB-DTPA法和CaCl₂-DTPA法提取土壤中有效态As、V和Cr的对比研究发现，AB-DTPA法提取效率更高，可能是因为该法不仅发挥了DTPA螯合剂的作用，其所含的HCO₃^-能更好地淋洗出土壤中的阳离子。虽然该法在我国的应用还较少，但国家林业部门和上海市林业部门已编制了采用AB-DTPA法提取Cu、Ni、Pb等9个常规元素有效态的标准方法，说明该方法值得推广和应用。由于条件限制，实验所采用的土壤样品数量和种类有限，有待将方法应用到更多不同类型土壤中有效态As、V和Cr的分析测试中，使该方法更具实用性。