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www.moderninstrs.org.cn2012年 第18卷 第2期研究报告
摘 要 采用几种常见浸提方法对砷污染土壤和蜈蚣草样品进行处理，并使用 LC-
AFS测定砷形态，重点考察不同浸提方法对样品砷浸提效果的差异，以及其形态分
布特征。结果表明：土壤和蜈蚣草中砷主要以 As(Ⅲ )和 As(Ⅴ )的无机形态存在。
土壤、蜈蚣草根和蜈蚣草叶中 As(Ⅲ )所占比例分别为 11.6%，24.2%和 73.8%。磷
酸 150℃高温浸提对土壤的浸提效率最高，可达 41.0%；甲醇 /水（1:9）超声浸提对
蜈蚣草根和叶有最高的浸提效率，分别为 60.2%和 82.5%。样品加标回收率和相对
标准偏差分别在 92.7%~108.4%和 2.05%~10.49%范围内。
关键词 砷形态 浸提 土壤 蜈蚣草
Abstract Several common arsenic speciation extraction methods were used to extract
the arsenic-contaminated soil and Pteris vittata L. using LC-AFS determination, in order to
compare the extraction effi ciency and distribution of arsenic speciation. The results showed
that arsenic species in the arsenic-contaminated soil and P. vittata L. were mainly inorganic
arsenic as As(Ⅲ) and As(Ⅴ). In soil, root and leaf of P. vittata L., As(Ⅲ) accounted for
11.6%, 24.2% and 73.8%, respectively. By phosphate acid high-temperature (150℃),
extraction effi ciency for soil was the highest as 41.04%. Methanol/water (1:9) ultrasonic
extraction of root and leaf of P. vittata L. had the highest extraction effi ciency, up to 60.2%
and 82.5%, respectively. Sample recoveries were 92.7%~108.4% and relative standard
deviations were 2.05%~10.49%.
Key words Arsenic speciation Extraction Soil Pteris vittata L.
不同浸提方法对土壤及蜈蚣草中砷形态
浸提效果
Effect of different extraction methods on arsenic
speciation extraction in soil and pteris vittata L.
* 基金项目：国家自然基金项目（41071215，U0833004），国土资源部公益性科研行业专项（201111020）
作者简介：马杰（1984~ ），男，主要研究方向为土壤污染修复，E-mail：mj_cyberspace@163.com
** 通讯作者：雷梅（1973~ ），女，研究员，主要研究方向为污染环境修复研究，E-mail：leim@igsnrr.ac.cn
环境中砷形态复杂多样，一般以无机态和有机态存
在 [1]。土壤母质中砷浓度一般在 0.1~1000mg/kg[2，3]。蜈
蚣草（Pteris vittata L.）是报道的首个砷超富集植物，其
对生长介质中的砷具有极强的耐性和富集能力，能把大量
砷转运到地上部，使地上部砷浓度高达 22600mg/kg，并
有生物量大的优点，其地上部生物量可高达 36t/hm2/a[4，5]，
每年可从土壤中去除 15kg · hm-2的砷 [6]，已应用于砷污
染土壤的修复工程。
砷形态是影响土壤中砷的迁移和生物有效性的关键因
素。目前，对于砷的形态分析越来越受到关注，国内外对
砷形态的测定方法已开展过一些研究。刘锋等 [7]用磷酸
作为浸提剂，并采用 HPLC-ICP-MS测定太湖湖底沉积物
中砷形态，As(Ⅴ )形态的含量高于 As(Ⅲ )，样品中砷形
态的提取效率为 80.4%~98.7%。Pizarro等 [8]使用盐酸、水、
马 杰 1 韩永和 2 周小勇 1
王洪波 2 雷 梅 1 李艳梅 1
陈同斌 1
Ma Jie1 Han Yonghe2
Zhou Xiaoyong1
Wang Hongbo2 Lei Mei1
Li Yanmei1 Chen Tongbin1
（1.中国科学院地理科学与资源研究
所环境修复中心 北京 100101；
2.中国人民解放军61699部队 湖
北 443200）
(1.Laboratory of Environmental
Remediation, Institute of Geographic
Science and Natural Resources Re-
search, Chinese Academy of Science,
Beijing 100101; 2.The No. 61699
Army of Chinese People’s Liberation
Army, Hubei 443200)
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《现代仪器》 2012年 第18卷 第2期 研究报告
表 2 液相 -原子荧光联用仪运行参数
AFS参数 LC参数
屏蔽气 /载气 Ar 900mL/L/Ar 300mL/L 进样方式 手动进样
负高压 280V 进样体积 100μL
主灯电流 60mA(总量 ), 80mA(形态 ) 淋洗方式 等度淋洗
辅助灯电流 30mA(总量 ), 40mA(形态 ) 流动相泵速 1mL/min
原子化其高度 8mm
流动相
Na2HPO4
(0.005mol/L)
载流 HCl (5.6%) KH2PO4
(0.045mol/L)
还原剂 KBH4 (2%), KOH (0.5%) pH=6.0
水 /甲醇混合液和磷酸对不同生物样品及土壤进行浸提，
提取效率在 68%~99%之间。Maria等 [9]用水或水 / 甲醇
混合液浸提，对西班牙加泰罗尼亚地区尾矿砷污染场地上
的多种植物砷形态进行测定，结果表明，所有植物样品中
都含有 As(Ⅴ )和 As(Ⅲ )，在砷污染相对严重区域的植
物中还检出一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、三甲
基氧化砷（TMAO）和四甲基砷离子（TETRA），样品砷
形态提取率为 3.0%~41.4%。Lukasz等 [10]利用水 /表面活
性剂（SDS）对生长于砷污染土壤上的蹄盖蕨（Athyrium
filix-femina）体内不同部位的砷进行 2步提取，根部砷
的提取效率最高达到 66%，根状茎提取效率最低为 37%。
Zhang等 [11]使用甲醇 /水（1:1）对蜈蚣草不同部位组织
进行砷形态浸提，除根部外，根状茎和不同生长时期的叶
片提取率达 85%~100%。对于砷的形态分析来说，针对不
同样品，采用不同浸提剂的浸提效率有较大差异。
液相色谱与原子荧光联用（LC-AFS）是新发展的砷
形态分析手段，本文以与其配套的浸提方法作为研究重
点，考察不同浸提剂及提取条件下，采用 LC-AFS分析
土壤和蜈蚣草样品内砷形态的可靠性，以及样品中砷形
态分布特征。
1 试验部分
1.1 试验材料
1.1.1 土壤样品制备 试验所用土壤为北京某化工厂污
染场地土壤（褐土），利用蜈蚣草对其砷污染土壤进行异
位修复 8个月后，采集根际土壤样品。将土壤样品冷冻
干燥至恒重，并在冷冻条件下，研磨并过 100目筛，保
存于 4℃下备用。同时，采用Wenzel方法 [12]对砷在土
壤中的结合形态进行测定，非专性吸附态砷、专性吸附
态砷、无定形水合氧化物结合态砷、晶形水合氧化物结
合态砷和残渣态砷含量分别为 0.19mg/kg，3.66mg/kg，9.84
mg/kg，7.66 mg/kg和 4.52mg/kg，提取效率为 105.6%；
采用常规方法 [13，14]分析土样物理化学指标，试验土样
的砂、粉砂和粘粒含量分别为 77.8%，21.9%和 0.3%，
土壤 pH为 8.12，氧化还原电位为 64mV。
1.1.2 植物样品制备 采集在污染土壤上种植 8个月的
蜈蚣草样品，并先用自来水洗净样品，再用去离子水冲洗，
将其羽叶和根部组织分开，然后与土壤样品一起冻干至恒
重，在冷冻条件下研磨，保存于 4℃下备用。
1.2 试验方法
1.2.1 砷总量消解方法 准确称取 0.10g样品，置于
50mL三角瓶中，土壤样品采用 HNO3-H2O2消解（US
EPA 3050B方法）[15]，蜈蚣草样品（叶和根）用 HNO3-
HClO4 (5:1)消解 [16]，每个样品做 3个平行样。分析过程
中加入国家标准土壤样品（GSS-1）和国家标准植物样品
（GSV-2）进行分析质量控制。
1.2.2 砷形态浸提方法 砷浸提程序参考文献中方法 [8, 11]，
均采用 3步浸提的方法，并根据样品砷含量的差异做出相
应的改进，每种浸提处理做 3个平行样，具体步骤（见表
1）。定容后的样品，用 0.45μm的醋酸纤维滤膜过滤，保
存于 4℃下待测。
1.3 试验仪器
表 1 砷形态浸提方法和步骤
样品 浸提剂 处理方法 定容体积 (mL)
土壤
1mol/L磷酸 加入 5mL浸提液，150℃下，加热 3h至近干，残留物用 10mL超纯水溶解，5000rmp，离心 20min，转移上清液，残渣重复以上步骤浸提 2次 100
甲醇 /水 (1:1) 加入 7mL浸提剂，60℃下，超声 2h，5000rmp，离心 20min，转移上清液，残渣重复以上步骤浸提 2次 50
甲醇 /水 (1:9) 同上 50
蜈蚣草
0.1mol/L盐酸 加入 5mL浸提剂，其它同上 50
甲醇 /水 (1:1) 同上 50
甲醇 /水 (1:9) 同上 50
液相 -原子荧光联用仪（科创海光 AFS-9800），配
有高压液相泵（LabTech P600），液相色谱柱（Hamilton
PRP-X100 250×4.1mm 10μm），液相 -原子荧光联用仪
的相关运行参数（见表 2）；超声波清洗器（KQ-400KDE）；
冷冻干燥机（FD-1）；冷冻离心机（GL-20G-Ⅱ）；激光
粒度分析仪（Mastersizer 2000）；酸度计（ORION 868）；
氧化还原电位仪（JENCO 6010）。
1.4 仪器测定标准曲线的建立与最小检出限
按照前文中所述的仪器条件，配合实际样品浓度，以
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分别为 2μg/L，5μg/L，10μg/L，20μg/L，50μg/L，
100μg/L(以砷计 )的 As(Ⅲ )、DMA、MMA和 As(Ⅴ )
混合标准溶液进样，得到不同砷形态标准溶液的谱图。在
8min内，4种形态砷完全分离，各形态标准曲线线性良好，
R2在 0.998~1.000范围。
通过计算基线的 3倍标准偏差（LOD=3s/b），得出
As(Ⅲ )、DMA、MMA和As(Ⅴ )的最小检出限，分别为0.5129
μg/L，1.0322μg/L，0.5724μg/L和 0.4235μg/L。表明所
采用的仪器条件和试验方法可满足砷形态分析的需要。
2 结果与讨论
2.1 砷总量与砷形态测定结果
利用 AFS测定的土壤、蜈蚣草根和蜈蚣草叶样品
的砷总量平均为 24.5 mg/kg，31.7 mg/kg和 682 mg/kg。
LC-AFS测定样品中的不同砷形态谱图（见图 1），土壤
分别取土壤 -磷酸浸提液、蜈蚣草根 -甲醇 /水（1:1）
浸提液和蜈蚣草根 -醇 /水（1:9）浸提液 3份样品，按照
每种组分 5μg/L的加入量，分别加入 As(Ⅲ )和 As(Ⅴ )
标准溶液，对加标后的浸提液进行砷形态测定，计算加标
回收率（表 3）为 92.7%~108.4%，综合平行样品测定的
相对标准偏差 2.05%~10.49%，表明仪器条件和试验方法
的准确性和可靠性较高。
2.2 砷形态提取效率
试验采用不同浸提方法对不同样品的浸提效率有较大
差别，对于土壤、蜈蚣草根、蜈蚣草叶中砷的浸提效率依
次升高，具体浸提效率（见图 2）。对于土壤 3种浸提方
法的浸提效率有显著差异，磷酸 150℃高温浸提土壤中砷
的浸提效率可达 41.0%，明显优于甲醇 /水混合溶液超声
浸提的 20.8%和 34.9%。这可能是由于在甲醇 /水介质中
超声空化效应对土壤结构破坏能力有限，对于无定形水合
氧化物结合态、晶形水合氧化物结合态和残渣态，这些和
土壤结合紧密且含量较大的砷提取效率低所致。
表 3 砷总量及形态测定结果
样品 总 As(mg/kg) 浸提方法 As(Ⅲ )(mg/kg) 加标回收率 (%) As(Ⅴ )(mg/kg) 加标回收率 (%)
土壤 24.49±0.64
磷酸 1mol/L 1.37±0.066 94.5 8.68±0.43 102.3
甲醇 /水 (1:1) 0.54±0.021 4.56±0.33
甲醇 /水 (1:9) 0.91±0.034 7.65±0.34
蜈蚣草 -根 31.72±0.51
盐酸 0.1mol/L 4.86±0.51 14.2±0.3
甲醇 /水 (1:1) 4.09±0.19 92.7 14.0±0.5 97.1
甲醇 /水 (1:9) 4.67±0.23 14.4±0.5
蜈蚣草 -叶 682.19±6.71
盐酸 0.1mol/L 340.1±13.4 154.5±5.1
甲醇 /水 (1:1) 418.2±17.1 130.0±7.2
甲醇 /水 (1:9) 439.6±12.9 93.9 136.9±5.6 108.4
样品砷含量（干重）= 平均值±SD，n=3
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图 1 部分浸提液样品砷形态图谱
不同浸提方法对蜈蚣草叶的砷浸提效率为 72.5%~
82.5%，高于对蜈蚣草根的砷浸提效率 57.1%~60.2%。相
较于蜈蚣草根超声空化效应更容易破坏蜈蚣草羽叶细胞，
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图 2 砷形态浸提效率
a, b, c代表不同浸提方法对于相同样品浸提效率的显著性检验结
果，有相同字母表示存在显著差异；无相同字母表示无显著差异，p
＜ 0.01
及蜈蚣草中的砷主要为无机形态，在有机砷出峰位置上
（3.14min/DMA；3.98min/MMA）荧光强度虽然波动加大
（见图 1），但由于浓度低于检出下限，故有机形态的砷不
能被检出，As(Ⅲ )和 As(Ⅴ )具体测定结果列于表 3中。
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而将贮存于胞液中的砷 [17]浸提出来，在高砷条件下，蜈
蚣草根部 30%以上的砷被固定在细胞壁上 [17]。这部分砷
较难提取，可能也是砷浸提效率较低的原因之一。与土壤
浸提相同，在 2种甲醇 /水混合浸提液中，低甲醇浓度浸
提液（甲醇 /水 1:9）浸提效率更高。0.1mol/L的盐酸浸
提液对于蜈蚣草不同部位的浸提效率不同，对于蜈蚣草叶
中砷的浸提，其浸提效率在 3种浸提剂中最低（与甲醇 /
水混合液差异显著）；而提取蜈蚣草根中砷时，其浸提效
率与甲醇 /水混合液无显著差异。
2.3 样品砷形态分布特征
如图 3所示，不同浸提方法处理同种样品 As(Ⅲ )和
As(Ⅴ )之间比例差别并不明显，最大差别出现在盐酸和
甲醇 /水（1:9）对蜈蚣草叶中砷的浸提之间，2者相差 7.5%，
说明各种浸提方法对样品中砷的原有形态比例破坏较
小。从土壤、蜈蚣草根和蜈蚣草叶这 3种样品中浸提出的
As(Ⅲ )和 As(Ⅴ )分布特征上看，As(Ⅲ )比例依次升高，
而 As(Ⅴ )比例依次下降。土壤中的 As(Ⅲ )平均只有
11.6%，As(Ⅴ )是 As(Ⅲ ) 含量的 6.34~8.44倍，As(Ⅴ )
是土壤中砷存在的主要形态，这一结果与土壤的氧化状态
（ORP=64mV）相吻合。而 As(Ⅲ )在蜈蚣草根中的比例
有所提升，平均达到 24.2%，蜈蚣草叶中 As(Ⅲ )含量超
过 As(Ⅴ )，比例达到 73.8%，表明蜈蚣草不同部位砷形
态分布有着明显的差异。
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图 3 不同砷形态比例
M1H1:甲醇 /水（1:1）；M1H9:甲醇 /水（1:9）
3 结论
3.1 土壤和蜈蚣草（根和叶）样品中砷主要以 As(Ⅲ )
和 As(Ⅴ )的无机形态存在，土壤、蜈蚣草根和蜈蚣草叶
中 As(Ⅲ )所占比例分别为 11.6%，24.2%和 73.8%。
3.2 不同浸提方法对样品的浸提效率不同，磷酸 150℃
高温浸提对土壤浸提效率最高，可达 41.0%；甲醇 /水（1:9）
超声浸提对蜈蚣草根和叶具有最高的浸提效率，分别为
60.2%和 82.5%。
3.3 试验的仪器条件和方法的准确性与可靠性较高，样
品加标回收率和相对标准偏差分别在 92.7%~108.4%和
2.05%~10.5%范围内。
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