黃春娥 ，劉惠茹，羅橋芳

(1.惠州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，廣東 惠州 516007;2.惠州學(xué)院 化學(xué)工程系，廣東 惠州 516007)

1 前言

磷在自然界中分布很廣，與氧化合的能力較強(qiáng)，因此自然界中沒有單質(zhì)磷［1］。在天然水和廢水中，磷幾乎都以各種磷酸鹽的形式存在，它們分別為正磷酸鹽、絡(luò)合磷酸鹽(焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽)和有機(jī)結(jié)合的磷酸鹽［2］。水體中適當(dāng)?shù)牧资撬w的營養(yǎng)元素以促進(jìn)生物和微生物的生長，而當(dāng)水體中的磷逐漸富集，超過0.2 mg/L 時，就可能引起水體富營養(yǎng)化發(fā)生。磷的含量是評價水質(zhì)的重要指標(biāo)，根據(jù)我國現(xiàn)行的相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(HJ/T91-2002)［3］，把總磷列為河流、湖泊水庫和集中式飲用水源地的必測項目之一，作為水質(zhì)評價的重要指標(biāo)之一［4］。

準(zhǔn)確測定水體中總磷含量在環(huán)境質(zhì)量和污染控制中都十分重要。目前，國內(nèi)外檢測水中總磷的方法很多，有鉬酸銨分光光度法、氯化亞錫還原光度法、離子色譜法、孔雀綠-磷鉬雜多酸分光光度法、鉬銻抗分光光度法等等，傳統(tǒng)的分光光度法以鉬酸銨分光光度法最為常見，被廣泛應(yīng)用于總磷的監(jiān)測。在環(huán)境監(jiān)測中用過硫酸鉀消解、鉬酸銨分光光度法監(jiān)測水中總磷，影響總磷測定的影響因素眾多，包括采樣瓶的洗滌及樣品保存，水樣pH 值，水樣消解及消解時消解液的量，樣品濁度色度補(bǔ)償，顯色溫度和顯色時間，比色皿的吸附等［5］。本文重點(diǎn)探究分析鉬酸銨分光光度法(GB11893-1989)［6］測定水體總磷含量的影響因素，并通過單因素實驗確定最佳實驗條件，保證水體總磷測定中檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精密度。

2 實驗部分

2.1 儀器和藥品

電子天平:日本A﹠D 有限公司;電子萬用爐:北京市永光明醫(yī)療儀器廠;立式壓力蒸汽滅菌器:上海博迅實業(yè)有限公司;恒溫恒濕箱:LHS-100CL 型;TU-1810 紫外可見光分光光度計:北京譜析通用儀器有限公司;硫酸，氫氧化鈉，過硫酸鉀，抗壞血酸，鉬酸銨［(NH4)6MoO2.4H2O］，酒石酸銻鉀［KSbC4H4O7.1/2H2O］;磷標(biāo)準(zhǔn)貯備液(注:本實驗所有試劑除另有說明外，均使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)或?qū)I(yè)標(biāo)準(zhǔn)的分析試劑和蒸餾水或同等純度的水)。

2.2 水樣的預(yù)處理

樣品收集在用去離子水清洗的高密度聚乙烯瓶中，容器瓶不要用強(qiáng)酸或洗滌劑、含磷洗衣服等清潔劑清洗，以免其它雜質(zhì)離子遺留在瓶壁上，干擾分析實驗。由于含磷的水樣不穩(wěn)定，采樣后最好能立即進(jìn)行分析，否則應(yīng)往水樣加硫酸酸化至pH≤1 保存，或不加任何試劑于冷處保存(含磷較少的水樣不宜用塑料瓶采樣，因磷酸鹽易吸附在塑料瓶壁上)［5］，并在24h 內(nèi)進(jìn)行分析。

取25mL 樣品于具塞比色管中，取時應(yīng)仔細(xì)搖勻，以得到溶解部分和懸浮部分均具有代表性的樣品，如樣品中含磷濃度較高，樣品體積可以相應(yīng)地減少。對于清澈無色的生活飲用水、瓶裝飲用水可直接進(jìn)行樣品的測定。如果水樣中含沉降性固體(如泥沙等)，應(yīng)將所采水樣搖勻后倒入筒形玻璃容器，靜置30min，將不含沉降性固體但含懸浮性固體的水樣移入盛樣容器并加入保存劑。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的測定

取七支比色管分別加入0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0mL 的磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液，加水至25mL，然后按照國標(biāo)GB11893-89［6］來進(jìn)行水樣的消解，以水做參比，測定吸光度，扣除空白實驗的吸光度后，繪制工作曲線。

2.4 總磷的測定

用50mL 具塞比色管取25mL 預(yù)處理后的水樣，加入一定量的過硫酸鉀于120℃溫度下消解30min，取出冷卻后稀釋至標(biāo)線。分別向各份消解液中加入1mL 抗壞血酸混勻，30s 后加入2mL 鉬酸銨溶液充分混勻，在一定溫度下顯色一定時間后，使用光程30mm 比色皿，在700nm 波長下，以水做參比，測定其吸光度，扣除空白值后，從工作曲線上查得磷的含量。

2.5 單因素實驗

用比色管分別取25mL 磷含量不同的水樣，按最佳實驗條件，在保持其他條件不變的情況下，分別改變消解液的用量和顯色時間，按照國標(biāo)GB11893-89［6］來進(jìn)行水樣的消解，以水做參比，測定吸光度，平行測定3 次求其平均值。

2.6 加標(biāo)回收實驗

取不同來源的水樣(W1120224011、Y1202024053、N1120225005、C1120225004)進(jìn)行不同的加標(biāo)回收實驗，平行測定3 次求平均值，并根據(jù)式y(tǒng)=0.0296x+0.0012，計算不同水樣總磷濃度和加標(biāo)回收率(注:在環(huán)境監(jiān)測中字母Y、W、N、C 分別代表污染源、企業(yè)委托、常規(guī)驗收、地表水的水樣)。

3 結(jié)果與討論

3.1 正交實驗

以水樣pH 值，消解液的用量，顯色溫度和顯色時間為實驗因素，分別記作A、B、C和D，進(jìn)行四因素三水平正交試驗，分別記作1、2、3，因素水平見表1。

表1 因素水平表

按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法來繪制9個不同實驗條件的工作曲線。以磷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液代替水樣，按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法，把4個因素的3個不同水平分別進(jìn)行9 次試驗，實驗結(jié)果及分析見表2。

由表2 得知，影響總磷測定的最大因素是消解液的量，其次分別為顯色時間、顯色溫度和水樣的pH 值，最佳實驗條件為A2B1C1D1，即pH=7，消解液的量為4mL，顯色溫度為25℃，顯色時間為15min。

表2 正交實驗結(jié)果及分析

(續(xù)上表)

3.2 最佳實驗條件下的標(biāo)準(zhǔn)曲線

在最佳實驗條件下，分別取0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0mL 的磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液，加水至25mL，然后按照國標(biāo)GB11893-89 來進(jìn)行水樣的消解，以水做參比，測定吸光度，扣除空白實驗的吸光度后，和對應(yīng)的磷的含量繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1。

圖1 最佳實驗條件下的標(biāo)準(zhǔn)曲線

3.3 消解液用量對總磷測定的影響

用比色管分別取25mL 磷含量不同的水樣中，其水樣編號分別為y11202230018，y11202230020，y11202230021分別加入不同體積的過硫酸鉀(消解液的量分別為0，1，2.5，4，6，8mL)進(jìn)行消解試驗，平行測定3 次，繪制不同水樣的吸光度-消解液的量的變化曲線如圖2。

從圖2 看出，總磷含量比較低(不大于1mg/L)的各個試樣中，過硫酸鉀用量增加，水樣的磷含量沒有發(fā)生明顯變化?？偭缀看笥?mg/L 時，當(dāng)加入的過硫酸鉀的量達(dá)到4mL 時可以達(dá)到消解完全的目的，因此就以此作為消解用過硫酸鉀用量的下限，但當(dāng)加入的過硫酸鉀的量超過6mL 時，吸光度呈下降的趨勢，這說明總量消解時，加入過硫酸鉀的量在4mL 是最適合的。

圖2 吸光度-消解液的用量變化曲線

3.4 顯色溫度和顯色時間的影響

在日常的分析實驗中發(fā)現(xiàn):當(dāng)水樣中總磷的濃度較高時，由于分子間的碰撞頻繁且劇烈，有效碰撞的頻率增大，顯色反應(yīng)較快。反之則顯色時間較長;而溫度高時，分子運(yùn)動快，有效碰撞的頻率高，顯色時間縮短。因此，水中總磷的含量和環(huán)境的溫度都會對顯色反應(yīng)產(chǎn)生影響。

在相同的顯色環(huán)境中，不同濃度的含磷溶液的吸光度的最大值出現(xiàn)在顯色時間為13～17min 之間(見圖3)，而通常15min 就出現(xiàn)最大的吸光度。由圖3 可以看出，如果顯色時間太短則會使檢測的結(jié)果偏小，而顯色達(dá)到最大后至少穩(wěn)定15min。因此，顯色時間對總磷的測定具有較大的影響，在實驗過程中應(yīng)注意控制水樣的顯色時間，通常為15min 比較合適。

圖3 不同濃度溶液吸光度-顯色時間變化曲線

3.5 色度與濁度的校正

如果水樣有濁度和色度的現(xiàn)象，必須進(jìn)行濁度和色度的補(bǔ)償。分別取消解之后渾濁且有顏色水樣(y1120223005、y1120223007)，有顏色但不渾濁的水樣(y1120223008，y1120223010)，無顏色也不渾濁水樣(超純水，y1120223012)，同時取2 份相同的樣品消解，其中一份消解定容后加顯色劑，另一份定容后加入3mL 的濁度-色度補(bǔ)償液。測定后，將水樣的吸光度減去空白樣的吸光度，再進(jìn)行濃度計算［7］，結(jié)果如表3 所示。

表3 濁度-色度補(bǔ)償前后測定吸光值的比較

如果水樣消解后只有濁度的影響，也可以采用過濾法和離心法去除，以減少補(bǔ)償法帶來的樣品量和工作量的增加。過濾法［8］是在樣品消解后，用中速濾紙將消解液濾入50mL 比色管中，洗滌比色管和濾紙，定容后顯色分光。采用3種不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行試驗，顯色前過濾測值略低于真值，但相對誤差較小，均低于±5%;顯色后過濾測值相對誤差較大，均高于50%(見表4)，不符合實驗室質(zhì)量控制要求。造成顯色后過濾誤差較大的主要原因是濾紙對最終顯色的磷目藍(lán)吸附較強(qiáng)，導(dǎo)致結(jié)果偏低，因此過濾只能在顯色之前操作。離心法是在消解液顯色15min 后，將顯色液移入50mL 離心管，離心后取上清液測定吸光值。

表4 顯色前后過濾測定結(jié)果的比較

3.6 其他物質(zhì)的干擾

在實際水樣中，除了磷之外還有很多其他的離子，而這些離子的含量會對總磷測定結(jié)果產(chǎn)生影響。如果砷大于2mg/L，用硫代硫酸鈉去除［9］;鉻大于50mg/L，用亞硫酸鈉去除;硫化物大于2mg/L，通氮?dú)馊コ?。在總磷含量比較低時，硫化物對結(jié)果的影響不明顯，但當(dāng)總磷的含量大于0.2mg/L 時，硫化物的含量會影響總磷的吸光度，所以在測定總磷之前，應(yīng)該先測定硫化物，如果硫化物的含量大于2mg/L 時要通氮?dú)馊コ蚧?。分別取不同濃度的磷標(biāo)準(zhǔn)使用液(0.05mg/L，0.25mg/L，0.45mg/L)加入不同濃度的硫化物，測定吸光度，判斷其影響。硫化物對總磷的影響的吸光值見表5。

表5 硫化物對總磷的影響數(shù)據(jù)表

3.7 水樣的測定和加標(biāo)回收實驗

不同來源的水樣加標(biāo)回收實驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表6 所示。

表6 水樣加標(biāo)回收實驗結(jié)果

由表6 可知，實驗測得加標(biāo)回收率在96.28%～103.03%之間，回收率比較理想，說明該分析方法實驗結(jié)果可靠。

4 結(jié)論

(1)通過正交實驗結(jié)果表明，影響總磷測定的最大因素是消解液的量，其次是顯色時間，顯色溫度和水樣的pH 值;最佳實驗條件是:pH=7，消解液的量為4mL，顯色溫度為25℃，顯色時間為15min;在最優(yōu)的實驗條件下，該方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0296x+0.0012，相關(guān)系數(shù)是R2=0.9998。

(2)濁度-色度補(bǔ)償實驗表明，水樣消解后如果出現(xiàn)渾濁或者有顏色或者二者兼有，會對實驗的測定結(jié)果造成較大的影響，所以，在實驗過程中要注意觀察消解后水樣的情況。如果出現(xiàn)上述的情況必須進(jìn)行濁度-色度補(bǔ)償。

(3)水樣的測定和加標(biāo)回收實驗表明，實驗測得加標(biāo)回收率在96.28%～103.03%之間，回收率比較理想，說明該分析方法實驗結(jié)果可靠。

［1］陳安忠，李勇.總磷監(jiān)測評述［J］.教育經(jīng)濟(jì)研究，2008，(06):188-189

［2］PAUL N B，SUNDARA RAO W V B.Phosphate-dissolving bacteria in the rhizosphere of some cultivated legumes［J］.Plant and Soil，1971，35(1).

［3］HJ/T91-2002.地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］

［4］國家環(huán)境保護(hù)局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［5］蔡秀萍.分光光度法測定水中總磷的若干影響因素［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(04):436-438

［6］BG11893-89.水質(zhì)總磷的測定鉬酸銨分光光度法［S］.

［7］李云.鉬酸銨分光光度法測定總磷的有關(guān)問題探討［J］.儀器儀表與分析監(jiān)測，2006，(04):40-44

［8］李小如，王學(xué)儉.測定地表水中總磷時去除濁度干擾的方法比較［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2006(6):50.

［9］NORDSTROM D K.Worldwide occurrences of arsenic in ground water［J］.Science，2002，296 (5576):2143-2145 .