林 舒

(1福建省廈門水文水資源勘測分局，福建 廈門 361011；2廈門市水環(huán)境監(jiān)測中心，福建 廈門 361011)

前言

在天然水和廢水中，磷幾乎都以各種磷酸鹽的形式存在，它們分為正磷酸鹽，縮合磷酸鹽(焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽)和有機(jī)結(jié)合的磷(如磷脂等)，它們廣泛存在于溶液中，腐殖質(zhì)粒子中或水生生物中[1]。磷是生物生長必需的元素之一[2]，然而過量的磷是導(dǎo)致富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生的重要因素，其會(huì)誘發(fā)藻類過度繁殖，造成水華等現(xiàn)象，對水質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。因此水中總磷作為重要的監(jiān)測指標(biāo)之一，常被用來表示水體營養(yǎng)化污染的程度[3]。

目前針對水體中總磷的測定，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有高壓消解-分光光度法[4]與流動(dòng)注射分析法兩種。其原理均是將各類磷通過消解轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，加入鉬酸銨生成磷鉬酸雜多酸，進(jìn)而在酸性介質(zhì)中被還原為較穩(wěn)定的藍(lán)色絡(luò)合物，依據(jù)朗伯比爾定律測定其含量。

由于在樣品采集、預(yù)處理、消解等過程中容易受到各種干擾，因此水中總磷的測定也是各類對比監(jiān)測項(xiàng)目中偏差較大的項(xiàng)目之一[5]。樣品采集步驟、保存方式、前處理手段、消解方式、消解試劑、濁色度的去除或補(bǔ)償[1,5-8]等均會(huì)對測定造成影響，甚至部分實(shí)驗(yàn)器具或耗材本身對其也有一定影響[9]。本文針對實(shí)際檢測工作中出現(xiàn)的情況，對水中總磷測定過程中的各種干擾因素進(jìn)行一些探討。在此基礎(chǔ)上提出了對現(xiàn)有檢測方法的優(yōu)化，并通過測定天然水樣對優(yōu)化方法進(jìn)行了驗(yàn)證。最后針對該項(xiàng)目的測定提出了相關(guān)建議，以利于提高檢測的準(zhǔn)確性及效率。

1 水中總磷測定的影響因素

在日常監(jiān)測過程中，由于檢測方法對顆粒物和濁、色度及其他干擾物質(zhì)的敏感性，水樣采集與保存、樣品前處理、消解方式及各類干擾去除等各環(huán)節(jié)均容易產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響測定的準(zhǔn)確性，現(xiàn)對各因素討論如下。

1.1 樣品的采集與保存

由于磷類物質(zhì)在水中容易被砂石及膠體等吸附，其在自然水體中一直處于不斷吸附-解析的變化狀態(tài)，且檢測所采用的分光光度法對受水中顆粒物質(zhì)及膠體的影響很大，因此樣品的采集中對具體操作步驟及方法等對后續(xù)測定有很大影響。宋大英等[1-3,5,10]對現(xiàn)場采集及保存條件等進(jìn)行了研究，認(rèn)為自然沉降時(shí)間、酸化及溫度影響較大。

在實(shí)際的監(jiān)測工作過程中，由于操作上的差異，樣品的采集與保存對監(jiān)測結(jié)果的影響相當(dāng)大，這也是造成許多對比監(jiān)測結(jié)果差異較大的來源之一。因此對采集及保存方式環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定和統(tǒng)一是保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確的第一步，以此保證在降低因操作差異造成誤差的同時(shí)減少對后續(xù)操作的干擾。

1.2 樣品的消解

總磷的測定需經(jīng)過水樣的徹底消解，常用的方法主要有高壓消解[4]、電熱消解、沸水浴消解[11]、在線消解等，消解試劑常用過硫酸鉀、硝酸-高氯酸、過氧化氫[6]等?，F(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)方法主要采用高壓消解或在線消解的方式，高壓消解操作較為繁瑣且具有一定危險(xiǎn)性，而在線消解需要配套專用設(shè)備，價(jià)格較為昂貴。肖霏等[6，12]對各消解方式及藥劑進(jìn)行了對比，認(rèn)為各種方式在不同條件下各有利弊。

目前，適用于水中總磷消解的消解方式較多，配合合適的消解試劑后，基本上都可以達(dá)到消解效果。但是部分傳統(tǒng)方法操作復(fù)雜耗時(shí)且存在一些安全隱患；而新方法需要針對不同試劑及水體進(jìn)行條件優(yōu)化才能保證消解完全。對消解方法及試劑的優(yōu)化具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，這可以節(jié)約試劑和操作時(shí)間，同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)人員的人身安全。

1.3 色、濁度去除

分光光度法的技術(shù)特點(diǎn)，決定了總磷檢測過程中色度及濁度容易成為一個(gè)重要的干擾因素。由于自然水體在流動(dòng)及沉積過程中易含有大量泥沙、膠體、微生物，會(huì)給測定過程帶來色、濁度影響，因此在最大限度地去除色度及濁度的同時(shí)保證測定的準(zhǔn)確度是研究的熱點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)。陳玉柱等[5]認(rèn)為自然沉降后仍渾濁的樣品應(yīng)先經(jīng)過過濾或離心處理后消解。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法[4]主要采用對消解液添加濁度-色度補(bǔ)償液的方式；楊燦[13]采用補(bǔ)償法和過濾法比較了消解液的測定結(jié)果；張宏[7]、孫娟等[14]在此基礎(chǔ)上還比較了離心法的干擾去除效果；劉宏[15]探討了消解液稀釋法的適用范圍；而金筱青等[9]則推薦空白扣除法。

實(shí)際工作中，色、濁度的去除方法主要有補(bǔ)償、扣除空白、過濾、離心、透析、稀釋等。其中補(bǔ)償法需專門配制補(bǔ)償溶液，由于其與天然水體成分不盡相同，對不同色、濁度的水體需配制不同類型補(bǔ)償液，費(fèi)時(shí)且效果一般；過濾法較為簡單，但濾紙本身含磷，容易產(chǎn)生影響，操作過程也需控制溫度及淋洗體積等條件[8]，同時(shí)由于濾紙孔徑不一，對某些顆粒物及膠體去除效果不明顯；空白扣除法需在測定過程中額外處理一組空白溶液，處理較為繁瑣且費(fèi)時(shí)；透析法主要作為流動(dòng)分析的前處理手段，其運(yùn)行成本較高且需要專用儀器；消解液稀釋的過程容易引入測量誤差；而離心法及濾膜法操作則較為快捷簡便，去除濁、色度干擾物的效果也較好，在大部分情況下可有效縮短檢測周期并保證檢測質(zhì)量。

1.4 顯色條件

磷鉬雜多酸在酸性條件下的還原顯色過程是測定磷含量的關(guān)鍵步驟之一，對此步驟的優(yōu)化也得到了各位研究者的關(guān)注。宋大英等[1，3]對顯色時(shí)間溫度及回調(diào)pH值等進(jìn)行了研究?？偭诇y定的顯色過程對于酸度、溫度及時(shí)間等條件較為敏感，因此選擇合適穩(wěn)定且快速的反應(yīng)條件并保持全過程條件的一致，才能有效地保證樣品的檢測質(zhì)量。

1.5 其他

總磷測定過程中還存在其他一些容易影響分析結(jié)果的因素。宋大英[1]認(rèn)為磷鉬藍(lán)絡(luò)合物的強(qiáng)吸附能力導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)用的玻璃器皿及比色皿必須充分酸泡，否則容易產(chǎn)生干擾；金筱青等[9]認(rèn)為大多數(shù)玻璃器皿是含有少量堿金屬的硼硅酸鹽，顯色時(shí)會(huì)生產(chǎn)痕量硅鉬藍(lán)，容易引入正誤差；李小如等[8，14]研究中均發(fā)現(xiàn)濾紙本底對測定有一定影響，進(jìn)而提出純水清洗濾紙的方法。因此，對檢測的整體質(zhì)量控制在一定程度上也會(huì)影響最終的測定結(jié)果，對于關(guān)鍵的耗材及操作步驟，檢測之前做好相關(guān)驗(yàn)證及質(zhì)量保證措施是十分必要的。

2 方法優(yōu)化及驗(yàn)證

針對水中總磷測定過程中各因素的影響，我們認(rèn)為嚴(yán)格保證各操作步驟的一致性、可比性及控制差異對于保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性是十分必要的。因此在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測方法的基礎(chǔ)上，我們提出一整套改進(jìn)后采樣及測定方法，對每個(gè)操作環(huán)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。為確認(rèn)方法的有效性，同時(shí)選用4種自然水體進(jìn)行了效果驗(yàn)證。

2.1 主要儀器

T6紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；LDZM-80KCS立式壓力蒸汽滅菌鍋(上海申安醫(yī)療器械廠)；TDZ5-WS低速多管離心機(jī)(湖南湘儀離心機(jī)有限公司)；Multiwave Go微波消解系統(tǒng)(奧地利安東帕有限責(zé)任公司)。

總磷標(biāo)準(zhǔn)溶液(中國測試技術(shù)研究院，濃度1 000 mg/L)，總磷質(zhì)控溶液(水利部水環(huán)境監(jiān)測評價(jià)研究中心，濃度0.578 mg/L±0.029 mg/L)，實(shí)驗(yàn)用水為超純水，除過硫酸鉀為優(yōu)級純外，其余試劑均為分析純。

2.2 優(yōu)化檢測方法

依據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)及前人研究成果，我們優(yōu)化了檢測方法，嚴(yán)格控制了從采樣到檢測的各操作步驟。具體如下：使用有機(jī)玻璃采樣器采集水樣，樣品先混勻后放入塑料大桶中自然沉降30 min，虹吸法采集中上層液體，使用硫酸酸化至pH≤2，樣品放入10 ℃恒溫桶保存并送回實(shí)驗(yàn)室測定，樣品前處理過程在采樣結(jié)束后12 h內(nèi)完成。遇到自然沉降后依然略渾濁樣品裝入玻璃離心管，5 000 r/min下離心15 min，提取上清液待消解。消解前混勻樣液，在不回調(diào)pH值情況下直接加入過硫酸鉀溶液，采用高壓法(121 ℃，30 min)或微波法(160 ℃，10 min)消解，冷卻靜置后取出。加入顯色劑后于25 ℃下在生化培養(yǎng)箱內(nèi)保持15 min后，在10 min內(nèi)通過分光光度法測定水中總磷含量。與標(biāo)準(zhǔn)方法相比，該優(yōu)化方法對操作的一致性進(jìn)行了逐步的保證，對時(shí)間、溫度等因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，并采用離心、微波等手段提高了操作效率并去除干擾，在減少時(shí)間、保證方法可比性的同時(shí)保證對顆粒物含量、污染情況、復(fù)雜程度各異的各類水體均有較好的適用性。

2.3 驗(yàn)證結(jié)果與討論

檢測水樣采集于廈門東西溪流域及埭頭溪流域。點(diǎn)位1位于上游地區(qū)，水體清澈透明；點(diǎn)位2位于中上游村落匯集區(qū)，水體中有少部分顆粒物，呈現(xiàn)略微渾濁狀態(tài)；點(diǎn)位3位于下游匯流地區(qū)，日常靠水閘控制放水，水體中顆粒物、膠體含量較多，較為渾濁；點(diǎn)位4位于下游嚴(yán)重污染河道內(nèi)，與海域交界，水體發(fā)黑，水中有肉眼可見顆粒物及絮狀物，化學(xué)需氧量指標(biāo)超過Ⅴ類地表水標(biāo)準(zhǔn)，并不時(shí)有感潮現(xiàn)象出現(xiàn)。

對4處點(diǎn)位采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法(補(bǔ)償法)及本文提出的優(yōu)化方法(微波消解)進(jìn)行效果對比，回收實(shí)驗(yàn)加入標(biāo)準(zhǔn)品0.3 mg/L以考察回收率，具體結(jié)果如表1所示。

為驗(yàn)證方法精密度，對4處點(diǎn)位水樣采用優(yōu)化方法(微波消解)進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)，具體結(jié)果如表2。由表2可知，方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.6%～3.7%

表1 水樣測定結(jié)果Table 1 The test result of water samples /( mg·L-1)

注：*消解前采用離心法取得上清液后稀釋，下同；1)單位為%，下同。

表2 精密度測定結(jié)果 Table 2 The test result of precision(n=6) /(mg·L-1)

為確認(rèn)方法檢出限，配制較低濃度樣液(折算濃度0.01 mg/L)采用優(yōu)化方法(微波消解)重復(fù)測定6次，依據(jù)DL=3.3δ/S，其中標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率S為0.060 9，方法檢出限可達(dá)到0.008 mg/L。數(shù)據(jù)參見表3。

同時(shí)我們對比了優(yōu)化方法中兩種消解方式的效果，每點(diǎn)位水樣測定5組平行樣，同時(shí)測定了質(zhì)控樣品，具體結(jié)果見表4。由表4可知，兩種方法的測定結(jié)果基本一致。

表3 檢出限測定結(jié)果Table 3 The test result of DL(n=6) /A

表4 對比測定結(jié)果Table 4 The test result of comparison /(mg·L-1)

由水樣檢測數(shù)據(jù)可以看出，在簡單的水體條件下，標(biāo)準(zhǔn)方法及優(yōu)化方法均可以滿足檢測要求；隨著水體條件復(fù)雜程度的增加，標(biāo)準(zhǔn)方法(補(bǔ)償法)產(chǎn)生的偏差不斷增加，而優(yōu)化方法依舊可以較準(zhǔn)確地得到測定結(jié)果，此外對質(zhì)控樣品的檢測結(jié)果為0.575～0.592 mg/L，均在標(biāo)示范圍內(nèi)，可見優(yōu)化方法檢出限優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)方法且精密度及準(zhǔn)確度滿足實(shí)際檢測要求。質(zhì)控樣的檢測數(shù)據(jù)也從側(cè)面驗(yàn)證了水體復(fù)雜程度對檢測結(jié)果的影響。

對不同消解方式進(jìn)行配對樣本T檢驗(yàn)。點(diǎn)位1～4及質(zhì)控T值分別為-1.69、-0.96、1.33、1.43，而查表得T(0.05,5)=2.571，可知T

3 結(jié)論

水中總磷的測定易受各類干擾因素的影響，也是水質(zhì)監(jiān)測工作中最受關(guān)注的項(xiàng)目之一。本文對各影響因素進(jìn)行了探討，并在此基礎(chǔ)上提出了一整套優(yōu)化檢測方法，結(jié)果表明：

1)從樣品采集到檢測均應(yīng)嚴(yán)格控制各操作步驟的一致性，減少因操作不同所帶來的差異，從而保證操作過程的可比性，這樣才能準(zhǔn)確地得出測定結(jié)果。

2)優(yōu)化的檢測方法對采集、保存、干擾去除、消解條件等各環(huán)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，采用簡單但高效的措施摒除了顆粒物、濁度、色度等各種干擾。實(shí)際樣品及質(zhì)控樣品分析結(jié)果表明，對于顆粒物含量從高到低、污染情況從輕到重、復(fù)雜程度從簡單到復(fù)雜的水體，與傳統(tǒng)方法相比，該優(yōu)化方法都可以更為準(zhǔn)確高效地測定水體中總磷的含量。

3)微波與高壓消解法均可有效地用于總磷樣品的消解，從耗時(shí)、耗物、人員負(fù)擔(dān)等方面考慮，建議在檢測中采用微波消解法配合優(yōu)化方法進(jìn)行測定，這在提高檢測工作效率的同時(shí)更為安全。