总磷测定方法的现状与发展

董冬吟



总磷测定方法的现状与发展

董冬吟

福建省泉州市环境监测站

针对近年出现的几种总磷测定方法进行了对比分析，并对分光光度法的现状进行介绍，重点总结了目前常用的钼酸铵分光光度法在实际操作过程中遇到的问题及改进方法。

总磷 分析 测定方法

在天然水和废水中，磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在，它们分为正磷酸盐、缩合磷酸盐和有机结合的磷，它们存在于溶液、腐殖质粒子或水生生物中。磷是生物生长的必需元素之一，但水体中磷的含量过高(如超过0.2mg/L)，可造成藻类的过度繁殖，加速水体富营养化程度。为了保护水质，控制危害，我国已将总磷列为环境监测的正式监测项目之一，并制定了水环境质量标准和污水排放标准，作为水质评价的重要指标之一[1]。

本文主要对近年出现的几种总磷测定方法进行了对比分析，并对分光光度法的现状进行介绍，重点总结了目前常用的钼酸铵分光光度法在实际操作过程中遇到的问题及改进方法。

1 总磷测定方法的发展

从最初的分光光度法到现在的流动注射分析法（FIA）、等离子发射光谱法（ICP-AES）等，总磷的测定方法已经日渐成熟。传统的分光光度法以钼酸胺分光光度法最为常见，其原理：在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵、酒石酸锑氧钾反应，生成磷钼杂多酸，被抗坏血酸还原后变成蓝色络合物，于700nm比色定量。FIA测定总磷以钼酸铵分光光度法为基础，采用在线过硫酸盐/紫外消解方法，生成的络合物于880nm比色定量。ICP则是利用氩等离子体产生的高温使试样完全分解形成激发态的原子和离子，由于激发态的原子和离子不稳定，外层电子会从激发态向低的能级跃迁，发射出特征谱线。由于光强度与待测元素浓度成正比，通过光栅等分光后，利用检测器检测总磷特定波长的强度就可以得到总磷浓度。测定总磷浓度时，对ICP的分辨率有较高要求。

近两年也有见运用HACH DR/2500分光光度计测定总磷，该方法主要依据《HACH DR/2500分光光度计操作手册》中编号为“8190”的测试方法。周婷等运用该法，以过硫酸钾为氧化剂，消解温度在150℃，得到检出限为0.02 mg/L。该法在测定浓度较低的地表水样品，可以替代GB11893-1989，但是在测定浓度较高的工业废水样品时，有时候偏差较大，需要根据实际情况另选测定方法[2]。其中FIA、ICP-AES、钼酸铵分光光度法的优缺点归纳见表1。

表1 FIA、ICP-AES、钼锑抗比色法的比较

注：*FIA方法检出限测定使用的仪器：QC8500FIA，检出限的计算方法：DL=t(n-1,α=0.99)×(SD)

**ICP方法检出限测定使用的仪器：JY Ultima2，检出限的计算方法：DL=t(n-1,α=0.99)×(SD)

2 分光光度法测定总磷的现状

总磷分析方法一般分为两步：第一步是用氧化剂将水样中不同形态的磷转化成正磷酸盐，即消解；第二步是显色，分光测定正磷酸盐的含量。

2.1 分光光度法中总磷的消解和显色

总磷的消解方法很多，目前除了高压消解，还发展出微波消解，紫外消解、烘箱加热消解、光催化氧化以及利用COD快速消解器快速消解等方法。

微波消解法是通过电磁波作用于水样，产生较强的震动、摩擦，从而实现水中磷的氧化分解，该法简便、快速、消解彻底，同时可以达到较好的精密度和准确度。

紫外消解法是通过紫外光的照射促使分子活化发生反应达到消解目的，该法可以在较低温度下进行，精密度和准确度很高[5]。

烘箱加热消解是利用恒温干燥箱代替传统的蒸汽消毒器，在120℃下消解，该方法不仅操作简便、温度更易控制、工作时间缩短，而且不会出现比色管中试样外溢等现象，测定结果准确[6]。

光催化氧化技术是一种新兴的样品预处理技术，采用二氧化钛为催化剂，通过使用光催化氧化消解含磷水样，溶解总磷的平均消解率在96.2%以上。该法无需高温高压处理，精密度高，无二次污染[7]。

COD快速消解器包括COD消解-比色管和COD加热器，加盖密封水样，如果配合便携式分光光度计，可以满足暗查、抽测以及突发性水环境污染事故的现场操作，水样量仅需2.00mL~5.00mL。周灵辉利用该法分析总磷，得到该方法的线性范围0.00~1.50 mg/L，检出限0.029 mg/L，分析实际样品的相对标准偏差在6.2%以下，加标回收率在92.0%~ 108.0%之间[8]。

总磷显色方法有钼酸铵分光光度法、氯化亚锡还原钼蓝法，孔雀绿-磷钼杂多酸法以及罗丹明荧光分光光度法。其中，在用氯化亚锡还原钼蓝法测定总磷时，氯化亚锡溶液的配置是用盐酸将氯化亚锡溶解后加水稀释到25 mL，然后加一粒金属锡置冷暗处保存，保质期一周。陈艳玲等用甘油替代水稀释氯化亚锡盐酸溶液，改进后的方法无需加入金属锡且在常温下可以长期使用，不仅满足监测分析方法的要求，而且标准曲线的相关性、方法的灵敏度和显色溶液的稳定性均优于原分析方法[9]。也有将流动注射法与氯化亚锡还原光度法相结合，在配制氯化亚锡时加入适量丙三醇，延长氯化亚锡的保存时间，通过优化试验条件，克服氯化亚锡测定总磷时灵敏度低的不足，新方法检出限为0.02 mg/L，精密度和准确度均符合要求，而且分析速度加快[10]。

2.2 钼酸铵分光光度法测总磷相关问题

在总磷的测定方法中，钼酸铵分光光度法（GB11893- 1989）是最常用的方法。该法在实际工作中存在的问题以及相应的改进方法尤其值得环境监测人员注意，以便在今后的工作中解决问题，提高效率。

2.2.1水样pH的调节

钼酸铵分光光度法测总磷，消解方法有3种：过硫酸钾消解法，硝酸-硫酸消解法、硝酸-高氯酸消解法，其中，过硫酸钾消解法消解样品彻底，重现性、精密度和准确度相较其他两种要高。通常在采集水样后，需加硫酸保存，因此在用过硫酸钾消解前要将水样调至中性，但是陈燕明通过比较pH对不同消解方法的影响得出结论：用过硫酸钾消解，调节pH和不调节pH两者结果并无明显差异；而其他两种消解则通常需要调节pH，否则会引起较大误差[11]。

2.2.2地表水自然沉降时间的影响[12]

含电压源换流器的交直流混联电网状态估计快速解耦法//张潼,王毅,翟明玉,黄煜,赵凌骏//(21):70

由于泥沙中吸附大量的有机磷、无机磷，泥沙含量高低直接影响地表水总磷的测定结果。泥沙受重力作用自然沉降，不同自然沉降时间取样，泥沙含量不同，导致分析结果不同。

李晓等经实验发现：自然沉降时间逐渐延长，总磷测定结果随之逐渐降低；泥沙中磷的含量对总磷作了主要贡献；吸附在泥沙中的磷通过碰撞、振摇浸出的量微乎其微；地表水中溶解态的磷酸盐浓度不高，且变化不明显。

由于自然沉降时间对地表水总磷的测定有重要影响，如果在样品采集后自然沉降时间不一致的话，必然会导致同步监测中数据不具备可比性。目前，有关部门对地表水总磷测定中的自然沉降时间已形成统一的标准，在《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）中就明确规定：如果水样中含沉降性固体（如泥沙等），应分离出去。分离的方法为：将所采水样摇匀后倒入筒形玻璃容器，静置30min，将不含沉降性固体但含有悬浮性固体的水样移入盛样容器并加入保存剂。

2.2.3高浓度总磷的测定

在环境监测中，总磷的比色测定有时会因为取样过多,使含磷量超过规定标准（30μg）而导致分析失败。对于这种情况，《水和废水监测分析方法（第四版）》中要求，必须稀释水样，重新消解和显色。该法不仅费时、费力，而且不利于样品的批量连续分析测定。金中华[13]、袁静[14]等都对高浓度总磷的测定方法进行了改进，认为利用曲线扩展法和显色稀释法可以简化水和废水中高含量总磷的测定。在《水和废水监测分析方法（第四版）》中，由于钼酸盐、酒石酸锑氧钾、抗坏血酸的用量约与70μg的磷反应，因此曲线扩展法仅可将校准曲线最高点扩展至60.0μg，测定上限由0.6mg/L扩展至1.2mg/L。当显色液含磷量在60.0μg以下时，可代入扩展曲线直接计算。显色稀释法是当水样含磷量在30.0~60.0之间时，显色后再进行定量稀释，稀释后测得的结果增加相应倍数可得样品实际值。如果含磷量大于60.0μg或水中有机物含量较高时，因为反应不完全会使曲线扩展法和显色稀释法产生较大误差[14]。

2.2.4标准曲线的消解

在用过硫酸钾消解时，总磷标液经过消解和不消解绘制成的曲线，即工作曲线和标准曲线相比，并无显著性差异。因此，总磷标液系列的高温高压过硫酸钾消解操作步骤可以省去，标准曲线可以代替工作曲线[15]。

2.2.5去除浊度的干扰

废水、江河水体样品多数浑浊，对总磷的测定结果产生严重影响，一般采用浊度-色度补偿法（简称补偿法）去除，具体步骤是：取2份相同样品消解，其中1份消解液定容后钼酸铵显色，另1份定容后加入3 mL浊度-色度补偿液，分别测定吸光度，两者相减即得实际水样的吸光度。

如果水样只有浊度的影响时，也可以采用消解液过滤法（简称过滤法）和离心法去除，以减少补偿法带来的样品量和工作量的增加[16]。

过滤法是在样品消解后，用中速滤纸将消解液滤入50mL比色管中，洗涤比色管和滤纸，定容后显色分光。由于过滤时滤纸吸附部分磷，所以需要同时作空白试验以消除这一部分误差。

离心法是在消解液显色15min后，将显色液移入50mL离心管，离心后取上清液测定吸光度。李小如比较了这三种去除浊度干扰的方法，发现过滤法和离心法的结果也令人满意[16]。

2.2.6温度对显色时间的影响和对最大显色持续时间的影响

不同温度条件对各种浓度水样的显色时间及对最大显色持续时间有一定的影响。丁春荣等通过实验发现[17]：随着温度的升高，显色时间缩短，最大显色持续时间也在不断缩短，浓度越高的显色液，显色时间越短，而且褪色速度较快。最佳的显色温度为15℃~25℃，显色时间在15min左右，显色后尽量在20min内完成比色定量（见表2和表3）。

2.2.7试剂的保存

钼盐稳定性试验表明：钼盐溶液置于棕色瓶在4 ℃ 中保存，至少可以稳定6个月[18]。由于抗坏血酸溶液不稳定，易被空气中的氧气氧化而变质，因此最好现配现用，否则需存放于冰箱中保存。另外，由于抗坏血酸溶液中存在微量铜而造成氧化发黄，加入EDTA-甲酸/乙酸可延长溶液有效使用时间，溶液经过3个月显色仍正常[19]。

表2 温度变化对显色时间的影响

温度（℃）水样浓度（mg/L）0.600.400.120.040.02 显色时间（min） 10 1618252735 15 1616162023 20 1316111615 25 1112111614 30 65789 35 55349

表3 温度变化对最大显色持续时间的影响

温度（℃）水样浓度（mg/L）0.600.400.120.040.02 最大显色持续时间（min） 10 3444566267 15 2329323135 20 1824233135 25 1719212125 30 1514161921 35 1414161918

3 总结

总磷的检测方法很多，也各有其优缺点。目前，GB11893-1989中规定了总磷测定的钼酸铵分光光度法，只有掌握了该方法才能避免出现失误，并提供准确的分析数据。在此基础上，也期待具有较好发展前景，更高精密度和准确度的检测方法出现。

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