水中总磷测定影响因素的探究

黄春娥 ，刘惠茹，罗桥芳

(1.惠州市环境保护监测站，广东 惠州 516007;2.惠州学院 化学工程系，广东 惠州 516007)

1 前言

磷在自然界中分布很广，与氧化合的能力较强，因此自然界中没有单质磷［1］。在天然水和废水中，磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在，它们分别为正磷酸盐、络合磷酸盐(焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐)和有机结合的磷酸盐［2］。水体中适当的磷是水体的营养元素以促进生物和微生物的生长，而当水体中的磷逐渐富集，超过0.2 mg/L 时，就可能引起水体富营养化发生。磷的含量是评价水质的重要指标，根据我国现行的相关环保标准，地表水和污水监测技术规范(HJ/T91-2002)［3］，把总磷列为河流、湖泊水库和集中式饮用水源地的必测项目之一，作为水质评价的重要指标之一［4］。

准确测定水体中总磷含量在环境质量和污染控制中都十分重要。目前，国内外检测水中总磷的方法很多，有钼酸铵分光光度法、氯化亚锡还原光度法、离子色谱法、孔雀绿-磷钼杂多酸分光光度法、钼锑抗分光光度法等等，传统的分光光度法以钼酸铵分光光度法最为常见，被广泛应用于总磷的监测。在环境监测中用过硫酸钾消解、钼酸铵分光光度法监测水中总磷，影响总磷测定的影响因素众多，包括采样瓶的洗涤及样品保存，水样pH 值，水样消解及消解时消解液的量，样品浊度色度补偿，显色温度和显色时间，比色皿的吸附等［5］。本文重点探究分析钼酸铵分光光度法(GB11893-1989)［6］测定水体总磷含量的影响因素，并通过单因素实验确定最佳实验条件，保证水体总磷测定中检测数据的准确度和精密度。

2 实验部分

2.1 仪器和药品

电子天平:日本A﹠D 有限公司;电子万用炉:北京市永光明医疗仪器厂;立式压力蒸汽灭菌器:上海博迅实业有限公司;恒温恒湿箱:LHS-100CL 型;TU-1810 紫外可见光分光光度计:北京谱析通用仪器有限公司;硫酸，氢氧化钠，过硫酸钾，抗坏血酸，钼酸铵［(NH4)6MoO2.4H2O］，酒石酸锑钾［KSbC4H4O7.1/2H2O］;磷标准贮备液(注:本实验所有试剂除另有说明外，均使用符合国家标准或专业标准的分析试剂和蒸馏水或同等纯度的水)。

2.2 水样的预处理

样品收集在用去离子水清洗的高密度聚乙烯瓶中，容器瓶不要用强酸或洗涤剂、含磷洗衣服等清洁剂清洗，以免其它杂质离子遗留在瓶壁上，干扰分析实验。由于含磷的水样不稳定，采样后最好能立即进行分析，否则应往水样加硫酸酸化至pH≤1 保存，或不加任何试剂于冷处保存(含磷较少的水样不宜用塑料瓶采样，因磷酸盐易吸附在塑料瓶壁上)［5］，并在24h 内进行分析。

取25mL 样品于具塞比色管中，取时应仔细摇匀，以得到溶解部分和悬浮部分均具有代表性的样品，如样品中含磷浓度较高，样品体积可以相应地减少。对于清澈无色的生活饮用水、瓶装饮用水可直接进行样品的测定。如果水样中含沉降性固体(如泥沙等)，应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悬浮性固体的水样移入盛样容器并加入保存剂。

2.3 标准工作曲线的测定

取七支比色管分别加入0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0mL 的磷酸盐标准使用液，加水至25mL，然后按照国标GB11893-89［6］来进行水样的消解，以水做参比，测定吸光度，扣除空白实验的吸光度后，绘制工作曲线。

2.4 总磷的测定

用50mL 具塞比色管取25mL 预处理后的水样，加入一定量的过硫酸钾于120℃温度下消解30min，取出冷却后稀释至标线。分别向各份消解液中加入1mL 抗坏血酸混匀，30s 后加入2mL 钼酸铵溶液充分混匀，在一定温度下显色一定时间后，使用光程30mm 比色皿，在700nm 波长下，以水做参比，测定其吸光度，扣除空白值后，从工作曲线上查得磷的含量。

2.5 单因素实验

用比色管分别取25mL 磷含量不同的水样，按最佳实验条件，在保持其他条件不变的情况下，分别改变消解液的用量和显色时间，按照国标GB11893-89［6］来进行水样的消解，以水做参比，测定吸光度，平行测定3 次求其平均值。

2.6 加标回收实验

取不同来源的水样(W1120224011、Y1202024053、N1120225005、C1120225004)进行不同的加标回收实验，平行测定3 次求平均值，并根据式y=0.0296x+0.0012，计算不同水样总磷浓度和加标回收率(注:在环境监测中字母Y、W、N、C 分别代表污染源、企业委托、常规验收、地表水的水样)。

3 结果与讨论

3.1 正交实验

以水样pH 值，消解液的用量，显色温度和显色时间为实验因素，分别记作A、B、C和D，进行四因素三水平正交试验，分别记作1、2、3，因素水平见表1。

表1 因素水平表

按照绘制标准曲线的方法来绘制9个不同实验条件的工作曲线。以磷标准使用溶液代替水样，按照绘制标准曲线的方法，把4个因素的3个不同水平分别进行9 次试验，实验结果及分析见表2。

由表2 得知，影响总磷测定的最大因素是消解液的量，其次分别为显色时间、显色温度和水样的pH 值，最佳实验条件为A2B1C1D1，即pH=7，消解液的量为4mL，显色温度为25℃，显色时间为15min。

表2 正交实验结果及分析

(续上表)

3.2 最佳实验条件下的标准曲线

在最佳实验条件下，分别取0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0mL 的磷酸盐标准使用液，加水至25mL，然后按照国标GB11893-89 来进行水样的消解，以水做参比，测定吸光度，扣除空白实验的吸光度后，和对应的磷的含量绘制标准曲线，见图1。

图1 最佳实验条件下的标准曲线

3.3 消解液用量对总磷测定的影响

用比色管分别取25mL 磷含量不同的水样中，其水样编号分别为y11202230018，y11202230020，y11202230021分别加入不同体积的过硫酸钾(消解液的量分别为0，1，2.5，4，6，8mL)进行消解试验，平行测定3 次，绘制不同水样的吸光度-消解液的量的变化曲线如图2。

从图2 看出，总磷含量比较低(不大于1mg/L)的各个试样中，过硫酸钾用量增加，水样的磷含量没有发生明显变化。总磷含量大于1mg/L 时，当加入的过硫酸钾的量达到4mL 时可以达到消解完全的目的，因此就以此作为消解用过硫酸钾用量的下限，但当加入的过硫酸钾的量超过6mL 时，吸光度呈下降的趋势，这说明总量消解时，加入过硫酸钾的量在4mL 是最适合的。

图2 吸光度-消解液的用量变化曲线

3.4 显色温度和显色时间的影响

在日常的分析实验中发现:当水样中总磷的浓度较高时，由于分子间的碰撞频繁且剧烈，有效碰撞的频率增大，显色反应较快。反之则显色时间较长;而温度高时，分子运动快，有效碰撞的频率高，显色时间缩短。因此，水中总磷的含量和环境的温度都会对显色反应产生影响。

在相同的显色环境中，不同浓度的含磷溶液的吸光度的最大值出现在显色时间为13～17min 之间(见图3)，而通常15min 就出现最大的吸光度。由图3 可以看出，如果显色时间太短则会使检测的结果偏小，而显色达到最大后至少稳定15min。因此，显色时间对总磷的测定具有较大的影响，在实验过程中应注意控制水样的显色时间，通常为15min 比较合适。

图3 不同浓度溶液吸光度-显色时间变化曲线

3.5 色度与浊度的校正

如果水样有浊度和色度的现象，必须进行浊度和色度的补偿。分别取消解之后浑浊且有颜色水样(y1120223005、y1120223007)，有颜色但不浑浊的水样(y1120223008，y1120223010)，无颜色也不浑浊水样(超纯水，y1120223012)，同时取2 份相同的样品消解，其中一份消解定容后加显色剂，另一份定容后加入3mL 的浊度-色度补偿液。测定后，将水样的吸光度减去空白样的吸光度，再进行浓度计算［7］，结果如表3 所示。

表3 浊度-色度补偿前后测定吸光值的比较

如果水样消解后只有浊度的影响，也可以采用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。过滤法［8］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。采用3种不同浓度的标准溶液进行试验，显色前过滤测值略低于真值，但相对误差较小，均低于±5%;显色后过滤测值相对误差较大，均高于50%(见表4)，不符合实验室质量控制要求。造成显色后过滤误差较大的主要原因是滤纸对最终显色的磷目蓝吸附较强，导致结果偏低，因此过滤只能在显色之前操作。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值。

表4 显色前后过滤测定结果的比较

3.6 其他物质的干扰

在实际水样中，除了磷之外还有很多其他的离子，而这些离子的含量会对总磷测定结果产生影响。如果砷大于2mg/L，用硫代硫酸钠去除［9］;铬大于50mg/L，用亚硫酸钠去除;硫化物大于2mg/L，通氮气去除。在总磷含量比较低时，硫化物对结果的影响不明显，但当总磷的含量大于0.2mg/L 时，硫化物的含量会影响总磷的吸光度，所以在测定总磷之前，应该先测定硫化物，如果硫化物的含量大于2mg/L 时要通氮气去除硫化物。分别取不同浓度的磷标准使用液(0.05mg/L，0.25mg/L，0.45mg/L)加入不同浓度的硫化物，测定吸光度，判断其影响。硫化物对总磷的影响的吸光值见表5。

表5 硫化物对总磷的影响数据表

3.7 水样的测定和加标回收实验

不同来源的水样加标回收实验结果数据如表6 所示。

表6 水样加标回收实验结果

由表6 可知，实验测得加标回收率在96.28%～103.03%之间，回收率比较理想，说明该分析方法实验结果可靠。

4 结论

(1)通过正交实验结果表明，影响总磷测定的最大因素是消解液的量，其次是显色时间，显色温度和水样的pH 值;最佳实验条件是:pH=7，消解液的量为4mL，显色温度为25℃，显色时间为15min;在最优的实验条件下，该方法的标准曲线y=0.0296x+0.0012，相关系数是R2=0.9998。

(2)浊度-色度补偿实验表明，水样消解后如果出现浑浊或者有颜色或者二者兼有，会对实验的测定结果造成较大的影响，所以，在实验过程中要注意观察消解后水样的情况。如果出现上述的情况必须进行浊度-色度补偿。

(3)水样的测定和加标回收实验表明，实验测得加标回收率在96.28%～103.03%之间，回收率比较理想，说明该分析方法实验结果可靠。

［1］陈安忠，李勇.总磷监测评述［J］.教育经济研究，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.地表水和污水监测技术规范［S］

［4］国家环境保护局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法［M］.北京:中国环境科学出版社，2002.

［5］蔡秀萍.分光光度法测定水中总磷的若干影响因素［J］.江苏农业科学，2011，39(04):436-438

［6］BG11893-89.水质总磷的测定钼酸铵分光光度法［S］.

［7］李云.钼酸铵分光光度法测定总磷的有关问题探讨［J］.仪器仪表与分析监测，2006，(04):40-44

［8］李小如，王学俭.测定地表水中总磷时去除浊度干扰的方法比较［J］.环境监测管理与技术，2006(6):50.

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