水中总磷快速测定的微型环境监测实验

周永莉，王琳玲，杨 海，梁向辉，陆晓华

（华中科技大学 环境科学与工程学院，湖北 武汉 430074）

水体中过量总磷是造成湖泊富营养化、海湾赤潮等环境问题的主要原因之一，因而总磷是环境水质监测中极为重要的常规监测指标。目前，GB 11893—89中采用钼酸铵分光光度法对水中总磷进行检测［1］，试剂用量较大，操作较为繁琐。近年来，随着对现场实时环境监测的需求量日益增多，市场上已出现微型化多功能的快速检测设备，新的测定方法不断出现［2－9］，除了分光光度法 ，还有人采用流动注射分析法［10－11］、等离子发射光谱法［12］、离子色谱法［13］等测定总磷。

环境监测实验是国内外环境类专业本科生的重要专业课，其中水中总磷的测定实验是大多数院校必开的实验项目之一。但目前的传统实验方法大多按照GB 11893—89采用分光光度计、电热板等大装置和较大器皿，试剂成本高，实验学时较长。为了更新本科生环境监测实验教学内容，提高实验教学质量，将实验教学与科研和实际应用紧密结合，设计了水中总磷快速测定的微型环境监测实验。课题组在我校环境科学研究所研发的多功能微型环境监测仪及亚临界水快速预处理装置的基础上，对仪器功能进行了改进和完善，以满足本科实验教学的要求；同时设计了新的实验方法，让学生在掌握基本实验原理和操作方法的基础上，了解现代环境监测的发展趋势，增强环境保护意识，提高科学研究的热情和能力。

1 实验方法

富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。水体富营养化后，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常水平。

许多参数可作为水体富营养化的指标，常用的是总磷、总氮、叶绿素－a含量和初级生产率等。本实验通过测定天然水体中的总磷，来判断水体的富营养化程度（见表1）。

表1 总磷与水体富营养化程度的关系

总磷的测定采用高温高压快速消解和钼酸铵分光光度法测定。地面水和各种污水等水样在中性条件下，加入一定量的过硫酸钾为氧化剂，采用“亚临界水快速预处理装置”进行高温高压消解，将各种形态的磷转化为正磷酸盐，随后在酸性条件下用钼酸铵和酒石酸锑氧钾与之反应，生成磷钼锑杂多酸，再用抗坏血酸把它还原为深色钼蓝，然后采用多功能微型环境监测仪在700nm单色光源下测定其吸光度，检测范围为0.05～1.5mg／L。

2 仪器和试剂

仪器：多功能微型环境监测仪（教学专用），自制亚临界水快速预处理装置。

试剂：浓硫酸、抗坏血酸、过硫酸钾、酒石酸锑氧钾、钼酸铵和磷酸二氢钾均为分析纯。钼酸盐混合显色剂配制：分别称取0.21g固体酒石酸锑氧钾（K（SbO）C4H4O6·1／2H2O）和7.8g钼酸铵（（NH4）6Mo7O24·4H2O），全部溶解于100mL、体积分数为50%的硫酸溶液中。

水样：喻家湖水样。

3 实验

3.1 样品预处理

水样预处理：打开亚临界水快速消解仪电源，调节温度至165℃，开始预热；取3支干净的消解瓶，分别加入10.0mL水样（浓度高于测定上限进行适当稀释），再分别加入过硫酸钾固体粉末60mg，拧紧瓶盖，摇匀；当消解仪加热到指定温度（165℃）时，将装好样品的消解瓶摇匀后放入消解仪中，开始计时，消解30 min；30min消解完成后，马上取出所有消解瓶，放置于通风处，冷却至室温。

空白样预处理：另取3支干净的消解瓶，分别加入10.0mL蒸馏水，按水样的预处理完全相同的操作进行消解。

3.2 标准曲线的绘制

采用逐级稀释法，用磷酸二氢钾配制磷的质量浓度分别为0.00、0.10、0.25、0.50、0.75、1.00mg／L 的标准溶液10mL，分别加入35mg抗坏血酸，用力摇振，使固体完全溶解；约30s后，再滴加5滴钼酸盐混合显色剂，摇匀；显色10～15min后，采用10mm比色皿，以零浓度溶液为参比，用多功能微型环境监测仪总磷测定通道（波长为700nm）测定吸光度值；根据吸光度与标准溶液浓度的关系，绘制标准曲线。

3.3 样品分析

样品的测量：待消解后的水样及空白样冷却后，分别加入35mg抗坏血酸，用力摇振，使固体完全溶解；约30s后，再滴加5滴钼酸盐混合显色剂，摇匀，显色10～15min后，采用10mm比色皿，放入总磷测定通道测定吸光度值；将扣除空白样吸光度值后的差值代入标准曲线拟合公式计算待测水样的浓度。

如试样中含有浊度或色度时，需配制一个浊度空白样，即将水样消解预处理后，再加入5滴浊度色度补偿液，然后从水样显色测定后的吸光度中扣除浊度空白试样的吸光度。

4 结果

实验教学中，我们安排学生在学校附近的喻家湖进行现场采样，水样冷藏运输并送回实验室保存，在24h内完成总磷的测定。学生根据水样的实际情况设计测定湖水总磷，根据结果决定稀释倍数，配制标准溶液，绘制标准曲线，并完成水样的测定和计算，评价水体富营养化程度，完成实验报告。标准曲线和喻家湖水样的实验数据及结果计算分别见表2和表3。拟合得到标准曲线公式为y＝0.463x＋0.010，相关系数R＝0.997。

表2 总磷快速测定的标准曲线

表3 喻家湖样水总磷快速测定的实验数据及结果

5 结论

将现代环境监测领域应用广泛的快速检测仪器装置和检测技术引入实验教学中，有以下好处：

（1）对现有仪器的功能进行了改进和完善，研究开发了适合于本科教学的实验方法，形成一套多功能微型化环境监测实验教学平台。此改革促进了教学与科研实践的融合，同时提高了学生的专业热情。

（2）学生通过现场采样、实验室分析检测位于学校附近的喻家湖水样，完成样品消解预处理、显色及使用快速检测仪测定的全过程操作，掌握了水样消解及光度法分析的原理和基本技能，熟悉了环境监测流程，增强了环境保护意识。

（3）通过设计实验、实际操作、数据处理及问题分析等训练，大大提高了学生的科研热情和创新能力。

（4）与传统实验方法相比，降低了实验成本，实验试剂成本仅为1／5，丰富了实验教学内容。采用专用样品预处理装置，实验安全性加强，实验时间也有所减少，符合现代教育改革的发展趋势。

（References）

［1］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：中国环境出版社，2002.

［2］周灵辉.COD快速测定仪分析水和废水中总磷［J］.甘肃环境研究与检测，2002（3）：182－183.

［3］张丰如.氮、磷快速连续测定方法的研究［D］.广州：广东工业大学，2005.

［4］林曼斌，蔡玉萍.微波消解法快速测定废水中的总磷［J］.化工时刊，2005，19（9）：39－41.

［5］崔建升，张英仙，霍越晖，等.小样品量比色管过硫酸钾消解法测定总磷的研究［J］.河北科技大学学报，2007，28（2）：126－129.

［6］陈国松，杨瑾.TiO2光催化氧化：分光光度法测定总磷的研究［J］.分析试验室，2008，27（2）：19－21.

［7］王伯光，吴嘉，刘慧璇，等.水质总磷总氮在线自动监测技术的研究［J］.环境科学与技术，2008，31（3）：59－63.

［8］杨传孝，孙向英，刘斌，等.数码成像比色法测定水样中的总磷［J］.分析化学研究简报，2007，35（6）：850－853.

［9］吴春妍.水质总磷的现场应急监测［J］.环境科学导刊，2011，30（6）：87－88.

［10］苏苓，张海涛，王庆霞，等.微波联合消解流动注射光度法测定水中总氮和总磷［J］.环境监测管理与技术，2007，19（1）：25－27.

［11］徐益，赵辰.流动注射光度法测定水中总磷量［J］.理化检验：化学分册，2011（47）：799－801.

［12］游宗保.ICP－AES直接测定水中的总磷［J］.环境化学，2008，27（1）：125－126.

［13］刁小冬，黄桂荣，何阳.离子色谱法同时测定水中总氮和总磷［J］.化工环保，2012，32（3）：291－294.