微顺序注射-分光光度法快速测定海水中总磷

王中荣， 刘宝友， 魏福祥*， 何 礼

(河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018)

磷是海洋生态系统中重要的生源要素，它参与和控制了发生在生物圈中的许多生物地球化学循环过程。研究表明，磷是造成水体富营养化的重要元素之一[1 - 4]。当海洋水体中磷含量过高时，会造成藻类过度繁殖，导致赤潮等生态问题，因此准确测定海水中总磷含量对于海洋赤潮灾害预警，以及保护海洋生态环境意义重大[5]。目前，海水中总磷测定的国家标准方法为磷钼蓝分光光度法，该方法由于测定过程繁琐无法满足总磷现场在线测定的要求。因此，如何对总磷测定方法进行改进以实现在线测定对于海洋水体中总磷实时监测有着重要的意义[6]。

微顺序注射-阀上实验室(MicroSIA Lab-on-valve，μSIA-LOV)属于第三代流动注射分析技术[7]。在μSIA-LOV分析系统中，所有的单元操作，如样品稀释、试剂试样的加入混合等均在计算机控制下自动连续进行，使得整个测定过程更加快速、高效。该技术试剂溶液消耗量为微升级，适用于长时间连续在线监测[8]。本实验将磷钼蓝分光光度法与μSIA-LOV结合，以光纤作为传导介质，将微顺序注射分析仪八通道流通阀、光纤光谱仪、可见光光源连接，用计算机控制，实现样品在线监测。用建立的方法测定了秦皇岛黄金海岸表层海水样品中总磷，结果与国家标准方法[9]对照，无显著性差异。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

FIA-3500微量顺序注射仪(美国，FIAlab Instruments公司)；USB-4000微型光纤光谱仪、HL-2000可见光光源、光纤(1.2 m×0.76 mm)，均为美国Ocean Optics公司产品；实验流路连接管道为PTFE(0.76 mm i.d.)；紫外微波双重消解系统(自主研发)。实验采用安装有FIAlab for Windows软件的笔记本电脑对微量注射仪和微型光纤光谱仪进行控制。

磷酸二氢钾(优级纯)标准溶液。显色剂：显色剂R1：称取3 g钼酸铵溶于水中，加入0.07 g酒石酸锑钾和60 mL硫酸(1+6)，冷却至室温后转移至100 mL棕色容量瓶定容混匀；显色剂R2：称取5.0 g抗坏血酸溶于水中，转移至100 mL棕色容量瓶中定容混匀。氧化剂：5 g/L过硫酸钾溶液。人工海水：采用Kester的人工海水配方[10],此海水盐度为35。0.2 mg/L和1 mg/L的人工海水样品：用磷酸二氢钾标准溶液配制，以盐度为35的人工海水为溶剂。其中实验参数优化采用的是1 mg/L人工海水样品，真实海水样品为采自秦皇岛北戴河和黄金海岸的表层海水。实验用水为高纯水。

1.2 实验方法

图1 实验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of the experimental apparatus 1.Waste；2.Flowcell；3.Reagent A；4.4-notused；5.Sample；6.6-notused；7.7-notused；8.8-notused.

实验流路如图1所示。以高纯水为载液，在注射泵的驱动下，首先由多通道流通阀的2号口吸入适量的载液，再通过注射泵和多通道转换阀的作用，1号口以40 μL/s的速度吸取显色剂R2到贮存管，5号口以40 μL/s的速度吸取经消解系统消解[11]后的样品到贮存管、3号口以40 μL/s的速度吸取显色剂R1到贮存管，在注射泵的驱动下，被吸入贮存管中的载液推动试剂和样品迅速混合，形成混合区带，停留一段时间使其充分反应，然后再反向以50 μL/s的流速将混合区带从连接有光纤的Z型流通池(Z-Flow cell)流出，通过光纤光谱仪读取710 nm波长处反应后溶液的吸光度。每次测定结束后，用水以150 μL/s流速冲洗整个流路。整个操作过程均由FIAlab软件自动控制。

2 结果与讨论

2.1 实验参数的优化

2.1.1显色剂与样品体积优化实验在两种显色剂体积相同的条件下进行，在保持其它参数不变的情况下，考察显色剂体积由40～140 μL变化时吸光度的变化情况，结果见图2。当吸入显色剂体积小于60 μL时，吸光度随着显色剂体积增大而增大，这是由于随着显色剂体积增加，贮存管中显色剂和样品反应逐渐完全；当显色剂体积在60～120 μL时吸光度基本趋于稳定；而当显色剂体积大于120 μL时，由于吸入显色剂体积过大，造成了贮存管中混合区带过长，在推送到检测器的过程中磷钼蓝颜色被载液稀释，因此吸光度降低。最终选取120 μL作为显色剂最佳体积。

实验采用显色剂在两头、样品在中间的进样顺序。在保持其它参数不变的情况下，考察了样品体积由0～140 μL变化时吸光度的变化情况，结果如图3所示。随着样品体积增加，吸光度逐渐升高，当加入样品体积大于100 μL时，吸光度增加速率减小，这可能是由于加入样品体积过大，导致贮存管中显色剂和样品的混合不充分所致。最终，选取100 μL作为最佳样品体积。

图2 显色剂体积对吸光度的影响Fig.2 Effect of color reagent volume on absorbance

图3 样品体积对吸光度的影响Fig.3 Effect of sample volume on absorbance

2.1.2显色时间优化实验考察了显色时间在0～300 s时吸光度的变化情况，如图4所示。随着显色时间的增加，显色剂和样品反应逐渐完全，吸光度逐渐增大，当显色时间大于240 s时，吸光度增大速率减小，此时显色剂和样品已基本反应完全。实验最终选取240 s作为最佳显色时间。

2.1.3推送速度优化实验在保持其它参数不变的情况下，考察了推送速度在10～100 μL/s时吸光度的变化情况，如图5所示。当推送速度小于50 μL/s时，随着推送速度的增大，吸光度逐渐增加，这是由于随着推送速度增大，贮存管中混合区带的混合程度逐渐完全；当推送速度大于50 μL/s时，由于混合区带在贮存管中停留时间过短，使得混合区带反应不完全，因此吸光度逐渐降低，最终选取50 μL/s作为最佳推送速度。

图4 显色时间对吸光度的影响Fig.4 Effect of color rendering time on absorbance

图5 推送速度对吸光度的影响Fig.5 Effect of flow rate on absorbance

2.2 干扰实验

2.2.2盐度的干扰以NaCl配制盐度为25、30、35、40的溶液，以此溶液定容配制标准系列，做标准曲线，结果显示不同盐度标准曲线都有很好的线性关系，盐度越大，折光效应越大，因此测定同一浓度水样吸光度越大。海水盐度一般在25～40之间，本文选用盐度为35人工海水绘制标准曲线。

2.3 工作曲线、方法重复性和检出限

在最佳实验条件下，吸光度与磷酸盐浓度成正比，线性范围为0.009～1 mg/L时，工作曲线回归方程为:A=0.0448c+0.0064，相关系数r=0.9995。

连续测定磷酸盐浓度为0.2 mg/L的人工海水样品，相对标准偏差(RSD)为2.4%(n=11)，说明本方法重复性良好，精密度高。对除磷后的空白海水连续测定11次，得吸光度的标准偏差(SD)，以3倍空白的标准偏差除以工作曲线斜率(3 SD/k)，得本方法的检出限为0.003 mg/L。

2.4 基底加标回收率

以采自秦皇岛北戴河的表层海水水样为基底(测量值为0.059 mg/L)，加入不同量的磷酸盐标准溶液，在优化好的实验条件下测得加标回收率，回收率在94.4%～95.7%之间，表明该方法准确度良好。

2.5 与磷钼蓝标准测定方法(GB/T 12763.4-2007)的比较

采用本文方法与国家标准方法中的磷钼蓝法，测定采自秦皇岛黄金海岸的海水水样，测定结果见表1。结果表明，本方法用于测定海水，当置信度为95%时，与标准方法得到的结果无显著性差异。

表1 两种测试方法的结果比较

3 结论

利用微顺序注射-阀上实验室(μSIA-LOV),结合磷钼蓝分光光度法测定海水中总磷。方法以紫外微波双重消解系统对样品进行消解,在LOV模块上以分光光度测定模式对消解后样品进行显色测定,简化了操作步骤,每一步操作采用程序化控制,提高了实验的准确度和重现性,且整个系统微升级的进样量大大降低了试剂和样品的消耗。方法实现了海水样品的在线监测。