钼酸铵分光光度法测定水中总磷的影响因素研究

林剑伟

（莆田市环境监测站，福建 莆田 351100）

改革开放以来，我国经济发展迅速，同时生态环境污染事件频繁发生。磷是生物生长和发育必不可少的元素之一，但水环境的磷含量不断累积，会造成藻类植物过度生长繁殖，引发水体富营养化，严重时会出现水华、赤潮等现象。总磷（TP）是水样消解后将各种形态的磷都转换成正磷酸盐的测定结果，以每升水样含磷的毫克数计量。因此，如何快速有效地测定出水中总磷浓度是了解水体富营养化水平的关键。根据《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB 11893—1989），本文采用钼酸铵分光光度法测定水中总磷，通过改变过硫酸钾添加量、消解时间、显色温度以及显色时间对该方法进行优化，实现水中总磷的快速测定。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究以总磷的低、中、高浓度标准样品及东圳水库水样作为试验材料，采用钼酸铵分光光度法对水中总磷进行测定。

1.2 正交试验设计

选取5 个会对测定结果产生影响的因素（硫酸钾添加量、消解时间、显色温度、显色时间和空列），每个因素取4 个水平，建立五因素四水平的L(4)正交模型，分别对低浓度、中浓度、高浓度的标准样品进行测定，正交试验设计如表1所示。本研究采用标准样品作为试验材料，无其他因素干扰，所以可直接采用吸光度作为评判标准，再对正交试验中的各个因素进行单独分析，选出最优条件。

表1 正交试验设计

2 结果与分析

2.1 正交试验结果及最优条件选择

2.1.1 过硫酸钾添加量对测定结果的影响

添加不同数量的过硫酸钾对样品进行消解，会对测定结果产生一定的影响。结果表明，随着过硫酸钾的增加，分别测定低、中、高浓度样品时，吸光度均先增大后减小，如图1所示。当添加4 mL 过硫酸钾溶液时，水中的磷与过硫酸钾完全反应，使吸光度达到最大值。因此，测定水中总磷时只需要加入4 mL过硫酸钾溶液即可消解完全，过硫酸钾添加量不足或者过量，会出现反应不完全或多余过硫酸钾干扰测定的现象，导致测定结果偏低。

图1 不同过硫酸钾添加量对低、中、高浓度样品测定结果的影响

2.1.2 消解时间对测定结果的影响

消解时间长短会对测定结果产生一定的影响，如图2所示。结果表明，随着消解时间的增长，测定低浓度样品时，吸光度先趋于平稳而后减小；测定中浓度样品时，吸光度先增加再趋于平稳最后减小；测定高浓度样品时，吸光度先增加到一个峰值后减小。测定低浓度样品时，消解时间为15～30 min 的吸光度稳定在最大值，再继续消解，吸光度反而减小。测定中浓度样品时，当消解时间为15～30 min 时，吸光度一直增大；到45 min 时，吸光度趋于平稳；再继续消解，吸光度反而减小。测定高浓度样品时，消解时间为30 min 时，吸光度达到最大值；再继续消解，吸光度反而减小。因此，测定水中总磷时只需要经过30 min 即可消解完全，过长的消解时间反而不利于样品的稳定。

图2 不同消解时间对低、中、高浓度样品测定结果的影响

2.1.3 显色温度对测定结果的影响

在不同的温度下进行显色反应，会对测定结果产生一定的影响。结果表明，随着显色温度的上升，测定低浓度样品时，吸光度先上升达到峰值后减小；测定中、高浓度样品时，吸光度均先上升到达峰值再趋于平稳而后减小。测定低浓度样品时，低温时显色缓慢，在25 ℃时完全显色，达到峰值；而测定中、高浓度样品时，在15 ℃时即可完全显色，达到峰值，在15～25 ℃下，显色趋于平稳，显色温度再升高时，吸光度反而减小。因此，测定水中总磷时在25 ℃下即可显色完全，过高或者过低的温度反而不利于样品的显色反应，测定结果偏低。

2.1.4 显色时间对测定结果的影响

显色时间长短会对测定结果产生一定的影响。结果表明，随着显色时间的增长，分别测定低、中、高浓度样品时，吸光度均先增大后又减小。分别测定低、中、高浓度样品，显色时间为15 min 时，三者均能完全显色，吸光度达到峰值；再继续显色下去，吸光度反而呈现下降趋势。因此，测定水中总磷时显色反应15 min 即可显色完全。

2.1.5 最优条件

综合以上结果分析可得，选择4 mL 的过硫酸钾添加量、30 min 的消解时间、25 ℃的显色温度和15 min 的显色时间作为最优条件，均可满足不同浓度的水中总磷的测定。

2.2 质控分析

选择以上最优条件，按照《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB 11893—1989）的步骤绘制工作曲线，并进行方法检出限、精密度和准确度等质控分析。首先，配制浓度0.04 mg/L 的总磷溶液，进行7 次平行测定，求得检出限，7 次平行测定值分别为0.038 mg/L、0.042 mg/L、0.039 mg/L、0.043 mg/L、0.042 mg/L、0.042 mg/L 和0.039 mg/L，检出限为0.006 2 mg/L；取浓度0.348±0.015 mg/L 的总磷标样，进行7 次平行测定，求得精密度，7 次平行测定值分别为0.344 mg/L、0.342 mg/L、0.345 mg/L、0.346 mg/L、0.342 mg/L、0.344 mg/L 和0.345 mg/L，精密度为0.4%；取浓度0.223±0.013 mg/L 的总磷标样，对东圳水库水样进行加标，加标量为27.9 μg，分别测定3 次取均值，求得加标回收率，结果如表2所示，加标回收率为97.4%。

表2 加标回收分析

在最优条件下，绘制的工作曲线为=0.031 9-0.003 2（为吸光度，为磷含量），相关系数为0.999 8，吸光度与磷含量成正比，符合试验要求。总磷检出限为0.006 2 mg/L，低于《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB 11893—1989）的限值（0.01 mg/L）；精密度为0.4%，低于水质监测实验室质量控制指标（25%），精密度良好，满足质控要求；总磷加标回收率为97.4%，低于水质监测实验室质量控制指标（85%～115%），准确度良好，满足质控要求。

3 结论

水中总磷的测定有多种方法，其中，钼酸铵分光光度法具有价格低廉、操作简单、使用方便等优点，应用最为广泛。在测定过程中，应充分考虑影响测定结果的各个因素，以正交试验为基础，利用低、中、高浓度的标准样品，分析过硫酸钾添加量、消解时间、显色温度和显色时间等因素对测定结果的影响。研究结果表明，添加4 mL 过硫酸钾溶液消解样品30 min，并在25 ℃温度下显色15 min 为最优条件，能满足水中不同浓度总磷的测定要求。质控分析表明，在最优条件下，该方法检出限为0.006 2 mg/L，精密度为0.4%，准确度为97.4%，均符合水质监测质量控制指标体系的国家测定要求，该方法可作为水中总磷的测定方法。