連續流動注射間接測定空氣中的五氧化二磷

代 佼，夏 勇，廖德兵，王小將，陳美芳

攀枝花市環境監測站，四川 攀枝花 617000

連續流動注射間接測定空氣中的五氧化二磷

代 佼，夏 勇，廖德兵，王小將，陳美芳

攀枝花市環境監測站，四川 攀枝花 617000

建立連續流動注射間接測定空氣中五氧化二磷的方法。空氣中的五氧化二磷用過氯乙烯濾膜或濾筒采樣，加入去離子水反應生成正磷酸，過濾、洗滌、定容后運用連續流動注射儀進行測定。優化了抗壞血酸濃度、硫酸濃度、鉬酸鹽濃度以及恒溫室溫度等影響顯色的因素。最佳條件下，實際樣品五氧化二磷加標回收率為96.0%～102%，相對標準偏差在4%以下；采樣體積為300 L時，方法檢出限為0.001 6 mg/m3。t檢驗結果表明，所建方法與現行國標法的測定結果無顯著性差異。方法分析速度快、重現性好、靈敏度高，適用于空氣中五氧化二磷的測定。

空氣；五氧化二磷；連續流動注射分析

五氧化二磷具有優良的親水性和吸濕性，常作為脫水劑或干燥劑被廣泛用于醫藥、化工、食品、印染等行業。空氣中的五氧化二磷以粉塵或氣溶膠形態進入人體，嚴重刺激人體呼吸系統引起呼吸衰竭。此外,五氧化二磷極易溶于水生成磷酸,并隨降雨進入水體造成水體污染。我國是黃磷生產和使用大國，但因黃磷尾氣處理和循環利用技術滯后的影響，極易造成五氧化二磷污染環境。我國的《黃磷工業污染物排放標準》(征求意見稿)規定現有和新建企業邊界五氧化二磷質量濃度均不得超過0.02 mg/m3。

空氣中五氧化二磷主要采用濾膜[1]或吸收液[2]采樣，將之轉化成正磷酸鹽后進行測定，檢測方法主要有分光光度法[3]和離子色譜法[4]。分光光度法是測定磷酸鹽的經典方法，已被我國列為環境空氣五氧化二磷分析的標準方法，但該法手工操作煩瑣、分析速度慢、不適用于大批量樣品分析。連續流動注射技術[5]以其分析速度快、自動化程度高的優點，已經廣泛應用于水、食品、土壤中總磷[6-10]以及總氮[11]的測定。該文在流動注射測定總磷方法的基礎上，試樣不經過硫酸鉀消解，通過測定磷酸鹽間接測定了環境空氣中的五氧化二磷。研究了抗環血酸濃度、硫酸濃度、鉬酸鹽濃度、恒溫室溫度等因素對分析結果的影響。最佳分析條件下，采樣體積為300 L時，五氧化二磷的檢出限為0.001 6 mg/m3。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

FIA6000+型連續流動注射分析儀(北京)；超聲波清洗器(昆山)；2 100型可見分光光度計(上海)；萬分之一天平(上海)。

磷酸鹽標準儲備液(質量濃度為500 mg/L，購自環境保護部標準樣品研究所，批號102811)。

磷標準使用液：用去離子水將磷酸鹽標準儲備液稀釋成10.0 mg/L的磷標準使用液。

鉬酸銨儲備液(40 g/L)：溶解40.0 g分析純四水鉬酸銨并定容至1 L，避光冷藏于塑料瓶中。

酒石酸銻鉀儲備液(3 g/L)：溶解3.0 g分析純酒石酸銻鉀并定容至1 L，避光冷藏于塑料瓶中。

鉬酸鹽顯色劑(8 g/L)：量取200 mL鉬酸銨儲備液和67 mL酒石酸銻鉀儲備液混合，再加入85 g優級純氫氧化鈉，冷卻至室溫后定容至1 L。

抗壞血酸還原劑(50 g/L)：溶解50.0 g優級純抗壞血酸并定容至1 L。

硫酸水溶液(體積分數10%)：將100 mL分析純濃硫酸攪拌條件下緩緩加入500 mL去離子水中，冷卻至室溫后定容至1 L。

載流為去離子水。所有溶液用前超聲脫氣。

1.2 方法原理及儀器參數

該法以流動注射測定總磷方法為基礎，試樣不經過硫酸鉀消解，通過測定磷酸鹽間接測定環境空氣中五氧化二磷。用過氯乙烯濾膜或者濾筒采集空氣中的五氧化二磷，加水與五氧化二磷反應生成正磷酸，在酸性介質中有銻鹽存在的情況下，正磷酸與鉬酸銨反應生成磷鉬雜多酸，被抗壞血酸還原成藍色的絡合物，用流動注射儀于880 nm處測定其吸光度，可計算出磷酸鹽的濃度，進而間接測定環境空氣中五氧化二磷含量。儀器流路圖見圖1。儀器參數設置：恒溫室110 ℃，流通池1 cm，檢測波長880 nm,泵速35 r/min,紫外燈關閉。

圖1 儀器流路圖

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品采集與保存

按照文獻[3]采集樣品，采樣時將濾膜安裝到顆粒物采樣器的濾膜夾內，以100 L/min流量采樣60 min，并記錄采樣條件，采樣后將濾膜用干凈的鑷子取出，疊放在樣品盒中帶回實驗室。所有與實驗相關的玻璃器皿均使用濃鹽酸與水體積比為1∶5的鹽酸水溶液浸泡24 h，再用去離子水沖洗干凈。

1.3.2 試樣的制備

用潔凈的鑷子將濾膜從樣品盒中取出，置于50 mL燒杯中，加入10 mL去離子水，加入1.0 mL 5 mol/L的稀硫酸溶液，攪動并超聲提取15 min以上，用濾紙過濾樣品于50 mL容量瓶中，用約20 mL去離子水洗滌燒杯及濾渣，洗滌液合并定容至刻度線。同時取同批號的空白濾膜按同樣的操作制備空白試樣。

1.3.3 結果計算

空氣中五氧化二磷濃度由下列公式計算：

式中：ρ(P2O5)為空氣中五氧化二磷的質量濃度μg/m3；ρ為由標準曲線查得的樣品濾膜上磷的質量濃度，mg/L；ρ0為由標準曲線查得的空白濾膜上磷的質量濃度mg/L；v為試樣定容體積,mL；vn為標準狀態下采樣的體積，m3；2.29為磷與五氧化二磷的換算系數。

2 結果與討論

2.1 抗壞血酸濃度的選擇

考察了不同抗壞血酸質量濃度對磷質量濃度為0.02、0.20、1.0、2.0 mg/L的標準液響應信號的影響，結果見圖2。當抗壞血酸質量濃度分別達10、20、25、30 g/L時，磷質量濃度為0.02、0.20、1.0、2.0 mg/L的標準液響應信號分別達到最大值，進一步增大抗壞血酸質量濃度至100 g/L，4種濃度下的磷標準液響應信號變化不明顯。抗壞血酸還原磷鉬雜多酸形成藍色絡合物，濃度太低時還原不完全，當濃度達到一定值時還原作用已完成，進一步增大抗壞血酸濃度差異性不大，這與楊東靜等[12]的研究結論一致。選擇稍過量的抗壞血酸(質量濃度為50 g/L)作為還原劑，足以將質量濃度為0.02～2.0 mg/L(該法的線性范圍)的磷與鉬酸銨反應生成的磷鉬雜多酸充分還原為藍色的絡合物。

圖2 抗壞血酸質量濃度對目標物響應信號的影響

2.2 硫酸濃度的影響

硫酸濃度是顯色的關鍵參數之一。張輝等[13]曾研究了鉬銻抗比色法測磷的最佳顯色條件，結果表明,磷鉬藍在0.40～0.55 mol/L(1/2H2SO4)酸度條件下顯色完全且穩定，酸度過低和過高都將影響顯色效果。本實驗考察了不同體積分數的硫酸溶液對磷質量濃度為1.50 mg/L的標準液以及濃度接近于標準液的實際樣品響應信號的影響，結果見圖3。從圖3可見，硫酸體積分數為0.5%～15%時，隨著體積分數的增大，目標物響應信號顯著增加，但超過一定值后響應信號逐漸減弱，體積分數為10%的硫酸水溶液使正磷酸與鉬酸銨反應過程處于最佳pH范圍，顯色反應完全且穩定。

圖3 硫酸體積分數對目標物響應信號的影響

2.3 鉬酸鹽顯色劑濃度的影響

隨著鉬酸銨濃度的增大，響應信號逐漸增加，但儀器噪聲信號也隨之顯著增加，為此比較了不同鉬酸銨濃度對磷質量濃度為0.02、0.20、1.0、2.0 mg/L的標準液信噪比的影響，結果見圖4。鉬酸銨質量濃度為0.4～36 g/L時，逐漸加大鉬酸銨的濃度，4種濃度下的磷標準液的信噪比均同時呈現先增后減的趨勢，且當鉬酸銨質量濃度為8 g/L時均能獲得較高的信噪比。因此，選擇鉬酸銨質量濃度為8 g/L。

圖4 鉬酸銨濃度對目標物信噪比的影響

2.4 恒溫室溫度的確定

儀器的管路內徑、管路長度均是固定的，泵速恒定時顯色時間也是一定的。因此，顯色溫度成為顯色反應的可變參數之一。所用儀器恒溫室最大耐受溫度為125 ℃，為此，在20～ 125 ℃之間考察了恒溫室溫度對目標物響應信號的影響，結果見圖5。從圖5所示，磷質量濃度為1.50 mg/L的標準液以及濃度接近于標準液的實際樣品的響應信號均隨溫度的升高而升高，當溫度為110 ℃時，樣品已經被加熱到沸點，繼續升高溫度時響應信號提高不明顯。綜合考慮，顯色溫度以及儀器安全性，確定恒溫室溫度為110 ℃。

圖5 恒溫室溫度對目標物響應信號的影響

2.5 工作曲線及方法檢出限

采用外標法進行定量分析。取若干100 mL容量瓶，瓶中先加入1 mL 5 mol/L的稀硫酸溶液，然后用去離子水將磷酸鹽標準使用液稀釋配制成磷質量濃度為0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00 mg/L的標準系列，在最佳工作條件下進行測定，以響應信號的峰面積對質量濃度繪制標準曲線,結果表明在0.02～2.00 mg/L范圍內線性良好(相關系數0.999 5)與線性方程為y=46.462x-1.562 3。按照《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168—2010)中的方法和要求計算檢出限。配制磷質量濃度為0.02 mg/L的空白加標樣品7份，按實驗方法測定，測定結果的標準偏差(S)為0.0664，根據公式MDL=S×t(n-1,0. 99)計算出方法檢出限為4.2×10-3mg/L(以磷計)，換算成五氧化二磷的檢出限為9.6×10-3mg/L。采樣體積為300 L時，五氧化二磷檢出限為0.001 6 mg/m3，低于《環境空氣 五氧化二磷的測定 抗壞血酸還原-鉬藍分光光度法(暫行)》(HJ 546—2009)中的檢出限。

2.6 精密度和準確度

采用實際樣品加標進行方法精密度和準確度評價。加標量設置為1.00、20.0、50.0 μg 3個級別，按實驗方法對3個樣品及其加標樣品平行測定7次，結果見表1。五氧化二磷加標回收率為96.0%～102%，相對標準偏差為0.5%～3.7%。

表1 精密度和準確度(n=7)

2.7 實際樣品分析及方法比對

用建立的方法對某市涉五氧化二磷排放的4個化工企業16份樣品進行分析，同時按照《環境空氣 五氧化二磷的測定抗壞血酸還原-鉬藍分光光度法(暫行)》(HJ 546—2009)進行對比測定，平行測定3次，測定結果見表2。經統計分析(t檢驗)，在95%的置信區間內，計算2種方法測定結果間的相關系數為0.996，t=1.234，P=0.236，查t檢驗臨界值分布表可知，t0.05，2種方法的測定結果無顯著性差異。

表2 試樣分析與國標法比對結果

3 結論

在連續流動注射測定總磷方法的基礎上，建立了連續流動注射間接測定空氣中五氧化二磷的方法。標準狀態下采樣體積為300 L時，五氧化二磷的檢出限為0.001 6 mg/m3，運用t檢驗證明所建方法與國標法對同一實際樣品的測定結果無顯著性差異。相對于傳統手工法，所建方法簡捷快速、線性寬、重現性好、靈敏度高、自動化程度高，適用于環境空氣中五氧化二磷的測定。

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Indirect Determination of Phosphorus Pentoxide in Air by Flow Injection Analysis

DAI Jiao， XIA Yong， LIAO Debing， WANG Xiaojiang， CHEN Meifang

Panzhihua Environmental Monitoring Station, Panzhihua 617000, China

A method was established for indirect determination of phosphorus pentoxide in air by flow injection analysis. The phosphorus pentoxide in air was collected by perchlorethylene filter membrane or cartridge, and then reacted with water to produce orthophosphate. The orthophosphate was analyzed by flow injection analysis after filtering, washing and constanting volume. The effects of ascorbic acid concentration, sulfuric acid concentration, molybdate concentration and thermostat temperature on the chromogenic reaction were optimized. Under the optimal conditions, the recovery rate of spiked samples was 96.0%-102% withRSDbelow 4%. The method detection limit was 0.001 6 mg/m3when the sampling volume was 300 L. According to the t test, the present method showed no significant difference compared with national standard method. The present method had advantages of convenience, wide linear range, good reproducibility and high sensitivity, which was suitable for determination of phosphorus pentoxide in air.

air；phosphorus pentoxide； flow lnjection analysis

2015-02-02;

2015-05-20

代 佼(1986-)，男，四川安岳人，碩士，工程師。

夏 勇

X831

A

1002-6002(2016)01- 0123- 05