海水中總磷測(cè)定方法的改進(jìn)研究

殷小琴+張靜波+李冰

摘要：針對(duì)目前海水測(cè)定方法《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范GB17378.4-2007》總磷測(cè)定樣品前處理方法存在的不足，分別用微波消解爐和蒸汽滅菌器進(jìn)行了消解試樣，采用過硫酸鉀-鉬酸銨分光光度法測(cè)定了海水中總磷含量，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：微波消解法比原蒸汽滅菌消解法操作簡便快捷，節(jié)省時(shí)間；準(zhǔn)確度、精密度等均能符合海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范要求，尤其適合進(jìn)行大批量的樣品測(cè)定。

關(guān)鍵詞：海水總磷；消解方法；蒸汽滅菌器；微波消解爐

1 引言

海水中磷是生物生長所必須的營養(yǎng)元素之一，水體中磷含量過高會(huì)造成藻類過度繁殖而使水質(zhì)變壞、水體富營養(yǎng)化，使湖泊發(fā)生富營養(yǎng)化和海灣出現(xiàn)赤潮[1]，因此對(duì)于磷的各種形態(tài)測(cè)定是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要分析項(xiàng)目。目前海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中關(guān)于磷的測(cè)定項(xiàng)目主要有總磷、活性磷酸鹽，其中活性磷酸鹽的測(cè)定方法比較成熟，不再贅述。海水總磷的監(jiān)測(cè)主要按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》GB17378.4-2007[2]規(guī)定進(jìn)行，具體參照《海洋調(diào)查規(guī)范》GB/T12763.4-2007[3]總磷測(cè)定方法。該方法消解時(shí)間長，操作繁瑣，不適合當(dāng)前快速高效、樣品量大的海水總磷監(jiān)測(cè)。該方法將消解器改為微波消解爐，采用過硫酸鉀氧化-鉬酸銨分光光度法測(cè)定海水中總磷含量，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)兩種消解方法結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)原理

海水樣品在酸性和110～120℃條件下用過硫酸鉀氧化，有機(jī)磷化合物被轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷酸鹽，無機(jī)聚合態(tài)磷水解為正磷酸鹽。消化過程產(chǎn)生的游離氯，以抗壞血酸還原。消化后水樣中正磷酸鹽與鉬酸銨形成磷鉬黃。在酒石酸銻鉀存在下，磷鉬黃被抗壞血酸還原，生成藍(lán)色的絡(luò)合物磷鉬藍(lán)，于882nm波長處進(jìn)行分光光度法測(cè)定。

2.2 儀器

試驗(yàn)室常用設(shè)備；TU-1901紫外分光光度計(jì)；CEM MARS微波消解爐（配套聚四氟乙烯密封消解罐）；壓力蒸汽滅菌器；50 mL具塞磨口比色管。

2.3 試劑

過硫酸鉀溶液50 g/L：溶解5 g過硫酸鉀于水中，稀釋至100 mL。抗壞血酸溶液100 g/L：溶解10 g抗壞血酸于水中，稀釋至100 mL。貯于棕色瓶中，用時(shí)現(xiàn)配。鉬酸鹽混合溶液：溶解13 g鉬酸銨于100 mL水中；溶解0.35 g酒石酸銻鉀于100 mL水中；在不斷攪拌下把鉬酸銨溶液緩緩倒入300 mL（1+1）硫酸中，再加入酒石酸銻鉀溶液混合均勻。磷標(biāo)準(zhǔn)貯備液：濃度為100 mg/L （國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心配制）；磷標(biāo)準(zhǔn)使用液10 mg/L：準(zhǔn)確量取0.50 mL磷標(biāo)準(zhǔn)貯備液，稀釋至50 mL；所有實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

2.4 分析步驟

2.4.1 原分析方法

（1）標(biāo)準(zhǔn)工作曲線繪制。

取6只50 mL具塞磨口比色管，分別加入0.00、0.50、1.00、0.5、1.0、2.0 mL磷標(biāo)準(zhǔn)使用液，加水約至25 mL搖勻。

（2）過硫酸鉀消解。

分別向上述6個(gè)試樣中加入2.5 mL過硫酸鉀溶液混勻加蓋后扎緊，放在大燒杯中置于壓力蒸汽滅菌器中加熱，壓力控制在1.1～1.4 kPa，溫度120～124℃，保持30 min，然后停止加熱，自然冷卻至壓力為零后打開放冷，用水稀釋至50 mL刻度線。

（3）向試樣中先后分別加入1 mL抗壞血酸，2 mL鉬酸鹽混合溶液，搖勻。顯色10 min后，在TU-1901紫外分光光度計(jì)上，用10 mm比色皿，以水作參比，882 nm波長下測(cè)量吸光值。

（4）水樣的測(cè)定。

量取25.0 mL海水水樣于50 mL具塞磨口比色管，加入2.5 mL過硫酸鉀溶液加蓋，測(cè)定水樣吸光值，同時(shí)扣除空白試驗(yàn)的吸光值。空白試驗(yàn)用純水代替水樣。

2.4.2 改進(jìn)的分析方法

（1）樣品消解。

量取25 mL水樣，加入4.0 mL過硫酸鉀溶液，輕輕搖動(dòng)消解罐混勻溶液，先蓋上內(nèi)蓋，再外蓋旋緊，把消解罐均勻放在微波消解爐負(fù)載盤周圍，選用800 W功率，溫度110℃，升溫時(shí)間10 min，保持時(shí)間8 min開始消解，消解結(jié)束取出消解罐用水冷卻，然后將消解液轉(zhuǎn)移至50 mL比色管中，用純水洗滌消解罐內(nèi)壁及內(nèi)蓋，洗滌液也轉(zhuǎn)入比色管中，用純水稀釋至50 mL刻度線。空白實(shí)驗(yàn)用純水代替水樣。

（2）分別向每份消解液中加入1 mL抗壞血酸溶液，混勻，30 s后再分別加入2 mL鉬酸鹽混合溶液，混勻。

室溫下顯色5 min后，在TU-1901紫外分光光度計(jì)上，用10 mm比色皿，以水作參比，700 nm波長下測(cè)量吸光值，同時(shí)扣除空白試驗(yàn)的吸光值。

2.5 計(jì)算

總磷含量以C（mg/L）表示，計(jì)算公式為：

C=mv，

式中，m為水樣測(cè)得磷的含量（mg/L）；

v為水樣體積（L）。

3 結(jié)果與討論

3.1 工作曲線繪制

規(guī)范方法中總磷的工作曲線與樣品進(jìn)行相同的預(yù)處理，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，標(biāo)液工作曲線消解與否跟標(biāo)準(zhǔn)曲線相比并無明顯差異（表1），試驗(yàn)結(jié)果表明標(biāo)液消解與否對(duì)曲線無顯著差異，兩者相關(guān)系數(shù)≥0.999，斜率偏差≤2.2%，截距∣a∣≤0.005符合質(zhì)控要求，因此工作曲線可以省去消解步驟，直接使用標(biāo)準(zhǔn)曲線即可。

3.2 微波消解溫度、壓力的選擇

海水樣品的消解根據(jù)消解罐的數(shù)目調(diào)整消解功率，1～2個(gè)罐子選300 W，3～6個(gè)罐子選600 W，7個(gè)以上選800～1200 W，試驗(yàn)方法功率選用800 W。參照微波爐及微波密封消解罐使用說明書，結(jié)合海水總磷消解溫度，試驗(yàn)方法選用110℃的消解溫度即能滿足試驗(yàn)要求。

3.3 微波消解時(shí)間的選擇

對(duì)消解4～20 min時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，見圖1，在4～20 min時(shí)間范圍內(nèi)，對(duì)同一濃度的磷標(biāo)準(zhǔn)使用液進(jìn)行消解，當(dāng)溫度達(dá)到110℃開始計(jì)時(shí)，分別計(jì)時(shí)4、6、8、10、12、15、20 min的消解反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果表明當(dāng)消解時(shí)間達(dá)到8 min后，吸光度隨消解時(shí)間的延長變化不大，故選擇最佳消解時(shí)間為8 min。原方法中消解時(shí)間為30 min，微波消解能節(jié)省22 min。

3.4 改進(jìn)方法的精密度

分別采集貝類增養(yǎng)殖區(qū)6個(gè)不同點(diǎn)位的海水樣各500 mL于聚乙烯瓶中，加入1.0 mL體積分?jǐn)?shù)為50%的硫酸溶液混勻，水樣分別記作1#，2#，3#，4#，5#，6#，按照前述分析步驟，分別進(jìn)行6次平行測(cè)定，求相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果見表2。

3.5 改進(jìn)方法的準(zhǔn)確度

在已知濃度的水樣中加入三種不同濃度的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別進(jìn)行加標(biāo)回收率試驗(yàn)。結(jié)果見表3。

由表2、表3可見，用微波消解法測(cè)定海水中總磷，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤3.5%，加標(biāo)回收率在96.5.0%～101.7%之間。

3.6 兩種方法水樣測(cè)定結(jié)果對(duì)比

為了檢驗(yàn)微波消解法的準(zhǔn)確有效，另取紫菜增養(yǎng)殖區(qū)6個(gè)點(diǎn)位海水樣品，分別記為1#，2#，3#，4#，5#，6#樣，分別進(jìn)行微波消解和高壓滅菌器消解對(duì)比測(cè)試，總磷的測(cè)定結(jié)果見表4。

將表4的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)，取置信度 p=0.95（α=0.05），兩種消解方法測(cè)定結(jié)果對(duì)比的t值計(jì)算結(jié)果分別為：0.35，0.57，1.22，0.77，1.47，0.64，查t表，α=0.05=2.228（自由度f=6+6-2=10），t計(jì)算

4 結(jié)語

微波消解預(yù)處理法是快速高效測(cè)定海水總磷的有效方法。該方法比原方法分析時(shí)間大大縮短（工作曲線無需消解，樣品消解時(shí)間縮短至8 min）；微波消解可同時(shí)消解48個(gè)樣品，適合大批量的樣品測(cè)定，在滿足精密度、準(zhǔn)確度的前提下，可代替原監(jiān)測(cè)規(guī)范中水樣的預(yù)處理方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊文起，陳 光，孫宗光，等.總氮、總磷監(jiān)測(cè)中存在的有關(guān)問題[J ].中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2005，21（02）；31～35.

[2]中國國家質(zhì)監(jiān)局.海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范第4部分：海水分析：GB17378.4-2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]中國國家質(zhì)監(jiān)局.海洋調(diào)查規(guī)范第4部分：海水化學(xué)要素調(diào)查：GB/T 12763.4-2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.