水中總磷測定各影響因素的探討及方法優化

林 舒

(1福建省廈門水文水資源勘測分局，福建 廈門 361011；2廈門市水環境監測中心，福建 廈門 361011)

前言

在天然水和廢水中，磷幾乎都以各種磷酸鹽的形式存在，它們分為正磷酸鹽，縮合磷酸鹽(焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽)和有機結合的磷(如磷脂等)，它們廣泛存在于溶液中，腐殖質粒子中或水生生物中[1]。磷是生物生長必需的元素之一[2]，然而過量的磷是導致富營養化現象產生的重要因素，其會誘發藻類過度繁殖，造成水華等現象，對水質產生重要的影響。因此水中總磷作為重要的監測指標之一，常被用來表示水體營養化污染的程度[3]。

目前針對水體中總磷的測定，現行的標準方法主要有高壓消解-分光光度法[4]與流動注射分析法兩種。其原理均是將各類磷通過消解轉化為正磷酸鹽，加入鉬酸銨生成磷鉬酸雜多酸，進而在酸性介質中被還原為較穩定的藍色絡合物，依據朗伯比爾定律測定其含量。

由于在樣品采集、預處理、消解等過程中容易受到各種干擾，因此水中總磷的測定也是各類對比監測項目中偏差較大的項目之一[5]。樣品采集步驟、保存方式、前處理手段、消解方式、消解試劑、濁色度的去除或補償[1,5-8]等均會對測定造成影響，甚至部分實驗器具或耗材本身對其也有一定影響[9]。本文針對實際檢測工作中出現的情況，對水中總磷測定過程中的各種干擾因素進行一些探討。在此基礎上提出了對現有檢測方法的優化，并通過測定天然水樣對優化方法進行了驗證。最后針對該項目的測定提出了相關建議，以利于提高檢測的準確性及效率。

1 水中總磷測定的影響因素

在日常監測過程中，由于檢測方法對顆粒物和濁、色度及其他干擾物質的敏感性，水樣采集與保存、樣品前處理、消解方式及各類干擾去除等各環節均容易產生干擾，進而影響測定的準確性，現對各因素討論如下。

1.1 樣品的采集與保存

由于磷類物質在水中容易被砂石及膠體等吸附，其在自然水體中一直處于不斷吸附-解析的變化狀態，且檢測所采用的分光光度法對受水中顆粒物質及膠體的影響很大，因此樣品的采集中對具體操作步驟及方法等對后續測定有很大影響。宋大英等[1-3,5,10]對現場采集及保存條件等進行了研究，認為自然沉降時間、酸化及溫度影響較大。

在實際的監測工作過程中，由于操作上的差異，樣品的采集與保存對監測結果的影響相當大，這也是造成許多對比監測結果差異較大的來源之一。因此對采集及保存方式環節進行嚴格的規定和統一是保證檢測結果準確的第一步，以此保證在降低因操作差異造成誤差的同時減少對后續操作的干擾。

1.2 樣品的消解

總磷的測定需經過水樣的徹底消解，常用的方法主要有高壓消解[4]、電熱消解、沸水浴消解[11]、在線消解等，消解試劑常用過硫酸鉀、硝酸-高氯酸、過氧化氫[6]等。現行的標準方法主要采用高壓消解或在線消解的方式，高壓消解操作較為繁瑣且具有一定危險性，而在線消解需要配套專用設備，價格較為昂貴。肖霏等[6，12]對各消解方式及藥劑進行了對比，認為各種方式在不同條件下各有利弊。

目前，適用于水中總磷消解的消解方式較多，配合合適的消解試劑后，基本上都可以達到消解效果。但是部分傳統方法操作復雜耗時且存在一些安全隱患；而新方法需要針對不同試劑及水體進行條件優化才能保證消解完全。對消解方法及試劑的優化具有一定的現實意義，這可以節約試劑和操作時間，同時保證實驗人員的人身安全。

1.3 色、濁度去除

分光光度法的技術特點，決定了總磷檢測過程中色度及濁度容易成為一個重要的干擾因素。由于自然水體在流動及沉積過程中易含有大量泥沙、膠體、微生物，會給測定過程帶來色、濁度影響，因此在最大限度地去除色度及濁度的同時保證測定的準確度是研究的熱點，同時也是難點。陳玉柱等[5]認為自然沉降后仍渾濁的樣品應先經過過濾或離心處理后消解。現行標準方法[4]主要采用對消解液添加濁度-色度補償液的方式；楊燦[13]采用補償法和過濾法比較了消解液的測定結果；張宏[7]、孫娟等[14]在此基礎上還比較了離心法的干擾去除效果；劉宏[15]探討了消解液稀釋法的適用范圍；而金筱青等[9]則推薦空白扣除法。

實際工作中，色、濁度的去除方法主要有補償、扣除空白、過濾、離心、透析、稀釋等。其中補償法需專門配制補償溶液，由于其與天然水體成分不盡相同，對不同色、濁度的水體需配制不同類型補償液，費時且效果一般；過濾法較為簡單，但濾紙本身含磷，容易產生影響，操作過程也需控制溫度及淋洗體積等條件[8]，同時由于濾紙孔徑不一，對某些顆粒物及膠體去除效果不明顯；空白扣除法需在測定過程中額外處理一組空白溶液，處理較為繁瑣且費時；透析法主要作為流動分析的前處理手段，其運行成本較高且需要專用儀器；消解液稀釋的過程容易引入測量誤差；而離心法及濾膜法操作則較為快捷簡便，去除濁、色度干擾物的效果也較好，在大部分情況下可有效縮短檢測周期并保證檢測質量。

1.4 顯色條件

磷鉬雜多酸在酸性條件下的還原顯色過程是測定磷含量的關鍵步驟之一，對此步驟的優化也得到了各位研究者的關注。宋大英等[1，3]對顯色時間溫度及回調pH值等進行了研究。總磷測定的顯色過程對于酸度、溫度及時間等條件較為敏感，因此選擇合適穩定且快速的反應條件并保持全過程條件的一致，才能有效地保證樣品的檢測質量。

1.5 其他

總磷測定過程中還存在其他一些容易影響分析結果的因素。宋大英[1]認為磷鉬藍絡合物的強吸附能力導致實驗用的玻璃器皿及比色皿必須充分酸泡，否則容易產生干擾；金筱青等[9]認為大多數玻璃器皿是含有少量堿金屬的硼硅酸鹽，顯色時會生產痕量硅鉬藍，容易引入正誤差；李小如等[8，14]研究中均發現濾紙本底對測定有一定影響，進而提出純水清洗濾紙的方法。因此，對檢測的整體質量控制在一定程度上也會影響最終的測定結果，對于關鍵的耗材及操作步驟，檢測之前做好相關驗證及質量保證措施是十分必要的。

2 方法優化及驗證

針對水中總磷測定過程中各因素的影響，我們認為嚴格保證各操作步驟的一致性、可比性及控制差異對于保證檢測結果的準確性是十分必要的。因此在現行標準檢測方法的基礎上，我們提出一整套改進后采樣及測定方法，對每個操作環節進行了嚴格的規定。為確認方法的有效性，同時選用4種自然水體進行了效果驗證。

2.1 主要儀器

T6紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)；LDZM-80KCS立式壓力蒸汽滅菌鍋(上海申安醫療器械廠)；TDZ5-WS低速多管離心機(湖南湘儀離心機有限公司)；Multiwave Go微波消解系統(奧地利安東帕有限責任公司)。

總磷標準溶液(中國測試技術研究院，濃度1 000 mg/L)，總磷質控溶液(水利部水環境監測評價研究中心，濃度0.578 mg/L±0.029 mg/L)，實驗用水為超純水，除過硫酸鉀為優級純外，其余試劑均為分析純。

2.2 優化檢測方法

依據日常工作經驗及前人研究成果，我們優化了檢測方法，嚴格控制了從采樣到檢測的各操作步驟。具體如下：使用有機玻璃采樣器采集水樣，樣品先混勻后放入塑料大桶中自然沉降30 min，虹吸法采集中上層液體，使用硫酸酸化至pH≤2，樣品放入10 ℃恒溫桶保存并送回實驗室測定，樣品前處理過程在采樣結束后12 h內完成。遇到自然沉降后依然略渾濁樣品裝入玻璃離心管，5 000 r/min下離心15 min，提取上清液待消解。消解前混勻樣液，在不回調pH值情況下直接加入過硫酸鉀溶液，采用高壓法(121 ℃，30 min)或微波法(160 ℃，10 min)消解，冷卻靜置后取出。加入顯色劑后于25 ℃下在生化培養箱內保持15 min后，在10 min內通過分光光度法測定水中總磷含量。與標準方法相比，該優化方法對操作的一致性進行了逐步的保證，對時間、溫度等因素進行嚴格控制，并采用離心、微波等手段提高了操作效率并去除干擾，在減少時間、保證方法可比性的同時保證對顆粒物含量、污染情況、復雜程度各異的各類水體均有較好的適用性。

2.3 驗證結果與討論

檢測水樣采集于廈門東西溪流域及埭頭溪流域。點位1位于上游地區，水體清澈透明；點位2位于中上游村落匯集區，水體中有少部分顆粒物，呈現略微渾濁狀態；點位3位于下游匯流地區，日常靠水閘控制放水，水體中顆粒物、膠體含量較多，較為渾濁；點位4位于下游嚴重污染河道內，與海域交界，水體發黑，水中有肉眼可見顆粒物及絮狀物，化學需氧量指標超過Ⅴ類地表水標準，并不時有感潮現象出現。

對4處點位采用現行標準方法(補償法)及本文提出的優化方法(微波消解)進行效果對比，回收實驗加入標準品0.3 mg/L以考察回收率，具體結果如表1所示。

為驗證方法精密度，對4處點位水樣采用優化方法(微波消解)進行精密度實驗，具體結果如表2。由表2可知，方法的標準偏差(RSD)為1.6%～3.7%

表1 水樣測定結果Table 1 The test result of water samples /( mg·L-1)

注：*消解前采用離心法取得上清液后稀釋，下同；1)單位為%，下同。

表2 精密度測定結果 Table 2 The test result of precision(n=6) /(mg·L-1)

為確認方法檢出限，配制較低濃度樣液(折算濃度0.01 mg/L)采用優化方法(微波消解)重復測定6次，依據DL=3.3δ/S，其中標準曲線的斜率S為0.060 9，方法檢出限可達到0.008 mg/L。數據參見表3。

同時我們對比了優化方法中兩種消解方式的效果，每點位水樣測定5組平行樣，同時測定了質控樣品，具體結果見表4。由表4可知，兩種方法的測定結果基本一致。

表3 檢出限測定結果Table 3 The test result of DL(n=6) /A

表4 對比測定結果Table 4 The test result of comparison /(mg·L-1)

由水樣檢測數據可以看出，在簡單的水體條件下，標準方法及優化方法均可以滿足檢測要求；隨著水體條件復雜程度的增加，標準方法(補償法)產生的偏差不斷增加，而優化方法依舊可以較準確地得到測定結果，此外對質控樣品的檢測結果為0.575～0.592 mg/L，均在標示范圍內，可見優化方法檢出限優于標準方法且精密度及準確度滿足實際檢測要求。質控樣的檢測數據也從側面驗證了水體復雜程度對檢測結果的影響。

對不同消解方式進行配對樣本T檢驗。點位1～4及質控T值分別為-1.69、-0.96、1.33、1.43，而查表得T(0.05,5)=2.571，可知T

3 結論

水中總磷的測定易受各類干擾因素的影響，也是水質監測工作中最受關注的項目之一。本文對各影響因素進行了探討，并在此基礎上提出了一整套優化檢測方法，結果表明：

1)從樣品采集到檢測均應嚴格控制各操作步驟的一致性，減少因操作不同所帶來的差異，從而保證操作過程的可比性，這樣才能準確地得出測定結果。

2)優化的檢測方法對采集、保存、干擾去除、消解條件等各環節進行了嚴格的控制，采用簡單但高效的措施摒除了顆粒物、濁度、色度等各種干擾。實際樣品及質控樣品分析結果表明，對于顆粒物含量從高到低、污染情況從輕到重、復雜程度從簡單到復雜的水體，與傳統方法相比，該優化方法都可以更為準確高效地測定水體中總磷的含量。

3)微波與高壓消解法均可有效地用于總磷樣品的消解，從耗時、耗物、人員負擔等方面考慮，建議在檢測中采用微波消解法配合優化方法進行測定，這在提高檢測工作效率的同時更為安全。