鉬酸銨分光光度法測定水中總磷問題探討

2020-01-06 07:54:50黃韻綺

生物化工 2019年6期

黃韻綺

(泉州市泉港區環境監測站，福建泉州 362801)

近年來，全國水污染防治形勢發生了新變化，總磷成為重點湖庫、區域地表水首要污染物。“十三五”期間，水污染防治工作將始終堅持以改善水質為核心，由原先重點管控化學需氧量、氨氮等常規污染物向以斷面超標因子為重點、多污染因子協同管控轉變。國務院印發的《水污染防治行動計劃》（以下簡稱“水十條”）要求將總磷納入流域污染物排放總量控制約束性指標體系。同時，環保部相繼出臺相關文件，指導地方落實總磷減排任務，加強對工業企業總磷排放的達標監管。因此，污水和地表水中總磷的分析工作日趨重要。

在總磷的測定方法中，鉬酸銨分光光度法（GB11893-1989）是最普遍的方法。本文結合日常工作經驗、相關文獻資料，總結使用該方法遇到的問題及其對策。

1 明確概念

磷在水中以各種磷酸鹽的形式存在，總磷包括溶解磷、顆粒磷、有機磷和無機磷。GB 8978-1996《污水綜合排放標準》中明確指出：“磷酸鹽，指總磷，即廢水中溶解的、顆粒的有機磷和無機磷的總和”。

2 方法原理

鉬酸銨分光光度法的原理：在中性條件下用過硫酸鉀（或硝酸-高氯酸）使試樣消解，將所含磷全部轉化為正磷酸鹽。在酸性介質中，正磷酸鹽與鉬酸銨反應，在銻鹽存在下生成磷鉬雜多酸后，立即被抗壞血酸還原，生成藍色的絡合物。

筆者在工作中主要使用過硫酸鉀消解，首先在中性條件下，加入4mL 50g/L過硫酸鉀，置于高壓蒸氣消毒器內，保持壓力1.1kg/cm2、溫度120℃，消解30min。取出放冷后加入抗壞血酸及鉬酸鹽溶液，顯色后在波長700nm測定吸光度，從而算出總磷的含量。

3 測定過程中相關問題探討

3.1 試劑的影響

3.1.1 試劑的配制

鉬酸鹽溶液是顯色過程中重要的試劑，其配制過程對整個分析過程的影響較大。首先，所用的硫酸（1+1）應先冷卻，否則易造成溶液變質。其次，硫酸最好選用優級純，配制鉬酸鹽溶液所選用的硫酸純度會影響總磷測定過程中的實驗空白值，在其他藥劑與配制步驟及實驗室環境均一致的情況下，分別使用同一廠家不同等級不同批次的硫酸配制鉬酸銨溶液，分別用其顯色后，總磷空白樣品吸光度出現較大的差異，詳見表1。

表1 不同批次硫酸配制鉬酸鹽溶液空白值比較

作為氧化劑的過硫酸鉀難溶于水，溫度較高時又易氧化分解，故需在控制好溫度后水浴加熱配制。有研究表明[1]，溶解過硫酸鉀應盡量控制在水溫40℃以內，超過40℃的水溫在未密封的情況下，過硫酸鉀會開始緩慢分解，并釋放出難聞的氣味。

另有研究表明[2]，可以用過硫酸鈉代替過硫酸鉀消解水樣，兩者對同一水樣的測定結果接近。又因過硫酸鈉其溶解性好，可以考慮用于水中總磷測定的消解過程。

3.1.2 試劑的保存

配制好的鉬酸鹽溶液、抗壞血酸應貯存于棕色試劑瓶中，在冷處保存。筆者一般將其保存于4℃的冰箱里，穩定效果較佳，可以保存3個月。有研究表明，最長至少可以穩定保存6個月[3]。

3.2 采樣與樣品保存的影響

3.2.1 采樣注意事項

基于磷酸鹽易于吸附的特性，采樣前應將采樣瓶清洗干凈，切忌用含磷洗滌劑洗滌，最好先用稀鹽酸浸泡，再依次用自來水、純水沖洗。《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-1989）中要求，含磷量較少的水樣，不能用塑料瓶采樣。采樣后應盡快分析，若不能立即分析，應加硫酸調節pH值≤1，《地表水和污水采樣規范》（HJ91-2002）中提到，總磷水樣的保存期為24h，應在此時限內分析為宜。

另外，有研究顯示，總磷試樣用過硫酸鉀消解的消解液室溫存放，在380h內測定，結果穩定且合格有效；實驗空白、樣品濃度、平行樣相對偏差、標準物質誤差及加標回收率等測定結果未隨時間變化而出現明顯波動[4]。因此，實際工作中若出現時間沖突，可以先盡快將樣品進行消解，再靈活選擇顯色分光的時間，可按時保質完成監測任務。

3.2.2 pH值的影響

《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-1989）中，消解方法有過硫酸鉀消解和硝酸-高氯酸消解兩種。如3.2.1所述，為了保持樣品穩定性，在采集水樣后，需加硫酸保存，在消解前要將水樣調至中性，但是事實上調節pH和不調節pH兩者結果并無明顯差異。有研究表明[5]，用硝酸-高氯酸消解法時需要調節pH，否則會引起較大誤差。

3.2.3 地表水的自然沉降

《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-1989）規定，取樣時應仔細搖勻，以得到溶解和懸浮部分均具有代表性的試樣。沉降性固體不屬于溶解和懸浮部分，自然沉降對地表水中總磷影響較大。泥沙中吸附大量的有機磷、無機磷，而泥沙受重力作用自然沉降，故地表水隨著沉降時間變長，總磷測定結果降低。有研究表明[6]，泥沙中的磷對地表水總磷作了較大貢獻。《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T91-2002）中明確規定：如果水樣中含沉降性固體（如泥沙等），則應分離出去。分離的方法為：將所采水樣搖勻后倒入筒形玻璃容器（如1～2L量筒），靜置30 min，將不含沉降性固體但含有懸浮性固體的水樣移入盛樣容器加入保存劑[7]。根據此方法，可以規范采樣、得到科學數據。

3.3 消解過程的影響

《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-1989）中規定，過硫酸鉀消解法將試樣置于壓力1.1 kg/cm2，溫度120℃時保持30 min，壓力、溫度、時間的變化可能會影響磷的轉化程度，影響消解效果。有研究顯示[8]，同等條件下分別使用90 ℃、105 ℃、120 ℃3個溫度進行消解，通過比對試驗，水中總磷測定時的消解溫度為100～120 ℃較為適宜。也有研究表明[9]，在同等壓力溫度條件下將不同水樣分別消解10 min、15 min、30 min、40 min，時間少于30 min隨著時間的加長，消解效果提高，測試數值增大，而30 min和40 min，測定結果無差別。

3.4 顯色過程中的影響因素

3.4.1 色度濁度的影響及解決方式

《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-1989）中規定，當試樣中含有濁度或色度時，需用濁度-色度補償法消除干擾，操作方法為同一樣品消解2份，1份定容后加入鉬酸銨顯色，另1份則以2 mL硫酸（1+1）代替鉬酸銨，分別測定吸光度，兩者相減即得實際水樣的吸光度。運用濁度-色度補償法，存在工作量大、濁度較大時吸光度不夠穩定等缺點。通過查閱大量文獻資料，發現除補償法外，還有消解液過濾法和離心法。其中，過濾法是在樣品消解后，用中速定性濾紙過濾消解液于50mL比色管中，洗滌比色管和濾紙，定容后顯色分光，但需同時做空白實驗。而離心法是在消解液顯色完成后，將顯色液移入50 mL離心管，離心后測上清液的吸光度值。有研究表明[10]，過濾法和離心法的結果與濁度-色度補償法的測定結果無顯著差異。

綜合考慮我站實驗室條件，過濾法可以驗證后運用于實際工作中，但實踐中發現，過濾法須注意過濾時消解液的溫度、濾紙的類型、沖洗濾紙程度等問題。有研究發現，過濾法去除濁度應控制清洗濾紙的純水體積不少于20 mL、消解液溫度不高于30 ℃，效果較佳[11]。

3.4.2 顯色溫度的影響

《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-1989）中規定，如顯色時室溫低于13℃時，可在20～30 ℃水浴上顯色15 min即可。因溫度較低時分子運動較慢，有效碰撞的機率較低，因此溫度過低會影響顯色效果。反之溫度高時，顯色加快。有研究表明[12]，當顯色溫度達30℃時，5 min即完全顯色，而當顯色溫度為15℃時，則需15 min。

3.4.3 顯色時間的影響

有研究表明，在溫度一定時，隨著顯色時間的變長，不同濃度的吸光度有增大的趨勢，10 min后相對穩定，最佳顯色時間為10～30 min。但是，有研究顯示[13]，隨著溫度的升高，雖然顯色時間縮短，但最大顯色持續時間也會縮短，濃度越高的顯色液，顯色時間越短，褪色速度也越快，故顯色后應盡量在20 min內完成吸光度測量。

3.5 工作曲線的影響

3.5.1 標準曲線與工作曲線

有研究表明[14]，用過硫酸鉀消解法，總磷標液經過消解和不經過消解繪制成的曲線無明顯差異。對此，筆者也進行了試驗，具體數據見表2、圖1和圖2。因此，繪制總磷標準曲線時可以將消解步驟省去。

表2 消解與未消解曲線比較

3.5.2 曲線范圍外的含量測定方法

《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893-1989）的測定上限為0.6 mg/L，若遇含磷濃度較高的樣品，需稀釋后再進行消解。在工作中，如在顯色后發現測定結果超限，需要重新取樣分析，不利于樣品的批量連續分析測定，且費時費力。有研究表明[15]，國標方法中抗壞血酸、鉬酸鹽、酒石酸銻鉀的用量理論上可與70 μg的磷發生反應，故可通過顯色稀釋法或曲線擴展法來進行高濃度含磷水樣中總磷的測定。因此當水樣含磷量在30.0 μg～60.0μg之間時，可以用顯色后稀釋法，即顯色后再進行1～2倍的定量稀釋，稀釋后測得的結果乘以相應倍數可得樣品實際值。而曲線擴展法是將標準曲線的最高點擴展至 60.0 μg，測定上限擴展至1.2 mg/L。當試樣含磷量在60.0 μg以下時，可直接代入擴展曲線計算。如果試樣中含磷量＞60.0 μg或有機物含量較高時，會因為反應不完全使顯色稀釋法、曲線擴展法誤差大而不適用。