鉬酸銨分光光度法測定水中總磷的影響因素研究

林劍偉

（莆田市環境監測站，福建 莆田 351100）

改革開放以來，我國經濟發展迅速，同時生態環境污染事件頻繁發生。磷是生物生長和發育必不可少的元素之一，但水環境的磷含量不斷累積，會造成藻類植物過度生長繁殖，引發水體富營養化，嚴重時會出現水華、赤潮等現象。總磷（TP）是水樣消解后將各種形態的磷都轉換成正磷酸鹽的測定結果，以每升水樣含磷的毫克數計量。因此，如何快速有效地測定出水中總磷濃度是了解水體富營養化水平的關鍵。根據《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—1989），本文采用鉬酸銨分光光度法測定水中總磷，通過改變過硫酸鉀添加量、消解時間、顯色溫度以及顯色時間對該方法進行優化，實現水中總磷的快速測定。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究以總磷的低、中、高濃度標準樣品及東圳水庫水樣作為試驗材料，采用鉬酸銨分光光度法對水中總磷進行測定。

1.2 正交試驗設計

選取5 個會對測定結果產生影響的因素（硫酸鉀添加量、消解時間、顯色溫度、顯色時間和空列），每個因素取4 個水平，建立五因素四水平的L(4)正交模型，分別對低濃度、中濃度、高濃度的標準樣品進行測定，正交試驗設計如表1所示。本研究采用標準樣品作為試驗材料，無其他因素干擾，所以可直接采用吸光度作為評判標準，再對正交試驗中的各個因素進行單獨分析，選出最優條件。

表1 正交試驗設計

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果及最優條件選擇

2.1.1 過硫酸鉀添加量對測定結果的影響

添加不同數量的過硫酸鉀對樣品進行消解，會對測定結果產生一定的影響。結果表明，隨著過硫酸鉀的增加，分別測定低、中、高濃度樣品時，吸光度均先增大后減小，如圖1所示。當添加4 mL 過硫酸鉀溶液時，水中的磷與過硫酸鉀完全反應，使吸光度達到最大值。因此，測定水中總磷時只需要加入4 mL過硫酸鉀溶液即可消解完全，過硫酸鉀添加量不足或者過量，會出現反應不完全或多余過硫酸鉀干擾測定的現象，導致測定結果偏低。

圖1 不同過硫酸鉀添加量對低、中、高濃度樣品測定結果的影響

2.1.2 消解時間對測定結果的影響

消解時間長短會對測定結果產生一定的影響，如圖2所示。結果表明，隨著消解時間的增長，測定低濃度樣品時，吸光度先趨于平穩而后減小；測定中濃度樣品時，吸光度先增加再趨于平穩最后減小；測定高濃度樣品時，吸光度先增加到一個峰值后減小。測定低濃度樣品時，消解時間為15～30 min 的吸光度穩定在最大值，再繼續消解，吸光度反而減小。測定中濃度樣品時，當消解時間為15～30 min 時，吸光度一直增大；到45 min 時，吸光度趨于平穩；再繼續消解，吸光度反而減小。測定高濃度樣品時，消解時間為30 min 時，吸光度達到最大值；再繼續消解，吸光度反而減小。因此，測定水中總磷時只需要經過30 min 即可消解完全，過長的消解時間反而不利于樣品的穩定。

圖2 不同消解時間對低、中、高濃度樣品測定結果的影響

2.1.3 顯色溫度對測定結果的影響

在不同的溫度下進行顯色反應，會對測定結果產生一定的影響。結果表明，隨著顯色溫度的上升，測定低濃度樣品時，吸光度先上升達到峰值后減小；測定中、高濃度樣品時，吸光度均先上升到達峰值再趨于平穩而后減小。測定低濃度樣品時，低溫時顯色緩慢，在25 ℃時完全顯色，達到峰值；而測定中、高濃度樣品時，在15 ℃時即可完全顯色，達到峰值，在15～25 ℃下，顯色趨于平穩，顯色溫度再升高時，吸光度反而減小。因此，測定水中總磷時在25 ℃下即可顯色完全，過高或者過低的溫度反而不利于樣品的顯色反應，測定結果偏低。

2.1.4 顯色時間對測定結果的影響

顯色時間長短會對測定結果產生一定的影響。結果表明，隨著顯色時間的增長，分別測定低、中、高濃度樣品時，吸光度均先增大后又減小。分別測定低、中、高濃度樣品，顯色時間為15 min 時，三者均能完全顯色，吸光度達到峰值；再繼續顯色下去，吸光度反而呈現下降趨勢。因此，測定水中總磷時顯色反應15 min 即可顯色完全。

2.1.5 最優條件

綜合以上結果分析可得，選擇4 mL 的過硫酸鉀添加量、30 min 的消解時間、25 ℃的顯色溫度和15 min 的顯色時間作為最優條件，均可滿足不同濃度的水中總磷的測定。

2.2 質控分析

選擇以上最優條件，按照《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—1989）的步驟繪制工作曲線，并進行方法檢出限、精密度和準確度等質控分析。首先，配制濃度0.04 mg/L 的總磷溶液，進行7 次平行測定，求得檢出限，7 次平行測定值分別為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，檢出限為0.006 2 mg/L；取濃度0.348±0.015 mg/L 的總磷標樣，進行7 次平行測定，求得精密度，7 次平行測定值分別為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，精密度為0.4%；取濃度0.223±0.013 mg/L 的總磷標樣，對東圳水庫水樣進行加標，加標量為27.9 μg，分別測定3 次取均值，求得加標回收率，結果如表2所示，加標回收率為97.4%。

表2 加標回收分析

在最優條件下，繪制的工作曲線為=0.031 9-0.003 2（為吸光度，為磷含量），相關系數為0.999 8，吸光度與磷含量成正比，符合試驗要求。總磷檢出限為0.006 2 mg/L，低于《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—1989）的限值（0.01 mg/L）；精密度為0.4%，低于水質監測實驗室質量控制指標（25%），精密度良好，滿足質控要求；總磷加標回收率為97.4%，低于水質監測實驗室質量控制指標（85%～115%），準確度良好，滿足質控要求。

3 結論

水中總磷的測定有多種方法，其中，鉬酸銨分光光度法具有價格低廉、操作簡單、使用方便等優點，應用最為廣泛。在測定過程中，應充分考慮影響測定結果的各個因素，以正交試驗為基礎，利用低、中、高濃度的標準樣品，分析過硫酸鉀添加量、消解時間、顯色溫度和顯色時間等因素對測定結果的影響。研究結果表明，添加4 mL 過硫酸鉀溶液消解樣品30 min，并在25 ℃溫度下顯色15 min 為最優條件，能滿足水中不同濃度總磷的測定要求。質控分析表明，在最優條件下，該方法檢出限為0.006 2 mg/L，精密度為0.4%，準確度為97.4%，均符合水質監測質量控制指標體系的國家測定要求，該方法可作為水中總磷的測定方法。