水體中痕量磷的測(cè)定及優(yōu)化
--以撫仙湖和瀘沽湖為例

杜 江，張 妍，黃 云，向文禮，王 燕

(云南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，云南 昆明 650034)

總磷是指水體中各種形式的磷酸鹽的總量，包括正磷酸鹽、縮合磷酸鹽和有機(jī)態(tài)的磷化合物[1]。一般地表水中磷含量較低，隨著生產(chǎn)廢水和生活污水的排入，導(dǎo)致氮、磷濃度升高，超過(guò)水體自凈能力，致使藻類繁殖、水中溶解氧減少、透明度降低等，使水體富營(yíng)養(yǎng)化，水質(zhì)惡化。當(dāng)湖庫(kù)水體中總磷質(zhì)量濃度大于 0.02 mg/L 時(shí)，水體就呈富營(yíng)養(yǎng)化；而當(dāng)磷質(zhì)量濃度為0.01～0.02 mg/L 時(shí)，水體為中營(yíng)養(yǎng)化階段[2]。撫仙湖水質(zhì)常年波動(dòng)于中營(yíng)養(yǎng)化階段，瀘沽湖水質(zhì)總磷均值全年接近 0.01 mg/L。因此，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水體中氮、磷物質(zhì)的濃度變化，在控制湖庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化方面顯得尤為重要。

我國(guó)湖庫(kù)水體中總磷Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值是 0.01 mg/L[3]。鉬酸銨分光光度法[4]的檢出限為 0.01 mg/L，離子色譜法[5]測(cè)正磷酸鹽的檢出限是 0.051 mg/L，孔雀綠-磷鉬雜多酸分光光度法[1]的檢出限為 0.001 mg/L。目前，我國(guó)生態(tài)環(huán)境水質(zhì)考核指定的方法是鉬酸銨分光光度法[4]。顯然，鉬銻抗磷鉬雜多酸法[1]不能滿足地表水(湖、庫(kù))Ⅰ～Ⅱ類[3]水質(zhì)的監(jiān)測(cè)需求。為了探索能方便、準(zhǔn)確地測(cè)定水體中痕量磷的方法，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的朱紅霞等[6]研究了微波消解-離子色譜法降低檢出限測(cè)定地表水中痕量總磷，張瑩琪[7-9]等開(kāi)展了孔雀綠-磷鉬雜多酸分光光度法對(duì)水體中痕量磷的測(cè)定，何云勇等[10]利用微波消解電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定了地表水中的痕量磷。筆者對(duì)照朱紅霞等的離子色譜法[6]，進(jìn)行了方法復(fù)驗(yàn)；對(duì)照孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法[1]開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：微波消解-離子色譜法[6]在保留時(shí)間未出峰，可能是儀器靈敏度低等原因；孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法[6]因靈敏度高、配制顯色劑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、標(biāo)曲線性差等問(wèn)題不宜開(kāi)展多樣品數(shù)的檢測(cè)。經(jīng)大量日常實(shí)驗(yàn)分析及總結(jié)后，本文對(duì)鉬酸銨分光光度法進(jìn)行了改進(jìn)。經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法驗(yàn)證，改進(jìn)后的新方法有很好的標(biāo)曲線性、檢出限、精密度和正確度，并在云南高原湖泊，尤其是Ⅰ類湖庫(kù)的撫仙湖和瀘沽湖水質(zhì)總磷檢測(cè)中，有很好的借鑒效果。

1 現(xiàn)有方法比較

目前，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，測(cè)定水質(zhì)總磷或磷酸鹽的方法主要有：鉬酸銨分光光度法[4]、流動(dòng)注射分光光度法[11-12]、離子色譜法、氯化亞錫還原鉬藍(lán)法[13]、羅丹明熒光分光光度法[14]，以及電感耦合等離子體光譜法[15]。消解方式主要有加熱消解、氧化消解、電熱板消解[16]等。通過(guò)表1直觀比較，羅丹明熒光分光光度法靈敏度最高，但由于儀器的局限限，尚無(wú)法廣泛普及推廣；孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法檢出限較低，但測(cè)試分析效率低，也不適合日常分析工作。因此本文選擇便于推廣的鉬酸銨分光光度法進(jìn)行改進(jìn)，探討其在日常環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中的適用性。

表1 現(xiàn)有方法比較

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 主要儀器和試劑

MARS型微波消解儀，美國(guó)CEM公司；賽默飛公司Aquion型離子色譜儀；UV-2310Ⅱ型分光光度計(jì)。

碳酸鈉和碳酸氫鈉，孔雀綠，聚乙烯醇，優(yōu)級(jí)純；過(guò)硫酸鉀，優(yōu)級(jí)純的硫酸和氫氧化鈉，科密歐；國(guó)家生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的磷標(biāo)液和有證標(biāo)物。

2.2 微波消解-離子色譜法復(fù)驗(yàn)

移取 10.00 mL 不同質(zhì)量濃度梯度的磷標(biāo)準(zhǔn)使用液于微波消解管中，加入 50 μL 10 g/L 的過(guò)硫酸鉀溶液，120 ℃ 消解 10 min，冷卻混勻后，以 3.2 mmol/L 的碳酸鈉、1.0 mmol/L 的碳酸氫鈉為淋洗液，上離子色譜測(cè)定[2]。儀器調(diào)試正常后，測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)曲線沒(méi)有在12～16 min 間出峰；更換人員測(cè)試后，仍然出現(xiàn)類似情況。可能是色譜柱老化，檢測(cè)器靈敏度低等原因，實(shí)驗(yàn)沒(méi)有獲得理想效果。

2.3 孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法驗(yàn)證

依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》 (第四版)[1]上的方法，配制顯色劑和PVA溶液。在 620 nm 波長(zhǎng)下，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)方法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。繪制校準(zhǔn)曲線得y=0.0946x+0.0134，r=0.9914，測(cè)量7次空白的吸光度均值為0.5122，明顯不符合分光光度定律。同時(shí)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)[17]，將顯色劑配比改成40∶32∶34，用量 2.0 mL，顯色 30 min。對(duì)此方法進(jìn)行優(yōu)化，尤其是顯色劑的配比。同步開(kāi)展和原方法相同的實(shí)驗(yàn)條件，7次空白的吸光度均值為0.3784，校準(zhǔn)曲線y=0.1588x+0.006，r=0.9992。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)[9]極為相似：原國(guó)標(biāo)方法操作較繁，試劑毒性大[18]，校準(zhǔn)曲線線性差。很多研究者[20]也提出應(yīng)該對(duì)原方法進(jìn)行改進(jìn)，尤其是顯色劑配比。因?yàn)閴A性染料(孔雀綠)顏色深，過(guò)濾后不透明，所以測(cè)的空白吸光度仍然很高；顯色劑需通過(guò) 0.45 μm 濾膜過(guò)濾，速度非常慢，配制時(shí)間大約 3 h，工作效率低。

3 鉬酸銨分光光度法優(yōu)化

將磷標(biāo)準(zhǔn)使用液質(zhì)量濃度由 2.0 mg/L 降低至 1.0 mg/L，比色光程由 30 mm 增大至 50 mm，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，依據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168-2020)[20]對(duì)改進(jìn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

取9支 50 mL 的比色管，分別加入0.0、0.25、0.50、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0、10.0 mL 的磷標(biāo)準(zhǔn)使用液，加水至 25 mL。加入 4 mL 的過(guò)硫酸鉀(50 g/L)；蓋緊蓋子，用紗布包好放入壓力鍋中，以 107.87 kPa 的壓力，在 120 ℃ 下，加熱密閉消解 30 min。冷卻后，定容到 50 mL，再加入 1 mL 抗壞血酸溶液；30 s 后再加入 2 mL 鉬酸鹽溶液顯色。15 min 后使用 50 mm 的比色皿，在 700 nm 波長(zhǎng)下，以水做參比測(cè)量吸光度，扣除空白試驗(yàn)的吸光度后，和對(duì)應(yīng)的磷含量繪制校準(zhǔn)曲線[4]。測(cè)得y=0.0509x-0.0003，r=0.9999。曲線的測(cè)量最高點(diǎn)質(zhì)量濃度是 0.40 mg/L。

3.2 檢出限檢驗(yàn)

配制標(biāo)液質(zhì)量濃度為 0.012 mg/L 的試樣，平行測(cè)定7次。按照與標(biāo)準(zhǔn)曲線一致的消解方法，測(cè)定出質(zhì)量濃度分別為0.018、0.015、0.0126、0.0121、0.0128、0.0124、0.0122 mg/L，平均值為 0.0122 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.00045 mg/L。按MDL=t(n-1，0.99)×S計(jì)算方法的檢出限(t=3.143)，得到本方法檢出限是 0.002 mg/L，測(cè)定下限為 0.008 mg/L。

3.3 精密度檢驗(yàn)

分別選取撫仙湖和瀘沽湖水樣，配制成質(zhì)量濃度為低、中、高3個(gè)不同水樣。其中，低質(zhì)量濃度1在測(cè)定下限附近取值。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線的前處理方法進(jìn)行6次測(cè)定，得出：方法的精密度5.8%～10.7%，結(jié)果見(jiàn)表2。(質(zhì)量濃度1：0.01 mg/L；質(zhì)量濃度2：0.10 mg/L；質(zhì)量濃度3：0.20 mg/L)

表2 精密度驗(yàn)證表

3.4 正確度檢驗(yàn)

選用生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的水質(zhì)總磷有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)203996和203994的兩個(gè)質(zhì)量濃度值平行測(cè)定6次，測(cè)試結(jié)果均在給定范圍內(nèi)，相對(duì)誤差分別為2.1%和-0.60%，結(jié)果見(jiàn)表3。同時(shí)采集撫仙湖和瀘沽湖某斷面水質(zhì)樣品，測(cè)得水樣總磷質(zhì)量濃度均值分別為0.0128、0.0068 mg/L。計(jì)算樣品的加標(biāo)回收率為85.0%～102%，詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表4。

3.5 實(shí)際水樣測(cè)試

采集撫仙湖和瀘沽湖某斷面樣品各1份，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，同時(shí)做樣品加標(biāo)，測(cè)得樣品質(zhì)量濃度均值分別為0.0128、0.0068 mg/L；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為9.8%、12%；加標(biāo)回收率為84.8%～107%。

4 結(jié)論

1)改進(jìn)后的鉬酸銨分光光度法的檢出限是 0.002 mg/L，測(cè)定下限為0.008 mg/L，能滿足我國(guó)湖庫(kù)水體Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值要要求；方法有著理想的精密度、準(zhǔn)確度、加標(biāo)回收率，是測(cè)量湖庫(kù)水體、地下水以及生活飲用水中痕量總磷最簡(jiǎn)單易行的方法。

2)基于目前很多環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)方法的矛盾，不同行業(yè)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)之間的矛盾，同一檢測(cè)方法與不同質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)之間的矛盾，國(guó)家亟需出臺(tái)與時(shí)俱進(jìn)的法律標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，做到以人為本，統(tǒng)一大市場(chǎng)。

3)國(guó)家目前還沒(méi)有建立地下水和生活飲用水中總磷的控制標(biāo)準(zhǔn)限值，云南作為全國(guó)水資源儲(chǔ)量最豐富省份之一，尤其作為國(guó)家淡水儲(chǔ)備的撫仙湖和瀘沽湖，更應(yīng)控制好氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的指標(biāo)，遏制水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化。