钼酸铵分光光度法测定水中总磷问题探讨

2020-01-06黄韵绮

生物化工 2019年6期

黄韵绮

(泉州市泉港区环境监测站，福建泉州 362801)

近年来，全国水污染防治形势发生了新变化，总磷成为重点湖库、区域地表水首要污染物。“十三五”期间，水污染防治工作将始终坚持以改善水质为核心，由原先重点管控化学需氧量、氨氮等常规污染物向以断面超标因子为重点、多污染因子协同管控转变。国务院印发的《水污染防治行动计划》（以下简称“水十条”）要求将总磷纳入流域污染物排放总量控制约束性指标体系。同时，环保部相继出台相关文件，指导地方落实总磷减排任务，加强对工业企业总磷排放的达标监管。因此，污水和地表水中总磷的分析工作日趋重要。

在总磷的测定方法中，钼酸铵分光光度法（GB11893-1989）是最普遍的方法。本文结合日常工作经验、相关文献资料，总结使用该方法遇到的问题及其对策。

1 明确概念

磷在水中以各种磷酸盐的形式存在，总磷包括溶解磷、颗粒磷、有机磷和无机磷。GB 8978-1996《污水综合排放标准》中明确指出：“磷酸盐，指总磷，即废水中溶解的、颗粒的有机磷和无机磷的总和”。

2 方法原理

钼酸铵分光光度法的原理：在中性条件下用过硫酸钾（或硝酸-高氯酸）使试样消解，将所含磷全部转化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。

笔者在工作中主要使用过硫酸钾消解，首先在中性条件下，加入4mL 50g/L过硫酸钾，置于高压蒸气消毒器内，保持压力1.1kg/cm2、温度120℃，消解30min。取出放冷后加入抗坏血酸及钼酸盐溶液，显色后在波长700nm测定吸光度，从而算出总磷的含量。

3 测定过程中相关问题探讨

3.1 试剂的影响

3.1.1 试剂的配制

钼酸盐溶液是显色过程中重要的试剂，其配制过程对整个分析过程的影响较大。首先，所用的硫酸（1+1）应先冷却，否则易造成溶液变质。其次，硫酸最好选用优级纯，配制钼酸盐溶液所选用的硫酸纯度会影响总磷测定过程中的实验空白值，在其他药剂与配制步骤及实验室环境均一致的情况下，分别使用同一厂家不同等级不同批次的硫酸配制钼酸铵溶液，分别用其显色后，总磷空白样品吸光度出现较大的差异，详见表1。

表1 不同批次硫酸配制钼酸盐溶液空白值比较

作为氧化剂的过硫酸钾难溶于水，温度较高时又易氧化分解，故需在控制好温度后水浴加热配制。有研究表明[1]，溶解过硫酸钾应尽量控制在水温40℃以内，超过40℃的水温在未密封的情况下，过硫酸钾会开始缓慢分解，并释放出难闻的气味。

另有研究表明[2]，可以用过硫酸钠代替过硫酸钾消解水样，两者对同一水样的测定结果接近。又因过硫酸钠其溶解性好，可以考虑用于水中总磷测定的消解过程。

3.1.2 试剂的保存

配制好的钼酸盐溶液、抗坏血酸应贮存于棕色试剂瓶中，在冷处保存。笔者一般将其保存于4℃的冰箱里，稳定效果较佳，可以保存3个月。有研究表明，最长至少可以稳定保存6个月[3]。

3.2 采样与样品保存的影响

3.2.1 采样注意事项

基于磷酸盐易于吸附的特性，采样前应将采样瓶清洗干净，切忌用含磷洗涤剂洗涤，最好先用稀盐酸浸泡，再依次用自来水、纯水冲洗。《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）中要求，含磷量较少的水样，不能用塑料瓶采样。采样后应尽快分析，若不能立即分析，应加硫酸调节pH值≤1，《地表水和污水采样规范》（HJ91-2002）中提到，总磷水样的保存期为24h，应在此时限内分析为宜。

另外，有研究显示，总磷试样用过硫酸钾消解的消解液室温存放，在380h内测定，结果稳定且合格有效；实验空白、样品浓度、平行样相对偏差、标准物质误差及加标回收率等测定结果未随时间变化而出现明显波动[4]。因此，实际工作中若出现时间冲突，可以先尽快将样品进行消解，再灵活选择显色分光的时间，可按时保质完成监测任务。

3.2.2 pH值的影响

《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）中，消解方法有过硫酸钾消解和硝酸-高氯酸消解两种。如3.2.1所述，为了保持样品稳定性，在采集水样后，需加硫酸保存，在消解前要将水样调至中性，但是事实上调节pH和不调节pH两者结果并无明显差异。有研究表明[5]，用硝酸-高氯酸消解法时需要调节pH，否则会引起较大误差。

3.2.3 地表水的自然沉降

《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）规定，取样时应仔细摇匀，以得到溶解和悬浮部分均具有代表性的试样。沉降性固体不属于溶解和悬浮部分，自然沉降对地表水中总磷影响较大。泥沙中吸附大量的有机磷、无机磷，而泥沙受重力作用自然沉降，故地表水随着沉降时间变长，总磷测定结果降低。有研究表明[6]，泥沙中的磷对地表水总磷作了较大贡献。《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）中明确规定：如果水样中含沉降性固体（如泥沙等），则应分离出去。分离的方法为：将所采水样摇匀后倒入筒形玻璃容器（如1～2L量筒），静置30 min，将不含沉降性固体但含有悬浮性固体的水样移入盛样容器加入保存剂[7]。根据此方法，可以规范采样、得到科学数据。

3.3 消解过程的影响

《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）中规定，过硫酸钾消解法将试样置于压力1.1 kg/cm2，温度120℃时保持30 min，压力、温度、时间的变化可能会影响磷的转化程度，影响消解效果。有研究显示[8]，同等条件下分别使用90 ℃、105 ℃、120 ℃3个温度进行消解，通过比对试验，水中总磷测定时的消解温度为100～120 ℃较为适宜。也有研究表明[9]，在同等压力温度条件下将不同水样分别消解10 min、15 min、30 min、40 min，时间少于30 min随着时间的加长，消解效果提高，测试数值增大，而30 min和40 min，测定结果无差别。

3.4 显色过程中的影响因素

3.4.1 色度浊度的影响及解决方式

《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）中规定，当试样中含有浊度或色度时，需用浊度-色度补偿法消除干扰，操作方法为同一样品消解2份，1份定容后加入钼酸铵显色，另1份则以2 mL硫酸（1+1）代替钼酸铵，分别测定吸光度，两者相减即得实际水样的吸光度。运用浊度-色度补偿法，存在工作量大、浊度较大时吸光度不够稳定等缺点。通过查阅大量文献资料，发现除补偿法外，还有消解液过滤法和离心法。其中，过滤法是在样品消解后，用中速定性滤纸过滤消解液于50mL比色管中，洗涤比色管和滤纸，定容后显色分光，但需同时做空白实验。而离心法是在消解液显色完成后，将显色液移入50 mL离心管，离心后测上清液的吸光度值。有研究表明[10]，过滤法和离心法的结果与浊度-色度补偿法的测定结果无显著差异。

综合考虑我站实验室条件，过滤法可以验证后运用于实际工作中，但实践中发现，过滤法须注意过滤时消解液的温度、滤纸的类型、冲洗滤纸程度等问题。有研究发现，过滤法去除浊度应控制清洗滤纸的纯水体积不少于20 mL、消解液温度不高于30 ℃，效果较佳[11]。

3.4.2 显色温度的影响

《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）中规定，如显色时室温低于13℃时，可在20～30 ℃水浴上显色15 min即可。因温度较低时分子运动较慢，有效碰撞的机率较低，因此温度过低会影响显色效果。反之温度高时，显色加快。有研究表明[12]，当显色温度达30℃时，5 min即完全显色，而当显色温度为15℃时，则需15 min。

3.4.3 显色时间的影响

有研究表明，在温度一定时，随着显色时间的变长，不同浓度的吸光度有增大的趋势，10 min后相对稳定，最佳显色时间为10～30 min。但是，有研究显示[13]，随着温度的升高，虽然显色时间缩短，但最大显色持续时间也会缩短，浓度越高的显色液，显色时间越短，褪色速度也越快，故显色后应尽量在20 min内完成吸光度测量。

3.5 工作曲线的影响

3.5.1 标准曲线与工作曲线

有研究表明[14]，用过硫酸钾消解法，总磷标液经过消解和不经过消解绘制成的曲线无明显差异。对此，笔者也进行了试验，具体数据见表2、图1和图2。因此，绘制总磷标准曲线时可以将消解步骤省去。

表2 消解与未消解曲线比较

3.5.2 曲线范围外的含量测定方法

《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）的测定上限为0.6 mg/L，若遇含磷浓度较高的样品，需稀释后再进行消解。在工作中，如在显色后发现测定结果超限，需要重新取样分析，不利于样品的批量连续分析测定，且费时费力。有研究表明[15]，国标方法中抗坏血酸、钼酸盐、酒石酸锑钾的用量理论上可与70 μg的磷发生反应，故可通过显色稀释法或曲线扩展法来进行高浓度含磷水样中总磷的测定。因此当水样含磷量在30.0 μg～60.0μg之间时，可以用显色后稀释法，即显色后再进行1～2倍的定量稀释，稀释后测得的结果乘以相应倍数可得样品实际值。而曲线扩展法是将标准曲线的最高点扩展至 60.0 μg，测定上限扩展至1.2 mg/L。当试样含磷量在60.0 μg以下时，可直接代入扩展曲线计算。如果试样中含磷量＞60.0 μg或有机物含量较高时，会因为反应不完全使显色稀释法、曲线扩展法误差大而不适用。