海水悬浮颗粒物中不同形态磷的测定

刘际弟，陈建芳

（国家海洋局 第二海洋研究所，国家海洋局 海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，浙江 杭州 310012）

0 引言

海水中的磷主要是以颗粒态和溶解态的形式存在的，颗粒态磷主要为含有机磷和无机磷的生物体碎屑以及磷酸盐矿物颗粒、吸附磷，溶解态磷主要包括有机磷和无机磷两种溶解态。海水中磷的分布和变化不但受陆地径流、水体运动、有机体的分解等物理、化学过程的影响，而且与生活和工农业生产的污水排放以及生物活动等密切相关。建立一种准确、易操作的悬浮颗粒物不同形态磷的分析方法，对探讨海水中不同形态磷在水体环境中的分布转移等地球化学过程及其与环境因素的关系，对研究和保护生态环境有重要的意义。目前用于测定海水悬浮颗粒物总磷的方法主要是利用差减法测定海水样品中的总磷和溶解态总磷，其方法有过硫酸钾高压消解－磷钼蓝法、过硫酸钾高压消解－示波极谱法［1－2］，但均无法直接测定悬浮颗粒物中的无机磷和有机磷。就目前文献报道的方法大多只局限于测定总磷，除文献［3］采用Whatman GF／C玻璃纤维滤膜过滤将溶解态和悬浮态进行分离，而后测定不同形态磷的简要报道外，还没有见到有关测定固体悬浮颗粒物中不同形态磷方法的详细报道。由于玻璃纤维滤膜的空白值较高，在使用前一般都需要用酸浸泡预处理，而且0.45μm规格的市场上很少有售，所以目前都不被用于海水样品的过滤。本文在参考文献［1，4—5］的基础上，对测定悬浮颗粒物中不同形态磷的方法进行了试验，从而拟定了分别采用硫酸－过硫酸钾为氧化剂的高压消解和使用浓度为1mol／dm3盐酸浸泡提取，然后用磷钼蓝法测定悬浮颗粒物中的总磷和无机磷，用差减法得到有机磷。通过对长江口、杭州湾等海区春、夏、秋、冬航次样品的测定，表明该方法可适用于海水、河口水悬浮颗粒物和沉积物中总磷、无机磷和有机磷的测定。

1 实验方法

1.1 主要仪器与试剂

主要仪器有7230G分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）和800离心机（上海手术器械十厂）。磷酸盐标准使用溶液（PO4－P）：20.0μmol／dm3；β－甘油磷酸钠标准使用液（P）：38.75μmol／dm3；硫酸溶液：1.5mol／dm3；盐酸溶液：1mol／dm3；氢氧化钠溶液：1mol／dm3；过硫酸钾溶液：20.0g／dm3；抗坏血酸溶液：40.0g／dm3；混合溶液：3mol／dm3的硫酸溶液100mL，30.0g／dm3的钼酸铵溶液40mL，1.4g／dm3的酒石酸锑钾溶液20mL，三者混合均匀。所用试剂均为优级纯，用水为去离子水。

1.2 过硫酸钾与硫酸－过硫酸钾消解对比和用量试验

目前通常用于测定水体、悬浮颗粒物、污泥和底质样品中总磷的前处理消解方法中，主要有过硫酸钾高压消解法［1，6－8］、过硫酸 钾－微波 法［9］、碱熔融法［10］、硝酸－高 氯 酸 法［7］、硝 酸－硫 酸 法［8］、硫 酸－过 氧 化 氢法［11］和硫酸－高氯酸－微波法［12］。碱熔融法由于引入的试剂空白较高，并且要使用镍或银坩锅在马褔炉高温下才能完成消解，此法不适合于测定低含量磷的海水悬浮物样品。而后4种方法采用的都是强酸体系，需在敞开式容器中进行消解，并且都要求加热蒸发至冒白烟但又不能蒸干，有的还要求在处理样品的锥形瓶上加小漏斗，使消解液在锥形瓶内壁保持回流状态，消解时间需要几小时，分析步骤不但费时而且繁琐，特别是在高氯酸的消解体系中，必须先把试样用硝酸或硫酸将有机质消解后，才能加入高氯酸进行消解，否则高氯酸和有机物的混合物经加热易发生危险。从各种消解方法比较来看，过硫酸钾高压消解法最为理想，它不仅只使用医用消毒锅，设备简单易操作，而且消化时间短、清洁安全。经试验发现采用中性过硫酸钾高压消解对于测定水体中总磷的消解是完全的，但对于烘干固体悬浮颗粒物和沉积物样品来说，将其各种结合态磷转化为正磷酸盐就不完全，尤其是含高泥沙的悬浮颗粒物样品，仅从试验的几个含高泥沙样品3次平行测定的平均值看，要偏低18.7%～33.3%，试验结果见表1。所以本法采用硫酸－过硫酸钾高压消解法。硫酸和过硫酸钾的用量试验见表2，其加入试验用的硫酸溶液浓度为1.5mol／dm3，过硫酸钾溶液质量浓度为20.0g／dm3，消解溶液总体积均为15.0mL。从表2中看出，硫酸和过硫酸钾的最佳用量均为5.0mL，即其消解时的前者浓度为0.5 mol／dm3，后者质量浓度为6.7g／dm3。

表1 过硫酸钾与硫酸－过硫酸钾消解比较试验Tab.1 Comparison between two treatments of potassium persulfate／sulfuric acid and potassium persulfate digestion

表2 硫酸和过硫酸钾用量试验Tab.2 Dosage experiment for the sulphuric acid and the potassium persulfate

1.3 硝酸－硫酸与硫酸－过硫酸钾消解比较试验

为了更进一步验证硫酸－过硫酸钾消解对悬浮颗粒物消解的完全性，取3个含高泥沙悬浮颗粒物样品，分别用硝酸－硫酸和硫酸－过硫酸钾进行消解，每个样品进行3次平行消解测定，取其平均值，结果见表3。试验表明，采用硝酸－硫酸消解和用硫酸－过硫酸钾高压消解，其测定结果基本一致，这说明用硫酸－过硫酸钾高压消解是完全的。

表3 硝酸－硫酸与硫酸－过硫酸钾消解比较试验Tab.3 Comparison between nitric acid／sulfuric acid and sulfuric acid／potassium persulfate digestion

1.4 磷钼蓝法抗坏血酸用量的确定

海水样品经过硫酸钾消解后，在磷钼蓝法测定总磷分析步骤中［1，6］，抗坏血酸用量比测定活性磷的用量要加倍，其原因是为了消除氧化过程产生的氯气对显色的干扰。虽然海水悬浮物中的氯离子不会很多，但或多或少也是存在的，所以本法抗坏血酸用量选用1mL。

1.5 标准曲线浓度范围的确定

经试验证明，标准曲线与工作曲线相比较，其斜率间无显著性差异，并且样品分别用标准曲线和工作曲线计算的总磷、无机磷结果基本一致，误差很小，可以忽略不计。这与文献［13］报道的试验结果一致。同时由于制定标准曲线所用的标准物质是无机磷，不存在形态的转化，为了操作方便，所以本法采用标准曲线法，省略了高压消解和酸浸取的前处理操作步骤。另外根据不同区域河口水、海水中悬浮颗粒物样品测定的PTP、PIP含量区间，确定了本法标准曲线的浓度范围。在测定使用5cm比色皿时，PO4－P浓度为0～4.0μmol／dm3，其浓度与吸光值呈良好的线性关系（r＝0.999 9，n＝11）。线性回归方程为y＝0.114 6x＋0.000 4。只要所测定的悬浮颗粒物、沉积物净质量不大于0.020g，测定的PTP、PIP含量都在标准曲线范围内。

1.6 悬浮颗粒物中总磷的测定

1.6.1 标准曲线的制定

分别移取0.0，1.0，2.0，3.0，4.0和5.0mL的PO4－P标准使用溶液于25mL比色管中，用去离子水稀至20mL左右，加入1.0mL抗坏血酸，摇匀放置5min，加入2.0mL混合溶液，用去离子水稀释至标线，摇匀放置10min后于882nm波长处，用5cm比色皿测定吸光值。

1.6.2 样品前处理

根据过滤样品中悬浮颗粒物含量的高低，用剪刀小心剪取1／3～1／2面积的悬浮颗粒物过滤样（滤膜为φ47mm，孔径0.45μm），准确称取其质量为0.030 0～0.050 0g（同时在同一环境条件下，在称样前需准确称总悬浮颗粒物样品的质量），于65mL的耐高温带盖硬质玻璃瓶中，分别加入5.0mL硫酸溶液、5.0 mL去离子水和5.0mL过硫酸钾溶液，拧紧盖子，置于蒸汽消毒锅中，加温至压力为1.1～1.4kg／cm2，即120～125℃，在此温度下蒸煮45min，然后让其自然冷却和澄清（同时做膜空白试验）。

1.6.3 样品测定

移取5.0mL样品消解上清溶液于25mL比色管中，用去离子水稀至15mL左右，加入4.85～5.00 mL的氢氧化钠溶液，调pH值为2～3（用0.5～5精密pH试纸测试），其余步骤与制定标准曲线相同。

1.6.4 结果计算

从下式计算 PTP的浓度：PTP（μmol／dm3）＝［从标准曲线查得测定浓度值（μmol／dm3）×75］／［用于测定的悬浮颗粒物过滤样（g）×总过滤水样体积（mL）／总悬浮颗粒物过滤样（g）］。式中75为测定样品稀释倍数。若移取测定的消解液体积改变，则系数随着改变。如果称取测定的样品是已与过滤膜分离的悬浮颗粒物，则不能按此公式计算，而应按悬浮颗粒物的净质量和过滤水样体积进行换算。

1.7 悬浮颗粒物中无机磷的测定

1.7.1 样品的前处理

准确称取测定总磷后余留下的质量为0.030 0～0.050 0g的悬浮颗粒物过滤样品，然后剪成小碎片，置于10mL比色管中，加入10.0mL盐酸溶液浸泡24h。在浸泡期间，间隙手摇振荡5次，每次5min或用超声波或用振荡器振荡3次，每次30min，最后离心分离。

1.7.2 标准曲线和样品测定

标准曲线的制定与1.6.1的相同。样品的测定步骤与1.6.3的相同，但加入氢氧化钠溶液（调pH值）的量比测总磷的少加0.2～0.3mL。结果计算公式与1.6.4的相同，但其测定样品的稀释倍数为50而不是75。若称取的样品是不带滤膜的悬浮颗粒物，同样不能按公式计算结果。

1.8 悬浮颗粒物中的有机磷

悬浮颗粒物中的有机磷是由总磷与无机磷的差值得到。

1.9 方法精密度与回收率试验

精密度试验是按测定悬浮颗粒态总磷（PTP）和无机磷（PIP）的分析步骤，取两个不同站位的悬浮颗粒物样品（已与过滤膜分离）进行平行测定6次，计算其相对标准偏差（RSD）。PTP、PIP含量为（632.4～651.7）×10－6和（436.6～452.6）×10－6时，相对标准偏差小于1.44%。而总磷、无机磷和有机磷的回收率试验则是称取0.006 0～0.012 0g不同站位的悬浮颗物样品（已与过滤膜分离），分别加入3种不同浓度的PO4－P和β－甘油磷酸钠标准溶液，平行测定3次（n＝3），取其平均值，计算回收率。消解试剂用量和总体积保持不变，回收率分别为97.2%～101.3%、97.8%～100.4%和97.3%～102.3%。结果见表4、5、6、7和8。试验表明，本法的精密度好，准确度高。

表4 总磷精密度试验Tab.4 Precision test of PTP

表5 无机磷精密度试验Tab.5 Precision test of PIP

表6 总磷回收率试验Tab.6 Recovery rate of PTP（n＝3）

表7 无机磷回收率试验Tab.7 Recovery rate of PIP（n＝3）

表8 有机磷回收率试验Tab.8 Recovery rate of POP（n＝3）

1.10 样品分析结果

按照悬浮颗粒物磷的分析方法，对长江口、杭州湾2006年夏、冬季和2007年春季、秋季航次近千个悬浮颗粒物样品进行了分析，表9是其中秋、冬季航次几个站位的数据。分析结果表明，悬浮颗粒物中磷的数据符合水体中悬浮颗粒态磷与悬浮物含量的正相关性规律，同时也符合不同区域的不同形态磷的垂直分布待征。

表9 悬浮颗粒物不同形态磷的分析结果Tab.9 Results of different forms of phosphorus in suspended particulate matter

2 结果与讨论

本法具有消解彻底，重现性好，准确度高，容易操作的特点，不但适用于海水悬浮物中不同形态磷的测定，而且也适用于含高泥沙的河口水悬浮颗粒物和沉积物中不同形态磷的测定。对于悬浮物少于1mg／L以下的样品，按照常规称取悬浮物，而后进行消解和测定，是无法实现测定其不同形态磷的，因为φ47mm孔径0.45μm国产混合纤维素酯微孔滤膜经海水样过滤后会有2.5～3mg的溶解损失，而且不同厂家生产和不同批次的滤膜，其溶解损失的程度也有所差别。所以对于悬浮颗粒物极少的样品，特别是对大洋海水，称其总悬浮物质量时会出现负值的假象。本法通过剪取用于测定的悬浮颗粒物过滤样品和总悬浮颗粒物过滤样的质量之比值与过滤水样总体积的换算，解决了由于称样可能引起的误差。其次当称取测定的悬浮颗粒物过滤样品时，只要总悬浮颗粒物过滤样也在同一环境和时间称重，那么就不需要烘干恒重后称取。

按称取净重悬浮颗粒物质量计算的测定结果与用本文1.6.4中的公式计算的结果数据完全相同，所以在称样和处理数据时，可根据含悬浮颗粒物的高低来分别对待。对于含泥沙量很高的河口和近岸水的悬浮颗粒物，可采用称取其经烘干恒重并且已与膜自行分离的悬浮颗粒物进行消解测定。而对于大洋海水悬浮颗粒物样品，在加大海水过滤体积的同时，除仍可按本文1.6和1.7的方法测定外，还可以省略称样步骤，直接剪取1／2或取整张（采样时取双样）悬浮颗粒物过滤样品进行消解测定，测定结果按过滤膜的面积和过滤水样体积进行计算，以μmol／dm3来表示海水中悬浮颗粒态磷的浓度。如果需要以×10－6表示悬浮颗粒物中磷的质量分数，那么必须采用称质量和减去相应面积空白滤膜的方法计算，同时在采集样品时，也要做空白滤膜水溶解损失数据的测定。

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