修正分光光度法测定浑浊水中总磷

郭庆，石鹍，徐翠锋，侯玲梅

(1.桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004；2.广西自动检测技术与仪器重点实验室，广西 桂林 541004；3.兰州交通大学 化学与生物工程学院，甘肃 兰州 730070)

0 引言

磷的含量是水质监测的重要指标[1-2]。由于在线获取的水样中胶状颗粒物含量较多且悬浮物分布不均，使样品多数呈现浑浊状态。采用分光光度法检测样品时，为了避免水样中颗粒物产生的折射、散射等对测量结果的影响，事先需滤除水样中的颗粒物质来获取澄清溶液[3-4]。常见的减小浊度影响的方法有沉淀法、补偿法和过滤法等[3,5-11]，这些方法不但增加了样品的处理步骤和数量，而且不能解决实现在线检测的问题。为了解决这一问题，有学者提出单波长、双波长法和多波长法等[11-16]在线浊度补偿的检测方法，实验结果表明能够在一定测试范围内消除浊度的影响。但这些方法不仅需要经过大量实验筛选出一个合适的参考波长，还会增加实验的操作步骤；并且由于采用不同的分析方法会使所选取的参考波长也不完全一致，导致没有一个统一的标准。

本文以朗伯比尔定律为基础，建立浑浊溶液中测定总磷含量的修正分光光度法，能够根据待测溶液的浊度实现对水样中总磷的检测。该方法不仅能较便捷检测出浑浊水体中的磷的浓度，而且优化了水质总磷在线检测的步骤。

1 材料与试剂

1.1 试剂

抗坏血酸溶液(100 g/L)：将10.000 0 g抗坏血酸溶于水中，并稀释至100 mL；“钼酸盐溶液”：将13.000 0 g钼酸铵溶于100 mL水中；“1+1硫酸”：分析纯硫酸(密度：1.84 g/mL)和蒸馏水1∶1体积比混合；“磷标准储备溶液(50 mg/L)”：称取 0.2197 g于110 ℃干燥2 h在干燥器中放冷的磷酸二氢钾，用水溶解后转移到1 000 mL 容量瓶中，加入大约800 mL水，加5 mL“1+1 硫酸”，然后用水稀释至标线，混匀；磷标准使用液(2.0 ug/mL)：将10 mL的磷标准储备液转移至250 mL容量瓶中，用水稀释至标线并混匀[17]。

“硫酸肼溶液(1 g/100 mL)”：准确称取1.000 0 g硫酸肼溶于零浊度水,溶液转入100 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀；“六次甲基四胺溶液(10 g/100 mL)”：称取10.000 0 g六次甲基四胺溶于零浊度水，并转入100 mL容量瓶中，稀至刻度，摇匀；“浊度标准储备液”：吸取5 mL硫酸肼溶液与5 mL六次甲基四胺溶液定容于100 mL容量瓶中，混匀，于25±3 ℃下静置反应24 h，冷后用水稀释至标线，混匀，此溶液浊度为400度，可保存一个月[18]。

1.2 仪器

VIS-723N型可见分光光度计(北京北分瑞利分析仪器公司)；50 mL具塞比色管；100 mL容量瓶，1 000/5 000 μL移液枪；棕色试剂瓶等。

2 实验方法

2.1 分析方法

先测定一系列浊度(t)标准溶液基底下磷浓度(c)溶液的吸光度工作曲线ASt=f(c,t)；接着，采用回归分析方法得到浊度对磷吸光度的影响曲线At=f(t)；然后，在同等条件下用曲线At=f(t)修正待测水样中磷的吸光度曲线Act=f(c,t)；从而得到待测水样中的磷的吸光度曲线Ac=f(c)以及质量浓度，实现对浑浊溶液中磷含量的在线测定。

2.2 实验方法

2.2.1 标准浊度溶液下磷工作曲线绘制

取10支具塞刻度管在不同浊度(0～400 NTU)基底下分别加入0.00，0.10，0.20，0.30，0.40，0.60，0.80，1.00，1.20，1.60 mL磷酸盐标准溶液，加水至25 mL。然后加入1 mL抗坏血酸溶液混匀，30 s后加2 mL钼酸盐溶液充分混匀。室温下放置15 min后，在700 nm波长下，以水做参比，测定吸光度，和对应的磷的含量绘制工作曲线[17]。从而可得到一系列在不同浊度基底中磷酸盐的吸光度曲线ASt=f(c,t)。

2.2.2 浊度的影响曲线及修正公式

对ASt=f(c,t)采用回归分析方法得到不同浊度对应磷吸光度的影响值，并绘制浊度对磷吸光度的影响曲线At=f(t)。从而得到浑浊溶液中磷酸盐吸光度的修正公式曲线：

Ac=Act-At=f(c,t)-f(t)=f(c)。

(1)

2.2.3 浑浊水样的测定及结果计算方法

① 采样和试样的制备：采集500 mL水样，不加任何试剂于冷处保存。取25 mL样品于具塞刻度管中。取时应仔细摇匀，以得到溶解部分和悬浮部分均具有代表性的试样。

② 浊度标准曲线的绘制[18]：吸取浊度标准液0.00，0.50，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 及6.25 mL，置于50 mL的比色管中，加水至25 mL标线。摇匀后，即得浊度为0，4，8，16，24，32，40及50度的标准系列。于680 nm波长，绘制校准曲线。

③ 水样浊度的测定：吸取50.0 mL摇匀水样于50 mL比色管中，按绘制校准曲线步骤(2)测定吸光度，由浊度标准曲线上查得水样浊度。

④ 磷标准曲线的制备：按照2.2.1中的处理方法制作磷标准曲线。

⑤ 理论质量浓度测定：即过滤水样中的磷浓度，按照步骤④的处理方法处理过滤水样，测定其吸光度，根据绘制的标准曲线算出过滤水样中磷吸光值所对应的理论质量浓度。

⑥ 实验质量浓度测定：即浑浊水样中的磷浓度，按照步骤④的处理方法处理浑浊水样，结合“2.2.1”和“2.2.2”的实验方法绘制修正后的吸光度曲线，并算出浑浊水样磷吸光值所对应的测量质量浓度。

2.2.4 修正公式的验证

实验室内模拟水样验证：根据修正公式的检测上下限，配置随机度数的浊度做基底，随机设定磷浓度的溶液，测定溶液的吸光度，再使用修正公式倒推溶液浓度并计算偏差。

实际水样验证：在校园随机取3处水样，测定其修正前后的浊度和吸光度，并推算出相对应的样品中磷的浓度，将两者对比计算偏差。

3 结果与分析

3.1 不同浊度基底下吸光度与浓度关系

按照“2.2”中的方法，测定了浊度基底在0～400 NTU、磷标准溶液浓度在0～3.2 mg/L范围内待测水样的吸光度，得到一系列在不同浊度基底中磷吸光度曲线ASt=f(c,t)的回归方程，其构建的三维关系如图1所示。

从图1中可以看出，在不同浊度基底下，吸光度与磷质量浓度成正比；同样，在相同磷浓度下，吸光度与浊度成正比。而且不同浊度和浓度与吸光度的回归方程的斜率基本保持一致，从而说明，浊度和浓度的单一变化不会影响方法的灵敏度，亦即在测定浑浊水样中磷的吸光度时可以认为浊度与浓度是相互独立的两个变量。因此，磷产生的吸光度与浊度基底产生的吸光度具有加和性。

3.2 浊度对吸光度的影响及修正公式

对ASt=f(c,t)采用回归分析方法得到不同浊度对应磷吸光度的影响值，经数据处理后绘制出浊度对磷吸光度的影响曲线At=f(t)如图2所示。

图1 吸光度与磷浓度和浊度的关系图

Fig.1 Relationship of absorbance, phosphorus concentration, and turbidity

图2 浊度对吸光度的影响曲线

Fig.2 Influence of turbidity on absorbance

由图2可以看出，浊度对吸光度的影响曲线为：

At=0.000 4t+0.000 7。

(2)

将式(2)代入式(1)中可推导出浑浊溶液中磷吸光度的修正公式：

Ac=Act-At=Act-(0.000 4t+0.000 7)。

(3)

由式(3)可知，通过测量含磷浑浊溶液的吸光度即可得到修正浊度影响后水样中磷的吸光度，再将其带入到标准的磷酸盐吸光度标准曲线中，从而实现对浑浊溶液中总磷的测定。

3.3 修正分光光度法验证

为了检测浊度修正公式的效果，利用浊度标准溶液和磷标准使用溶液配制随机浊度和总磷浓度的10个混合溶液，实验测得浊度修正前后的总磷浓度值及相对误差如表1所示。

表1 随机浊度溶液的总磷浓度分析

由表1可知，在同一浊度基底下，经修正之后的吸光值与标准值基本一致，其浓度测量值的相对误差在9 %以内，满足分析要求。说明修正后的分光光度法能够大大减少水样浊度对总磷检测造成的影响。

3.4 实际试样的测定

在校园取三处湖水样品，采用修正分光光度法进行测量，并与国标浊度过滤法[15-16]做了对比，实验结果如表2所示。可见修正后的相对误差在8 %以内，能够消除浊度对磷吸光度的影响。

表2 实际水样总磷浓度测量结果对比

4 结论

浑浊溶液中磷浓度的修正分光光度法，主要是探寻消除浊度对总磷在线检测的影响的新思路。经过与国标浊度过滤法做对比，验证了修正方法的可行性和准确性。该方法可根据水样浊度合理选择预处理方式，还简化了实验的操作步骤，适用于环境水质中总磷的在线检测。