地表水总磷检测条件优化实验研究

于湘红，莫如宝

(1.湖南省张家界生态环境监测中心，湖南 张家界 427000； 2.张家界市永定区农村供水总站，湖南 张家界 427000)

1 引言

磷是生物生长所必需的元素之一，低浓度的磷对人体无直接危害，对水生生物也无多大影响[1]，但水体中磷含量超过一定限值，可造成藻类过度繁殖以至达到有害的程度时，可引起水体的富营养化，水体透明度降低，水质变坏，极大影响鱼类生存。因此在水质理化检测指标中，总磷是重要检测项目之一，实验室常用的总磷测定方法是钼酸盐分光光度法。

《地表水环境质量标准》GB3838-2002[2]中总磷标准限值分为一般水体和湖库水体，其中湖库水体中总磷标准限值Ⅰ类只有0.01 mg/L，Ⅱ类0.025 mg/L，Ⅲ类0.05 mg/L，Ⅳ类0.1 mg/L，Ⅴ类0.2 mg/L。大量水质监测断面水质类别因总磷浓度限值而影响水质排名，因此，总磷项目监测受到各方关注，为保证监测数据“真准全”，总磷监测需从采样到实验室分析等全过程实行条件最大优化。

2 总磷检测原理

水体中总磷包括溶解的、颗粒的有机磷和无机磷。测定可分两步进行：①使用某种消解方法将水样中各种不同形态的磷转化为可被检测的磷酸盐；②测定消解后样品中的磷酸盐浓度。

钼酸盐分光光度法测定原理是：中性条件下，过硫酸钾消解试样，使样品中的磷全部氧化为正磷酸盐。硫酸介质下，正磷酸盐与钼酸铵在锑盐存在下发生反应，生成磷钼杂多酸，即被抗坏血酸还原，生成蓝色的铬合物，比色定量[3]。

3 主要仪器、试剂及操作过程

(1)仪器类(检定合格)：双光束紫外可见分光光度计(A580)、电子分析天平(AEY220)、立式压力蒸汽灭菌器(1.1～1.4 kg/cm2/YXQ-30SⅡ)、医用离心机、浊度仪、50 mL具四氟乙烯旋塞比色管、100 mL容量瓶等。

(2)试剂溶液类：总磷有证标液(2 mg/L)、过硫酸钾消解液(50 g/L)、抗坏血酸溶液(100 g/L)、钼酸盐溶液、浊度—色度补偿液(临用现配)等。

(3)操作过程：标准系列及样品测定步骤见表1。

4 实验过程及结果分析

4.1 采样

4.1.1 采样瓶洗涤

采集样品，样品总磷浓度不高时，尽量用玻璃瓶采样，并尽快分析。由于总磷极易吸附，故采样前需对采样瓶进行认真仔细清洗，依次用铬酸洗液荡洗、自来水冲洗、蒸馏水润洗，烘干，切记不能使用含磷洗涤剂进行刷洗。

采样前，需对采样瓶进行质量检查，通过采集空白样品进行分析，总磷测定结果未检出，否则需重新洗涤烘干采样瓶，直至检查合格方可投入使用。

表1 标准系列及样品测定步骤

4.1.2 浑浊样品前处理

总磷包括溶解的、颗粒的有机磷和无机磷。江河湖库处于丰水期时，水土流失严重，样品浑浊，介于泥沙中可能含有很大一部分有机的和无机的磷，因此泥沙含量高低有可能影响总磷的测定结果。受重力影响，泥沙自然沉降，其沉降时间不同，样品中泥沙含量也不尽相同，分析结果相差甚远[4]。根据中国环境监测总站印发《地表水总磷前处理技术规定(试行)》总站水字2019年603号文规定[5]，浊度不同，水样采集前处理不同。本文特选取浑浊度不同的6个点位的地表水(浊度分别为50NTU、150NTU、200NTU、350NTU、500NTU、600NTU)水样1、水样2、水样3、水样4、水样5、水样6进行探究优化实验，采取自然沉降30 min(条件1)、自然沉降60 min(条件2)和离心(2000 r/min)离心2 min(条件3)3种前处理方式后，进行水样采集和总磷测定，结果如表2。

由表2数据可以看出，浊度为50 NTU水样1和150 NTU水样2，自然沉降30 min(条件1)和自然沉降60 min(条件2)采集样品所测总磷结果偏差不大；浊度为200 NTU和350 NTU水样，自然沉降30 min比自然沉降60 min采集样品所测总磷结果大，自然沉降60 min和2000 r/min离心2 min前处理采集样品测定结果偏差不大；浊度为500 NTU和600 NTU水样自然沉降30 min测定结果远大于自然沉降60 min和2000 r/min离心2 min前处理样的测定值，2000 r/min离心2 min前处理采集样品测定结果比自然沉降60 min测定值要低27.3%。因此水样浊度不高时，将水样自然沉降30 min采取上清液即可；当浊度大于200 NTU，需增加自然沉降时间，若浊度达到500 NTU及以上时，水样需用离心机离心处理后再采集。随着自然沉降时间延长，取上清液分析同一样品，总磷测定结果逐渐降低。浊度不同的样品，浊度增大，水样自然沉降时间需加长。

根据上述条件探索性实验看出：自然沉降时间对地表水总磷的测定有非常重要的影响。样品不同自然沉降时间的选取对于真实反映水质有重要影响。为采样工作有效开展，通过短时间将样品离心可达到长时间自然沉降的效果，极大缩短前处理时间。

4.1.3 水样运输影响

采样完成，不规范运输也会对水中总磷含量测定值的精准性产生影响。样品运输过程中，水样受温度、光照、震动等因素的影响而发生变化，不利于水中总磷含量测定工作的开展[6]。样品需在低温防震及避光条件下运输。

表2 不同采样前处理采集样品总磷测定结果

4.2 实验室分析

4.2.1 消解方式

取样前充分摇匀试样，以得到具有代表性的溶解态和悬浮态的样品。实验室常用消解液是过硫酸钾溶液(50 g/L)。

4.2.2 影响因素及实验条件改进措施

4.2.2.1 水样pH值及保存时间

取一份水样进行酸化，平行分成5份，分别在4、10、15、20、255个恒温箱放置，设置2 h，24 h、48 h、72 h、96 h不同保存时间，对酸化水样是否回调pH值进行总磷测定探索实验，测定结果如表3。

通过实验得出：样品总磷浓度测定结果先随样品保存时间的延长逐渐增大，而后慢慢变得平稳，直至浓度不再有变化。加酸保存的样品随保存时间的增长，由于泥沙和悬浮物中溶出的有机磷和无机磷的量增加，逐渐达到溶出平衡。直接取酸性水样和调至中性的实验进行结果比对，所测结果相差不大[7,8]。样品保存条件加酸在4 ℃保存最佳，保存期限24 h之内。在实际的常规地表水监测分析中，总磷是一必测项目，由于样品量比较大，且压力锅消解的时间本身就比较长，把每个样品都调至中性，将浪费大量的时间，可不用调pH值，直接取样进行分析。

表3 水样不同保存条件对总磷结果影响 mg/L

4.2.2.2 水样色度-浊度

清澈透明水样，按国标方法检测结果相差不大[9]，可比性很高。消解后依然浑浊有色度的样品，处理方式不同，其测定结果差别却很大。李小如等[10]、李艳萍等[11]分别用补偿法、过滤法、离心法去除水中浊度的干扰及显色前后离心进行了一系列比较分析。针对该情况，本实验选取高、中、低3种浓度水平的总磷样品，采用“未色度浊度补偿”“滤纸过滤+色度浊度补偿”“离心分离+色度浊度补偿”3种补偿方式进行探索实验，测定结果如表4。

表4 不同补偿方式测定高、中、低3种浓度水平总磷测定结果

对于有浊度或色度的样品且其总磷含量低时，水样不做浊度—色度补偿，会使样品浓度值大大增高，由于色度浊度影响光的透过率使吸光度增大；用滤纸过滤的测定结果偏低，这可能是滤纸能吸附显色物质磷钼蓝，使样品吸光度降低，测定结果偏低；进行离心分离后再进行色度浊度补偿测定结果满足实验要求。实际工作中，遇到样品有浊度或色度时，可先将消解后的双份样品先经过离心，再进行浊度色度补偿，可达到满意效果。

4.2.2.3 试剂

市售的一些过硫酸钾质量层次不齐，杂质含量比较高，空白吸光度变大，影响总磷样品测定结果。过硫酸钾不易溶解，配制时，可将其水浴加热，水浴温度不超过50 ℃。加热温度过高，过硫酸钾分解失效。钼酸铵溶液的配制需要用到硫酸，配制时需要缓慢进行，钼酸铵溶液和(1+1)硫酸分开配制，否则会使钼酸铵溶液变蓝，测定时使水样显色不充分，测定结果偏低。

4.4.2.4 显色及比色时间

选取实际样品，平行取样9份，在不同显色温度和显色时间条件下进行总磷测定，结果详见表5。

表5 不同显色温度和显色时间总磷测定结果

显色温度小于15 ℃，随着显色时间增加，总磷测定结果增大，30 min显色时间可满足实验要求，显色时间从30～60 min，测定结果变小；显色温度15～30 ℃，15 min显色时间即可满足要求，随着显色时间增加测定结果变小；显色温度35～40 ℃，短时间显色就可达到实验显色要求，随着显色时间增加测定结果变小。

由实验可知，室温变化，对总磷显色时间有很大的影响，温度升高，分子运动速度加快，分子间碰撞频繁，显色快。测定样品时需严格控制比色时间[12,13]。显色稳定后尽快测定样品吸光度，时间放置越久测定结果偏低。

4.2.2.5 玻璃仪器及比色皿

实验中用到的玻璃器皿，用(1+5)盐酸或硝酸浸泡2 h，或用不含磷酸盐的洗涤剂清洗。比色皿用后以稀硝酸或铬酸洗液浸泡片刻，以除去吸附的钼蓝有色物[14,15]。比色时，最终成色的磷钼蓝在比色皿上的吸附能力强，特别是高浓度的吸附更明显，因此在测定标准系列后，应多用纯水洗涤比色皿，若清洗不彻底，会使后续测定的样品吸光度增大，导致结果偏高。测定完成后，应将比色皿放入铬酸洗液或稀硝酸中浸泡片刻，再用自来水和纯水分别进行冲洗供下次使用。

4.2.2.6 检出限、测定下限

钼酸铵分光光度法测定总磷检出限(当样品取样体积为25 mL时)为0.01 mg/L，根据定义，检出限指产生一个能可靠地被检出的分析信号所需要的某元素的最小浓度或含量。在限定误差能满足预定要求的前提下，用特定方法能够准确定量测定被测物质的最低浓度或含量，称为该方法的测定下限。检出限只能粗略地表征，仅仅是一种定性判断，测定下限反映出分析方法能准确地定量测定低浓度水平的待测物的极限值。钼酸铵分光光度法测定总磷能准确测定最小浓度值为0.04 mg/L，然而湖库水体中总磷标准限值Ⅰ类只有0.01 mg/L，Ⅱ类0.025 mg/L，Ⅲ类0.05 mg/L。能准确测出总磷浓度的湖库水样至少为Ⅲ类水，受分析方法制约将严重影响水质类别的分类与评价。

5 结论

地表水总磷的测定，影响结果的因素多，受标准局限性的影响，为保证检测结果准确性和真实性，需从采样环节到实验分析全过程进行质量控制。采样容器和样品瓶必须洁净并用酸泡洗，要特别注意水样色度浊度的影响，并视情做相应前处理，水样浊度小于200 NTU时，水样自然沉降30 min，取上清液；若浊度在200～500 NTU之间，水样需自然沉降60 min，取上清液；若浊度大于500 NTU，水样需用离心机在2000 r/min下离心2 min，取上清液分析，必要时可先将消解后的双份样品离心，再进行浊度色度补偿。采集水样后需加固定剂以及保证样品运输科学，保证低温避光防震；玻璃器皿，用(1+5)盐酸或硝酸浸泡，所用试剂达优级纯试剂以上，水样显色温度以及显色时间应合适，显色温度15～30 ℃，显色15 min可达到要求，显色完成后应尽快进行吸光度测定以免影响比色结果准确性。