研究环境监测水质中总磷的测定方法

李家宁，刘丽雪，薛 磊

（山东省烟台生态环境监测中心，山东 烟台 264000）

引言

磷作为水体中重要的营养物质，也是微生物生长不可或缺的重要元素，当水体中的磷含量超标时，微生物会迅速繁殖导致水体缺氧形成富营养化，严重破坏水环境生态系统。近几年来随着工农业发展，化肥农药使用量剧增、生活污水及工业废水排放量增加，河流、湖库富营养化问题日益突出，总磷已成为长江流域首要污染物。

目前存在多种水质总磷监测方法，大体可分为两大类，手工监测方法和自动监测方法。样品量大，传统手工方法分析工作量大，耗时长，难以满足高频次监测要求，总磷自动监测仪器分析速度快，适合大批量、高频次样品分析，节省人力物力，但也受限于悬浮物多、颗粒物粒径大的样品，所以探寻不同水样合适的总磷分析方法十分必要。通过对比手工方法和总磷自动分析仪法两种方法，分析不同水样更适合的总磷分析方法。

1 水质总磷测定原理

天然水及废水中，磷的主要存在形式为元素磷、正磷酸盐、缩合磷酸盐（焦磷酸盐、偏磷酸盐、多磷酸盐）及有机基团结合的磷酸盐（磷脂），总磷是以水中可被强氧化物质氧化转变成磷酸盐的各种形态的磷的总量计。目前无论是手工监测方法还是自动仪器监测方法，都常采用强氧化剂（如过硫酸钾、硝酸-高氯酸）对含磷水样进行消解，将所有其他形式存在的磷全部氧化为正磷酸盐，在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵发生反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成比较稳定的蓝色络合物，根据朗伯比尔定律测定其含量。

2 水质总磷测定方法

2.1 手工分析方法

2.1.1 钼酸铵分光光度法

钼酸铵分光法是一种最常用的水质总磷测定方法，《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB/T 11893-1989）颁布已经三十多年了，仍然是总磷的国标分析方法，利用钼酸铵与总磷生成蓝色络合物，通过紫外分光光度计在700 nm下比色测定其浓度[1]。该方法适用于各类水样，适用范围广，如地表水、污水和工业废水，同时兼具灵敏度及准确性高、稳定性好、试剂价格低等优点，被广泛应用于环保、农业、食品等领域。

2.1.2 微波消解法

微波消解法是近些年来发展起来的一种新的样品前处理方法，也被用于总磷前处理，是在钼酸铵分光光度法基础上的改进，将其原有的高温高压消解变为利用高频电磁波将待测水样迅速升温，使其在较短时间内得到良好的消解效果，可以极大地提高工作效率和测量精度，是一种非常有效的水质总磷测定方法。这种方法操作简便，安全可靠，并且也可以适用于多种不同类型的样品，包括各类自来水、废水、地表水等。目前，微波消解法还广泛应用于食品检测领域，在检测食品中的污染物等方面发挥着重要作用。微波消解测定总磷的方法还没有国标认证，也需要考虑样品前处理及工作量等问题，但其安全性、准确性值得研究及推广。

2.2 自动分析方法

2.2.1 流动注射-钼酸铵分光光度法

《水质 总磷的测定 流动注射-钼酸铵分光光度法》（HJ671-2013）于2013年10月25日发布，2014年1月1日开始实施，是一种高效、准确、便捷的水质总磷测定方法。该方法采用了流动注射技术，在酸性条件下，将试样中各种形态的磷在125 ℃的高温高压下消解后全部转化成正磷酸盐，在锑盐催化下与钼酸铵反应生成磷钼杂多酸，迅速被抗坏血酸还原生成蓝色络合物，在880 nm波长下测量吸光度[2]。该方法测定范围广，适用于各类水样总磷的测定，监测范围可达0.020 mg/L～1.00 mg/L。相对于传统的水质总磷测定方法，该方法具有更高的自动化和可重复性，检测速度快，能够快速并准确地处理大量的样品，操作简单，效率高，样品及试剂消耗量少，被广泛应用于河流自动站及污水处理站的总磷监测中，同时在海水总磷的分析中应用显著。需要注意的是，由于流动注射分析仪流路管径较细，当样品含悬浮颗粒物较多或颗粒粒径大于250 μm的样品时，容易堵塞管径。

3 水质总磷测定干扰因素的消除方法

3.1 排除浊度与色度的影响

自然界中水体在流动过程中含有大量的泥沙、胶体等杂质，会给总磷测定过程带来浊度、色度影响。总磷采样要求自然沉降30分钟，能去除大部分干扰，但是仍存在浑浊的样品。中国环境监测总站要求原水浊度小于等于200 NTU时，采用自然沉降30分钟，取上清液；浊度为200～500 NTU时，自然沉降60分钟，取上清液；浊度大于500 NTU时，采用2 000 r/min离心2分钟，取上清液。这种采样方式能最大限度降低浊度干扰[3]。经验表明，该处理后的地表水基本能满足自动分析仪进样要求。对于消解后仍有浊度及色度干扰的样品如何避免干扰依然是我们研究的热点，同时也是难点。现行标准手工监测可选用两种方法：

（1）消解后样品仍有浊度干扰的，采用中性滤纸或者纤维滤膜过滤后定容至50 mL，再加入显色剂后比色，此方法要注意滤纸及纤维滤膜要提前用纯水多次淋洗以去除滤纸中的磷元素，过滤后要用纯水冲洗比色管及滤纸，确保磷元素完全进入比色管，此方法操作麻烦，误差也相对较大。

（2）浊度-色度补偿法，该方法也可应用在连续流动自动分析仪中。消解前先配置参比试样，消解后添加相应的浊度-色度补偿液但不添加抗坏血酸溶液和钼酸盐溶液来去除杂质干扰，从而消除干扰因素的影响，经验表明，该方法相较于过滤更加便捷，准确度也相对较高。

3.2 共存离子与其他干扰因素的影响

在采用钼酸铵分光光度法进行水质总磷测定时，水中的某些物质会与显色剂反应产生干扰。当水中含有较高浓度的砷离子（超过2 mg/L）时，可能会对测定结果产生较大的影响，硫代硫酸钠可消除此干扰。硫化物浓度超过2 mg/L时，也会对测定结果产生干扰，且可能导致测定值偏低[4]。因此，在实际测试中注入氮气能够有效消除干扰；当水样中的铬含量超过50 mg/L时，可以采取添加亚硫酸钠溶液来去除干扰；氧化消解及加磺胺可以去除亚硝酸盐的干扰；某些金属离子也会对实验产生干扰，如铁含量达到20 mg/L时，监测结果会偏低5%。在日常河流湖库监测中，水质比较简单，共存离子干扰较少，但是污水水质复杂，总磷分析时要特别注意共存离子的干扰。

4 实验部分

哈希（HACH）公司的IL500总磷自动分析仪是在流动注射-钼酸铵分光光度法及钼酸铵分光光度法基础上研发出来的总磷自动分析仪，在酸性条件下，采用过硫酸钾将样品在150 ℃下快速消解，加入钼酸铵及酒石酸锑钾显色测定总磷浓度，测量范围可达3.8 mg/L，广泛应用于自动站、污水在线以及实验室分析。本文通过传统手工钼酸铵分光光度法和IL500总磷自动分析仪测定水中总磷进行比对分析，为不同水质总磷分析提供更多选择[5]。

4.1 仪器与试剂

4.1.1 仪器

T6新悦可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；GI54TW立式自动压力蒸汽灭菌器（致微（厦门）仪器有限公司）；IL500总磷自动分析仪（哈希）。

4.1.2 试剂

过硫酸钾（GR.天津市科密欧化学试剂有限公司）；酒石酸锑钾（AR.天津市博迪化工有限公司）；钼酸铵（AR.南京化学试剂有限公司）；抗坏血酸（AR.国药集团化学试剂有限公司）；硫酸（GR，国药集团化学试剂有限公司）；浊度-色度补偿溶液；总磷试剂（哈希）；实验用水为三级水。

磷标准溶液：磷酸盐标准溶液（500 mg/L，生态环境部环境发展中心环境标准样品研究所）；磷酸盐标准贮备溶液（50 mg/L，保存期6个月）；磷标准使用液（2.0 mg/L，现用现配）。

总磷标准样品：批号203999（0.287±0.018 mg/L），批号203913（1.72±0.06 mg/L）。

4.2 实验方法

4.2.1 标准序列溶液的配制

钼酸铵分光光度法：取7支50 mL比色管，依次分别加入0.0 mL，0.50 mL，1.00 mL，3.00 mL，5.00 mL，10.0 mL，15.0 mL磷酸盐标准使用溶液，加水定容至25 mL标线。

IL500总磷自动分析仪法：配制0.0 mg/L，0.04 mg/L，0.06 mg/L，0.10 mg/L，0.50 mg/L，1.00 mg/L，2.00 mg/L磷酸盐标准使用溶液。

4.2.2 样品分析

钼酸铵分光光度法：将样品混合均匀，取25 mL均匀样品于50 mL比色管中，样品浓度高时进行稀释处理，浊度色度高的样品需要配制参比试样。然后加入4.0 mL过硫酸钾溶液，盖紧比色管盖，放入高压锅中120 ℃高压30分钟，高压消解结束后取出冷却至室温，分别向各消解样品中加入1 mL抗坏血酸混匀，30秒后加入2.0 mL钼酸盐溶液混匀。有颜色或者浊度的样品参比试样加入3 mL浊度-色度补偿液摇匀。室温下显色15分钟，在700 nm波长下，用30 mm比色皿比色，扣除空白吸光度后从曲线查得总磷浓度。

4.3 实验结果

4.3.1 标准曲线

本次实验钼酸铵分光光度法曲线方程相关系数为0.999 9，IL500总磷自动分析仪相关系数显示为1.000，说明传统手工方法和自动分析仪法分析总磷重现性都很好，都能满足标准要求。两种方法的曲线回归方程及相关系数见表2。

表2 不同方法标准曲线回归方程和相关系数

4.3.2 标准样品分析结果

本实验选取高（1.72±0.06 mg/L）、低（0.287±0.018 mg/L）两种浓度标准样品，分别用两种方法进行分析，分别重复测定6次，计算各标准样品的平均浓度及相对误差，结果见表3。

表3 总磷标准样品的测定结果

实验结果表明，两种分析方法精密度、准确度均满足标准要求，结果均真实可靠。

4.3.3 实际样品分析结果

本次实验选取5个地表水样品及5个污水样品进行比对分析，结果如表4。

表4 地表水样品测定结果

实验结果表明，在水质相对复杂的情况下，钼酸铵分光光度法和IL500结果无显著差异。

5 结论

传统手工钼酸铵分光光度法与总磷自动分析仪方法精密度、准确度均能满足标准要求，对于悬浮物较多，颗粒物粒径较大的水质样品，自动分析仪容易发生阻塞，需要用手工方法进行分析。日常监测任务中的普通样品，自动分析仪相较于传统手工方法全自动化程度高，更迅速，更安全，能够减轻分析者的工作负担，减少人为误差，同时提高了分析速度，提升了工作效率，适用于高频次、大批量以及应急样品分析，能够被更广泛地应用于总磷监测中。