氫氧化鎂共沉淀法測定海水中納摩爾級活性磷酸鹽

摘 要 利用海水中Mg2+與OH－生成沉淀時(shí)會共沉淀PO3－4的特性，富集海水中PO3－4，富集后的Mg（OH）2沉淀用酸溶解，應(yīng)用磷鉬藍(lán)-分光光度法測定。對試劑用量、離心速度及時(shí)間、Mg（OH）2溶解用酸種類、H/Mo等實(shí)驗(yàn)參數(shù)和條件進(jìn)行了優(yōu)化。并采用與常規(guī)磷鉬藍(lán)法介質(zhì)一致的H2SO4作為Mg（OH）2沉淀溶解用酸，減少混合試劑中H2SO4的比例，提前用于Mg（OH）2沉淀溶解，減少了沉淀溶解時(shí)間，提高了檢測效率，同時(shí)解決了測試介質(zhì)H/Mo過高的問題。在優(yōu)化條件下，改進(jìn)的共沉淀方法的回收率為972%～1009%，空白值為（4.88±0.29） nmol/L；方法檢出限為2.42 nmol/L。對大洋表層海水活性磷酸鹽測定，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%～4.8%。

關(guān)鍵詞 活性磷酸鹽；納摩爾級磷測定；鎂共沉淀法；寡營養(yǎng)鹽區(qū)

1 引 言

大洋真光層中活性磷酸鹽濃度往往極低，通常在納摩爾級水平[1，2]，遠(yuǎn)低于目前常用的磷鉬藍(lán)分光光度法的檢出限[3]。由于受低濃度活性磷酸鹽測定技術(shù)的限制，上層大洋活性磷酸鹽的數(shù)據(jù)相當(dāng)缺乏。近年來，很多學(xué)者都致力于建立更靈敏的海水低濃度活性磷酸鹽測定方法。如Huang等[4]利用陽離子染色，與磷鉬酸鹽相結(jié)合形成孔雀綠，靈敏度比常規(guī)鉬藍(lán)法提高5倍。但該方法存在試劑穩(wěn)定性差，顯色不穩(wěn)定，在酸性條件下會引起有機(jī)磷的水解等問題。Liang等[5]利用魯米諾化學(xué)發(fā)光法測定水樣中磷，該方法靈敏度較高，滿足低磷測定的要求，但方法受海水中的Ca2+， Mg2+的嚴(yán)重干擾，只適于淡水中低濃度磷的測定要求。兩種常用方法為：（1）根據(jù)朗伯-比爾定律，采用增加比色皿長度的方法提高測定靈敏度，如Zhang等[6]采用2m長的波導(dǎo)纖維作為流通池，其檢出限可達(dá)0.5 nmol/L，但增加光程在理論上并不提高信噪比，而且存在光的衰減和光學(xué)元件的連接等問題[6]。（2）采用液相萃取、固相萃取和共沉淀預(yù)等預(yù)富集法[7～11]，其中被普遍接受和認(rèn)可的方法是鎂共沉淀法（MAGIC）。此方法于1992年由Karl等提出[9]，利用海水所含Mg2+，添加OH－，使其產(chǎn)生絮狀的Mg（OH）2沉淀，吸附活性磷酸鹽，達(dá)到富集效果。其特點(diǎn)是預(yù)富集過程在磷鉬酸鹽化合物形成之前，僅對樣品進(jìn)行富集，所以空白相對較低[9]，富集倍數(shù)能達(dá)到5～100倍，所用儀器簡單。

目前，對MAGIC已有一些相關(guān)報(bào)道[12～14]，但作者在應(yīng)用該方法時(shí)發(fā)現(xiàn)，如按文獻(xiàn)報(bào)道的流程和操作步驟，往往出現(xiàn)空白高、重現(xiàn)性差等問題。本研究采用與常規(guī)磷鉬藍(lán)法介質(zhì)一致的H2SO4溶液作為Mg（OH）2沉淀溶解用酸，減少混合試劑中H2SO4的比例，提前用于溶解Mg（OH）2沉淀，加快了Mg（OH）2沉淀溶解的速度，提高了檢測效率，同時(shí)解決了測試介質(zhì)H/Mo過高的問題。本方法已成功應(yīng)用于太平洋上層海水（0～200 m）中活性磷酸鹽測定。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

所用儀器為UV-1206分光光度計(jì)（日本島津公司），HITACHI-CR22GⅡ高速冷凍離心機(jī)。實(shí)驗(yàn)器皿預(yù)先經(jīng)10% HCl 浸泡至少24 h，當(dāng)天使用當(dāng)天清洗。所有試劑均為分析純以上，實(shí)驗(yàn)用水均為Millipore超純水（18.2 M

SymbolWA@ #8226;cm）。 1 mol/L NaOH 溶液，0.25 mol/L H2SO4溶液，1000

SymbolmA@ mol/L磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲備液，50

SymbolmA@ mol/L磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液（當(dāng)天配制），54 g/L抗壞血酸溶液?；旌显噭?0 g/L鉬酸銨溶液、3 mol/L H2SO4溶液、1.4 g/L酒石酸銻鉀溶液以體積比40∶40∶20混勻。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1標(biāo)準(zhǔn)工作曲線繪制 在5個(gè)500 mL離心管中分別準(zhǔn)確移入0，0.2，0.4，0.6和0.8 mL的50

SymbolmA@ mol/L磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液，用大洋陳化海水稀釋至400 mL，混勻；加入5.0 mL 1 mol/L NaOH溶液，劇烈振搖5 min，靜止5 min，重復(fù)振搖5 min。放于離心機(jī)（8000 r/min）離心40 min，傾盡上清海水。加入10.0 mL 0.25 mol/L H2SO4溶液，使沉淀完全溶解；加入0.70 mL鉬酸銨-H2SO4-酒石酸銻鉀混合試劑，混勻，加入0.40 mL 54 g/L抗壞血酸溶液，搖勻；15 min后，在分光光度計(jì)上，用5 cm比色池于882 nm波長處測定各溶液的吸光值；繪制磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

2.2.2 水樣的測定 量取400 mL樣品于離心管中，按照工作曲線繪制步驟，測定水樣的吸光值（A），用工作曲線回歸方程計(jì)算得相應(yīng)水樣中磷酸鹽濃度。

分 析 化 學(xué)第39卷

第1期徐燕青等： 氫氧化鎂共沉淀法測定海水中納摩爾級活性磷酸鹽

3 結(jié)果與討論

3.1 預(yù)富集倍數(shù)及Mg（OH）2共沉淀?xiàng)l件

Mg（OH）2共沉淀的最佳條件是以生成最小的沉淀量而獲取最高的磷回收率。文獻(xiàn) [9，12，14]分別選擇海水樣和NaOH溶液的體積比為40∶1，80∶1，250∶1.75。 文獻(xiàn)[9]利用32PO3－4標(biāo)記方法， 圖1 海水樣品和NaOH溶液體積比的影響

Fig.1 Effect of volume ratio of sea water sample and NaOH solution on Mg-induced coprecipitatin （MAGIC）證明1000×g 離心 60 min對50 mL樣品的處理較為合理，且認(rèn)為離心力大于12000×g 是沒有必要的。文獻(xiàn)[20]的離心力選用1500×g，對250 mL 樣品離心10 min。

本實(shí)驗(yàn)對海水樣品與NaOH溶液體積比、離心速度及時(shí)間等條件進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果見圖1和圖2。最終選取海水樣品400 mL，與NaOH溶液的體積比為80∶1，離心速度為8000 r/min，離心時(shí)間為40 min。

3.2 空白值的控制

空白值是影響痕量分析方法優(yōu)劣的最基本參數(shù)。在低濃度磷酸鹽測定的過程中，影響空白值的主要因素是介質(zhì)和試劑的純度。而對于介質(zhì)的選擇，很多實(shí)驗(yàn)推薦用去磷海水（鎂共沉淀法除去海水中的磷），或配制人工海水用于工作曲線的制作。圖2 離心速度（a）和離心時(shí)間（b）對MAGIC方法結(jié)果的影響

Fig.2 Effect of centrifugation speed （a） and centrifugation times （b） on MAGIC

對比去磷海水、人工海水及不同海區(qū)的表層陳化海水的空白值， 結(jié)果表明： 人工海水及近海表層陳化海水空白相對較高，空白的吸光度分別為0.0316和0.0234。以陳化半年以上的寡營養(yǎng)區(qū)大洋表層海水和去磷海水為介質(zhì)，空白值較低，分別為0.0154和0.0134。但以去磷海水為介質(zhì)，經(jīng)過鎂共沉淀法去磷后，溶液中Mg2+和Ca2+被大量消耗，對P吸附能力減弱，多次沉淀后會造成標(biāo)線“失真”。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇大洋寡營養(yǎng)鹽區(qū)表層陳化海水作為工作曲線介質(zhì)。如無大洋表層陳化海水，也可選擇去磷海水，但共沉淀去磷次數(shù)不應(yīng)超過3次。對大洋表層陳化海水平行測定6次，得到介質(zhì)的空白值為（4.88±0.29）nmol/L。

3.3 酸種類及用量的選擇

本實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵的影響因素是酸的加入量，既要使Mg（OH）2沉淀能較快溶解，又要保證溶液中最終的H/Mo保持在60～80[15]。以往報(bào)道[9，12，14]的方法均選擇HCl溶液溶解Mg（OH）2沉淀，但實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)：Mg（OH）2沉淀能較快溶解的酸用量，會導(dǎo)致最終溶液的H/Mo過高；而H/Mo保持在60～80 時(shí)的酸用量對Mg（OH）2沉淀的溶解十分緩慢（

Symbol~@@ 30 min）。根據(jù)常規(guī)磷鉬藍(lán)法中顯色所需酸的介質(zhì)，本研究采用H2SO4溶液溶解Mg（OH）2沉淀，并減少混合試劑中H2SO4的比例，提前用于溶解Mg（OH）2沉淀，不僅減少了沉淀溶解時(shí)間，提高了檢測效率，同時(shí)解決了測試介質(zhì)H/Mo過高的問題，并使溶液介質(zhì)與常規(guī)方法保持一致。

本實(shí)驗(yàn)確定條件為：10.0 mL 0.25 mol/L H2SO4 溶解Mg（OH）2，顯色用混合試劑0.70 mL。Mg（OH）2沉淀溶解只需5～10 min，且最終溶液H/Mo在70～80內(nèi)。

3.4 方法的檢出限、回收率和精密度

以大洋陳化海水為樣品基底，加標(biāo)濃度為10 nmol/L，平行測定6次，結(jié)果為（10.06±0.72） nmol/L，計(jì)算得方法檢出限為2.4 nmol/L。加標(biāo)濃度（10 nmol/L）小于5倍的檢出限，計(jì)算所得的方法檢出限有效。本方法檢出限大大低于常規(guī)方法的檢出限（0.02

SymbolmA@ mol/L）［16］。

以大洋海水為基底，分別加入20.0， 40.0和60.0 nmol/L磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液，用上述方法進(jìn)行回收率測定。結(jié)果表明，磷酸鹽回收率為97.2%～100.9%（表1）。對兩個(gè)大洋表層海水分別平行測定5次，平均值分別為20.12和80.1 nmol/L， 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.8%和2.1%，優(yōu)于目前海洋監(jiān)測規(guī)范方法（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差±10%）［16］。

PO3－4濃度在5～100 nmol/L范圍內(nèi)與吸光度呈良好的線性關(guān)系。線性方程為y＝0.0028x－0．005，線性相關(guān)系數(shù)R2＝0.9984。

3.5 大洋海水的測定

應(yīng)用本方法對西太平洋0～200 m水柱部分水樣進(jìn)行了測定。水樣采自于2008年第20次大洋考察期間，用CTD-rosette采水器采集。水樣采集后現(xiàn)場經(jīng)0.45

SymbolmA@ m醋酸纖維濾膜過濾，儲存于500 mL高密度聚乙烯瓶，冷凍保存[17]，測定結(jié)果見表2。西太平洋調(diào)查區(qū)100 m以上水柱活性磷酸鹽濃度一般都低于75.0 nmol/L；上層水柱（2～30 m）水樣磷酸鹽濃度低于20.0 nmol/L。應(yīng)用MAGIC方法可以準(zhǔn)確測得海水中低含量的磷酸鹽，滿足寡營養(yǎng)鹽海區(qū)磷的生物地球化學(xué)研究和磷循環(huán)研究的需求。

表2 西太平洋上層水柱磷酸鹽濃度

Table 2 Concentrations of phosphate in upper water column in the West Pacific Ocean

水深

Depth （m）

磷酸鹽濃度 Concentration of phosphate （nmol/L）

Arog01

PO01

PO03

MC02

MC03

217．4719．8214．419．1517．41

3023．0019．536．838．1513．30

5018．8829．2913．697．6042．36

10072．2939．1243．2212．1255．01

200161．10123．9899．2156．23106．98

致 謝 國家海洋局第二海洋研究所趙宏樵、張東聲、江巧文、陳春輝在采樣期間給與幫助，實(shí)驗(yàn)期間得到俞萍等人的大力支持，謹(jǐn)致謝忱。

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Determination of Reactive Phosphate in Nanomolar Level in

Sea Water with Mg（OH）2 Co-precipitation

XU Yan-Qing， GAO Sheng-Quan， CHEN Jian-Fang*， WANG Kui，

JIN Hai-Yan， YUAN Liang-Yin， LI Hong-Liang

（Second Institute of Oceanography， State Ocean Administration， Laboratory of Marine Ecosystem and

Biogeochemistry， State Ocean Administration， Hangzhou 310012）

Abstract PO3－4 in seawater was co-precipitation by the formation of brucite [Mg（OH）2]， initiated by the addition of NaOH. The precipitate was collected by centrifugation and dissolved in acidic solution for the determination of soluble reactive phosphorous （SRP） with classical phosphomolybdic method. Based on other previous study， the experimental parameters and conditions， including the volume of reagent， centrifugation speed and time， kinds of acid， H/Mo ratio， were optimized. A part of H2SO4 in mixed reagent was used for dissolved precipitate not only to keep the same medium with following phosphomolybdenum blue procedure， but also to speed greatly precipitate dissolved and reduce the high H/Mo ratio in solution before. Under the optimized conditions， the recoveries， blank and limits of detection of the proposed method were 97.2%－100.9%， （4.88±0.29） nmol/L， and 2.42 nmol/L， respectively. The RSDs ranged from 2.1% to 4.8% for the seawater samples. The method had been used to determine the concentrations of phosphate in the upper water （0－200 m） of the Pacific Ocean successfully.

Keywords Reactive phosphate; Low-level phosphate; Magnesium-induced co-precipitation; Oligotrophic area

（Received 24 May 2010; accepted 18 August 2010）