水體中PO43--P的主要檢測(cè)方法

莫珊，高躍昕，李楠，張新申

（四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，四川大學(xué)皮革化學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065）

1 引言

磷廣泛地分布在生物圈中，是生物生長(zhǎng)所必需的常量礦物質(zhì)元素之一。因此，磷含量的高低直接決定著生物的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在水體中，若磷含量過(guò)高（超過(guò)0.2mg/L），則會(huì)造成藻類過(guò)度繁殖，到一定程度，水體的透明度就會(huì)降低，水質(zhì)變差，引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化等一系列問(wèn)題[1]。文獻(xiàn)2～5也說(shuō)明了磷是產(chǎn)生水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的元素之一。因此，磷含量是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)之一。在環(huán)境水樣中，磷則主要是以各種磷酸鹽的形式存在的，如正磷酸鹽、有機(jī)結(jié)合的磷酸鹽和縮合磷酸鹽（焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽）[6]。而現(xiàn)階段，我國(guó)很大一部分水體的污染均與磷含量超標(biāo)有直接關(guān)系，雖然總體上污染情況有所好轉(zhuǎn)，但仍不容樂(lè)觀。以下簡(jiǎn)單介紹目前國(guó)內(nèi)外檢測(cè)水體中PO43--P含量的方法。

2 國(guó)內(nèi)外PO43--P的主要檢測(cè)方法

2.1 分光光度法

2.1.1 磷鉬雜多酸法

磷鉬雜多酸法的基本原理是：在酸性溶液中，正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)形成淡黃色的磷鉬雜多酸（λmax在紫外區(qū)）。該方法的主要限制因素是鉬酸根在紫外區(qū)同樣具有強(qiáng)烈的吸收，這會(huì)對(duì)測(cè)定造成干擾，雖然可利用正丁醇-氯仿等萃取分離過(guò)量的鉬酸銨來(lái)提高靈敏度，但增加了實(shí)驗(yàn)的操作難度，并受制于儀器，所以該法較少被采用。

2.1.2 磷釩鉬酸法

磷釩鉬酸法[7-8]的基本原理是：鉬酸鹽同含有釩（V）的正磷酸鹽溶液反應(yīng)會(huì)生成橙黃色磷釩鉬三元雜多酸P2O5·V2O5·22MoO3·nH2O（λmax為 315 nm）。該反應(yīng)的方程式如下：

董丙成[9]利用此方法原理快速測(cè)定銅合金中的磷，其基本步驟是：將銅合金試樣經(jīng)鹽硝混合酸溶解，利用過(guò)氧化氫把亞磷酸氧化為正磷酸，在酸性介質(zhì)中，加入釩酸銨和鉬酸銨與磷酸形成黃色的磷釩鉬三元雜多酸。得到磷釩鉬三元締合物形成的適宜酸度為c（H+）：0.2～1.6 mol·L-1，酸度過(guò)高則顯色過(guò)慢，甚至抑制顯色反應(yīng)的完成，酸度太低則硅會(huì)引起干擾。顯色溫度高于20℃時(shí)，加鉬酸銨溶液放置5 min顯色即可完全，但低于20℃時(shí)，則需適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間。該法采用的檢測(cè)波長(zhǎng)為470 nm，對(duì)7個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定時(shí)的RSD小于1%（n=6）。

翟莜薔等[10]對(duì)磷釩鉬黃比色法測(cè)定磷酸鹽的顯色條件進(jìn)行選擇，找出了最佳的顯色條件并作出改進(jìn)。最終得到的測(cè)定范圍在0～0.014mg/mL，相關(guān)系數(shù)可達(dá)近1.0000。用改進(jìn)后的方法對(duì)循環(huán)冷卻水中磷酸鹽進(jìn)行分析測(cè)定，回收率為90%～100%，具有良好的選擇性和重現(xiàn)性。

雖然此方法較磷鉬雜多酸法有一定的改進(jìn)，但其靈敏度不是很好，成為制約其使用的因素。

2.1.3 磷鉬藍(lán)法

磷鉬藍(lán)法是最為經(jīng)典的分光光度法，也是目前應(yīng)用最為廣泛的分光光度法，這種方法是由Murphy和Riley[11]建立的。其基本原理是：在酒石酸銻鉀的催化作用下，用抗壞血酸或二氯化錫將磷鉬酸鹽還原成磷鉬藍(lán)藍(lán)色絡(luò)合物，最后在882 nm處測(cè)定其吸光度。

鄧金花等[12]采用此方法進(jìn)行水中總磷的快速檢測(cè)。當(dāng)溫度低于15℃時(shí)，達(dá)到最大吸光度的顯色時(shí)間稍長(zhǎng)；當(dāng)溫度在15～40℃之間時(shí)，顯色反應(yīng)15 min后體系的吸光度達(dá)最大并在15～60min內(nèi)保持不變，吸光度在90min后升高10%。鄧金花等所用檢測(cè)波長(zhǎng)為700 nm，得到的表觀摩爾吸光系數(shù)為2.60×104L·mol-1cm-1，水中總磷的質(zhì)量濃度范圍在0.02～0.60 mg·L-1內(nèi)符合比耳定律，所得回收率可達(dá)92.8%～106.4%，完成一個(gè)水樣的測(cè)試時(shí)間只需16 min。

饒通德等[13]利用這一原理建立了分光光度法測(cè)定水樣中痕量磷酸鹽的濁點(diǎn)萃取分離富集新體系。在最佳條件下，得到的線性范圍為0.3～180μg/L，方法的檢出限為0.73μg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.8%。

2.1.4 三元雜多藍(lán)法

三元雜多藍(lán)法是在磷鉬雜多藍(lán)法的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出來(lái)的方法，其基本原理是：在有有鉍、銻、鋯、鈦、釷、鈰、鈮等離子存在時(shí)，正磷酸、鉬酸鹽能與這些離子反應(yīng)生成相應(yīng)的三元雜多酸。三元雜多酸相較于二元雜多酸的最大區(qū)別在于其配位酸酐中鉬的電極電位較高，因而更易被如抗壞血酸等還原性較弱的還原劑在室溫下迅速還原。磷鉍鉬和磷銻鉬是目前用于磷測(cè)定的主要的三元雜多藍(lán)。

磷鉍鉬三元雜多藍(lán)是基于鉍(Ⅲ)與磷(Ⅴ)和鉬(Ⅵ)形成的三元雜多酸（亦稱三元絡(luò)合物），該三元雜多酸在20℃時(shí)完全顯色時(shí)間為5min，可穩(wěn)定30min。李雪冬[14]利用硝酸鉍和鉬酸銨同磷反應(yīng)，并采用抗壞血酸作為還原劑測(cè)定硼鐵中的磷，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果為在50mL溶液中0～25μg磷符合比爾定律，磷的檢出限為2μg/50mL。

磷銻鉬三元雜多藍(lán)是基于銻(Ⅲ)與磷(Ⅴ)和鉬(Ⅵ)形成三元絡(luò)合物，用還原劑還原后形成磷銻鉬藍(lán)。梁運(yùn)江等[15]對(duì)磷鉬藍(lán)比色法合適工作波長(zhǎng)及線性范圍進(jìn)行了探討，在實(shí)驗(yàn)中，梁運(yùn)江等采用的顯色劑為抗壞血酸-鉬銻抗混合液，形成了穩(wěn)定的顯色液后，用756CRT型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在600～850 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是吸收峰在722.2 nm附近，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～1.0mg/kg內(nèi)呈線性。

2.1.5 離子締合物法

離子締合物法[16]適用于痕量磷的測(cè)定，其基本原理是：在適當(dāng)?shù)乃岫认?，磷鉬酸、磷銻鉬三元雜多酸能以雜多陰離子的形式借靜電引力與某些堿性染料（如有機(jī)堿、三苯甲烷類、醌亞胺類等）陽(yáng)離子作用形成三元、四元離子絡(luò)合物，ε值基本在1×105以上。

2.1.6 流動(dòng)注射光度法

流動(dòng)注射光度法的主要優(yōu)點(diǎn)是分析測(cè)試的范圍廣，效率高和精密度好。

謝永洪等[17]建立的流動(dòng)注射磷銻鉬藍(lán)（還原劑為抗壞血酸）光度法能直接測(cè)定PO43--P濃度為Ⅰ類～Ⅳ類的海水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最適條件下，PO43--P質(zhì)量濃度在5～80μg/L范圍內(nèi)峰高與質(zhì)量濃度成線性關(guān)系，方法檢出限為0.73μg/L，加標(biāo)回收率為101%～102%，準(zhǔn)確性很好，同國(guó)標(biāo)法比對(duì)也吻合。

佟玲等[18]利用正磷酸鹽、鉬酸鹽與銻離子形成三元雜多酸能在室溫下被抗壞血酸迅速還原成磷銻鉬三元雜多藍(lán)的原理建立了反相流動(dòng)注射-磷銻鉬藍(lán)光度法來(lái)測(cè)定皮革廢水中的PO43--P。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，PO43--P質(zhì)量濃度在0～300μg/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性，相關(guān)系數(shù)為 0.9994，檢出限為 0.72 μg/L，回收率為96.4%～103.4%。

王萍等[19]采用反相FIA-結(jié)晶紫-磷鉬雜多酸離子締合體系測(cè)定海水中的磷酸鹽，有效解決了海水的鹽度干擾問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得線性良好，相關(guān)系數(shù)為0.9997，檢出限為0.1μg/L，加標(biāo)回收率在102%～105%之間。

2.2 質(zhì)譜法

質(zhì)譜法（MS）用于測(cè)定磷主要是與其他方法聯(lián)機(jī)。

Yang等[20]利用離子排阻色譜與電感耦合等離子體質(zhì)譜法相結(jié)合的方法測(cè)定海水中的可溶性磷酸鹽，整個(gè)測(cè)量過(guò)程只需要6min即可完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢出限為 0.06μmol/L（以 P計(jì)），測(cè)定出的海水的磷酸鹽質(zhì)量濃度為（1.69±0.04）μmol/L。

JSabine Becker等[21]用硝酸和過(guò)氧化氫將1μg固體蛋白于密閉于微波消解器中消解，然后分別用電感耦合等離子體扇形場(chǎng)質(zhì)譜法(ICP-SFMS)和電感耦合等離子體四極質(zhì)譜法(ICP-QMS)進(jìn)行測(cè)定比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：ICP-SFMS法檢出限為27.1～30.1mg/g，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.0%～12.1%；ICP-QMS法檢出限為24.6～27.5mg/g，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0%～11.1%。

雖然質(zhì)譜法運(yùn)用于磷的測(cè)定具有快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、無(wú)需樣品與處理、樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)，然而儀器昂貴、儀器運(yùn)轉(zhuǎn)維持費(fèi)用高，成為阻礙其廣泛應(yīng)用的主要原因。

2.3 色譜法

色譜技術(shù)是基于混合物中各組分對(duì)兩相親和力的差別進(jìn)行分離的，因而色譜技術(shù)對(duì)于復(fù)雜混合物的分離功能很強(qiáng)大。色譜法具有應(yīng)用范圍廣、分析速率快、分離效率高、靈敏度高、樣品用量少、易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

2.3.1 離子色譜法

離子色譜法的優(yōu)點(diǎn)在于具有高靈敏度、能同時(shí)測(cè)定多元素。離子色譜法應(yīng)用研究的方向主要在于在線分離基體，這同樣適合于測(cè)磷。

Bruno等[22]運(yùn)用預(yù)分離柱（Dionex AG9-HC 4mm）和分析柱(Dionex AS9-HC 4mm)柱切換離子色譜法測(cè)定海水中的磷酸鹽，在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用電導(dǎo)檢測(cè)法和紫外檢測(cè)法測(cè)定，實(shí)驗(yàn)得到的檢出限為1000μg/L，線性范圍為1～60mg/L。

武開(kāi)業(yè)[23]基于NJ-SA-4A陰離子交換柱，0.35mmol/L Na2CO3和0.05mmol/L NaHCO3混合溶液為流動(dòng)相和電導(dǎo)檢測(cè)器建立了單柱陰離子色譜測(cè)定磷酸鹽的方法，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程可在12min完成。磷酸鹽濃度在0.1～4.0mg/L范圍內(nèi)有良好的線性，相關(guān)系數(shù)為0.9998，方法檢出限為0.02mg/L，加標(biāo)回收率為98.6%～102.3%。此外，武開(kāi)業(yè)[24]用同樣的方法測(cè)定井水中的磷酸鹽也取得了不錯(cuò)的結(jié)果。

2.3.2 離子對(duì)液相色譜法

離子對(duì)液相色譜是一種分離分析離子性質(zhì)溶質(zhì)的色譜方法。其基本原理是：在流動(dòng)相中加入一種與溶質(zhì)離子帶相反電荷的離子對(duì)試劑使之與溶質(zhì)離子形成離子對(duì)，這樣就有利于在非極性固定相中保留。Yokoyama等[25]通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立了一種高靈敏度的離子對(duì)液相色譜法測(cè)定環(huán)境水體（如江、河水，海水，井水，海水等）中的可溶性磷酸鹽，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的磷酸鹽的檢出限為0.003 mg/L，線性范圍為0.003～20mg/L，其結(jié)果與傳統(tǒng)的分光光度法吻合。

離子對(duì)色譜的主要優(yōu)點(diǎn)在于既能分離陽(yáng)離子，也可以分離陰離子。因此，其應(yīng)用非常廣泛。

2.3.3 離子排阻色譜法

離子排阻色譜法的主要優(yōu)點(diǎn)在于能有效地分離各種環(huán)境水體和工業(yè)用水中的陰、陽(yáng)離子。

Nobutake等[26]采用離子排阻色譜法測(cè)定河水中的亞磷酸，在實(shí)驗(yàn)中以抗壞血酸為洗脫劑和還原劑，鉬酸鹽作為顯色劑，水樣先進(jìn)行分離，然后通過(guò)柱，顯色反應(yīng)完成后再用分光光度法進(jìn)行測(cè)定，得到的磷酸鹽的檢出限為0.9mg/L。Nobutake等[27]于同年對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)中以鉬酸鹽-孔雀石綠作為顯色劑，通過(guò)對(duì)鉬酸鹽和孔雀石綠比例的調(diào)整以及對(duì)H2SO4、Na2MoO4、孔雀石綠、乙醇的用量的優(yōu)化，最終測(cè)得的磷酸鹽的檢出限可達(dá)到0.3μg/L。

2.4 電化學(xué)法

電化學(xué)分析法因具有儀器簡(jiǎn)單、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛關(guān)注，因此電化學(xué)法測(cè)定磷酸鹽也是極具前景意義的。

Quintana等[28]測(cè)定海水中的正磷酸鹽便采用的是電化學(xué)法。在實(shí)驗(yàn)中，Quintana等以碳糊電極為指示電極，采取分批進(jìn)樣的方式進(jìn)行測(cè)定，當(dāng)在碳糊電極上施加0.3V的工作電壓時(shí)，在酸性介質(zhì)中的磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)生成的磷鉬酸鹽化合物發(fā)生還原。該實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，所用試劑量也少，能徹底消除硅酸鹽的干擾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的檢出限為0.3μmol/L，線性范圍為1～20μmol/L。

2.5 比色管法

白莉等[29]基于顯色劑與水樣中的磷酸鹽快速定量反應(yīng)生成藍(lán)色多酸絡(luò)合物，絡(luò)合物顏色深度與磷酸鹽含量成正比的原理，采用真空技術(shù)并選用高靈敏度顯色劑研制出了檢測(cè)磷酸鹽的比色管。該測(cè)試管具有成本低、快速、簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且僅需4～8min，方法的測(cè)定范圍為0.01～1.0mg/L。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然測(cè)定水體中PO43--P的方法眾多，然而大多不適合現(xiàn)場(chǎng)的在線分析檢測(cè)或方法難以普及。傳統(tǒng)的分光光度法雖然測(cè)定的結(jié)果準(zhǔn)確可靠，還被定為測(cè)定海水中無(wú)機(jī)磷的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，然而由于該方法的操作步驟繁瑣，試劑還需要現(xiàn)用現(xiàn)配，標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制也不可或缺，所以該方法耗時(shí)又耗化學(xué)試劑及樣品，工作量大，而且也存在許多干擾因素（如水樣的濁度和色度等），因此，該方法難以滿足快速、簡(jiǎn)便的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求。質(zhì)譜法雖然能滿足快速、簡(jiǎn)便的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求，然而因其儀器昂貴，儀器設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用高，并要求真空環(huán)境，因而難以普及。離子色譜法主要在于需要預(yù)處理，操作比較繁瑣。電化學(xué)法是一種不錯(cuò)的分析方法，然而有時(shí)需要更換電極。比色管法的主要缺點(diǎn)則是難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析以及精度不夠高等。所以，追求更快速、更簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)在線分析的方法仍是需要更多人的努力的。

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