大米和地表水中總磷含量的磷釩鉬黃比色法測定

張美，楊芳，郭曉麗，夏遠(yuǎn)濤，熊瑤，甄雪利，陳潔*

1.綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（武漢工程大學(xué)），湖北 武漢 430074；2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074；3.湖北大學(xué)知行學(xué)院食品與生物工程系，湖北 武漢 430011

大米和地表水中總磷含量的磷釩鉬黃比色法測定

張美1，2，楊芳1，2，郭曉麗3，夏遠(yuǎn)濤3，熊瑤3，甄雪利3，陳潔3*

1.綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（武漢工程大學(xué)），湖北 武漢 430074；2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074；3.湖北大學(xué)知行學(xué)院食品與生物工程系，湖北 武漢 430011

為比較磷釩鉬黃比色法在植物性樣品和水樣中磷的測定效果，選取10個(gè)品種秈米樣和20個(gè)取樣點(diǎn)水樣，采用磷釩鉬黃比色法測定其總磷含量.結(jié)果表明：秈米樣品的總磷質(zhì)量濃度度范圍為0.363～0.568 mg／g；水樣的總磷質(zhì)量濃度范圍為0.017～0.094 μg／mL.磷釩鉬黃比色法在測定大米樣品時(shí)受干擾因素較少；在測定水樣時(shí)，水樣中的懸浮物含量和濁度對(duì)測定的精確度有一定影響.磷釩鉬黃比色法操作簡便、測定快速，適合測定大米樣品和總磷含量大于0.017 mg／L的水樣.

總磷；磷釩鉬黃比色法；地表水；濁度；秈米

0 引言

地表水中的磷常見的存在形式主要有各種磷酸鹽、有機(jī)態(tài)含磷化合物等，主要來源于生活污水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用的磷肥、有機(jī)磷農(nóng)藥和洗滌劑中所含有的磷酸鹽增潔劑等.總磷包括以上溶解的、顆粒的、無機(jī)和有機(jī)的磷，它們存在于溶液中、腐質(zhì)中或水生物中.水體中的磷是藻類生長的關(guān)鍵元素，而過量的磷則是造成水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化、水質(zhì)透明度降低的主要原因［1］.水體中總磷的測定方法主要有鉬酸銨分光光度法、連續(xù)流動(dòng)分析法（Continuous Flow Analysis，CFA）和電感耦合等離子體發(fā)射（Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES）等［2］.三種方法的準(zhǔn)確度、精密度和檢出限對(duì)水的檢測一般均可滿足要求.CFA法可計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)樣，在線消解，大批量水樣本檢測時(shí)可極大降低化驗(yàn)人員工作強(qiáng)度；水質(zhì)中的砷、鉻、濁度、色度、有機(jī)物濃度、懸浮物等可干擾測定結(jié)果，需要對(duì)應(yīng)方法消除，化學(xué)分析單元透析膜較易損壞，成本相對(duì)較高［3-4］；鉬酸銨分光光度法和ICP-AES法均需進(jìn)行樣品的前處理，過程相對(duì)繁瑣，需用較多化學(xué)試劑；ICPAES法對(duì)高純氬氣消耗快故成本高，檢測儀器日常維護(hù)費(fèi)用也較高.

酸式磷酸鹽是磷在植物中的主要存在形式，植物中總磷的測定方法常用方法有分光光度法，熒光光譜法等也有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)［5］.常用的有鉬銻抗比色法和磷釩鉬黃比色兩種比色方法，近年磷釩鉬黃比色法用于測定食品和水中的磷均有報(bào)道［6-7］.

本研究采用磷釩鉬黃比色法測定大米和地表水兩類樣品中總磷的含量，針對(duì)植物性樣品和液體樣品采用不同的預(yù)處理方法.其原理是一定酸度下，消解液中正磷酸鹽與偏釩酸中的釩（V）和鉬酸鹽可形成黃色磷釩鉬三元雜多酸［8］.測定水樣中的總磷常用的消解方法有過硫酸鉀消解法、硫酸-硝酸消解法和硝酸-高氯酸消解法等.國標(biāo)“GB11893-89水質(zhì)總磷的測定鉬酸銨分光光度法”采用過硫酸鉀或硝酸-高氯酸消解水樣；環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“HJ 670-2013水質(zhì)磷酸鹽和總磷的測定連續(xù)-流動(dòng)-鉬酸銨分光光度法”采用過硫酸鉀經(jīng)紫外消解和酸性（107±1）℃水解對(duì)水樣進(jìn)行前處理.有文獻(xiàn)針對(duì)河流水水樣加過硫酸鉀經(jīng)壓力鍋加熱消解前處理，其檢測達(dá)到了質(zhì)控要求［9］.過硫酸鉀法因操作簡單，結(jié)果穩(wěn)定而常被采用.植物中的磷大多數(shù)以有機(jī)磷存在，大米樣品灰化后經(jīng)硝酸-鹽酸氧化分解，可將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成無機(jī)磷酸鹽.本實(shí)驗(yàn)利用過硫酸鉀經(jīng)壓力鍋將液體試樣消解或硝酸-鹽酸消解固體試樣，將所含各種形態(tài)的磷全部轉(zhuǎn)化成磷酸鹽.加入釩鉬酸銨顯色劑，于420 nm處測定吸光值.比較釩鉬酸銨分光光度法對(duì)植物性樣品和水樣的測定效果，同時(shí)分析其在水樣測定中的影響因素.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 主要儀器SRJX-4-9箱式電阻爐，上海試驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)；FA1104分析天平，上海精科天平有限公司生產(chǎn)；101-2AB電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)；WFJ720可見分光光度計(jì)，尤尼柯（上海）儀器有限公司生產(chǎn)；PHS-3CPH計(jì)，上海雷磁儀器廠生產(chǎn)；YXQ-SG46-280S不銹鋼高壓蒸汽滅菌器，深圳市良誼實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司生產(chǎn)等.

1.1.2 試劑過硫酸鉀、鉬酸銨、偏釩酸銨、濃硝酸、磷酸二氫鉀、硝酸、鹽酸、磷酸二氫鈉、溴化鈉、硼酸、硅藻土等，以上試劑均為分析純.

1.2 實(shí)驗(yàn)原料

大米：不同產(chǎn)地的秈米10個(gè)品種，購于武漢市糧油批發(fā)市場和超市.編號(hào)依次為秈米1#、秈米2#、秈米3#…秈米10#.

水樣：隨機(jī)選取包括生活區(qū)，工業(yè)區(qū)，旅游區(qū)在內(nèi)20個(gè)取樣點(diǎn)，包括湖泊水、工廠排放水、河水等.編號(hào)依次為水樣1#、水樣2#、水樣3#…水樣20#.

1.3 方法

1.3.1 樣品的采集和保存方法采樣前用水樣蕩洗收集瓶和瓶蓋2～3次；取樣0.5～1 L；實(shí)驗(yàn)室4℃保存，貯藏于暗處.

1.3.1 樣品的預(yù)處理大米樣品的預(yù)處理：石英坩堝置（550±25）℃馬弗爐內(nèi)灼燒0.5h，冷卻至200℃左右取出，放入干燥器中冷卻30 min，準(zhǔn)確稱量.重復(fù)灼燒至前后兩次稱量相差不超過0.5 mg為恒重.精確稱取定量大米粉先在電熱板上以小火加熱使試樣充分炭化至無煙，然后置于（550±25）℃馬弗爐中灼燒4 h以上至灼燒殘?jiān)鼰o碳粒.冷卻至200℃左右取出，放入干燥器中冷卻30 min，加入1∶1鹽酸與1∶1的硝酸各5 mL使試樣充分溶解后轉(zhuǎn)移定至100 mL容量瓶中定容備用［5］.

水樣的預(yù)處理：吸取25 mL水樣于50 mL比色管中，向試樣中加4 mL過硫酸鉀，將具塞刻度管的蓋塞緊后，于壓力為1.1 kg／cm2，對(duì)應(yīng)溫度為120℃的高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)保持30 min，取出冷卻，用水稀釋至標(biāo)線［10］.

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

a.試劑的配制

釩鉬酸銨顯色劑：將1.25 g的NH4VO3溶于300 mL沸水，充分冷卻后緩慢加入250 mL濃HNO3，另稱取25.0 g的H8MoN2O4溶解于400 mL水中，將其加入上述配制的NH4VO3溶液中攪拌，加水定容至1 L［11］.

磷標(biāo)準(zhǔn)溶液（50μg／mL）：將0.219 5 g的KH2PO4溶于水，加5 mL濃HNO3，加水定容至1 L［12］.

b.標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

（1）分別吸取a中配制的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1、2、3、4、5 mL至50 mL比色管，加入1.3.2中a配制的釩鉬酸銨顯色劑10 mL，蒸餾水定容至50 mL.室溫下靜置30 min，用1 cm比色皿測定試樣分解液于420 nm處測定吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程（圖1）.

（2）準(zhǔn)確吸取10 mL b配制的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液于250 mL容量瓶中定容得到2 μg/mL磷標(biāo)準(zhǔn)溶液.再分別吸取0、1、2、3、4、5 mL的2 μg／mL磷標(biāo)準(zhǔn)溶液至50 mL比色管中，加入1.3.2中a配制的釩鉬酸銨顯色劑10 mL，蒸餾水定容至50 mL.同（1）后續(xù)步驟測定吸光度，得標(biāo)準(zhǔn)曲線和回歸方程（圖2）.

1.3.3 總磷的測定大米樣品總磷的測定：準(zhǔn)確吸取10 mL大米試樣消解液于50 mL比色管，加入1.3.2中a的釩鉬酸銨顯色劑10 mL，蒸餾水定容至50 mL.選擇在室溫條件超過15℃的條件下靜置30 min，于波長420 nm下測定吸光度.

水樣總磷的測定：準(zhǔn)確吸取25 mL水樣試樣消解液于50 mL比色管，加入1.3.2中a的釩鉬酸銨顯色劑10 mL，定容至50 mL.顯色與比色步驟同上大米總磷的測定.

1.3.4 總磷含量的計(jì)算

a.大米總磷含量的計(jì)算

大米樣品總磷質(zhì)量/含量

ρ—從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得顯色液磷的質(zhì)量濃度（μg／mL）；

m—稱取樣品質(zhì)量（g）；

V1—消解液定容體積（mL），100 mL；

V2—吸取測定的消解液體積（mL），10 mL；

V3—顯色液體積（mL），50 mL.

b.水樣總磷含量的計(jì)算

水樣總磷含量

ρ—從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得顯色液磷的質(zhì)量濃度（μg／mL）；

V3—顯色液體積（mL），50 mL；

V4—吸取測定的水樣消解液體積（mL），25 mL；

V5—消解液定容體積（mL），50 mL；

V6—吸取測定的水樣體積（mL），25 mL.

1.3.5 水樣溫度的測定參照GB 13195-91水質(zhì)水溫的測定溫度計(jì)測定法.

1.3.6 水樣pH的測定參照GB6920-1986水質(zhì)pH值的測定玻璃電極法.

1.3.7 水樣濁度的測定參照GB／T 13200-1991水質(zhì)濁度的測定.

1.3.8 懸浮物的測定參照GB 11901-89水質(zhì)懸浮物的測定重量法.

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的檢出限、線性范圍

測定大米和水樣中總磷含量的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程分別見圖1（大米樣品）和圖2（水樣）.

根據(jù)圖1，線性相關(guān)系數(shù)R2=0.997 3標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定大米中總磷含量使用的標(biāo)準(zhǔn)曲線適用磷濃度范圍1.00～5.00 μg／mL；測定水中總磷含量使用的標(biāo)準(zhǔn)曲線適用磷濃度范圍0.04～0.20 μg／mL，線性相關(guān)系數(shù)R2=0.991 6標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖2.利用釩鉬黃比色法測定大米與水樣的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程相關(guān)系數(shù)R2＞0.99以上，相關(guān)性較好.

2.2 磷鉬釩比色法測定大米和水樣中總磷的含量

根據(jù)大米測定用的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1），此法在吸光度0.066～0.178范圍內(nèi)磷濃度與吸光度值A(chǔ)具有較好的線性關(guān)系，10個(gè)秈米樣品的20個(gè)平行測定值的范圍為0.082～0.175，均處于線性范圍內(nèi)；根據(jù)水樣測定用的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖2），此法在吸光度0.015～0.061范圍內(nèi)磷濃度與吸光度值A(chǔ)具有較好的線性關(guān)系，20個(gè)采集點(diǎn)水樣有9個(gè)采集點(diǎn)水樣因測定吸光度值讀值偏低不在線性范圍.磷含量較高的水樣測定結(jié)果重復(fù)性較磷含量低好，精確度較高，磷含量極低的水樣此法測不出（表3）.通過比較，在兩類樣品預(yù)處理基礎(chǔ)上，磷釩鉬黃比色適合測定總磷含量相對(duì)較高的大米樣品，也可以測定磷含量較高的水質(zhì)樣品，測定磷含量較低的水樣重現(xiàn)性較差，精確度較低.

圖1 大米總磷含量測定用磷標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of total phosphorus content determination in rice

圖2 水樣總磷含量測定的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of total phosphorus content determination in surface water

表3 磷釩鉬黃比色法測定大米和水樣中總磷的含量Table 3 Total phosphorus contents of rice samples and water samples by P-V-Mo yellow colorimetric method

2.2 測定水樣的部分理化指標(biāo)

以上20個(gè)采集點(diǎn)水樣包含湖、庫水，河水等，采集點(diǎn)均來源于城市地表水.用此法測出總磷含量的有11個(gè)采集點(diǎn)樣品.將檢測出總磷含量的采集點(diǎn)和未檢測出總磷采集點(diǎn)的其它理化指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比研究.檢測出磷含量的水樣和未檢測出的水樣溫度均值分別為24.4℃和24.9℃（表4），兩組均溫差別不大.陳靜研究了采用鉬酸銨分光光度法中溫度對(duì)總磷分析的影響，得出不同溫度下磷標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)性差別不大，但溫度低時(shí)相對(duì)較差，建議測定溫度為20～30℃.本次采集樣品的水溫測定均在20～30℃，除冬季較冷天氣測定時(shí)需適當(dāng)加熱樣品外，此法受同樣品水溫的干擾較小.檢出組水樣的pH范圍6.82～7.90，樣品中性至弱堿性，未檢測組pH范圍6.7～9.87，樣品弱酸性至弱堿性.兩組pH均值分別為7.29和7.33，在地表水pH6～9范圍內(nèi)，兩組pH對(duì)總磷的測定結(jié)果影響不大.水質(zhì)中的懸浮物指水樣通過孔徑為0.45 μm的濾膜，截留在濾膜上并于103～105℃烘干至恒重的固體物質(zhì)［13］.其主要是不溶于水的無機(jī)物和有機(jī)物、砂土等顆粒態(tài)物質(zhì)、微生物等，是造成水渾濁的主要原因，通常降低水質(zhì)懸浮物濃度，可使水體透明度提高［14］.工業(yè)中產(chǎn)生大量含有無機(jī)、有機(jī)懸浮物的廢水，它們是微生物隱蔽的載體，水體中的有機(jī)懸浮物沉積后在微生物作用下厭氧發(fā)酵，可使水質(zhì)惡化.采用磷釩鉬黃比色法，懸浮物的磷是隨著樣品的消解計(jì)算在總磷里的，由于懸浮物的不均勻性，對(duì)于高懸浮物的水樣有時(shí)會(huì)帶來較大的分析誤差，可在樣品消解顯色后，先離心分離去除懸浮物后再測吸光值［15］.檢出組和未檢出組懸浮物含量范圍分別在54～272 mg/L和54～240 mg／L，懸浮物含量變化范圍較大，磷釩鉬黃比色法在測定大米樣品上比水樣受干擾的因素少.測定地表水中總磷可采用過硫酸鉀消解，如果是江河水樣，多數(shù)較渾濁，對(duì)測定結(jié)果若有嚴(yán)重干擾，還需進(jìn)行濁度-色度補(bǔ)償［16］.

表4 水樣的部分理化指標(biāo)Table 4 The partial physical and chemical indexes of water samples

3 結(jié)語

a．磷釩鉬黃比色法在大米樣品中的測定具有較好的重復(fù)性.此法可以在總磷含量大于0.017 mg／L的水樣中應(yīng)用，總磷含量越低的水樣測定時(shí)準(zhǔn)確度受影響越大.對(duì)比國標(biāo)“GB 11893-89水質(zhì)總磷的測定鉬酸銨分光光度法”，最低檢測濃度為0.01 mg／L，預(yù)測釩鉬黃法在對(duì)總磷含量較高的水樣如磷礦選礦的廢水、農(nóng)藥廢水等也可應(yīng)用，但樣品的預(yù)處理?xiàng)l件需進(jìn)一步研究.

b．采用磷釩鉬黃比色法測定大米與水樣總磷含量的穩(wěn)定性存在差異.固體樣品經(jīng)高溫灰化和強(qiáng)酸消解，加釩鉬酸銨顯色劑后即可測定，試樣和測定過程受干擾的因素少.在測定水樣時(shí)對(duì)含量低于0.1～0.2 mg／L的樣品檢測效果不佳或檢測不出.磷釩鉬黃比色適合測定大米樣品和總磷含量相對(duì)較高的水樣.

致謝

感謝湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心科技項(xiàng)目和湖北大峪口化工有限責(zé)任公司對(duì)本研究的資助，在此表示感謝.

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Determination of total phosphorus content in rice and surface water by phosphorus vanadium molybdenum yellow colorimetric method

ZHANG Mei1，2，YANG Fang1，2，GUO Xiao－li3，XIA Yuan－tao3，XIONG Yao3，ZHEN Xue－li3，CHEN Jie3*
1．Key Laboratory of Green Chemical Process（Wuhan Institute of Technology），Ministry of Education，Wuhan 430074，China；2．School of Chemical Engineering and Pharmacy，Wuhan Institute Technology，Wuhan 430074，China；3．Department of Food and Biotechnology，ZhiXing College of Hubei University，Wuhan 430011，China

To compare the effects of the determination of phosphorus content by Phosphorus Vanadium Molybdenum（P－V－Mo）yellow colorimetric method，total phosphorus contents were analyzied by this method in 10 different varieties of indica rice samples and 20 surface water samples from different sites．The results show that the total phosphorus content of rice samples ranges from 0．363 to 0．568 mg／g and that of water samples ranges from 0．017 to 0．094 μg／mL；there is little disturbance in the determination of rice samples by P－VMo yellow colorimetric method．In the determination of water samples，the suspended solid content and the turbidity of water samples have some effects on the accuracy of the determination．P－V－Mo yellow colorimetric method with easy and fast operation is suitable for the determination of indica samples and water samples with the total phosphorus content more than 0．017 mg／L．

totalphosphorus；P－V－Mo yellow colorimetric method；surface water；turbidity；indica rice

TB35

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.09.005

1674－2869（2015）09－0029－06

本文編輯：張瑞

2015-08-06

張美（1979-），女，土家族，湖北恩施人，講師，碩士.研究方向：食品分析與檢測.*通信聯(lián)系人