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，應用磷鉬藍-分光光度法測定。對試劑用量、離心速度及時間、Mg（OH）2溶解用酸種類、H/Mo等實驗參數和條件進行了優化。并采用與常規磷鉬藍法介質一致的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，減少了沉淀溶解時間，提高了檢測效率，同時解決了測試介質H/Mo過高的問題。在優化條件下，改進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，其相對標準偏差為2.1%～4.8%。

關鍵詞 活性磷酸鹽；納摩爾級磷測定；鎂共沉淀法；寡營養鹽區

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]，遠低于目前常用的磷鉬藍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的限制，上層大洋活性磷酸鹽的數據相當缺乏。近年來，很多學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，與磷鉬酸鹽相結合形成孔雀綠，靈敏度比常規鉬藍法提高5倍。但該方法存在試劑穩定性差，顯色不穩定，在酸性條件下會引起有機磷的水解等問題。Liang等[5]利用魯米諾化學發光法測定水樣中磷，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長的波導纖維作為流通池，其檢出限可達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等預富集法[7～11]，其中被普遍接受和認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－，使其產生絮狀的Mg（OH）2沉淀，吸附活性磷酸鹽，達到富集效果。其特點是預富集過程在磷鉬酸鹽化合物形成之前，僅對樣品進行富集，所以空白相對較低[9]，富集倍數能達到5～100倍，所用儀器簡單。

目前，對MAGIC已有一些相關報道[12～14]，但作者在應用該方法時發現，如按文獻報道的流程和操作步驟，往往出現空白高、重現性差等問題。本研究采用與常規磷鉬藍法介質一致的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，同時解決了測試介質H/Mo過高的問題。本方法已成功應用于太平洋上層海水（0～200 m）中活性磷酸鹽測定。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

所用儀器為UV-1206分光光度計（日本島津公司），HITACHI-CR22GⅡ高速冷凍離心機。實驗器皿預先經10% HCl 浸泡至少24 h，當天使用當天清洗。所有試劑均為分析純以上，實驗用水均為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磷酸鹽標準儲備液，50

SymbolmA@ mol/L磷酸鹽標準使用液（當天配制），54 g/L抗壞血酸溶液。混合試劑：30 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 實驗方法

2.2.1標準工作曲線繪制 在5個500 mL離心管中分別準確移入0，0.2，0.4，0.6和0.8 mL的50

SymbolmA@ mol/L磷酸鹽標準使用液，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，重復振搖5 min。放于離心機（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；繪制磷酸鹽標準工作曲線。

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算得相應水樣中磷酸鹽濃度。

分 析 化 學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 結果與討論

3.1 預富集倍數及Mg（OH）2共沉淀條件

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 [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[9]利用32PO3－4標記方法， 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，且認為離心力大于12000×g 是沒有必要的。文獻[20]的離心力選用1500×g，對250 mL 樣品離心10 min。

本實驗對海水樣品與NaOH溶液體積比、離心速度及時間等條件進行了優化，結果見圖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劣的最基本參數。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和試劑的純度。而對于介質的選擇，很多實驗推薦用去磷海水（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）和離心時間（b）對MAGIC方法結果的影響

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的表層陳化海水的空白值， 結果表明： 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區大洋表層海水和去磷海水為介質，空白值較低，分別為0.0154和0.0134。但以去磷海水為介質，經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線“失真”。因此，本實驗選擇大洋寡營養鹽區表層陳化海水作為工作曲線介質。如無大洋表層陳化海水，也可選擇去磷海水，但共沉淀去磷次數不應超過3次。對大洋表層陳化海水平行測定6次，得到介質的空白值為（4.88±0.29）nmol/L。

3.3 酸種類及用量的選擇

本實驗關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]。以往報道[9，12，14]的方法均選擇HCl溶液溶解Mg（OH）2沉淀，但實際操作過程中發現：Mg（OH）2沉淀能較快溶解的酸用量，會導致最終溶液的H/Mo過高；而H/Mo保持在60～80 時的酸用量對Mg（OH）2沉淀的溶解十分緩慢（

Symbol~@@ 30 min）。根據常規磷鉬藍法中顯色所需酸的介質，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間，提高了檢測效率，同時解決了測試介質H/Mo過高的問題，并使溶液介質與常規方法保持一致。

本實驗確定條件為：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。

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，加標濃度為10 nmol/L，平行測定6次，結果為（10.06±0.72） nmol/L，計算得方法檢出限為2.4 nmol/L。加標濃度（10 nmol/L）小于5倍的檢出限，計算所得的方法檢出限有效。本方法檢出限大大低于常規方法的檢出限（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磷酸鹽標準溶液，用上述方法進行回收率測定。結果表明，磷酸鹽回收率為97.2%～100.9%（表1）。對兩個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， 相對標準偏差分別為4.8%和2.1%，優于目前海洋監測規范方法（相對標準偏差±10%）［16］。

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

3.5 大洋海水的測定

應用本方法對西太平洋0～200 m水柱部分水樣進行了測定。水樣采自于2008年第20次大洋考察期間，用CTD-rosette采水器采集。水樣采集后現場經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]，測定結果見表2。西太平洋調查區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。應用MAGIC方法可以準確測得海水中低含量的磷酸鹽，滿足寡營養鹽海區磷的生物地球化學研究和磷循環研究的需求。

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，實驗期間得到俞萍等人的大力支持，謹致謝忱。

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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）