水體中痕量磷的測定及優化
--以撫仙湖和瀘沽湖為例

杜 江，張 妍，黃 云，向文禮，王 燕

(云南省生態環境監測中心，云南 昆明 650034)

總磷是指水體中各種形式的磷酸鹽的總量，包括正磷酸鹽、縮合磷酸鹽和有機態的磷化合物[1]。一般地表水中磷含量較低，隨著生產廢水和生活污水的排入，導致氮、磷濃度升高，超過水體自凈能力，致使藻類繁殖、水中溶解氧減少、透明度降低等，使水體富營養化，水質惡化。當湖庫水體中總磷質量濃度大于 0.02 mg/L 時，水體就呈富營養化；而當磷質量濃度為0.01～0.02 mg/L 時，水體為中營養化階段[2]。撫仙湖水質常年波動于中營養化階段，瀘沽湖水質總磷均值全年接近 0.01 mg/L。因此，準確監測水體中氮、磷物質的濃度變化，在控制湖庫水體富營養化方面顯得尤為重要。

我國湖庫水體中總磷Ⅰ類標準限值是 0.01 mg/L[3]。鉬酸銨分光光度法[4]的檢出限為 0.01 mg/L，離子色譜法[5]測正磷酸鹽的檢出限是 0.051 mg/L，孔雀綠-磷鉬雜多酸分光光度法[1]的檢出限為 0.001 mg/L。目前，我國生態環境水質考核指定的方法是鉬酸銨分光光度法[4]。顯然，鉬銻抗磷鉬雜多酸法[1]不能滿足地表水(湖、庫)Ⅰ～Ⅱ類[3]水質的監測需求。為了探索能方便、準確地測定水體中痕量磷的方法，中國環境監測總站的朱紅霞等[6]研究了微波消解-離子色譜法降低檢出限測定地表水中痕量總磷，張瑩琪[7-9]等開展了孔雀綠-磷鉬雜多酸分光光度法對水體中痕量磷的測定，何云勇等[10]利用微波消解電感耦合等離子體質譜法測定了地表水中的痕量磷。筆者對照朱紅霞等的離子色譜法[6]，進行了方法復驗；對照孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法[1]開展了實驗驗證。結果發現：微波消解-離子色譜法[6]在保留時間未出峰，可能是儀器靈敏度低等原因；孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法[6]因靈敏度高、配制顯色劑時間過長、標曲線性差等問題不宜開展多樣品數的檢測。經大量日常實驗分析及總結后，本文對鉬酸銨分光光度法進行了改進。經過標準方法驗證，改進后的新方法有很好的標曲線性、檢出限、精密度和正確度，并在云南高原湖泊，尤其是Ⅰ類湖庫的撫仙湖和瀘沽湖水質總磷檢測中，有很好的借鑒效果。

1 現有方法比較

目前，在環境監測領域內，測定水質總磷或磷酸鹽的方法主要有：鉬酸銨分光光度法[4]、流動注射分光光度法[11-12]、離子色譜法、氯化亞錫還原鉬藍法[13]、羅丹明熒光分光光度法[14]，以及電感耦合等離子體光譜法[15]。消解方式主要有加熱消解、氧化消解、電熱板消解[16]等。通過表1直觀比較，羅丹明熒光分光光度法靈敏度最高，但由于儀器的局限限，尚無法廣泛普及推廣；孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法檢出限較低，但測試分析效率低，也不適合日常分析工作。因此本文選擇便于推廣的鉬酸銨分光光度法進行改進，探討其在日常環境監測分析中的適用性。

表1 現有方法比較

2 實驗驗證

2.1 主要儀器和試劑

MARS型微波消解儀，美國CEM公司；賽默飛公司Aquion型離子色譜儀；UV-2310Ⅱ型分光光度計。

碳酸鈉和碳酸氫鈉，孔雀綠，聚乙烯醇，優級純；過硫酸鉀，優級純的硫酸和氫氧化鈉，科密歐；國家生態環境部標準樣品研究所的磷標液和有證標物。

2.2 微波消解-離子色譜法復驗

移取 10.00 mL 不同質量濃度梯度的磷標準使用液于微波消解管中，加入 50 μL 10 g/L 的過硫酸鉀溶液，120 ℃ 消解 10 min，冷卻混勻后，以 3.2 mmol/L 的碳酸鈉、1.0 mmol/L 的碳酸氫鈉為淋洗液，上離子色譜測定[2]。儀器調試正常后，測得標準曲線沒有在12～16 min 間出峰；更換人員測試后，仍然出現類似情況。可能是色譜柱老化，檢測器靈敏度低等原因，實驗沒有獲得理想效果。

2.3 孔雀綠 磷鉬雜多酸分光光度法驗證

依據《水和廢水監測分析方法》 (第四版)[1]上的方法，配制顯色劑和PVA溶液。在 620 nm 波長下，對照標準方法開展實驗。繪制校準曲線得y=0.0946x+0.0134，r=0.9914，測量7次空白的吸光度均值為0.5122，明顯不符合分光光度定律。同時，查閱相關文獻[17]，將顯色劑配比改成40∶32∶34，用量 2.0 mL，顯色 30 min。對此方法進行優化，尤其是顯色劑的配比。同步開展和原方法相同的實驗條件，7次空白的吸光度均值為0.3784，校準曲線y=0.1588x+0.006，r=0.9992。

實驗結果與文獻[9]極為相似：原國標方法操作較繁，試劑毒性大[18]，校準曲線線性差。很多研究者[20]也提出應該對原方法進行改進，尤其是顯色劑配比。因為堿性染料(孔雀綠)顏色深，過濾后不透明，所以測的空白吸光度仍然很高；顯色劑需通過 0.45 μm 濾膜過濾，速度非常慢，配制時間大約 3 h，工作效率低。

3 鉬酸銨分光光度法優化

將磷標準使用液質量濃度由 2.0 mg/L 降低至 1.0 mg/L，比色光程由 30 mm 增大至 50 mm，其他實驗條件不變，依據《環境監測 分析方法標準制訂技術導則》(HJ 168-2020)[20]對改進的方法進行驗證。

3.1 標準曲線繪制

取9支 50 mL 的比色管，分別加入0.0、0.25、0.50、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0、10.0 mL 的磷標準使用液，加水至 25 mL。加入 4 mL 的過硫酸鉀(50 g/L)；蓋緊蓋子，用紗布包好放入壓力鍋中，以 107.87 kPa 的壓力，在 120 ℃ 下，加熱密閉消解 30 min。冷卻后，定容到 50 mL，再加入 1 mL 抗壞血酸溶液；30 s 后再加入 2 mL 鉬酸鹽溶液顯色。15 min 后使用 50 mm 的比色皿，在 700 nm 波長下，以水做參比測量吸光度，扣除空白試驗的吸光度后，和對應的磷含量繪制校準曲線[4]。測得y=0.0509x-0.0003，r=0.9999。曲線的測量最高點質量濃度是 0.40 mg/L。

3.2 檢出限檢驗

配制標液質量濃度為 0.012 mg/L 的試樣，平行測定7次。按照與標準曲線一致的消解方法，測定出質量濃度分別為0.018、0.015、0.0126、0.0121、0.0128、0.0124、0.0122 mg/L，平均值為 0.0122 mg/L，標準偏差 0.00045 mg/L。按MDL=t(n-1，0.99)×S計算方法的檢出限(t=3.143)，得到本方法檢出限是 0.002 mg/L，測定下限為 0.008 mg/L。

3.3 精密度檢驗

分別選取撫仙湖和瀘沽湖水樣，配制成質量濃度為低、中、高3個不同水樣。其中，低質量濃度1在測定下限附近取值。對照標準曲線的前處理方法進行6次測定，得出：方法的精密度5.8%～10.7%，結果見表2。(質量濃度1：0.01 mg/L；質量濃度2：0.10 mg/L；質量濃度3：0.20 mg/L)

表2 精密度驗證表

3.4 正確度檢驗

選用生態環境部標準樣品研究所的水質總磷有證標準物質203996和203994的兩個質量濃度值平行測定6次，測試結果均在給定范圍內，相對誤差分別為2.1%和-0.60%，結果見表3。同時采集撫仙湖和瀘沽湖某斷面水質樣品，測得水樣總磷質量濃度均值分別為0.0128、0.0068 mg/L。計算樣品的加標回收率為85.0%～102%，詳細結果見表4。

3.5 實際水樣測試

采集撫仙湖和瀘沽湖某斷面樣品各1份，每個樣品平行測定3次，同時做樣品加標，測得樣品質量濃度均值分別為0.0128、0.0068 mg/L；相對標準偏差分別為9.8%、12%；加標回收率為84.8%～107%。

4 結論

1)改進后的鉬酸銨分光光度法的檢出限是 0.002 mg/L，測定下限為0.008 mg/L，能滿足我國湖庫水體Ⅰ類標準限值要要求；方法有著理想的精密度、準確度、加標回收率，是測量湖庫水體、地下水以及生活飲用水中痕量總磷最簡單易行的方法。

2)基于目前很多環境質量標準與檢測方法的矛盾，不同行業質量控制標準之間的矛盾，同一檢測方法與不同質量控制標準之間的矛盾，國家亟需出臺與時俱進的法律標準和規范，做到以人為本，統一大市場。

3)國家目前還沒有建立地下水和生活飲用水中總磷的控制標準限值，云南作為全國水資源儲量最豐富省份之一，尤其作為國家淡水儲備的撫仙湖和瀘沽湖，更應控制好氮、磷等營養元素的指標，遏制水質富營養化。