《武汉工程大学学报》  2015年09期 29-34   出版日期：2015-09-30   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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大米和地表水中总磷含量的磷钒钼黄比色法测定


０　引　言地表水中的磷常见的存在形式主要有各种磷酸盐、有机态含磷化合物等，主要来源于生活污水、农业生产过程中使用的磷肥、有机磷农药和洗涤剂中所含有的磷酸盐增洁剂等. 总磷包括以上溶解的、颗粒的、无机和有机的磷，它们存在于溶液中、腐质中或水生物中. 水体中的磷是藻类生长的关键元素，而过量的磷则是造成水体出现富营养化、水质透明度降低的主要原因［１］. 水体中总磷的测定方法主要有钼酸铵分光光度法、连续流动分析法（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｌｏｗ Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＣＦＡ）和电感耦合等离子体发射（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＩＣＰ－ＡＥＳ）等［２］. 三种方法的准确度、精密度和检出限对水的检测一般均可满足要求. ＣＦＡ法可计算机自动进样，在线消解，大批量水样本检测时可极大降低化验人员工作强度；水质中的砷、铬、浊度、色度、有机物浓度、悬浮物等可干扰测定结果，需要对应方法消除，化学分析单元透析膜较易损坏，成本相对较高［３－４］；钼酸铵分光光度法和ＩＣＰ－ＡＥＳ法均需进行样品的前处理，过程相对繁琐，需用较多化学试剂；ＩＣＰ－ＡＥＳ法对高纯氩气消耗快故成本高，检测仪器日常维护费用也较高. 酸式磷酸盐是磷在植物中的主要存在形式，植物中总磷的测定方法常用方法有分光光度法，荧光光谱法等也有文献报导［５］. 常用的有钼锑抗比色法和磷钒钼黄比色两种比色方法，近年磷钒钼黄比色法用于测定食品和水中的磷均有报道［６－７］. 本研究采用磷钒钼黄比色法测定大米和地表水两类样品中总磷的含量，针对植物性样品和液体样品采用不同的预处理方法. 其原理是一定酸度下，消解液中正磷酸盐与偏钒酸中的钒（Ｖ）和钼酸盐可形成黄色磷钒钼三元杂多酸［８］. 测定水样中的总磷常用的消解方法有过硫酸钾消解法、硫酸－硝酸消解法和硝酸－高氯酸消解法等. 国标“ＧＢ１１８９３－８９水质总磷的测定钼酸铵分光光度法”采用过硫酸钾或硝酸－高氯酸消解水样；环境行业标准“ＨＪ ６７０－２０１３水质磷酸盐和总磷的测定 连续－流动－钼酸铵分光光度法”采用过硫酸钾经紫外消解和酸性（１０７±１）℃水解对水样进行前处理. 有文献针对河流水水样加过硫酸钾经压力锅加热消解前处理，其检测达到了质控要求［９］. 过硫酸钾法因操作简单，结果稳定而常被采用. 植物中的磷大多数以有机磷存在，大米样品灰化后经硝酸－盐酸氧化分解，可将有机磷转化成无机磷酸盐. 本实验利用过硫酸钾经压力锅将液体试样消解或硝酸－盐酸消解固体试样，将所含各种形态的磷全部转化成磷酸盐. 加入钒钼酸铵显色剂，于４２０ ｎｍ处测定吸光值. 比较钒钼酸铵分光光度法对植物性样品和水样的测定效果，同时分析其在水样测定中的影响因素. １　实验部分１．１　仪器与试剂１．１．１　主要仪器　ＳＲＪＸ－４－９箱式电阻炉，上海试验仪器厂生产；ＦＡ１１０４分析天平，上海精科天平有限公司生产；１０１－２ＡＢ电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司生产；ＷＦＪ７２０可见分光光度计，尤尼柯（上海）仪器有限公司生产；ＰＨＳ－３ＣＰＨ计，上海雷磁仪器厂生产；ＹＸＱ－ＳＧ４６－２８０Ｓ不锈钢高压蒸汽灭菌器，深圳市良谊实验室仪器有限公司生产等. １．１．２　试剂　过硫酸钾、钼酸铵、偏钒酸铵、浓硝酸、磷酸二氢钾、硝酸、盐酸、磷酸二氢钠、溴化钠、硼酸、硅藻土等，以上试剂均为分析纯. １．２　实验原料大米：不同产地的籼米１０个品种，购于武汉市粮油批发市场和超市. 编号依次为籼米１＃、籼米２＃、籼米３＃…籼米１０＃. 水样：随机选取包括生活区，工业区，旅游区在内２０个取样点，包括湖泊水、工厂排放水、河水等. 编号依次为水样１＃、水样２＃、水样３＃…水样２０＃. １．３　方法１．３．１　样品的采集和保存方法　采样前用水样荡洗收集瓶和瓶盖２～３次；取样０．５～１ Ｌ；实验室４ ℃保存，贮藏于暗处. １．３．１　样品的预处理　大米样品的预处理：石英坩埚置（５５０ ±２５）　℃马弗炉内灼烧０．５ ｈ，冷却至２００ ℃左右取出，放入干燥器中冷却３０ ｍｉｎ，准确称量. 重复灼烧至前后两次称量相差不超过０．５ ｍｇ为恒重. 精确称取定量大米粉先在电热板上以小火加热使试样充分炭化至无烟，然后置于（５５０ ±２５）℃马弗炉中灼烧４ ｈ以上至灼烧残渣无碳粒. 冷却至２００ ℃左右取出，放入干燥器中冷却３０ ｍｉｎ，加入１∶１盐酸与１∶１的硝酸各５ ｍＬ使试样充分溶解后转移定至１００ ｍＬ容量瓶中定容备用［５］. 水样的预处理：吸取２５ ｍＬ水样于５０ ｍＬ比色管中，向试样中加４ ｍＬ过硫酸钾，将具塞刻度管的盖塞紧后，于压力为１．１ ｋｇ／ｃｍ２，对应温度为１２０ ℃的高压蒸汽灭菌锅内保持３０ ｍｉｎ，取出冷却，用水稀释至标线［１０］. １．３．２　标准曲线的制作a.试剂的配制钒钼酸铵显色剂：将１．２５ ｇ 的ＮＨ４ＶＯ３溶于３００ ｍＬ沸水，充分冷却后缓慢加入２５０ ｍＬ浓ＨＮＯ３，另称取２５．０ ｇ 的Ｈ８ＭｏＮ２Ｏ４溶解于４００ ｍＬ 水中，将其加入上述配制的ＮＨ４ＶＯ３ 溶液中搅拌，加水定容至１ Ｌ［１１］． 磷标准溶液（５０ ?滋ｇ／ｍＬ）：将０．２１９ ５ ｇ 的ＫＨ２ＰＯ４溶于水，加５ ｍＬ浓ＨＮＯ３，加水定容至１ Ｌ［１２］． b.标准曲线的绘制　（１）分别吸取a中配制的磷标准溶液０、１、２、３、４、５ ｍＬ至５０ ｍＬ比色管，加入１．３．２中a配制的钒钼酸铵显色剂１０ ｍＬ，蒸馏水定容至５０ ｍＬ． 室温下静置３０ ｍｉｎ，用１ ｃｍ比色皿测定试样分解液于４２０ ｎｍ处测定吸光度，并绘制标准曲线，得到回归方程（图１）. （２）准确吸取１０ ｍＬ b配制的磷标准溶液于２５０ ｍＬ容量瓶中定容得到２ ?滋ｇ/ｍＬ磷标准溶液. 再分别吸取０、１、２、３、４、５ ｍＬ的２ ?滋ｇ／ｍＬ磷标准溶液至５０ ｍＬ比色管中，加入１．３．２中a配制的钒钼酸铵显色剂１０ ｍＬ，蒸馏水定容至５０ ｍＬ. 同（１）后续步骤测定吸光度，得标准曲线和回归方程（图２）.１．３．３ 总磷的测定 大米样品总磷的测定：准确吸取１０ ｍＬ大米试样消解液于５０ ｍＬ比色管，加入１．３．２中a的钒钼酸铵显色剂１０ ｍＬ，蒸馏水定容至５０ ｍＬ. 选择在室温条件超过１５ ℃ 的条件下静置３０ ｍｉｎ，于波长４２０ ｎｍ下测定吸光度. 水样总磷的测定：准确吸取２５ ｍＬ水样试样消解液于５０ ｍＬ比色管，加入１．３．２中a的钒钼酸铵显色剂１０ ｍＬ，定容至５０ ｍＬ. 显色与比色步骤同上大米总磷的测定. １．３．４　总磷含量的计算a.大米总磷含量的计算大米样品总磷质量/含量（ｍｇ/ｇ）＝ρ×（Ｖ１/ｍ）×（Ｖ３/Ｖ２）×１０－３（１）ρ—从标准曲线查得显色液磷的质量浓度（?滋ｇ／ｍＬ）；ｍ —称取样品质量（ｇ）； Ｖ１—消解液定容体积（ｍＬ），１００ ｍＬ；Ｖ２—吸取测定的消解液体积（ｍＬ），１０ ｍＬ； Ｖ３—显色液体积（ｍＬ），５０ ｍＬ. b.水样总磷含量的计算水样总磷含量（?滋ｇ／ｍＬ）＝ρ×（Ｖ３/Ｖ４）×（Ｖ５／Ｖ６） （２）ρ—从标准曲线查得显色液磷的质量浓度（?滋ｇ／ｍＬ ）；Ｖ３—显色液体积（ｍＬ），５０ ｍＬ；Ｖ４—吸取测定的水样消解液体积（ｍＬ），２５ ｍＬ；Ｖ５—消解液定容体积（ｍＬ），５０ ｍＬ；Ｖ６—吸取测定的水样体积（ｍＬ），２５ ｍＬ. １．３．５　水样温度的测定　参照ＧＢ １３１９５－９１水质 水温的测定 温度计测定法. １．３．６　水样ｐＨ的测定　参照ＧＢ６９２０－１９８６水质ｐＨ值的测定 玻璃电极法. １．３．７　水样浊度的测定　参照ＧＢ／Ｔ １３２００－１９９１ 水质浊度的测定. １．３．８　悬浮物的测定　参照ＧＢ １１９０１－８９水质 悬浮物的测定 重量法. ２　结果与分析2.1　标准曲线的检出限、线性范围测定大米和水样中总磷含量的磷标准溶液的浓度和标准曲线回归方程分别见图１（大米样品）和图２（水样）. 根据图１，线性相关系数Ｒ２＝０．９９７ ３标准曲线，测定大米中总磷含量使用的标准曲线适用磷浓度范围１．００～５．００ ?滋ｇ／ｍＬ；测定水中总磷含量使用的标准曲线适用磷浓度范围０．０４～０．２０ ?滋ｇ／ｍＬ，线性相关系数Ｒ２＝０．９９１ ６标准曲线，见图２. 利用钒钼黄比色法测定大米与水样的标准曲线的线性回归方程相关系数Ｒ２＞０．９９以上，相关性较好.２．２　磷钼钒比色法测定大米和水样中总磷的含量根据大米测定用的磷标准曲线（图１），此法在吸光度０．０６６～０．１７８范围内磷浓度与吸光度值Ａ具有较好的线性关系，１０个籼米样品的２０个平行测定值的范围为０．０８２～０．１７５，均处于线性范围内；根据水样测定用的磷标准曲线（图２），此法在吸光度０．０１５～０．０６１范围内磷浓度与吸光度值Ａ具有较好的线性关系，２０个采集点水样有９个采集点水样因测定吸光度值读值偏低不在线性范围. 磷含量较高的水样测定结果重复性较磷含量低好，精确度较高，磷含量极低的水样此法测不出（表３）. 通过比较，在两类样品预处理基础上，磷钒钼黄比色适合测定总磷含量相对较高的大米样品，也可以测定磷含量较高的水质样品，测定磷含量较低的水样重现性较差，精确度较低. 图１　大米总磷含量测定用磷标准曲线Ｆｉｇ．１　Ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｒｉｃｅ图２　水样总磷含量测定的磷标准曲线Ｆｉｇ．２　Ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｔｅｒ表3　磷钒钼黄比色法测定大米和水样中总磷的含量Table 3　Total phosphorus contents of rice samples and water samples by P-V-Mo yellow colorimetric method2.2　测定水样的部分理化指标以上２０个采集点水样包含湖、库水，河水等，采集点均来源于城市地表水. 用此法测出总磷含量的有１１个采集点样品. 将检测出总磷含量的采集点和未检测出总磷采集点的其它理化指标进行对比研究. 检测出磷含量的水样和未检测出的水样温度均值分别为２４．４ ℃和２４．９ ℃（表４），两组均温差别不大. 陈静研究了采用钼酸铵分光光度法中温度对总磷分析的影响，得出不同温度下磷标准曲线的线性相关性差别不大，但温度低时相对较差，建议测定温度为２０～３０ ℃. 本次采集样品的水温测定均在２０～３０ ℃，除冬季较冷天气测定时需适当加热样品外，此法受同样品水温的干扰较小. 检出组水样的ｐＨ范围６．８２～７．９０，样品中性至弱碱性，未检测组ｐＨ范围６．７～９．８７，样品弱酸性至弱碱性. 两组ｐＨ均值分别为７．２９和７．３３，在地表水ｐＨ６～９范围内，两组ｐＨ对总磷的测定结果影响不大. 水质中的悬浮物指水样通过孔径为０．４５ ?滋ｍ的滤膜，截留在滤膜上并于１０３～１０５ ℃烘干至恒重的固体物质［１３］. 其主要是不溶于水的无机物和有机物、砂土等颗粒态物质、微生物等，是造成水浑浊的主要原因，通常降低水质悬浮物浓度，可使水体透明度提高［１４］. 工业中产生大量含有无机、有机悬浮物的废水，它们是微生物隐蔽的载体，水体中的有机悬浮物沉积后在微生物作用下厌氧发酵，可使水质恶化. 采用磷钒钼黄比色法，悬浮物的磷是随着样品的消解计算在总磷里的，由于悬浮物的不均匀性，对于高悬浮物的水样有时会带来较大的分析误差，可在样品消解显色后，先离心分离去除悬浮物后再测吸光值［１５］. 检出组和未检出组悬浮物含量范围分别在５４～２７２ ｍｇ/Ｌ和５４～２４０ ｍｇ／Ｌ，悬浮物含量变化范围较大，磷钒钼黄比色法在测定大米样品上比水样受干扰的因素少. 测定地表水中总磷可采用过硫酸钾消解，如果是江河水样，多数较浑浊，对测定结果若有严重干扰，还需进行浊度－色度补偿［１６］. 表4　水样的部分理化指标Table 4　The partial physical and chemical indexes of water samples ３　结　语ａ．磷钒钼黄比色法在大米样品中的测定具有较好的重复性. 此法可以在总磷含量大于０．０１７ ｍｇ／Ｌ的水样中应用，总磷含量越低的水样测定时准确度受影响越大. 对比国标“ＧＢ １１８９３－８９ 水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法”，最低检测浓度为０．０１ ｍｇ／Ｌ，预测钒钼黄法在对总磷含量较高的水样如磷矿选矿的废水、农药废水等也可应用，但样品的预处理条件需进一步研究. ｂ．采用磷钒钼黄比色法测定大米与水样总磷含量的稳定性存在差异. 固体样品经高温灰化和强酸消解，加钒钼酸铵显色剂后即可测定，试样和测定过程受干扰的因素少. 在测定水样时对含量低于０．１～０．２ ｍｇ／Ｌ的样品检测效果不佳或检测不出. 磷钒钼黄比色适合测定大米样品和总磷含量相对较高的水样. 致　谢感谢湖北省协同创新中心科技项目和湖北大峪口化工有限责任公司对本研究的资助，在此表示感谢.