瞬稳静态注射化学发光法测定环境水中总磷

摘要：文中介绍了测定水中总磷的瞬稳静态注射化学发光法，在0.04mg/L—0.20mg/L浓度范围内，通过用静态注射化学发光法测定几个样品的总磷含量，对其实验原理、条件、操作步骤进行了详细讨论。说明化学发光法由于较高的灵敏度和较宽的动态响应范围，正在逐渐用于水中总磷的测定。本文基于在酸性介质中，磷酸盐与钼酸铵反应生成的磷钼杂多酸，在碱性条件下与鲁米诺产生化学发光反应，且发光强度与磷的浓度在一定范围内成线性响应的原理，建立了测定磷的瞬稳静态注射化学发光法，方法的线性范围为0．04～0.2mg／L。所建立的方法用于地表水和饮用水中溶解的痕量磷的测定，回收率为80％～120％。静态注射化学发光法可以为测定水中总磷提供方便。

关键词：瞬稳静态注射；化学发光；鲁米诺；总磷

引言：磷在自然界分布很广，与氧的化合能力较强，因此在自然界中没有单质磷。在天然水和废水中，磷几乎都是以各种磷酸盐、缩合磷酸盐（焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐）和有机结合的磷酸盐（如磷脂等），存在于溶液和腐殖质粒子或水生生物中。天然水中磷酸盐含量不高。化肥、冶炼、合成洗涤剂等行业的工业废水以及生活污水中含有较大量的磷。磷是生物生长必需的元素之一，是地表水超营养化的关键元素，在生物生长过程中发挥重要的作用。过量的磷（如超过0.2mg/L）对水生植物的快速增长、物种组成、浮游生物和海藻的过度繁殖有很大的影响，造成湖泊，河流的透明度降低．水质变坏，使水资源丧失了饮用、养殖和游览等方面的利用价值。因此水体中磷的含量测定已经被列为环境监测的重要内容之一。

总磷是指水体中各种形态的磷的总量，是反映水体受污染程度和湖库水体富营养化程度的重要指标之一。水体中含磷量的增加导致水体质量下降，特别对于湖库水体，由于含磷量的增加，使水体中浮游生物和藻类大量繁殖而消耗水中溶解氧，从而加速湖库水体的富营养化。为了保护水资源，控制水体的富营养化，我国已将总磷列为正式的环境监测项目，制订了环境质量标准和污水排放标准，作为水质评价的重要指标。水中总磷是评价水体受污染程度的重要指标之一，国内外卫生及环保部门非常重视水中总磷的测定。目前，国内外检测水中总磷的方法很多，其中主要有钼蓝光度法，钒钼磷酸比色法^[1]，磷钼杂多酸光度法^[2-4]、原子吸收光谱法^[5-6]、色谱法^[7]等，但此类方法大多操作烦琐，需要化学药剂多，干扰大。化学发光法准确度和精密度较高、操作更简便、测定快捷、样品用量少，试验所用仪器及相关试剂方便、安全。

我国测定水中总磷的国家标准方法是《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB11893-89）。其反应原理是：在酸性介质中正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物，通常即称磷钼蓝 ^[8]但是国标方法操作步骤繁复，且量程较小。化学发光法提高了量程，简化了测量操作，大大提高工作效率。

1.实验材料与方法

1.1实验仪器与试剂

1.1.1.仪器

YN-FGⅠ型瞬稳静态注射化学发光分析仪（河南农业大学迅捷测试技术有限公司研制）

图1YN-FG 1型瞬稳静态注射化学发光分析仪图样

震荡器（HY-6多用震荡器；产地：金坛市医疗仪器厂）。

容量瓶：50.00mL、100.00mL、500.00mL若干。

移液管：1.00 mL、2.00mL、5.00mL、10.00mL若干。

比色管：50mL若干。

电子天平、电炉、药勺、烧杯、吸耳球、250mL三角瓶等。

1.1.2.试剂配制

鲁米诺储备液( 2.5×10^-3mol/L)：用电子天平称量0.4430g鲁米诺溶于500mL 0.1mol/L的NaOH中,定容到500mL，蔽光保存。

鲁米诺工作液(2.5×10^-4mol/L；PH=13)：用移液管量取50.00mL储备液于500mL容量瓶中,加水约300mL,加入25.0gNaHCO₃溶解摇匀,然后加入14.5gNaOH溶解摇匀,定容.调PH=13 蔽光保存。

磷标准溶液：可选用河南农业大学迅捷生产的磷标准溶液，也可在实验室老师指导下配制(用电子天平准确称取0.0439g磷酸二氢钾，置于100mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度)。取1.00mL磷标准溶液(100mg/L)，置于100mL容量瓶中，用水浸提液定容，充分摇匀。

5%钼酸铵溶液：取分析纯钼酸铵5.00g置于三角瓶中.加入约100.0mL蒸馏水.加热煮沸至完全溶解,无损转移至100mL容量瓶中,摇匀后定容。

硫酸（1：2）：将25mL的浓硫酸缓缓加入50mL的蒸馏水中，边加入边摇晃，冷却后备用。

以上试剂均为分析纯，实验用水为蒸馏水。

1.2实验方法

1.2.1.实验原理

磷酸离子有很强的配位能力，能与许多金属离子形成配合物，在酸性溶液中，磷酸盐与过量的钼酸铵（NH₄）₂M_OO₄络合。尤其是在加热条件下，会生成磷钼酸铵。

主反应：PO₄^3-+12M_OO₄^2-+3NH⁴⁺→(NH₄)3PO₄12M_OO₃6H₂O↓+6H₂O

副反应：M_OO₄+2H⁺+H₂O→(NH₄)2M_OO₄ H₂O↓（黄）

磷钼酸与鲁米诺在碱性条件下能发生发光现象，并且在特定浓度范围内发光强度与磷钼酸的物质的量成线形关系。

1.2.2.实验步骤

1.2.2.1.线性范围的确定

（1）原理：磷钼酸与鲁米诺在碱性条件下能发生发光现象，并且在特定浓度范围内发光强度与磷钼酸的物质的量成线形关系。

（2）操作步骤

空白的制备：向比色管中加入1.00mLH₂SO₄（1：2），加入1.00mL钼酸铵溶液（5%），用蒸馏水定容，充分摇匀。

磷标准系列溶液配制：在实验过程中，通过对各浓度标准系列配制的测量，证明当溶液中磷标准系列浓度大于0.20mg/L时，测量得到的数据与发光强度线形关系不明显，所以磷标准系列配制浓度选择0.04mg/L——0.20mg/L的范围。用移液管准确移取1.00mg/L的磷酸根离子溶液0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL,分别至于6个50mL的容量瓶中，加入蒸馏水10.00、8.00、6.00、4.00、2.00、0.00mL，加入1.00mL钼酸铵溶液（5%），1.00mL硫酸（1:2），用蒸馏水定容至刻度，用振荡器充分摇匀，放置10min后上机测定。

（3）上机测定的操作步骤

首先是仪器本底的测定，打开主机电源，预热20min，运行YN-FG软件，对仪器储液池进行冲洗，调节参数（负高压400V，时间20s）；其次是空白样品的测定，冲洗漏斗，调节参数（测试类型：空白；测量显示：发光曲线；自动处理：自动调零），关闭放液阀和加液阀，漏斗中各自加入2.00mL发光试剂和2.00mL空白试剂，合上仪器盖子，按下开始测量，1s后打开进样开关，测量结束，记录数据。最后是标准数据的测量，冲洗漏斗，调节参数（测试类型：标准），关闭放液阀和加液阀，漏斗1中加入2.00mL发光试剂，漏斗2中加入2.00mL标准试剂，合上仪器盖子，按下开始测量，1s后打开进样开关，测量结束，记录数据^[5]。

（4）数据分析

用所测得的实验数据列表如下：

表1标准系列发光度测量的数据

标准曲线的绘制：

图2数据相关系数分析图

图中线形方程为Y=20.8X+0.3933E5，相关系数为0.9896，基本达到0.99，表明数据是可以用的。说明水中磷酸根离子含量在0.04mg/L—0.20mg/L的浓度范围内的发光强度与浓度成线性关系。

1.2.2.2.实验水样的制备

（1）水样采集与预处理

样品的采集和保存：由于磷酸盐可能会吸附在塑料瓶壁上，故最好不要用塑料瓶贮存，所有容器都要用稀盐酸清洗，再用自来水、蒸馏水冲洗数次。磷的水样不稳定，最好采样后立即分析，这样试样变化最小。如果不能立即分析，于水样采集后，加硫酸酸化至pH值≤1保存，在24 h内进行分析。

待测水样的制备：

水样预处理的目的是将磷转化为正磷酸盐。在《水和废水监测分析方法（第四版）》中，水中磷的测定，通常按其存在方式而分别测定总磷、溶解性正磷酸盐和溶解性总磷酸盐，监测方法有所不同，如图所示:

图3水样预处理示意图

我们讨论的磷是水中的总磷，所以要通过预处理过程把水中以不同形式存在的磷转化为可溶性磷加以测定^[9]。

水样预处理的方法：取待检测的水样100mL，置于250mL三角瓶中，加入3～5粒玻璃珠，浓硫酸8.33mL，摇匀，于电炉上加热煮沸至剩余8.33mL左右，溶液无色透亮，并伴随大量白烟产生，关掉电炉开关。如果水样消化至近终点时变黑，需加入适量硝酸（约4mL），消化至终点现象出现，取下冷却。将上述消化液转入50mL容量瓶中，定容至刻度，此为待测液。

分别将下列空白、标准、样品、样品添加同时置于电炉上进行加热煮沸消化，消化情况参考上述检测方法。

空白：加入100mL蒸馏水，3～5粒玻璃珠，8.33mL浓硫酸，摇匀；

标准：加入100mL蒸馏水，3～5粒玻璃珠，8.33mL浓硫酸，100 mg/L磷标准溶液1mL，摇匀；

样品：加入100mL水样，3～5粒玻璃珠，8.33mL浓硫酸，摇匀；

样添：加入100mL水样，3～5粒玻璃珠，8.33 mL浓硫酸，100 mg/L磷标准溶液1mL，摇匀。

将上述溶液分别消化至终点现象出现后，取下冷却，再将消化液分别转入4个50mL容量瓶中，定容至刻度，此为待测液。

用移液管分别准确移取2.00mL空白、标准、样品、样品添加的待测液置于4个50mL的比色管中，向比色管中加入1.00mL钼酸铵溶液(5％)，充分摇匀使反应进行完全，定容，摇匀放置10min后上机测定

1.2.2.3上机测定的操作

（1）仪器本底的测定

打开主机电源，预热20min，运行YN-FG软件，对仪器储液池进行冲洗，调节参数（负高压400V，时间20s）。

（2）空白样品的测定

冲洗漏斗，调节参数（测试类型：空白；测量显示：发光曲线；自动处理：自动调零），关闭放液伐和加液伐，漏斗1中加入2.00mL发光试剂，漏斗2中加入2.00mL空白试剂，合上仪器盖子，按下开始测量，1s后打开进样开关，测量结束，记录数据^[10]。

（3）标准数据的测定

冲洗漏斗，调节参数（测试类型：标准），关闭放液伐和加液伐，漏斗1中加入2.00mL发光试剂，漏斗2中加入2.00mL标准试剂，合上仪器盖子，按下开始测量，1s后打开进样开关，测量结束，记录数据。

（4）样品数据的测定

冲洗漏斗，调节参数（测试类型：样品），关闭放液伐和加液伐，漏斗1中加入2.00mL发光试剂，漏斗2中加入2.00mL样品试剂，合上仪器盖子，按下开始测量，1s后打开进样开关，测量结束，记录数据。

（5）样品添加数据的测定

冲洗漏斗，调节参数（测试类型：样品），关闭放液伐和加液伐，漏斗1中加入2.00mL发光试剂，漏斗2中加入2.00mL样添试剂，合上仪器盖子，按下开始测量，1s后打开进样开关，测量结束，记录数据。

1.2.2.4几个相关样品的测定结果

先对水样进行消化预处理，然后根据上述待测样品测定操作步骤进行测定和数据分析。

回收率计算公式：[（样添发光度-样品发光度）/（标准发光度-空白发光度）] ×100%，回收率计算结果列入表中^[11]。

（1）郑州市东风渠水样

表2水样测定相关数据表

（2）郑州市金水河水样

表3水样测定相关数据表

（3）郑州市熊耳河水样

表4水样测定相关数据表

（1）通过实验认为该体系虽然受pH值的影响不是太大，但是在试验中还是要注意操作的严谨性。

（2）一般情况下水样中的干扰物质对体系没有影响或影响不大，不考虑干扰离子的消除也可以实现水样的检测。

（3）总体看来对于东风渠和金水河来说回收率略微偏低，而对于熊耳河来讲回收率略微偏高。

2.方法评价

总体上来讲，此方法检测水质中的总磷，检测方法简单，干扰不明显，方法可行。

1. 因为考虑到水样中有机物质含量较低，对水样的消化做了一点改动：

原方法为：取待检测的水样100mL，置于250mL 的三角瓶中，加入 3～5 粒玻璃珠，加热至剩余 10mL左右，加入 9：1(HNO₃:HClO₄体积比)混酸 10.00mL,加入 H₂SO₄0.50mL,在电炉上缓慢加热，等到大量黄烟冒尽，提高加热温度，消化到无色透明为止，继续加强热，到硫酸冒白烟，取下稍冷，加入 10.00mL 水再加热到硫酸冒白烟为消化完全，取下冷却，并将其定容到 50mL 为待测液。

现在改为：取待检测的水样100mL，置于250mL三角瓶中，加入3～5粒玻璃珠，浓硫酸8.33mL，摇匀，于电炉上加热煮沸至剩余8.33mL左右，溶液无色透亮，并伴随大量白烟产生，关掉电炉开关。如果水样消化至近终点时变黑，需加入适量硝酸（约4mL），消化至终点现象出现，取下冷却。将上述消化液转入50mL容量瓶中，定容至刻度，此为待测液。

通过对水样消化方法的改进可以看到，改进后的消化方法简单易行，操作安全，而且对检测结果没有太大影响。

2.为降低检测中的操作误差，样品经过消化处理后，试验过程中不再加入硫酸(1+2)。

3.小结与讨论

用化学发光法测得各实验数据回收率达到80％－120％范围，可以认为数据是可靠的，也就是说用化学发光法测定水中总磷的方法在0.04mg/L—0.20mg/L的浓度范围内是可行的，但是不一定在任何范围内都通用，超出范围的线形关系不明显，不在我们的讨论范围之内。

利用化学发光法测定水体中总磷，具有准确度高、简便、快捷、样品用量少等优点，但是化学发光法中仪器灵敏检测限较低，实验人员操作不熟练等因素容易导致测量数据变的不稳定，如果能改善化学发光法中所用仪器的性能，可以更大限度的提高该方法的应用范围，相信瞬稳静态注射化学发光法是比较有潜力的新方法。