劉際弟，陳建芳

（國(guó)家海洋局 第二海洋研究所，國(guó)家海洋局 海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012）

0 引言

海水中的磷主要是以顆粒態(tài)和溶解態(tài)的形式存在的，顆粒態(tài)磷主要為含有機(jī)磷和無機(jī)磷的生物體碎屑以及磷酸鹽礦物顆粒、吸附磷，溶解態(tài)磷主要包括有機(jī)磷和無機(jī)磷兩種溶解態(tài)。海水中磷的分布和變化不但受陸地徑流、水體運(yùn)動(dòng)、有機(jī)體的分解等物理、化學(xué)過程的影響，而且與生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污水排放以及生物活動(dòng)等密切相關(guān)。建立一種準(zhǔn)確、易操作的懸浮顆粒物不同形態(tài)磷的分析方法，對(duì)探討海水中不同形態(tài)磷在水體環(huán)境中的分布轉(zhuǎn)移等地球化學(xué)過程及其與環(huán)境因素的關(guān)系，對(duì)研究和保護(hù)生態(tài)環(huán)境有重要的意義。目前用于測(cè)定海水懸浮顆粒物總磷的方法主要是利用差減法測(cè)定海水樣品中的總磷和溶解態(tài)總磷，其方法有過硫酸鉀高壓消解－磷鉬藍(lán)法、過硫酸鉀高壓消解－示波極譜法［1－2］，但均無法直接測(cè)定懸浮顆粒物中的無機(jī)磷和有機(jī)磷。就目前文獻(xiàn)報(bào)道的方法大多只局限于測(cè)定總磷，除文獻(xiàn)［3］采用Whatman GF／C玻璃纖維濾膜過濾將溶解態(tài)和懸浮態(tài)進(jìn)行分離，而后測(cè)定不同形態(tài)磷的簡(jiǎn)要報(bào)道外，還沒有見到有關(guān)測(cè)定固體懸浮顆粒物中不同形態(tài)磷方法的詳細(xì)報(bào)道。由于玻璃纖維濾膜的空白值較高，在使用前一般都需要用酸浸泡預(yù)處理，而且0.45μm規(guī)格的市場(chǎng)上很少有售，所以目前都不被用于海水樣品的過濾。本文在參考文獻(xiàn)［1，4—5］的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)定懸浮顆粒物中不同形態(tài)磷的方法進(jìn)行了試驗(yàn)，從而擬定了分別采用硫酸－過硫酸鉀為氧化劑的高壓消解和使用濃度為1mol／dm3鹽酸浸泡提取，然后用磷鉬藍(lán)法測(cè)定懸浮顆粒物中的總磷和無機(jī)磷，用差減法得到有機(jī)磷。通過對(duì)長(zhǎng)江口、杭州灣等海區(qū)春、夏、秋、冬航次樣品的測(cè)定，表明該方法可適用于海水、河口水懸浮顆粒物和沉積物中總磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器有7230G分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）和800離心機(jī)（上海手術(shù)器械十廠）。磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用溶液（PO4－P）：20.0μmol／dm3；β－甘油磷酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液（P）：38.75μmol／dm3；硫酸溶液：1.5mol／dm3；鹽酸溶液：1mol／dm3；氫氧化鈉溶液：1mol／dm3；過硫酸鉀溶液：20.0g／dm3；抗壞血酸溶液：40.0g／dm3；混合溶液：3mol／dm3的硫酸溶液100mL，30.0g／dm3的鉬酸銨溶液40mL，1.4g／dm3的酒石酸銻鉀溶液20mL，三者混合均勻。所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，用水為去離子水。

1.2 過硫酸鉀與硫酸－過硫酸鉀消解對(duì)比和用量試驗(yàn)

目前通常用于測(cè)定水體、懸浮顆粒物、污泥和底質(zhì)樣品中總磷的前處理消解方法中，主要有過硫酸鉀高壓消解法［1，6－8］、過硫酸 鉀－微波 法［9］、堿熔融法［10］、硝酸－高 氯 酸 法［7］、硝 酸－硫 酸 法［8］、硫 酸－過 氧 化 氫法［11］和硫酸－高氯酸－微波法［12］。堿熔融法由于引入的試劑空白較高，并且要使用鎳或銀坩鍋在馬褔爐高溫下才能完成消解，此法不適合于測(cè)定低含量磷的海水懸浮物樣品。而后4種方法采用的都是強(qiáng)酸體系，需在敞開式容器中進(jìn)行消解，并且都要求加熱蒸發(fā)至冒白煙但又不能蒸干，有的還要求在處理樣品的錐形瓶上加小漏斗，使消解液在錐形瓶?jī)?nèi)壁保持回流狀態(tài)，消解時(shí)間需要幾小時(shí)，分析步驟不但費(fèi)時(shí)而且繁瑣，特別是在高氯酸的消解體系中，必須先把試樣用硝酸或硫酸將有機(jī)質(zhì)消解后，才能加入高氯酸進(jìn)行消解，否則高氯酸和有機(jī)物的混合物經(jīng)加熱易發(fā)生危險(xiǎn)。從各種消解方法比較來看，過硫酸鉀高壓消解法最為理想，它不僅只使用醫(yī)用消毒鍋，設(shè)備簡(jiǎn)單易操作，而且消化時(shí)間短、清潔安全。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用中性過硫酸鉀高壓消解對(duì)于測(cè)定水體中總磷的消解是完全的，但對(duì)于烘干固體懸浮顆粒物和沉積物樣品來說，將其各種結(jié)合態(tài)磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽就不完全，尤其是含高泥沙的懸浮顆粒物樣品，僅從試驗(yàn)的幾個(gè)含高泥沙樣品3次平行測(cè)定的平均值看，要偏低18.7%～33.3%，試驗(yàn)結(jié)果見表1。所以本法采用硫酸－過硫酸鉀高壓消解法。硫酸和過硫酸鉀的用量試驗(yàn)見表2，其加入試驗(yàn)用的硫酸溶液濃度為1.5mol／dm3，過硫酸鉀溶液質(zhì)量濃度為20.0g／dm3，消解溶液總體積均為15.0mL。從表2中看出，硫酸和過硫酸鉀的最佳用量均為5.0mL，即其消解時(shí)的前者濃度為0.5 mol／dm3，后者質(zhì)量濃度為6.7g／dm3。

表1 過硫酸鉀與硫酸－過硫酸鉀消解比較試驗(yàn)Tab.1 Comparison between two treatments of potassium persulfate／sulfuric acid and potassium persulfate digestion

表2 硫酸和過硫酸鉀用量試驗(yàn)Tab.2 Dosage experiment for the sulphuric acid and the potassium persulfate

1.3 硝酸－硫酸與硫酸－過硫酸鉀消解比較試驗(yàn)

為了更進(jìn)一步驗(yàn)證硫酸－過硫酸鉀消解對(duì)懸浮顆粒物消解的完全性，取3個(gè)含高泥沙懸浮顆粒物樣品，分別用硝酸－硫酸和硫酸－過硫酸鉀進(jìn)行消解，每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行消解測(cè)定，取其平均值，結(jié)果見表3。試驗(yàn)表明，采用硝酸－硫酸消解和用硫酸－過硫酸鉀高壓消解，其測(cè)定結(jié)果基本一致，這說明用硫酸－過硫酸鉀高壓消解是完全的。

表3 硝酸－硫酸與硫酸－過硫酸鉀消解比較試驗(yàn)Tab.3 Comparison between nitric acid／sulfuric acid and sulfuric acid／potassium persulfate digestion

1.4 磷鉬藍(lán)法抗壞血酸用量的確定

海水樣品經(jīng)過硫酸鉀消解后，在磷鉬藍(lán)法測(cè)定總磷分析步驟中［1，6］，抗壞血酸用量比測(cè)定活性磷的用量要加倍，其原因是為了消除氧化過程產(chǎn)生的氯氣對(duì)顯色的干擾。雖然海水懸浮物中的氯離子不會(huì)很多，但或多或少也是存在的，所以本法抗壞血酸用量選用1mL。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍的確定

經(jīng)試驗(yàn)證明，標(biāo)準(zhǔn)曲線與工作曲線相比較，其斜率間無顯著性差異，并且樣品分別用標(biāo)準(zhǔn)曲線和工作曲線計(jì)算的總磷、無機(jī)磷結(jié)果基本一致，誤差很小，可以忽略不計(jì)。這與文獻(xiàn)［13］報(bào)道的試驗(yàn)結(jié)果一致。同時(shí)由于制定標(biāo)準(zhǔn)曲線所用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是無機(jī)磷，不存在形態(tài)的轉(zhuǎn)化，為了操作方便，所以本法采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，省略了高壓消解和酸浸取的前處理操作步驟。另外根據(jù)不同區(qū)域河口水、海水中懸浮顆粒物樣品測(cè)定的PTP、PIP含量區(qū)間，確定了本法標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度范圍。在測(cè)定使用5cm比色皿時(shí)，PO4－P濃度為0～4.0μmol／dm3，其濃度與吸光值呈良好的線性關(guān)系（r＝0.999 9，n＝11）。線性回歸方程為y＝0.114 6x＋0.000 4。只要所測(cè)定的懸浮顆粒物、沉積物凈質(zhì)量不大于0.020g，測(cè)定的PTP、PIP含量都在標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)。

1.6 懸浮顆粒物中總磷的測(cè)定

1.6.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制定

分別移取0.0，1.0，2.0，3.0，4.0和5.0mL的PO4－P標(biāo)準(zhǔn)使用溶液于25mL比色管中，用去離子水稀至20mL左右，加入1.0mL抗壞血酸，搖勻放置5min，加入2.0mL混合溶液，用去離子水稀釋至標(biāo)線，搖勻放置10min后于882nm波長(zhǎng)處，用5cm比色皿測(cè)定吸光值。

1.6.2 樣品前處理

根據(jù)過濾樣品中懸浮顆粒物含量的高低，用剪刀小心剪取1／3～1／2面積的懸浮顆粒物過濾樣（濾膜為φ47mm，孔徑0.45μm），準(zhǔn)確稱取其質(zhì)量為0.030 0～0.050 0g（同時(shí)在同一環(huán)境條件下，在稱樣前需準(zhǔn)確稱總懸浮顆粒物樣品的質(zhì)量），于65mL的耐高溫帶蓋硬質(zhì)玻璃瓶中，分別加入5.0mL硫酸溶液、5.0 mL去離子水和5.0mL過硫酸鉀溶液，擰緊蓋子，置于蒸汽消毒鍋中，加溫至壓力為1.1～1.4kg／cm2，即120～125℃，在此溫度下蒸煮45min，然后讓其自然冷卻和澄清（同時(shí)做膜空白試驗(yàn)）。

1.6.3 樣品測(cè)定

移取5.0mL樣品消解上清溶液于25mL比色管中，用去離子水稀至15mL左右，加入4.85～5.00 mL的氫氧化鈉溶液，調(diào)pH值為2～3（用0.5～5精密pH試紙測(cè)試），其余步驟與制定標(biāo)準(zhǔn)曲線相同。

1.6.4 結(jié)果計(jì)算

從下式計(jì)算 PTP的濃度：PTP（μmol／dm3）＝［從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得測(cè)定濃度值（μmol／dm3）×75］／［用于測(cè)定的懸浮顆粒物過濾樣（g）×總過濾水樣體積（mL）／總懸浮顆粒物過濾樣（g）］。式中75為測(cè)定樣品稀釋倍數(shù)。若移取測(cè)定的消解液體積改變，則系數(shù)隨著改變。如果稱取測(cè)定的樣品是已與過濾膜分離的懸浮顆粒物，則不能按此公式計(jì)算，而應(yīng)按懸浮顆粒物的凈質(zhì)量和過濾水樣體積進(jìn)行換算。

1.7 懸浮顆粒物中無機(jī)磷的測(cè)定

1.7.1 樣品的前處理

準(zhǔn)確稱取測(cè)定總磷后余留下的質(zhì)量為0.030 0～0.050 0g的懸浮顆粒物過濾樣品，然后剪成小碎片，置于10mL比色管中，加入10.0mL鹽酸溶液浸泡24h。在浸泡期間，間隙手搖振蕩5次，每次5min或用超聲波或用振蕩器振蕩3次，每次30min，最后離心分離。

1.7.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和樣品測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制定與1.6.1的相同。樣品的測(cè)定步驟與1.6.3的相同，但加入氫氧化鈉溶液（調(diào)pH值）的量比測(cè)總磷的少加0.2～0.3mL。結(jié)果計(jì)算公式與1.6.4的相同，但其測(cè)定樣品的稀釋倍數(shù)為50而不是75。若稱取的樣品是不帶濾膜的懸浮顆粒物，同樣不能按公式計(jì)算結(jié)果。

1.8 懸浮顆粒物中的有機(jī)磷

懸浮顆粒物中的有機(jī)磷是由總磷與無機(jī)磷的差值得到。

1.9 方法精密度與回收率試驗(yàn)

精密度試驗(yàn)是按測(cè)定懸浮顆粒態(tài)總磷（PTP）和無機(jī)磷（PIP）的分析步驟，取兩個(gè)不同站位的懸浮顆粒物樣品（已與過濾膜分離）進(jìn)行平行測(cè)定6次，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。PTP、PIP含量為（632.4～651.7）×10－6和（436.6～452.6）×10－6時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.44%。而總磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷的回收率試驗(yàn)則是稱取0.006 0～0.012 0g不同站位的懸浮顆物樣品（已與過濾膜分離），分別加入3種不同濃度的PO4－P和β－甘油磷酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)定3次（n＝3），取其平均值，計(jì)算回收率。消解試劑用量和總體積保持不變，回收率分別為97.2%～101.3%、97.8%～100.4%和97.3%～102.3%。結(jié)果見表4、5、6、7和8。試驗(yàn)表明，本法的精密度好，準(zhǔn)確度高。

表4 總磷精密度試驗(yàn)Tab.4 Precision test of PTP

表5 無機(jī)磷精密度試驗(yàn)Tab.5 Precision test of PIP

表6 總磷回收率試驗(yàn)Tab.6 Recovery rate of PTP（n＝3）

表7 無機(jī)磷回收率試驗(yàn)Tab.7 Recovery rate of PIP（n＝3）

表8 有機(jī)磷回收率試驗(yàn)Tab.8 Recovery rate of POP（n＝3）

1.10 樣品分析結(jié)果

按照懸浮顆粒物磷的分析方法，對(duì)長(zhǎng)江口、杭州灣2006年夏、冬季和2007年春季、秋季航次近千個(gè)懸浮顆粒物樣品進(jìn)行了分析，表9是其中秋、冬季航次幾個(gè)站位的數(shù)據(jù)。分析結(jié)果表明，懸浮顆粒物中磷的數(shù)據(jù)符合水體中懸浮顆粒態(tài)磷與懸浮物含量的正相關(guān)性規(guī)律，同時(shí)也符合不同區(qū)域的不同形態(tài)磷的垂直分布待征。

表9 懸浮顆粒物不同形態(tài)磷的分析結(jié)果Tab.9 Results of different forms of phosphorus in suspended particulate matter

2 結(jié)果與討論

本法具有消解徹底，重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高，容易操作的特點(diǎn)，不但適用于海水懸浮物中不同形態(tài)磷的測(cè)定，而且也適用于含高泥沙的河口水懸浮顆粒物和沉積物中不同形態(tài)磷的測(cè)定。對(duì)于懸浮物少于1mg／L以下的樣品，按照常規(guī)稱取懸浮物，而后進(jìn)行消解和測(cè)定，是無法實(shí)現(xiàn)測(cè)定其不同形態(tài)磷的，因?yàn)棣?7mm孔徑0.45μm國(guó)產(chǎn)混合纖維素酯微孔濾膜經(jīng)海水樣過濾后會(huì)有2.5～3mg的溶解損失，而且不同廠家生產(chǎn)和不同批次的濾膜，其溶解損失的程度也有所差別。所以對(duì)于懸浮顆粒物極少的樣品，特別是對(duì)大洋海水，稱其總懸浮物質(zhì)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值的假象。本法通過剪取用于測(cè)定的懸浮顆粒物過濾樣品和總懸浮顆粒物過濾樣的質(zhì)量之比值與過濾水樣總體積的換算，解決了由于稱樣可能引起的誤差。其次當(dāng)稱取測(cè)定的懸浮顆粒物過濾樣品時(shí)，只要總懸浮顆粒物過濾樣也在同一環(huán)境和時(shí)間稱重，那么就不需要烘干恒重后稱取。

按稱取凈重懸浮顆粒物質(zhì)量計(jì)算的測(cè)定結(jié)果與用本文1.6.4中的公式計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)完全相同，所以在稱樣和處理數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)含懸浮顆粒物的高低來分別對(duì)待。對(duì)于含泥沙量很高的河口和近岸水的懸浮顆粒物，可采用稱取其經(jīng)烘干恒重并且已與膜自行分離的懸浮顆粒物進(jìn)行消解測(cè)定。而對(duì)于大洋海水懸浮顆粒物樣品，在加大海水過濾體積的同時(shí)，除仍可按本文1.6和1.7的方法測(cè)定外，還可以省略稱樣步驟，直接剪取1／2或取整張（采樣時(shí)取雙樣）懸浮顆粒物過濾樣品進(jìn)行消解測(cè)定，測(cè)定結(jié)果按過濾膜的面積和過濾水樣體積進(jìn)行計(jì)算，以μmol／dm3來表示海水中懸浮顆粒態(tài)磷的濃度。如果需要以×10－6表示懸浮顆粒物中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，那么必須采用稱質(zhì)量和減去相應(yīng)面積空白濾膜的方法計(jì)算，同時(shí)在采集樣品時(shí)，也要做空白濾膜水溶解損失數(shù)據(jù)的測(cè)定。

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