总磷是水环境质量监测分析的重要指标。水体磷元素以无机磷、有机磷多种形式存在，总磷含量检测时需要先消解将各种结构含磷化合物转化为正磷酸盐再测定。目前水样消解方法有高温高压消解、氧化消解、微波消解、超声辅助消解 等，总磷测定方法有光谱法、离子色谱法、电化学法等。方法涉及消解、测定两部分，需要使用高温高压等消解条件强化设备，消耗了大量强酸、强碱、强氧化性试剂，危险性高，步骤复杂，等待时间长，影响因素多。因此，开发绿色高效总磷测定方法极为必要。

     基于流动化学的在线分析系统具有结构紧凑、操作简单、试剂消耗量低等优点，并且在实现消解-测量结构集成方面具有独特优势。研究人员建立了一套在线紫外光直接活化过硫酸钾消解-磷钼蓝分光光度法测定环境水样中总磷含量的系统和方法，优化了系统运行参数，验证了方法的有效性和准确度，并进行实际水样的总磷测定应用。

1、试验方法

     在线紫外光直接活化过硫酸钾消解-磷钼蓝分光光度法总磷测定系统如图1所示，各组件间通过20cm管道连接。测定前注射泵装入待测水样25mL和对应试剂溶液50mL，紫外灯通电预热稳定30min，分光光度计设置为动力学模式，检测波长700nm。测定时设置待测水样、过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸铵流量分别为1.00，0.15，0.06，0.08mL·min−1，待测水样和过硫酸钾溶液混合进入石英螺旋管并在内腔紫外光照射下流动消解，再依次与抗坏血酸和钼酸铵混合还原显色，磷钼蓝显色液流经比色皿时采集吸光度数据，依据混合磷标准溶液标准曲线计算待测水样中总磷的含量。

2、结果与讨论

2.1 紫外光活化过硫酸钾消解原理

     过硫酸钾具有和过氧化氢相同的过氧键结构，当 —SO3-取 代—H后，过硫酸钾中O—O键长由146pm变为149pm，O—O键能较过氧化氢的下降而容易活化，在过硫酸钾单独存在状态下具有较好的稳定性，在热、光、微波、超声、酸碱、过渡金属、碳纳米管等因素作用下活化产生硫酸根自由基· SO4-（E=2.5~3.1V，E为对应基团氧化还原电极电势，指示氧化能力强弱）、羟基自由基·OH（E=2.8V）、单线态氧1O2等高活性氧化物基团，通过链式自由基反应持续进攻溶解无机单磷（DIMP）、溶解无机聚磷（DIPP）、溶解有机单磷（DOMP）、溶解有机聚磷（DOPP）化合物，将其中磷元素转化为正磷酸根，从而实现待测水样中含磷化合物的消解。紫外光具有较高能量，能高效活化过硫酸钾产生活性氧化基团，同时还可以直接作用于含磷化合物结构进行消解，相较其他活化方式，紫外光活化具有成本低廉、实施方便、直接高效、绿色清洁等优点，为在线活化过硫酸钾提供了可靠手段，其机理如图2所示。

2.2 消解-测定条件的优化

2.2.1 水样流量及酸度

     以磷酸二氢钾、三聚磷酸钠、磷酸三丁酯、三水合5'-三磷酸腺苷二钠盐、五水合β-甘油磷酸钠为不同典型结构含磷化合物模型配制模拟水样。水样在所有试剂中的流量最大，对整个系统影响也最大，模拟水样和过硫酸钾混合后进入石英螺旋管并进行光照消解，接取的流出液直接还原显色测定总磷含量，同时按照国家标准GB 11893—89消解测定模拟水样中总磷含量，两者比值为本法消解率。结果显示，当水样流量分别为0.60，0.80，1.00，1.20，1.40mL·min−1 时，消解率依次为99.2%，99.9%，99.9%，98.6%，101%，仅有小幅提升和变化，这表明流量变化对消解率影响并不显著。这一方面是由于按照国家标准GB 11893—89配制的溶液过硫酸钾含量较高，另一方面石英螺旋管内径细、长度大，且光照强，保证了水样在流动中完成了完全消解。为兼顾分析速率和消解率，试验选择的水样流量为1.00mL·min−1。

    试验测定不同质量浓度（2.0，3.0，4.0，5.0mg·L−1）总磷的模拟水样的消解率，结果显示：消解率依次为 104%，99.4%，98.6%，97.6%，消解率均高于97.0%；随着模拟水样总磷提高，消解率有小幅下降，可能是总磷量提高后极少量含磷化合物未实现消解，总体而言系统具有良好的消解能力，尽管极小部分未消解，但依然在测量误差允许范围内。高总磷含量模拟水样在方法验证时用于极端测试，在实际测量中相对较少，必要时可以对高总磷含量样品稀释后测定，从而进一步提高消解率和准确度。

     水样酸度可能对消解率有一定影响，用0.1mol·L−1硫酸溶液和0.1mol·L−1氢氧化钠溶液调节水样pH 为3，4，5，6，7，8，9，对应的消解率分别为95.8%，96.1%，96.2%，99.9%，98.7%，96.2%，95.5%，由于过硫酸钾质量浓度较高，自身具有一定酸性，并可在广泛pH环境中被紫外光活化，因此水样酸度对消解率影响较小。考虑到测定水样储存和后续处理，试验将水样酸度调节为近中性pH6~7为宜。

2.2.2 过硫酸钾流量

     过硫酸钾作为氧化剂是总磷消解过程中各种活性氧化基团的来源，是水样消解的关键因素。不同过硫酸钾流量（0.10，0.15，0.20，0.30mL·min−1）下总磷消解率依次为 86.1%，99.4%，93.1%，68.2%，可以发现随着过硫酸钾流量的提升，模拟水样的消解率先升高后降低，在0.15mL·min−1时达到最大值。这是由于当过硫酸钾流量较低时，经紫外光照活化产生的活性氧化基团浓度水平也较低，无法满足水样中含磷化合物消解需要；而当过硫酸钾流量过高时，一方面过硫酸钾及其产生的活性氧化基团相互之间可能产生湮灭，降低有效活性氧化基团浓度水平，导致消解率降低，另一方面过量的过硫酸钾会消耗后端抗坏血酸，可能会影响还原显色。因此，试验选择的过硫酸钾流量为0.15mL·min−1。

2.2.3 抗坏血酸和钼酸铵流量

     在酒石酸锑钾存在下消解产生的 PO43-与钼酸铵生成黄色磷钼黄杂多酸，经抗坏血酸还原生成蓝色配合物磷钼蓝，该配合物在700nm处具有最大吸收，从而通过光度法进行定量测定，可以发现，抗坏血酸和钼酸铵直接影响配合物显色，在整个测定过程中至为关键。试验分别依次调节抗坏血酸和钼酸铵流量，对应条件下吸光度如图3所示。

     由图3可知，当抗坏血酸流量为0.06mL·min−1、钼酸铵流量为0.08mL·min−1时吸光度最大。因此，试验选择的抗坏血酸流量为0.06mL·min−1、钼酸铵流量为0.08mL·min−1。

2.2.4 石英螺旋管温度

     石英螺旋管温度是影响装置运行和测定的另一重要因素，增加温度有利于促进过硫酸钾活化、提高活性氧化基团消解反应速率，但升高温度会降低气体在溶液中的溶解度，从而使过硫酸钾分解产生的溶解氧和其他溶解性气体逸出，在消解螺旋管中形成气泡，影响装置运行和后续在线测定。设置石英螺旋管温度为10，20，30℃时，测得的消解率分别为85.7%，99.9%，98.7%。低温时高质量浓度过硫酸钾存在析出风险，也降低了光活化氧化消解反应速率，而高温不利于抑制气泡产生，而温度控制在20℃左右既可以较好抑制气泡产生，又可以保证消解率。因此，试验优先选择石英螺旋管温度为 20℃。

2.3 标准曲线及检出限

     以混合磷标准溶液系列为待测水样，在优化条件下，测量其吸光度，根据总磷质量浓度ρ和对应吸光度A关系拟合标准曲线。结果表明，总磷的质量浓度在0.1~5.0mg·L−1内与吸光度呈线性关系，线性回归方程为A=1.152×10−1ρ−5.000×10−4，相关系数为0.9995。本方法线性范围宽，其上限远大于国家标准GB 11893—89 的（0.6mg·L−1），总磷含量较高水样无需稀释，可直接测定，有助于提高测定效率。

    对空白溶液进行12次测定，根据3倍标准偏差s和标准曲线的斜率k计算检出限（3s/k），结果为0.007mg·L−1。

2.4 精密度和准确度试验

    配制混合磷模拟水样，经稀释获得不同总磷含量的水样1~3，采用本方法测定，每个水样测定6次，计算测定值的相对标准偏差（RSD），并与国家标准GB 11893—89进行对比，结果见表1。

    由表1可知，本方法的测定结果与国家标准GB 11893—89的极为接近，相对误差为−4.0%~−0.50%，本方法测定值的RSD为1.8%~2.5%，说明方法的精密度和准确度良好，可用于实际测定。

2.5 样品分析

    采集湖水样品，按照试验方法测定总磷含量，并对湖水样品进行3个浓度水平的加标回收试验，计算回收率和测定值的RSD，结果见表2。

     由表2可知，湖水样品中总磷的测定值为0.011mg·L−1，回收率为93.0%~100%，测定值的RSD小于 3.0%，进一步验证了系统和方法的稳定性和可靠性。

3、试验结论

    研究人员建立了在线紫外光直接活化过硫酸钾消解-磷钼蓝分光光度法测定总磷含量的系统和方法，系统结构紧凑，消解效率高，试剂按照国家标准GB 11893—89配制且消耗少，方法稳定有效，可为环境水样中总磷测定提供方法和参考。

作者：余俊妤1，高俊1，邵耀翔1，凌宇霏1，徐　旻2，谭志文1，张凯龙1

单位：1. 浙江万里学院 生物与环境学院；

2. 浦江县生态环境监测站

来源：《理化检验-化学分册》2024年第11期