ICP-AES法測定水中的總磷

1、ICP-AES法測定水中的總磷李劍，王春艷，陳平（德陽市環(huán)境監(jiān)測站，四川 德陽 618000）摘 要ICP-AES法測定水中的總磷，是一種適應了現(xiàn)代分析科學發(fā)展的一種環(huán)境友好的分析方法，它不但直接監(jiān)測無機磷和有機磷，減少國家標準方法中水樣消解繁瑣的步驟，而且節(jié)約時間和試劑，減少了步驟繁多帶來的誤差。該方法具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、化學干擾低、操作簡單，不會給環(huán)境帶來二次污染等優(yōu)點。本方法檢出限為0.010mg/L，回收率為95% 100%，RSD為0.18%0.74%，和國標方法鉬銻抗分光光度法相比對，相對誤差小于10%。該法準確、快速、簡便，應用于水中總磷的測定是可行的。對于任務繁

2、重，人員短缺的環(huán)境監(jiān)測站，這種操作簡單、時間短暫、精密度和準確度高和試劑消耗量少的方法應廣泛開發(fā)和應用到實際工作中。關鍵詞：ICP-AES；總磷Analyzing for Total Phosphorus in Water Samples by ICP-AESThe ICP-AES method for was used to the determine the total phosphorus in the water, which is an environmental friendly and suitable to the modern scientific analytical te

3、chnique. This method can not only measure the inorganic and organic phosphorus, reducing sample digestion tedious steps as in the national standard method, but also, it can save time and reagents, reducing errors caused by steps. This method has many advantages, including wide linear range, high sen

4、sitivity, low detection limit, low chemical interference, simple operation, and no secondary pollution to the environment. The detection limits 0.010mg/L, and the recovery percent is 95% 100%, with RSD 0.18% 0.74%. Comparing with the national standard analysis method for total phosphorus in water sa

5、mples, the relative error is less than 10%. This method is accurate, quick-acquired and convenient. It is feasible in the determination of water samples. This simple operation, short time needed, high precision and accuracy, and less reagent consumption method should be widely developed and applied

6、to the practical work for the heavy task and staff shortages of Environmental Monitoring Station.Key Words: phosphorus; ICP-AES一、前 言在天然和廢水中，磷以各種磷酸鹽的形式存在，有正磷酸鹽，縮合磷酸鹽(焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽)、有機結合的磷酸鹽，它們存在于溶液中、腐殖質(zhì)中、或水生生物中1。水源水主要受到化肥、冶煉和合成洗滌劑等行業(yè)工業(yè)廢水及生活污水的污染而造成磷含量過高，從而導致湖泊、河流中藻類過度繁殖，水質(zhì)惡化，人們長期飲用含磷量較高的水，會引起中樞神經(jīng)中毒，

7、甚至會引起肝、腎、心臟變性而致死2，因此水源水中磷的標準被嚴格限制在0.20 mgL以下。水體中磷含量過高會使生物的呼吸困難，造成魚類和其他生物的死亡，水質(zhì)色深、臟臭和病菌叢生，嚴重時會使水呈紅色和紅褐色的“赤潮”現(xiàn)象。水中總磷是評價水體受污染程度的重要指標之一，在水質(zhì)理化檢測指標中，總磷是重要檢測項目之一，國內(nèi)外衛(wèi)生及環(huán)保部門非常重視總磷的測定。目前測定水中總磷的主要方法有磷鉬藍分光光度法2、氯化亞錫還原光度法2和離子色譜法1,2。但此類方法操作繁瑣，需用化學試劑多，干擾大，鉬銻為重金屬具有毒性，對環(huán)境帶來不同程度上的二次污染。電感藕合等離子體發(fā)射光譜法3，即ICP-AES法，是70年代發(fā)展

8、起來的分析方法，它具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、化學干擾低，可以多元素同時測定，對較高鹽類濃度的樣品直接進樣等優(yōu)點而倍受分析工作者的歡迎，已成為物質(zhì)成分分析中應用最為廣泛的分析手段3。ICP-AES技術在金屬元素測定方面得到了廣泛應用，但在非金屬測定方面應用較少。本法探討了以ICP-AES法試驗了水中總磷的測定條件，確定了環(huán)境水體中總磷的分析方法，并且得到了較好的效果。二、材料與方法2.1 儀器及試劑1、實驗儀器電感藕合等離子發(fā)射光譜儀（Thermo iCAP 6000）和一般實驗室儀器以及相應的輔助設備。所有的實驗容器和移液管在使用之前均經(jīng)過（1+1）硝酸溶液浸泡過夜，再用自來水、純水

9、沖洗和淋洗，放置干后使用。2、實驗試劑除非另有說明，分析時均使用符合國家標準或?qū)I(yè)標準的分析純試劑、去離子水或同等純度的水。所用試劑對被測元素濃度的影響應小至忽略不計。1）硝酸（HNO3）：=1.42g/mL，優(yōu)級純。2）（1+1）硝酸溶液：用硝酸1）配制。3）氬氣：鋼瓶氣，純度 99.99%。4）標準溶液：磷元素單標液（500mg/L）和質(zhì)控樣品（0.438 ± 0.018 mg/L）均購置于環(huán)境保護部標準樣品研究所。2.2 分析條件影響ICP-AES法分析特性的因索很多，但主要工作參數(shù)有三個，即：高頻功率、載氣流量及觀測高度。對于不同的分析項目及分析要求，上述三項參數(shù)存在一定差異

10、。測定水體中總磷的具體參數(shù)如下：樣品沖洗時間30秒，重復測定3次。進樣為霧化器，等離子觀測為水平，短波范圍10，長波范圍7。RF功率1150W，輔助氣流量0.5mL/min，霧化氣體流量0.5mL/min。測定磷的波長分別為213.6nm。2.3 樣品的采集處理采集樣品的聚乙烯塑料瓶是一次性的，現(xiàn)場采集的水樣必須馬上用硫酸調(diào)pH < 2.0 (pH試紙驗定) 保存。取回后于實驗室陰暗處澄清，控制最終酸度 10%以適宜于ICP-AES的測定。2.4 樣品前處理國家標準方法鉬銻抗分光光度法分析水中的總磷時采用過硫酸鉀消解法消解水樣1。ICP-AES測定水中的總磷干凈的水樣不需要前處理，較臟的

11、水樣需要0.45m濾膜過濾。三、ICP-AES測定的影響因素3.1 功率優(yōu)化實驗表明，當RF功率為1150 W時，所得標準曲線斜率較大，發(fā)射光強度大而且恒定。3.2 載氣流量實驗比較了0.5 mL/min、0.8 mL/min和1.0 mL/min時的標準曲線，選定最佳載氣流量為0.5 mL/min。3.3 觀察高度的選擇不同分析元素對觀察高度的要求不同，磷分析線的峰值強度一般在較低觀察高度處為好。本文選用標準溶液，考察了不同觀察高度對分析信號的影響，由于磷的靈敏度較低，且含量也較低，故選擇觀察高度為等離子觀測為水平，短波范圍10，長波范圍7。3.4 分析線的選擇ICP-AES測定水中的總磷，

12、有174.4、213.618、214.914和253.565nm2四條分析線。根據(jù)單元素溶液掃描圖譜，只有213.618和214.914，可用于磷的測定，試驗了共存元素的干擾。高濃度的鈣在214.914nm處有較高的背景，同時鐵在此處有重疊峰，不適合磷的測定，213.618nm線可有效的避免了上述干擾，且靈敏度最高，光強穩(wěn)定性好。3.4 酸度的影響我們考察了酸度對水中總磷測定的影響，對于相同的水樣分成兩份，一份加入硝酸，硝酸的濃度大約1%；另一份不加硝酸測定，測定結果見表1。測定結果表明，相對誤差為±0.06% ±9.4%，小于10%，說明酸對于ICP-AES法測定水中的總

13、磷無影響。表1 酸度對ICP測定不同水樣中總磷的影響Table 1 Effect of acidity with determination of total phosphorus in water samples by ICP樣品未加硝酸加入硝酸相對誤差（%）樣品未加硝酸加入硝酸相對誤差（%）10.1130.116±1.370.4390.431±0.920.1960.186±2.680.7970.745±3.430.0870.072±9.490.7830.753±2.040.0780.067±7.6100.8660.867

14、±0.0650.1440.134±3.6110.3220.314±1.360.1650.176±3.2質(zhì)控樣0.4400.435±0.63.5 樣品加標回收率及精密度采用本方法測定樣品10次，計算其相對標準偏差，同時加標回收，其分析結果見表2。測定結果表明，總磷的相對標準偏差在0.180.74%，回收率為95100%，說明本方法具有較好的準確度和精密度。表2 樣品的分析結果Table 2 Analytical result of water samples樣品磷含量（mg/L）加標量（g）回收率（%）RSD(%)10.0753.91499.60

15、.7411.74198.00.4119.568100.50.6420.2693.91495.50.5211.74198.00.4919.56899.90.18四、方法性能的評價和實際水樣的檢測4.1 方法性能的評價為了進行定量分析，在優(yōu)化后的ICP-AES條件下，通過以屈臣氏蒸餾水對標準儲備液進行逐級稀釋，配制了一系列不同濃度的標準溶液測定，總磷在0.02010.000mg/L濃度范圍內(nèi)獲得了良好的線性，其相關系數(shù)在0.9999以上。為了考察本方法的重現(xiàn)性，對3個不同濃度的水樣中的總磷連續(xù)測定5次，測得的相對標準偏差在0.14 4.06%之間，用RSD%表示。按所設儀器參數(shù)，用空白溶液連續(xù)測定

16、11次，其結果的3倍標準差所對應的濃度值即為檢測限，本方法測得總磷的檢測限為0.020 mg/L。4.2 ICP-AES法和國標方法鉬銻抗分光光度法方法的比較 本實驗從測定時間，精密度，所用試劑和線性范圍等幾個方面將ICP-AES法和國標方法鉬銻抗分光光度法進行了比較（見表3）。表3 水樣中總磷分析方法的比較Table 3 The comparison of analysis method fortotal phosphorus in water samples分析技術樣品前處理所用試劑分 析 時間（h）線性范圍（mg/L）相 關系 數(shù)回收率（%）檢出限（mg/L）鉬銻抗分光光度法過硫酸鉀消解

17、法硫酸、鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀、抗壞血酸溶液1.50.010.60.9998901060.020電感藕合等離子發(fā)射光譜法不消解過濾（1+1）硝酸0.50.01100.9999951000.010傳統(tǒng)的國標方法鉬銻抗分光光度法分析技術被廣泛采用，但存在分析時間較長、消耗溶劑種類多，分析步驟較復雜等不足，且對于鉬銻抗分光光度法中有一個比較難處理的問題就是濁度補償，一般用樣品空白做濁度補償，在一定程度上影響了樣品分析的準確度。鉬銻抗分光光度法在顯色時也存在一定的誤差，不能使每一個樣品達到同步。電感藕合等離子發(fā)射光譜法，即ICP-AES法，是70年代發(fā)展起來的分析方法，它克服了傳統(tǒng)鉬銻抗分光光度法技術的

18、諸多不足，適應了現(xiàn)代分析科學的發(fā)展要求，是一種操作簡單、分析速度快、消耗試劑少, 環(huán)境友好的樣品分析新技術。它具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、化學干擾低、操作簡單等優(yōu)點。ICP-AES法最大的優(yōu)點是不僅僅能直接監(jiān)測無機磷，還能同時監(jiān)測有機磷6-9，減少了消解等繁瑣的步驟，同時消除了多步驟帶來的誤差。ICP-AES法最大的優(yōu)點避免給環(huán)境帶來第二次污染，鉬和銻都是有毒有害的重金屬，ICP-AES法所用試劑只有硝酸，沒有其他污染物。自該技術問世至今，已經(jīng)在環(huán)境監(jiān)測、食品以及生物醫(yī)藥等領域得到廣泛的應用。但到目前為止，ICP-AES法在水樣中總磷的分析應用的研究報道并不多。4.2 實際水樣的分析選

19、取四川省德陽市實際水樣樣品15個，有類、類、類地表水和工業(yè)廢水四類水樣，分別用ICP-AES法和國標方法鉬銻抗分光光度法分析，結果見表4。表4 實際樣品分析結果（mg/L）Table 4 Analytical result of actual samples（mg/L）樣品ICP測定值分光光度法測定值相對誤差（%）樣品ICP測定值分光光度法測定值相對誤差（%）10.1840.208±6.180.0520.063±9.620.1860.221±8.690.5280.534±0.630.1500.160±3.2100.3310.368±5

20、.340.7230.791±4.5110.6420.643±0.0850.4110.419±1.0120.9160.934±0.1060.4490.485±3.9130.0890.072±10.670.3120.331±3.0140.5620.571±0.8質(zhì)控樣0.4400.455±1.7150.3120.332±3.1監(jiān)測結果顯示，此次水樣中總磷的含量為0.052 0.934 mg/L，部分點位發(fā)現(xiàn)有超標情況。質(zhì)控樣表明ICP-AES法測定控樣結果在保證值范圍內(nèi)，位于標準值中值，分光光度法也

21、在保證范圍之內(nèi)，但位于標準值上線值，均在誤差范圍之內(nèi)。ICP-AES法和國家標準方法鉬銻抗分光光度法分析水樣的相對誤差在0.08% 10.6%，低濃度的樣品誤差范圍略大于10%，其余均在誤差范圍之內(nèi)，說明ICP-AES法測定地表水和廢水中的總磷的含量方法是可行的。五、結論ICP-AES法測定地表水和廢水中的總磷的含量直接監(jiān)測無機磷和有機磷，減少了水樣消解繁瑣的步驟，而且節(jié)約了時間和試劑，減少了步驟繁多帶的誤差。它具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、化學干擾低、操作簡單，避免了第二次環(huán)境污染等優(yōu)點。本方法檢出限為0.010mg/L，回收率為95% 100%，RSD為0.18%0.74%，和國標方

22、法鉬銻抗分光光度法相比對，誤差范圍小于10%。說明ICP-AES法測定地表水和廢水中的總磷的含量方法是可行的。ICP-AES法是一種準確、高效、環(huán)保、簡便和樣品用量少的分析體系，可直接用于測定地表水、生活污水及化工、磷肥、機加工金屬表面磷化處理、農(nóng)藥、鋼鐵、焦化等行業(yè)的工業(yè)廢水中的總磷分析。對于任務繁重，人員短缺的環(huán)境監(jiān)測站，這種操作簡單、時間短暫、精密度和準確度高和試劑消耗量少的方法應廣泛開發(fā)和應用到實際工作中。參考文獻：1 國家環(huán)保局 水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版 增補版).北京：中國環(huán)境科學出版社，2006.2 謝華林. 電感搖合等離子體發(fā)射光譜法測定水中微量磷的研究. 工業(yè)水處理2002-02,22(2).3 吳顯欣，陳天裕，王安. 端視等離子體原子發(fā)射光譜法測定無磷洗衣粉中磷. 理化檢驗一化學分冊,2003,39(9).4 蔡佑振. 環(huán)境樣品總磷測定方法研究. 福建分析測試,2003,12(3):1818-1821.5 賀 惠,張 萍. ICP-AES法測