大米和地表水中总磷含量的磷钒钼黄比色法测定

张美，杨芳，郭晓丽，夏远涛，熊瑶，甄雪利，陈洁*

1.绿色化工过程教育部重点实验室（武汉工程大学），湖北 武汉 430074；2.武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430074；3.湖北大学知行学院食品与生物工程系，湖北 武汉 430011

大米和地表水中总磷含量的磷钒钼黄比色法测定

张美1，2，杨芳1，2，郭晓丽3，夏远涛3，熊瑶3，甄雪利3，陈洁3*

1.绿色化工过程教育部重点实验室（武汉工程大学），湖北 武汉 430074；2.武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430074；3.湖北大学知行学院食品与生物工程系，湖北 武汉 430011

为比较磷钒钼黄比色法在植物性样品和水样中磷的测定效果，选取10个品种籼米样和20个取样点水样，采用磷钒钼黄比色法测定其总磷含量.结果表明：籼米样品的总磷质量浓度度范围为0.363～0.568 mg／g；水样的总磷质量浓度范围为0.017～0.094 μg／mL.磷钒钼黄比色法在测定大米样品时受干扰因素较少；在测定水样时，水样中的悬浮物含量和浊度对测定的精确度有一定影响.磷钒钼黄比色法操作简便、测定快速，适合测定大米样品和总磷含量大于0.017 mg／L的水样.

总磷；磷钒钼黄比色法；地表水；浊度；籼米

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；ICPAES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0.5h，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（50μg／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 μg/mL磷标准溶液.再分别吸取0、1、2、3、4、5 mL的2 μg／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

ρ—从标准曲线查得显色液磷的质量浓度（μg／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

ρ—从标准曲线查得显色液磷的质量浓度（μg／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 μg／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 μg／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 method

2.2 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 μm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.

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Determination of total phosphorus content in rice and surface water by phosphorus vanadium molybdenum yellow colorimetric method

ZHANG Mei1，2，YANG Fang1，2，GUO Xiao－li3，XIA Yuan－tao3，XIONG Yao3，ZHEN Xue－li3，CHEN Jie3*
1．Key Laboratory of Green Chemical Process（Wuhan Institute of Technology），Ministry of Education，Wuhan 430074，China；2．School of Chemical Engineering and Pharmacy，Wuhan Institute Technology，Wuhan 430074，China；3．Department of Food and Biotechnology，ZhiXing College of Hubei University，Wuhan 430011，China

To compare the effects of the determination of phosphorus content by Phosphorus Vanadium Molybdenum（P－V－Mo）yellow colorimetric method，total phosphorus contents were analyzied by this method in 10 different varieties of indica rice samples and 20 surface water samples from different sites．The results show that the total phosphorus content of rice samples ranges from 0．363 to 0．568 mg／g and that of water samples ranges from 0．017 to 0．094 μg／mL；there is little disturbance in the determination of rice samples by P－VMo yellow colorimetric method．In the determination of water samples，the suspended solid content and the turbidity of water samples have some effects on the accuracy of the determination．P－V－Mo yellow colorimetric method with easy and fast operation is suitable for the determination of indica samples and water samples with the total phosphorus content more than 0．017 mg／L．

totalphosphorus；P－V－Mo yellow colorimetric method；surface water；turbidity；indica rice

TB35

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.09.005

1674－2869（2015）09－0029－06

本文编辑：张瑞

2015-08-06

张美（1979-），女，土家族，湖北恩施人，讲师，硕士.研究方向：食品分析与检测.*通信联系人