湖库富营养化指标之总磷消解方法及其比较

水源守护者

2012/10/09
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湖库富营养化指标之总磷消解方法及其比较

随着越来越多的水华事件的曝光，水体富营养化逐渐成为了人们关注的焦点之一。总磷作为富营养化指数必备指标，在污染源监控和地表水水质监控中也都备受关注。

本文是我07年底开发总磷快速测试方法的时候实验整理的材料，结合了后来开发的两个新方法，希望对新手有所帮助，对老手有所启发。

所有的消解都应本着一下几个方面进行：1，避免待测组分遭受损失；2，不得引进干扰物质；3，要安全、快速，不给后续操作步骤带来困难；4，消解后得到的溶液一定要便于检测。这样就可以根据实验要求，选择上述不同的消解设备和方法。

我们都知道总磷是将水中的磷氧化成正磷酸盐，然后测定正磷酸盐含量（磷钼蓝或者别的方法）。测定正磷酸盐方法在前一个原创中我已经有所阐述了，下面说说这个指标测试的另一个关键节点——总磷的氧化消解。

1. 过硫酸钾消解法：

这个是国标中规定的总磷消解方法。方法以过硫酸钾为氧化剂，使用高压蒸汽消毒器或一般民用压力锅为热源，将氧化反应温度控制在120℃。

优点：该方法能将绝大多数含磷的化合物较完全地氧化成正磷酸盐，属于国标方法，其他消解方法进行条件测试时必须与其进行比较。

缺点：高压灭菌器从温度上升到温度下降都需要经历一个较长的过程，这使得该方法的分析时间较长。此外，含高浓度铁的废水，以及部分化工废水由于会产生沉淀，使结果不显色或产生显著负干扰，不适用该消解方法。

☆手提式高压灭菌器

2. 硝酸—硫酸消解法、硝酸—高氯酸消解法：

这两个消解体系也是在水和废水第四版中提到的方法。也是湿法消解中常用的消解体系。根据有机物含量多少以及不同键能打开所需要的吉布斯自由能，我们可以选择不同消解体系。下表为前人总结的消解体系适用温度，如果有兴趣做研究的，也可以参考下。

盐酸适合在80℃以下的消解体系，硝酸适合在80-120℃的消解体系，硫酸适合在340℃左右的消解体系，盐酸-硝酸的混酸适合在95-110℃的消解体系，硝酸-高氯酸的混酸适合在140-200℃的消解体系，硝酸-硫酸的混酸适合120-200℃的消解体系，硝酸-双氧水适合95-130℃的消解体系。

优点：可以用可调温度电炉或电热板作为热源，减少了消解时间，同时不需要设备不占地。此外，对于某些与硫酸根离子反应的物质来说，硝酸—高氯酸消解法很好地规避了这个干扰。

缺点：这些酸需要经过公安部门审批，对于第三方实验室或科研机构来说来说购买不易；由于使用的是浓酸，高氯酸体系易爆，操作中安全风险加大。

3. 紫外消解法：

所谓紫外消解法，就是通过紫外光的照射促使分子活化发生反应达到消解目的，其特点是较低温度下就可以进行，常搭配其他自动化仪器使用，如流动注射仪。

优点：该法可以在较低温度下进行，精密度和准确度很高。

缺点：设备较常规的高压灭菌器和电炉来说较为昂贵。

☆AA3流动注射仪（这仪器就使用紫外消解测试总磷的）

4. 微波消解法

微波消解法是一种新发展起来的消解技术，它通过电磁波作用于水样，产生较强的震动、摩擦，从而实现水中磷的氧化分解。目前该技术已在土壤元素分析中广泛使用。

优点：该法简便、快速、消解彻底，同时可以达到较好的精密度和准确度。

缺点：设备费用不低，孔位受限，对于批量测试时，其速度也随之受限。

☆微波消解仪（忘记带相机了，没去拍我们单位的那台，这个照片来自网上）

5. 基于COD快速消解仪的技术

基于COD快速消解仪的技术，其实也就是闭管消解技术。可以使用DR200进行消解，目前国产的消解器也挺多，可根据需要选择。根据本人07年试验数据，150℃消解20min的分析条件的消解效率与国标方法相近。

优点：线性区问内该方法具有线性关系好，精密度和准确度较高，分析速率快、试剂耗量低等优点，可应用于大批量水样分析；同时，方法还解决了含大颗粒物悬浊液的水样分析问题。

缺点：与国标方法一样，不适用于含高浓度铁的废水，以及部分化工废水（消解效率相似）

☆COD加热器

6. 油浴-闭管消解技术

油浴-闭管消解技术是本人去年改进自基于COD快速消解仪的技术。主要是降低了设备成本。使用数显恒温沙浴锅或平底铁锅作为消解池，消解池介质使用80~100目筛筛过的沙子。设备、材料成本仅127元RMB，含30根COD空管。

☆ 数显恒温沙浴锅

☆ -50℃~+300℃笔式温度计

7. 烘箱加热消解：

利用恒温干燥箱代替传统的蒸汽消毒器，在120℃下消解。其实原理上与国标类似，就是热源不同而已。

优点：该方法不仅操作简便、温度更易控制、工作时间缩短，而且不会出现比色管中试样外溢等现象。

缺点：本人未进行过类似实验，暂无实验数据。（不过感觉120℃下采用普通耐热比色管不一定能达到预期效果，没有数据，暂时不发表评论）

☆本实验室使用的烘箱（不过该实验没进行过）

8. 光催化氧化技术

光催化氧化技术是一种新兴的样品预处理技术。其原理是紫外光激发二氧化钛产生的空穴及羟基自由基具有很强的氧化性，能够将大部分有机污染物氧化分解为二氧化碳、水等无机产物。该方法是一种无选择性的氧化技术，据报道，其应用于溶解总磷分析时，平均消解率在96.2％以上。

优点：该法无需高温高压处理，精密度高，无二次污染。

缺点：对于非溶解态的颗粒物，其消解效率会略低，具体数据未报道。

☆TiO2光催化技术原理图

9. 小结

这些消解方法其实不单适合于总磷的消解分析，其实同样适合于其他元素总量分析。对于有论文需求的朋友来说，只要通过条件试验，同样可以将这些方法应用于其他预处理上，创造出全新的方法。