与第四版比较，《水质叶绿素a的测定分光光度法 HJ897-2017》的变与不变

luckyjiu

2018/07/27
饮水思源

私聊

水质检测

与第四版比较，《水质叶绿素a的测定分光光度法 HJ897-2017》的变与不变
叶绿素a是浮游植物光合作用的载体，常用来表征浮游植物现存量，是湖泊水库富营养化评价指标之一。国内外叶绿素a测定方法繁杂多样，不同研究者采用的方法各式各样，导致研究结果之间少有可比性。环境监测普遍采用的是《水和废水监测分析方法》（第四版）（以下称第四版）叶绿素a的测定方法-丙酮研磨提取法。2017年12月21日环境保护部首次发布《水质叶绿素a的测定分光光度法 HJ897-2017》，与第四版比较，做了一些改动，核心内容依然是丙酮研磨提取法，标准实施过程仍有诸多疑问和困难，写下来，希望同行不吝赐教。
1.方法检出限
HJ897-2017规定了方法检出限和测定下限，明确规定测定结果有效数字的保留。

图1 HJ897-2017关于方法检出限的规定
《水和废水监测分析方法》（第四版）对检出限的定义是：为某特定分析方法在给定的置信度内从样品中检出待测物质的最小浓度或最小量。但没有严格规定检出限的计算方法，以下三种与分光光度法有关。
①.《全球环境监测系统水监测操作指南》的计算方法为
D.L=4.6δ
式中：δ——空白平行测定（批内）标准偏差（重复测定20次以上）
②美国EPA SW-846规定
MDL=3.143δ(δ重复测定7次)
③某些分光光度法以扣除空白值后的与0.01吸光度相对应的浓度值为检出限。
方法检出限受样品基质、前处理和仪器水平的影响，因此有必要说明取样体积、测量条件。“本标准测定丙酮提取液中叶绿素a的检出限为0.04mg/L”，“提取液”必然与提取方式有关，而这里没有说明提取条件，我的理解是分光光度法的检出限，即扣除空白值后的与0.01吸光度相对应的浓度值，那么这句话改成“本标准测定叶绿素a丙酮溶液的检出限为0.04mg/L”是不是严谨一些？
根据HJ897-2017关于检出限和测定下限的数据，推测计算过程：
当取样体积200ml，丙酮提取液体积为10ml，
方法检出限=0.04mg/Lx10 ml/200ml=0.002mg/L=2μg/L
美国EPA SW-846规定4MLD为定量下限，所以
测定下限=4x2μg/L=8μg/L
如果取样体积为500ml,
方法检出限=0.04mg/Lx10 ml/500ml=0.8μg/L
取样100ml,检出限4μg/L
方法检出限与取样体积有关，那么测定下限是否随着检出限而变化？
2.防酸化问题
第四版和HJ897-2017都规定样品采集后，立即做样品预处理：每升样品加1ml1%碳酸镁悬浊液，“以防酸化引起色素溶解”。
叶绿素a是卟啉化合物，之所以呈绿色，是卟啉环中的电子和Mg决定的，卟啉环极易失去镁原子，分解生成暗褐色的脱镁叶绿素。水污染的地方、或者样品采集、保存、制备过程，因为酸性条件、高温、光照，浮游植物细胞被破坏，叶绿素变成脱镁叶绿素造成测量误差。酸化是脱镁反应的条件之一，加入碳酸镁是防止脱镁而非防酸化。
3.修改了过滤水样的滤膜，用玻璃纤维滤膜代替乙酸纤维滤膜，并规定滤膜直径及孔径，增加配真空泵的玻璃砂芯过滤装置。
3.1材质
乙酸纤维滤膜过滤水样没问题，但用丙酮萃取叶绿素时，滤膜会被溶解成胶状，萃取液无法正常分离。HJ897-2017改用玻璃纤维滤膜，不存在滤膜溶解问题。
3.2孔径
滤膜孔径的选择很重要，要保证藻类细胞有效截留，另外要保证过滤效率。

图2几种浮游植物的细胞直径
细胞大小是浮游植物分类的重要依据，比较常见的藻类细胞绝大多数大于0.7μm，个人认为选择0.7μm的玻璃纤维滤膜比较合适。
4.修改水样过滤时的操作。第四版是水样抽完后继续抽1-2min,减少滤膜上的水分。HJ897-2017是在水样刚刚完全通过滤膜时结束抽滤，最后用滤纸吸干水分；
有些藻类没有细胞壁或者细胞壁很薄，强大负压作用下，可能造成原生质破坏，叶绿素溶出，造成测量误差。HJ897-2017用滤纸吸干的做法尽可能避免在样品制备过程中叶绿素流失，但“注”中关于富营养化水样用离心法浓缩水样并不可取。因为水分的存在严重影响有机溶剂萃取效率，而离心法去除水分不完全。如果藻类密度较大，适量少取就好了。
5.取样体积

图3（第四版）关于取样体积的规定

图4 HJ897-2017中取样体积的规定
取样体积直接关系到试样制备效率，是叶绿素a测定精密度准确度重要影响因素，HJ897-2017规定按水体的营养状况确定取样体积，并按营养状态给出相应的参考值。根据湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定（总站生字090号）评价标准，计算综合营养状态指数需要取得总氮、总磷、透明度、高锰酸盐指数和叶绿素a数据，是比较复杂的计算过程，用它来指导叶绿素测定的取样量，个人认为不适用。第四版的规定视浮游植物分布而定，少则多取，提高实验精密度；多则少取，提高实验效率，更具可操作性。
6.低温保存
样品过滤后，第四版规定滤膜在冰箱中低温干燥6-8h再研磨。“低温”让细胞质形成冰晶、膨胀，达到破碎细胞的目的，尤其是细胞壁坚硬的硅藻或者有胶被的蓝藻群体，低温处理有利于叶绿素顺利溶出，提高萃取效率。水分的存在影响有机试剂萃取效率，所以“干燥”也是必要的措施，低温保存具有双重效果。
HJ897-2017则是过滤后马上研磨。
7.第四版和HJ897-2017都用研磨法作为提取方法，不同的是第四版少量多次研磨，每次研磨后转移至离心管，离心后将上清液倒入容量瓶，最后用丙酮定容。HJ897-2017规定研磨5分钟以上，最后与滤膜一并转入离心管，定容至10ml，放置4℃避光浸提2-24h，离心取上清液，然后用针式过滤器过滤，测定。
手动研磨费时费力，且不易把细胞完全磨碎，多次研磨、转移不可避免见光，还会造成样品流失，离心后很难得到上清液同时不能保证萃取液与滤膜完全分离，导致结果准确度、精密度不够，而且操作人员长时间接触丙酮，不利身体健康。多年以来，很多研究者提出用乙醇代替丙酮，用直接浸提、超声法、加热、反复冻融等多种细胞破碎方法代替研磨法，实验数据表明，经过改良的提取方法测得的叶绿素a水平明显高于研磨法，标准偏差变小，缩短实验操作时间。
8.修改了测定波长及计算公式：第四版测定波长750nm、663 nm、645 nm、630 nm，HJ897-2017测定波长750nm、664nm、647 nm、630 nm。
9.增加了空白试验和平行样测定等质控措施，试验过程增加质量保证注意事项。
参考文献：
国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法．4版．北京：中国环境科学出版社，2002：670-671．
环境保护部.水质叶绿素a的测定分光光度法：HJ 897-2017.北京：中国环境出版社，2017.
国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法．4版．北京：中国环境科学出版社，2002：28-29.
陈文峻，蒯本科，植物叶绿素降解.植物生理学通讯2001，37（4）：336-338.
胡鸿钧, 魏印心. 中国淡水藻类——系统、分类及生态. 北京: 科学出版社,2006. HU Hongjun, WEI Yinxin. The freshwater algae of china: Sys- tematics,taxonomy and ecology. Beijing:Science Press, 2006. (in Chinese)