CN106442095A - 一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法 - Google Patents

一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法，首先将水体或土壤样品、过硫酸铵和酸性介质混合，得到混合物料；然后将所述混合物料进行消解处理。本发明采用过硫酸铵作为氧化剂，能够有效消解水体或土壤样品中有机磷，为准确测定水体中总磷含量以及土壤中有效磷含量奠定了基础，且操作简单、重复性好、误差率小。

Description

一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法
技术领域
本发明涉及样品消解技术领域，特别涉及一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法。
背景技术
水体中的磷是以各种磷酸盐的形式存在，包括正磷酸盐、缩合磷酸盐和有机磷酸盐，总磷是指水体中各种形态的磷的总和。水体中含磷量的增加，使水体中的浮游生物和藻类大量繁殖而消耗水中的溶解氧，从而加速水体的富营养化，因此准确测定水体中的总磷含量非常重要。
目前，测定水体中的总磷含量常用的分析方法是钼酸铵分光光度法(GB11893-89)，其原理是在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被还原剂抗坏血酸还原，生成蓝色络合物，通常称为磷钼蓝。在测定水体中的总磷含量前，通常需要将水体样品进行消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐，GB11893-89中记载了在中性条件下采用过硫酸钾溶液对样品进行消解。但是由于过硫酸钾不稳定、易分解，其溶液长期储存会导致浓度发生变化，因此必须在临用前进行配置，否则有可能导致样品消解不完全，且重复性差。当待测水体是工业废水或有机质浓度较高的水体时，由于有机物含量较高，研究者一般会加入相对过量的过硫酸钾来保证水体中所有的有机磷被消解完全，但由于国内现有过硫酸钾的纯度有限，加入过硫酸钾的量越多，其结果相对误差越大，重复性差。此外，冬季室内气温较低，过硫酸钾溶液易结晶，严重影响样品的消解率。
土壤有效磷也称为速效磷，是土壤中可被植物吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷，有的土壤中还包括某些沉淀态磷。在实际农业生产中，了解土壤中有效磷的供应状况，对于施肥有着直接的指导意义。现有技术中，通常利用提取剂提取土壤中的有效磷，得到的土壤提取液中含有有机磷成分，然后按照测定水体样品中总磷含量常用的分析方法对所述土壤提取液进行消解、检测。因此，该方法同样存在上述样品消解不完全、重复性差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法，能够有效消解水体或土壤样品中有机磷，为准确测定水体中总磷含量以及土壤中有效磷含量奠定基础，且操作简单、重复性好、误差率小。
本发明提供了一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法，包括以下步骤：
(1)将水体或土壤样品、过硫酸铵和酸性介质混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料进行消解处理。
优选的，步骤(1)所述水体样品的体积与过硫酸铵的质量比为10mL：(0.9～1.4)g。
优选的，步骤(1)所述土壤样品在与过硫酸铵和酸性介质混合前进行预处理，得到土壤提取液样品。
优选的，步骤(1)所述土壤样品与过硫酸铵的质量比为0.5：(0.9～1.4)。
优选的，步骤(1)所述混合物料的pH值为0.9～1.2。
优选的，步骤(1)所述过硫酸铵以过硫酸铵溶液形式与酸性介质和样品混合，所述过硫酸铵溶液的浓度为1.0～1.8mol/L。
优选的，步骤(1)所述酸性介质以酸性介质溶液形式与过硫酸铵和样品混合，所述酸性介质溶液的浓度为0.7～1.5mol/L。
优选的，步骤(2)所述消解处理的压力为1.0～1.5kg/cm2。
优选的，步骤(2)所述消解处理的温度为105～135℃。
优选的，步骤(2)所述消解处理的时间为25～35min。
本发明提供了一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法，首先将水体或土壤样品、过硫酸铵和酸性介质混合，得到混合物料；然后将所述混合物料进行消解处理。本发明采用过硫酸铵作为氧化剂，能够有效消解水体或土壤样品中有机磷，为准确测定水体中总磷含量以及土壤中有效磷含量奠定了基础，且操作简单、重复性好、误差率小。实验结果表明，本发明提供的方法与采用GB11893-89提供的消解方法相比，具有相当或更好的消解率，如采用本发明提供的方法对植酸进行消解，消解率达93.3％，而采用GB11893-89方法的消解率为90％。但是采用本发明提供的方法对有机磷的消解误差率明显小于GB11893-89方法，如采用本发明提供的方法对硝基苯磷酸二钠和辅羧酶进行消解，误差率在5％以内，而采用GB11893-89方法误差率均超过15％。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为采用本发明实施例1提供的方法对待消解水体样品进行消解处理后8种有机磷的消解率；
图2为采用GB 11893-89方法对实施例1中待消解水体样品进行消解处理后8种有机磷的消解率；
图3为采用本发明实施1提供的方法对低浓度植酸待消解水体样品进行消解处理后植酸的回收率图；
图4为采用本发明实施1提供的方法对不同浓度植酸待消解水体样品进行消解处理后样品的保存时间图。
具体实施方式
本发明提供了一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法，包括以下步骤：
(1)将水体或土壤样品、过硫酸铵和酸性介质混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料进行消解处理。
本发明提供的消解水体或土壤样品中有机磷的方法，能够有效消解水体或土壤样品中有机磷，为准确测定水体中总磷含量以及土壤中有效磷含量奠定了基础，且操作简单、重复性好、误差率小。
本发明将水体或土壤样品、过硫酸铵和酸性介质混合，得到混合物料。在本发明中，所述水体样品的体积与过硫酸铵的质量比优选为10mL：(0.9～1.4)g，更优选为10mL：(1.0～1.2)g。
本发明对于所述水体样品的来源没有特殊的限定，本发明提供的方法可消解本领域技术人员熟知的任意水体样品。在本发明中，所述水体样品优选包括天然水、生活污水或工业废水。
在本发明中，所述土壤样品与过硫酸铵的质量比优选为0.5：(0.9～1.4)，更优选为0.5：(1.0～1.2)。本发明优选将所述土壤样品与过硫酸铵和酸性介质混合前进行预处理，得到土壤提取液样品。本发明对于所述将土壤样品进行预处理，得到土壤提取液样品的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的处理方式即可。在本发明中，对所述土壤样品进行的预处理优选包括以下步骤：
将土壤样品与提取剂混合，振荡提取、过滤，得到土壤提取液样品。
所述土壤样品与所述提取剂混合前，本发明优选对所述土壤样品进行风干和筛选。本发明对于所述风干没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的风干土壤的技术方案即可。完成所述风干后，本发明优选将风干后的土壤过10目筛，得到的筛下部分为所述土壤样品。
本发明对于所述提取剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的提取剂即可。在本发明中，所述提取剂优选为碳酸氢钠溶液或硫酸钾溶液。在本发明中，所述碳酸氢钠溶液的浓度优选为0.4～0.6mol/L；所述硫酸钾溶液的浓度优选为0.4～0.6mol/L。在本发明中，所述土壤样品的质量与提取剂的体积比优选为1g：(8～12)mL，更优选为1g：(9～11)mL。
本发明对于所述将土壤样品与提取剂混合的方式没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的物料的混合方式即可。完成所述混合后，本发明优选将混合后得到的物料进行震荡提取。在本发明中，所述震荡提取的温度优选为20～25℃；所述震荡提取的时间优选为25～35min。在本发明中，所述震荡提取的速率优选为150～180次/min，更优选为160～170次/min。本发明对于所述震荡提取所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的设备即可。本发明优选采用震荡机进行所述震荡提取。
完成所述震荡提取后，本发明将震荡提取后得到的物料进行过滤，得到土壤提取液样品。本发明对于所述过滤没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过滤的技术方案即可。本发明优选采用无磷滤纸进行所述过滤。
在本发明中，所述过硫酸铵优选以过硫酸铵溶液形式与酸性介质和样品混合，得到所述混合物料。在本发明中，所述过硫酸铵溶液的浓度优选为1.0～1.8mol/L，更优选为1.3～1.5mol/L。过硫酸铵极易溶于水，得到的过硫酸铵溶液可以在4℃的条件下保存至少6个月，稳定性较好。
在本发明中，所述酸性介质优选以酸性介质溶液形式与过硫酸铵和样品混合，得到所述混合物料。在本发明中，所述酸性介质溶液的浓度优选为0.7～1.5mol/L，更优选为0.9～1.1mol/L。本发明优选通过所述酸性介质的加入量控制所述混合物料的pH值为0.9～1.2。
本发明对于所述酸性介质的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于消解处理中的酸性介质即可。在本发明中，所述酸性介质优选包括硫酸、硝酸或盐酸。
得到所述混合物料后，本发明将所述混合物料进行消解处理。本发明对于所述消解处理的具体操作条件没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的消解水体样品中有机磷的操作条件即可。在本发明中，所述消解处理的压力优选为1.0～1.5kg/cm2，更优选为1.1～1.3kg/cm2；所述消解处理的温度优选为105～135℃，更优选为110～120℃；所述消解处理的时间优选为25～35min，更优选为28～32min。
本发明对于所述消解处理的具体操作步骤以及所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于消解水体样品中有机磷的操作步骤以及设备即可。在本发明的实施例中，所述消解处理具体是将水体或土壤样品、过硫酸铵和酸性介质混合后得到的混合物料置于消解瓶中，将所述消解瓶瓶盖拧紧后松弛半圈，以保证所述消解瓶中的冷空气顺利释放出来；然后将装有所述混合物料的消解瓶置于高压灭菌锅中，在所述消解处理条件下进行消解处理；待压力表读数降至零后取出所述消解瓶，自然冷却至室温即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
选取水体样品中常见的8种有机磷作为待消解物质，这8种有机磷分别代表着难容、可溶、易容于水的、化学键为P-O-P、C-O-P和C-P的有机磷化合物。
表1待消解水体样品中有机磷选取标准
采用本发明提供的方法对待消解水体样品中有机磷进行消解处理，步骤如下：
(1)配制待消解水体样品：取5.452g三磷酸腺苷、3.548g植酸、3.955g三聚磷酸钠、11.512g甲基三苯基溴化磷、8.487g对硝基苯磷酸二钠、7.390g葡萄糖-6-磷酸、7.648g葡萄糖-1-磷酸和7.432g辅羧酶分别溶于去离子水中，用去离子水定容至1000mL，混合均匀，得到1g/L(按磷的质量浓度计)贮备液，于棕色广口瓶中4℃冰箱内冷藏备用。
(2)在消解瓶中加入15mL步骤(1)所述的待消解水体样品、0.5mL 1.4mol/L的过硫酸铵和0.5mL 1.0mol/L的硫酸，得到pH值为0.9～1.2的混合物料；
(3)将步骤(2)得到的装有所述混合物料的消解瓶瓶盖拧紧后松弛半圈，然后置于高压灭菌锅中进行消解处理，所述消解处理压力为1.1kg/cm2，温度为120℃，时间为30min；
(4)所述步骤(3)中消解处理结束后，待压力表读数降至零后取出所述消解瓶，自然冷却至室温即可。
采用实施例1提供的方法对所述待消解水体样品进行消解处理的实验结果见图1。
对比例1
采用GB 11893-89方法对实施例1所述待消解水体样品进行消解处理。
采用对比例1提供的方法对实施例1中待消解水体样品进行消解处理的实验结果见图2。
对比图1和图2可知，本发明提供的方法与GB11893-89方法对水体样品中常见的8种有机磷的消解率都超过了90％。本发明提供的消解水体样品中有机磷的方法与采用GB11893-89提供的消解方法相比，具有相当或更好的消解率，如采用本发明提供的方法对植酸进行消解，消解率达93.3％，而采用GB11893-89方法的消解率为90％。但是采用本发明提供的方法对有机磷的消解误差率明显小于GB11893-89方法，如采用本发明提供的方法对硝基苯磷酸二钠和辅羧酶进行消解，误差率在5％以内，而采用GB11893-89方法误差率均超过15％。这说明采用本发明提供的方法对水体样品进行消解处理，重复性好、误差率小、数据可靠性强。
实施例2
植酸为极难溶于水的有机磷，分别配置浓度为0.002mg/L、0.005mg/L、0.01mg/L、0.02mg/L的植酸溶液作为待消解水体样品，采用实施例1提供的方法对所述待消解水体样品进行消解处理，每种浓度的水体样品取3次平行样，每个平行样测量3次，结果见图3。由图3可知，采用本发明提供的消解方法对极难溶于水的植酸进行消解，植酸在0.002～0.01mg/L范围内回收率并不稳定，植酸浓度为0.02mg/L时，回收率稳定，重复性好，说明本发明提供的消解方法适用的最低有机磷浓度为0.02mg/L。
分别配置浓度为0.02mg/L、1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L的植酸溶液作为待消解水体样品，采用实施例1提供的方法对所述待消解水体样品进行消解处理，将消解后的样品于室温下保存，并分别于第1天、第3天、第7天、第14天和第21天进行检测，结果见图4。由图4可知，采用本发明提供的消解方法对极难溶于水的植酸进行消解，消解后得到的样品可以在室温下保存7天，第14天开始有明显浓度下降的趋势。当植酸浓度大于6mg/L时，在第3天时样品中总磷的浓度就有明显下降，说明本发明提供的消解方法适用于有机磷浓度低于6mg/L的样品。
实施例3
在密云水库采集水样，用0.45μm GFF无机滤纸过滤水样，作为待消解水体样品，然后采用实施例1提供的方法和GB11893-89提供的方法分别进行消解处理，测定密云水库水样中总磷浓度，分别进行3次平行实验，计算实验误差率，结果见表2。
表2采用不同方法对密云水库水样消解后的误差率结果
由以上数据可知，与本发明实施例1提供的方法相比，采用GB11893-89提供的方法对密云水库水样进行消解处理后，测得密云水库水样中总磷浓度相差不大，稍高于本发明实施例1提供的方法；但是采用GB11893-89提供的方法重现性较差，误差率达14.27％，明显大于本发明实施例1提供的方法。
实施例4
取密云水库底泥作为土壤样品，风干，称取通过2mm筛孔的风干土壤样品5g(精确到0.01g)，置于250mL三角瓶中，加入100mL 0.5mol/L的硫酸钾提取剂，塞紧瓶塞，置于震荡机上进行震荡提取，在25℃下震荡25分钟，震荡机速率为170次/min，用干燥漏斗和无磷滤纸过滤震荡提取结束后得到的物料，得到土壤提取液样品，用超纯水定容至100mL，作为待消解土壤样品，然后采用实施例1提供的方法和GB11893-89提供的方法分别进行消解处理，测定密云水库底泥中有效磷浓度，分别进行3次平行实验，计算实验误差率，结果见表3。
表3采用不同方法对密云水库底泥消解后的误差率结果
由以上数据可知，与本发明实施例1提供的方法相比，采用GB11893-89提供的方法对密云水库底泥进行消解处理后，测得密云水库底泥中有效磷浓度相差不大，稍高于本发明实施例1提供的方法；但是采用GB11893-89提供的方法重现性较差，误差率达43.52％，明显大于本发明实施例1提供的方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种消解水体或土壤样品中有机磷的方法，包括以下步骤：
(1)将水体或土壤样品、过硫酸铵和酸性介质混合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料进行消解处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述水体样品的体积与过硫酸铵的质量比为10mL：(0.9～1.4)g。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述土壤样品在与过硫酸铵和酸性介质混合前进行预处理，得到土壤提取液样品。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述土壤样品与过硫酸铵的质量比为0.5：(0.9～1.4)。
5.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述混合物料的pH值为0.9～1.2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述过硫酸铵以过硫酸铵溶液形式与酸性介质和样品混合，所述过硫酸铵溶液的浓度为1.0～1.8mol/L。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述酸性介质以酸性介质溶液形式与过硫酸铵和样品混合，所述酸性介质溶液的浓度为0.7～1.5mol/L。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述消解处理的压力为1.0～1.5kg/cm2。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述消解处理的温度为105～135℃。
10.根据权利要求1、8或9所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述消解处理的时间为25～35min。
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