CN110168377A - 用于测量化学物种的钼蓝测定 - Google Patents

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Abstract

一种采用聚乙烯吡咯烷酮测量水样中化学物种的浓度的方法。该方法包括：提供含有化学物种的水样；将水样与包含钼VI盐溶液的第一试剂混合以提供第一溶液；将第一溶液与包含还原剂的第二试剂混合以形成第二溶液；和测量第二溶液的性质以确定化学物种的浓度。将聚乙烯吡咯烷酮加入到水样、第一试剂、第一溶液或第二溶液中。由第二溶液吸收或透射的光的强度可用于确定化学物种的浓度。

Description

用于测量化学物种的钼蓝测定
技术领域
本发明涉及水中化学物种(chemical species，化学物质)的传感和测量，即测定。更具体地，其涉及一种在一段时间内测量(包括连续监测或定期测量)水体内化学物种如磷酸根、砷酸根和锗酸根的方法。本发明还涉及用于实施该方法的装置。
背景技术
水是宝贵的自然资源。为了有效地维持、保护和/或管理该资源，能够理解和监控它是很重要的，例如通过获得有关水质和含量的可靠信息。例如，可能需要传感和测量水体内的化学物种，如海洋、海、河口、河流、水库、湖泊或池塘或农业用水、废水、饮用水、水产养殖和工业用水，因为浓度的变化可指示水质(包括在特定过程中的适用性)和/或生活在水中的植物和动物的主要环境条件的变化。
磷酸根(phosphate，磷酸盐)是支持海洋初级生产的关键营养物。在大多数开放海洋中，磷酸根浓度可远低于0.1μM，因此低于标准营养物分析仪的检测限。虽然存在更灵敏的营养物分析仪，但它们是庞大而复杂的仪器，仅适用于舰载考察。因此，目前不可能以适中的成本在延长的时间段内进行高分辨率低浓度测量。
测定海水中磷酸根的标准方法是所谓的“钼蓝”测定。将海水样品与具有氧化态+6(MoVI)的钼的酸溶液(例如钼酸铵)混合以产生PMo12O40 3-阴离子(αKeggin结构)，得到黄色溶液。然后将该阴离子还原以形成PMo12O40 7-阴离子(具有βKeggin结构的混合价复合物)，得到蓝色溶液。产生的蓝色阴离子的量与存在的磷酸根的量成比例，并且可以使用比色计测量吸收以确定磷的量。
标准测定具有各种缺点。蓝色溶液不稳定，在形成后几小时内形成沉淀物(还原的磷钼(PMB)酸复合物)。因此，必须在制备后立即对蓝色溶液进行分析，这在现场并不总是实用的，例如如果将试剂添加到现场的离散样品中用于稍后的实验室分析。此外，该测定可以对温度和盐度敏感。这在采样海洋水柱时尤其困难，因为所述水是盐水并且温度可以快速变化。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种测量水样(aqueous sample，含水样品，水性样品)中化学物种浓度的方法，包含：
提供含有化学物种的水样；
将水样与包含钼VI盐溶液的第一试剂(first reagent)混合以提供第一溶液；
将第一溶液与包含还原剂的第二试剂混合以形成第二溶液；
测量第二溶液的性质以确定化学物种的浓度；和
将聚乙烯吡咯烷酮加入到水样、第一试剂、第一溶液或第二溶液中。
可以理解的是，第一和第二溶液可以分别对应于常规钼蓝测定中的黄色和蓝色溶液。在这种情况下，测量蓝色溶液的强度。
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是由单体N-乙烯基吡咯烷酮制成的水溶性聚合物。就发明人所知，PVP从未被用于测定农业、天然或工业用水。即使与阴离子表面活性剂相比，PVP也显示出令人惊讶的有效性。所有聚合物都没有观察到这种益处；一些聚合物，如PVA，完全抑制反应。
如实施例所证明的，已经发现本发明的方法具有优于标准钼蓝测定的优点。本发明的实施方式相对于标准可具有一个或多个以下益处：
减小温度影响，例如更宽的操作温度范围，降低温度对反应动力学(速率)的影响，提高PMB复合物在低温下的稳定性；
增加灵敏度(在一些实施方式中至少3倍)；
增加第二溶液的颜色稳定性；
减少普通干扰(例如硅酸根)的影响；和
提高精度和准确度。
如果在没有表面活性剂、载体或稳定剂的情况下使用现有技术测定，则灵敏度降低并且可能发生沉淀。在基于通道的流量分析仪中，沉淀是有问题的，因为它可能阻塞通道。此外，PMB酸复合物在没有这种添加剂的情况下吸附到表面上。
在多个实施方式中，PVP的摩尔(分子)质量可以为至少2500、5000或8000g/mol和/或不大于2500000、1000000或100000g/mol。在多个实施方式中，PVP的分子质量约为10,000g/mol。
在该方法中添加PVP使得其存在于第二溶液中。PVP可以直接添加到第二溶液中，或者可替换地可以将其添加到样品、第一试剂、第一溶液和/或第二试剂中。出于实践原因，对于PVP，其可以方便地存在于第一试剂和/或第二试剂中。以这种方式，可以制备具有已知浓度的储备溶液(stock solution)，并且可以准确地递送少量PVP。
第二溶液
第二溶液可以是蓝色溶液。第二溶液包含PVP、第一试剂、第二试剂和含有待分析的化学物种的水样。
在一系列实施方式中，第二溶液包含至少0.0001％、至少0.001％、至少0.005％、至少0.01％、至少0.05％或至少0.1％PVP，和/或不超过0.5％、不超过0.1％、不超过0.05％、不超过0.01％、不超过0.005％、不超过0.001％或不超过0.0005％PVP。在特定的实施方式中，第二溶液包含0.001％至0.05％PVP。所有百分比均为按体积计的重量(w/v)。
在一系列实施方式中，第二溶液包含至少0.0001％、至少0.001％、至少0.005％、至少0.01％、至少0.05％或至少0.1％钼盐，和/或不超过0.5％、不超过0.1％、不超过0.05％、不超过0.01％、不超过0.005％、不超过0.001％或不超过0.0005％钼盐。在特定实施方式中，第二溶液包含0.001％至0.05％钼盐。所有百分比均为按体积计的重量(w/v)。应理解的是，这些值取决于第一试剂中存在的MoVI盐的量。
该方法中采用的PVP和钼VI盐的量是可比较的。在多个实施方式中，PVP的质量相当于钼VI盐质量的至少5％、10％、20％、50％或100％和/或不超过钼VI盐质量的300％、200％、150％或100％。在一个实施方式中，PVP的质量相当于钼VI盐质量的10％至150％。
在一系列实施方式中，第二溶液包含至少0.001％、至少0.01％、至少0.05％、至少0.1％、至少0.5％或至少1％还原剂和/或不超过5％、不超过1％、不超过0.5％、不超过0.1％、不超过0.05％、不超过0.01％或不超过0.005％还原剂。在特定的实施方式中，第二溶液包含0.1％至0.5％还原剂。所有百分比均为按体积计的重量(w/v)。应当理解的是，这些值取决于第二试剂中存在的还原剂的量。
所述方法中采用的PVP和还原剂的量是可以比较的。在多个实施方式中，PVP的质量相当于还原剂质量的至少0.01％、0.05％、0.1％或0.5％和/或不超过还原剂质量的100％、50％、10％或5％。在一个实施方式中，PVP的质量相当于还原剂质量的0.5％至10％。
第二溶液的体积等于第一试剂、第二试剂和水样的体积之和。可以在蓝色溶液中测定H+与Mo的比率，并且我们发现大约72:1的比率是最成功的。在多个实施方式中，第二溶液的H+:Mo比率为至少50:1或至少70:1和/或不超过300:1，不超过260:1，或不超过100:1。
化学物种可以被称为分析物或测定中的目标组分。在多个实施方式中，化学物种选自由磷酸根、砷酸根(arsenate，砷酸盐)和锗酸根(germanate，锗酸盐)组成的组。化学物种在波长为400-900nm下进行比色测量(确切的波长取决于分析物)。
比尔定律(或比尔-朗伯-布格定律)用于根据特定波长下光的吸收或透射来确定溶液中分析物的浓度。溶液的颜色强度与目标分析物的浓度成比例。通常通过标准化(即空白的吸收或透射与已知浓度标准系列的吸收或透射之间的比较)计算浓度。经常使用经过认证的参考材料来确认该技术的精确度和准确度。
在多个实施方式中，测量第二溶液的性质包括测量透射和/或吸收的给定波长的光强度。
在多个实施方式中，使用比色计或分光光度计测量由第二溶液透射或吸收的光的强度。
已发现本发明的测定法特别适用于检测磷酸根和砷酸根。采用标准钼测定来测量硅酸根，但发明人已发现使用PVP抑制了硅酸根信号。这具有可以更容易地检测其它化学物种的优点，因为硅酸根通常在环境中以高得多的浓度存在。
在多个实施方式中，化学物种是磷酸根(PO4 3-)。磷酸根在动植物生命中起着至关重要的作用。三磷酸腺苷(ATP)在细胞内运输能量进行新陈代谢。磷酸根产生蓝色溶液，其在880nm处具有峰值吸收信号，在700nm处具有次级吸收峰。当使用较长的测量池(>1cm)时，最常使用第二峰(在700nm处)。这是因为880nm峰接近近红外的吸水峰(～1000nm)。
在多个实施方式中，化学物种是砷酸根(AsO4 3-)。砷是有毒的，因此其保持低浓度对健康很重要。砷酸根产生蓝色溶液，其在840nm处具有峰吸收信号并且在600-700nm之间具有次级吸收峰。
在多个实施方式中，化学物种是锗酸根(GeO4 4-)。锗是海洋科学中重要的生物地球化学示踪剂。锗酸根产生蓝色溶液，在825nm处具有峰吸收信号。
在多个实施方式中，在第二溶液形成后至少一天、至少两天、至少三天或至少一周测量第二溶液的性质。由于蓝色溶液不稳定，使用标准测定法这是不可能的。因此，可以在现场(in the field，在实地，在野外)将水样与第一和第二试剂混合并且随后在实验室进行分析。这是有益的，因为现场样品储存可能是有问题的，例如诸如细菌降解。
在多个实施方式中，在分析仪(例如微流体传感器、停流分析仪、分段流动分析仪、流动注射分析仪、连续流动分析仪)中采用该测定，其中至少每0.1s、至少每1s、至少每10s、至少每100s、至少每1000s和至少每10000s、至少每一天、至少两天、至少三天或至少一周测量第二溶液的强度。
在多个实施方式中，在第二溶液形成后不超过四周或不超过两周测量第二溶液的性质。
水样
在多个实施方式中，水样的温度为至少0、1、2、3、4、5或10℃和/或温度不超过50、40、30或20℃。取自海底的样品可能具有低温，例如2℃，而来自热带地区的样品会具有更高的温度，例如30℃。标准钼蓝测定对温度敏感。
样品可包含赋予“防冻”效果的组分，其使样品液体保持低于0℃。PVP、甘油和/或乙二醇可被认为在某些情况下赋予这种效果。因此，在一些实施方式中，样品、第一试剂、第二试剂、第一溶液或第二溶液可具有至少-20℃的温度。
在多个实施方式中，水样是盐水(含有NaCl)。本发明的方法特别有用于海水。不受理论束缚，本发明人提出PVP的添加在具有较高离子强度(strength，浓度)的水中特别有益。
第一试剂
在多个实施方式中，将PVP添加到第一试剂中。
在多个实施方式中，第一试剂包含PVP。在一系列实施方式中，第一试剂包含至少0.0001％、至少0.001％、至少0.005％、至少0.01％、至少0.05％、至少0.1％或至少0.5％PVP和/或不超过1％、不超过0.5％、不超过0.1％、不超过0.05％、不超过0.01％、不超过0.005％、不超过0.001％或不超过0.0005％PVP。在特定实施方式中，第一试剂包含0.005％至0.1％PVP。所有百分比均为按体积计的重量(w/v)。
在替代实施方式中，第一试剂不包含PVP。例如，如果将PVP添加到第二试剂中。
第一试剂包含钼VI(MoVI)盐，即具有氧化态+6的钼。在多个实施方式中，第一试剂包含至少0.01、0.05、0.1、0.5或1％MoVI盐和/或不超过10、5、3、2或1％MoVI盐。所有百分比均为按体积计的重量(w/v)。
钼VI盐可以是任何可溶于水的钼盐。在多个实施方式中，钼VI盐是钼酸铵(如钼酸铵四水合物)和/或钼酸钠。在多个实施方式中，第一试剂包含0.05至0.1％的钼酸铵。
在多个实施方式中，第一试剂包含钼VI的酸性溶液。在一些实施方式中，第一试剂的pH不超过6.9，不超过4或不超过2。在多个实施方式中，第一试剂包括盐酸(HCl)和/或硫酸(H2SO4)。
在多个实施方式中，第一试剂还包含酒石酸锑钾(PAT)。在一个此种实施方式中，第一试剂包含浓度为至高达10g L-1(或1％w/v)的PAT。锑作为催化剂起作用，并且酒石酸抑制硅的干扰。
在一个实施方式中，第一试剂包含钼酸铵、硫酸和PAT。
第二试剂
在多个实施方式中，将PVP添加到第二试剂中。
在多个实施方式中，第二试剂包含PVP。在一系列实施方式中，第二试剂包含至少0.0001％、至少0.001％、至少0.005％、至少0.01％、至少0.05％、至少0.1％或至少0.5％PVP和/或不超过1％、不超过0.5％、不超过0.1％、不超过0.05％、不超过0.01％、不超过0.005％、不超过0.001％或不超过0.0005％PVP。在特定的实施方式中，第二试剂包含0.005％至0.1％PVP。所有百分比均为按体积计的重量(w/v)。在替代实施方式中，第二试剂不包含PVP。
第二试剂包含还原剂。还原剂向杂多钼酸盐复合物提供电子。在多个实施方式中，还原剂包括抗坏血酸或氯化亚锡(SnCl2)。已试用过其它还原剂，但成效有限。氯化亚锡和抗坏血酸应用最广泛，抗坏血酸因其动力学和无毒性而成为“工业标准”。
在多个实施方式中，第二试剂包含至少0.0001、0.001、0.01、0.1、1、10或30％抗坏血酸和/或不超过33、10或1％抗坏血酸。在标准环境温度和压力下(SATP，25℃和100kPa)，抗坏血酸在水中的溶解度极限约为33％，并且发明人发现这很方便。所有百分比均为w/v。
在一个实施方式中，第二试剂包含抗坏血酸和PVP。
第一试剂、第二试剂和水样各自具有在标准环境温度和压力下(SATP，25℃和100kPa)测量的体积。应当理解的是，水样、第一试剂和第二试剂的体积将根据其中组分的浓度进行选择。为方便起见，样品:第一试剂:第二试剂的体积比率可以是1至10:1至10:1至10，或约1:1:1。
分析可以在使用小体积液体的分析仪上方便地进行，例如酶标仪、微流体传感器、停流分析仪、分段流动分析仪、流动注射分析仪、连续流动分析仪。
在多个实施方式中，水样的体积为至少0.01、0.1、1、5、10、50或100mL和/或不超过1000、500、200、100、50、10、5、3、1、0.5或0.1mL。
在多个实施方式中，第一试剂的体积为至少0.01、0.1、1、5、10、50或100mL和/或不超过1000、500、200、100、50、10、5、3、1、0.5或0.1mL。
在多个实施方式中，第二试剂的体积为至少0.01、0.1、1、5、10、50或100mL和/或不超过1000、500、200、100、50、10、5、3、1、0.5或0.1mL。
在多个实施方式中，第二溶液的体积为至少0.03、0.1、0.3、1、10、50、100或200mL和/或不超过3000、1000、50、200、100、50、30、20、10、5、1或0.5mL。
第一溶液的体积等于第一试剂和水样的体积之和。
在多个实施方式中，所述方法包含初始步骤：从水体诸如海洋、海、河口、河流、水库、湖泊、池塘、农业用水、废水、饮用水、水产养殖和工业用水获得水样。在多个实施方式中，水样包括海水和/或淡水。应当理解的是，从河口获得的水样包含海水和淡水。
在多个实施方式中，所述方法可包含初始步骤：在与第一试剂混合之前过滤水样。可以通过最大孔径为0.45μm的膜或孔径为0.2μm的膜过滤样品。
在多个实施方式中，所述方法包含初始步骤：在与第一试剂混合之前氧化水样。可以使用紫外线或其它化学方法氧化样品。氧化对于As测量是有用的-更特别地用于将AsIII氧化成As V。这允许使用本发明的方法测量总As。氧化对于有机磷也是有用的，因为它产生与有机磷的量成比例的无机磷，并且可以使用本发明的方法测量该无机磷。
在多个实施方式中，该方法使用LOC(芯片实验室)器件(device，设备)进行。LOC器件采用精密制造的微流体芯片，泵和电子元件集成在一个封装中。LOC器件允许该方法小规模地进行。在一个此种实施方式中，水样的体积不超过1ml。本发明在该平台中是有利的，因为流体路径的高表面积与体积比可导致与杂多酸(HPA)的表面相互作用(例如，通过与PMMA的氢键结合)。我们建议PVP具有双重功能。它起到分散剂的作用，因此可以防止还原的HPA沉淀(这可能导致微流体系统中的堵塞)；并且它充当电子供体，从而增强还原过程并与HPA相互作用以减少对PMMA的吸附。
本发明还在于一种用于实施第一方面的方法的装置。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于测量水样中化学物种浓度的装置，该装置包括其中具有第一试剂的第一容器和其中具有第二试剂的第二容器，第一试剂包含钼VI溶液且第二试剂包含还原剂，其中第一试剂和第二试剂中的至少一种包含聚乙烯吡咯烷酮。
以上关于本发明第一方面的评论同样适用于本发明的第二方面。在多个实施方式中，该装置还可以包括配置成实施该方法的LOC器件。
附图说明
为了可以很好地理解本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明，其中：
图1是对于SDS、SOS和LDS，在5μΜ磷酸根下600-900nm的吸光度扫描；
图2是对于PVP 0.005-0.1％，在5μΜ磷酸根下600-900nm的吸光度扫描；
图3是对于甘油、Triton-X和Brij-35，在5μΜ磷酸根下600-900nm的吸光度扫描；
图4是对于表面活性剂混合物，在5μΜ磷酸根下600-900nm的吸光度扫描；
图5对试验表面活性剂的检测限。使用10个空白测量的3x标准偏差除以0-1μM PO4的校准曲线的斜率来计算；
图6使用2条校准曲线的斜率比较。图(a)使用2.5-7.5μM PO4的校准范围；底部图(b)使用0-1μM PO4的校准范围；
图7使用0-1μM PO4 3-校准，每种添加剂的ASW和MQ的检测限；
图8每种添加剂的校准斜率变化；
图9在每种添加剂的峰吸收波长下测量的颜色形成(吸收单位)；
图10在20℃下对41mm测量池的校准。
具体实施方式
材料
所有化学品均为分析试剂级或更高级，并且所有溶液均使用milli-q(MQ)水(Merck Millipore)制备。与样品混合后的最终比例如Patey et al所述[Patey,M.D.,etal.,Interferences in the analysis of nanomolar concentrations of nitrate andphosphate in oceanic waters.Analytica Chimica Acta,2010.673(2):p.109-116.]。
通过在1L MQ中混合3g酒石酸锑钾三水合物(C4H2KO6Sb·1.5H2O)来制备酒石酸锑钾(PAT)的储备溶液。通过将0.575g钼酸铵四水合物((NH4)6Mo7O24.4H2O,1235.86g/mol,Sigma Aldrich)与24mL 5M硫酸(Sigma)和12.5mL储备PAT溶液混合，用MQ水稀释于1L，制备钼酸溶液(试剂1)。如表1所述，通过向1L MQ水中加入10g L-抗坏血酸和表面活性剂来制备还原剂(试剂2)。从1mM在MQ水(用于河流测量)中或在通过在1L MQ中混合35g NaCl(Sigma)和0.5g NaHCO3(Fisher)制得的简化人造海水(ASW)中制备的正磷酸二氢钾(KH2PO4,FisherScientific)储备溶液，使用连续稀释制备标准品。空白溶液是MQ或ASW，取决于部署环境。根据Patey et al.，使用硅酸钠五水合物(Na2SiO3·5H2O,Sigma)和砷酸氢二钠七水合物(Na2HAsO4·7H2O,Sigma Aldrich)制备硅酸盐和砷酸盐溶液。
如下表所汇总，单独和组合研究了各种添加剂。
*在用样品和钼试剂稀释后，这高于RTP下的CMC(临界胶束浓度)
以下提供对各种添加剂的评论。
十二烷基硫酸钠(SDS)
SDS是用于原磷酸根测定的最常用的表面活性剂。它用于商业仪器(诸如Analytical QuAAtro营养物分析仪)并且已经在许多研究中常规使用。已经发现，就反应稳定性和动力学而言，其性能优于其它表面活性剂[Nagul,E.A.,et al.,The molybdenumblue reaction for the determination of orthophosphate revisited:Opening theblack box.Analytica chimica acta,2015]。使用这种表面活性剂有两个主要缺点：a)有毒且高度易燃，和b)具有高克拉夫点(15℃)，这意味着其在低温储存时会开始脱离溶液。它通常与抗坏血酸混合，抗坏血酸需要在黑暗中在低温(～4℃)下储存，除非每天新制，因此与长期试剂稳定性不相容。
正辛基硫酸钠(SOS)
研究SOS作为SDS的替代品，以确定使用较短的链式表面活性剂是否是低温应用和试剂储存的选择。最大的缺点是这种表面活性剂的成本并且SDS一样，有毒和易燃。
十二烷基硫酸锂(LDS)
LDS用于低温生物学应用(即电泳)。它的工作温度范围约为4-35℃，使其更适用于更多应用，但也具有毒性和易燃性。
Triton X100
Triton X100也用于商业仪器(诸如SEAL Analytical QuAAtro分析仪)。它也是提供比较的非离子表面活性剂的实例。
35
35是一种用于无机元素分析的常用非离子实验室表面活性剂。
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)
它是所测试产品中最便宜的，无毒，具有复合稳定性，相对惰性且耐热降解。它以多种分子量可商购获得，例如：10k，29k，40k，55k，360k，1,300k。
甘油
甘油是一种水溶性润滑剂，其降低溶液的凝固点。它不应该与反应相互作用。
使用微流体技术试验但未成功的其它表面活性剂有：
1.Tergitol-10；这是一种线性表面活性剂非离子表面活性剂
2.聚乙烯醇
3.月桂基硫酸钠
4.吐温20和吐温80，它们是类似于Brij 35的聚氧乙烯表面活性剂。
这些表面活性剂均未用于进一步试验。
微孔板实验
方法
表面活性剂的筛选使用PIKE技术的隔室酶标仪进行，其使用光纤电缆连接到Aglient Cary-60紫外-可见分光光度计。
向96孔微孔板(Greiner,Bio-One UV star)的每个孔中，将100μL标准溶液加入到100μL试剂1中。使黄色显色15分钟，然后加入100μL试剂2并使蓝色在室温下显色15分钟。长的显色时间确保了所有溶液的反应完成，并且允许试验的各种表面活性剂的还原动力学存在的任何差异。然后测量每个孔在600-900nm波长下在1nm分辨率下的吸收。使用浓度范围为0-7.5μM的PO4 3-，测量每种添加剂用ASW或MQ水配制的标准系列。
结果
图1-4中示出了添加剂对峰吸收波长的影响。所有扫描均经过空白校准，以消除水中的任何干扰。参见图1，可以看出阴离子表面活性剂LDS和SDS不影响峰波长。然而，可能由于使用的浓度，SOS看到700nm处的峰增强和880nm处的峰抑制。
参见图2，PVP的加入增加了～700nm处的峰高和宽度，掩盖了880nm处的峰。信号也大大增强。可以看到，将PVP浓度从0.005％增加到0.1％会增加强度。这表明PVP不是试剂的钝化(passive，被动的，惰性的)组分。
参见图3，添加Triton-X和Brij-35均抑制颜色显色并且在比单独的抗坏血酸更短的波长下有吸收，而甘油不与反应相互作用。
参见图4，可以看到0.01％PVP和35的组合仅增强了相对于抗坏血酸的信号。这种增强与图2所示不存在35的0.01％PVP的相当。SDS和Triton-X的组合抑制了颜色显色。
下表详细说明了研究中使用的吸收峰。
添加剂 吸光度峰(nm)
无(仅抗坏血酸) 710,880
SDS 710,880
SOS 710
LDS 710,880
0.005％PVP 720
0.01％PVP 725
0.05％PVP 730
0.1％PVP 730
甘油 710,880
Brij-35 700,810
Triton X 700,810
0.01％PVP+Brij-35 725
0.01％PVP+SDS 725
0.01％PVP+LDS 750
SDS+Triton X 710,880
校准
图5和图6显示了每种试验添加剂的检测校准斜率的极限。可以看出，相对于所有其它测试的添加剂，PVP添加显示出改善的灵敏度(校准斜率)和稳定性(可从图5中证明)。这导致检测限比所有其它添加剂低至少1个数量级。从图6，可以看出，PVP增加了对较低磷酸根浓度的灵敏度。这对于通常<2μM的环境样品和经常以纳摩尔浓度发现的开放海洋样品特别有用。
干扰
钼蓝测定也用于测量砷酸根和硅酸根。因此，这些是本研究中包括的常见干扰。光学性质随着盐度的增加而变化，意味着量化离子强度对测定的影响是重要的。
硅酸根
下表显示了每种添加剂与硅酸根的测定的响应。在天然系统中不太可能发现高于200μM的硅酸根。然而，显示高于天然浓度的干扰并证明系统的局限性是有用的。
下表显示了随着硅酸根添加增加(在0μM磷酸根下)，简化人工海水(ASW)中的表观磷酸根浓度。当PVP用作唯一的添加剂时，表观磷酸根浓度<0，即没有二氧化硅的干扰。当PVP与表面活性剂一起使用时，存在干扰。
下表显示了随着硅酸根添加增加(在0μM磷酸根下)，milli-q(MQ)水中的表观磷酸根浓度。当PVP用作唯一添加剂在浓度为0.1％PVP时，对于100和200μM硅酸根，表观磷酸根浓度<0，即在这些条件下没有来自二氧化硅的干扰。然而，当在MQ中以较低浓度使用PVP时，存在来自二氧化硅的干扰。
比较ASW和MQ的结果，可以看出ASW(或更高离子强度水)中的干扰更小。ASW中的所有PVP添加均有效地抑制了任何硅酸根干扰。在MQ介质中，存在约100nM表观磷酸根和200μM硅酸根。
砷酸根
英国饮用水监察局和世界卫生组织规定的砷饮用水限量为10μg L-1As；这相当于～0.1μM As。下表显示了“表观磷酸根”浓度。这是对某些As浓度可能存在的磷酸根信号的贡献。表观磷酸根在没有添加剂(仅抗坏血酸)的情况下增加直至1μM As，但不产生干扰<0.1μM As；用0.5μM As，SDS和产生增加的表观磷酸根，然后在1μM下降低(这可能是由于As的反应时间不足)；与混合的SOS、甘油和PVP均随着As浓度的增加而增加表观磷酸根信号；Triton X没有产生干扰，然而，这很可能是基线升高和不稳定的结果(校准截距)；并且LDS在甚至低的As浓度(0.05μΜ)下产生表观磷酸根。只有较低的PVP浓度显示出来自As的任何干扰，在1μM As存在下(这很可能只在受污染的地下水中)，磷酸根信号增强了～30％。
基质效应
图7和图8显示了样品溶液的离子强度对测定的检测限和灵敏度的影响。当单独使用PVP时，ASW的检测限低于MQ。ASW和MQ限制之间的差异可能很小，但由于误差较小(高精度)，这些差异是显著的(P<0.01)。从图8还可以看出，随着PVP浓度和离子强度的增加，测定的灵敏度增加。
动力学
方法
使用Agilent Cary-60紫外-可见分光光度计测量上表中详述的峰波长处的吸光度。SFA-20快速动力学配件(Hi-Tech,TgK Scientific)与2mL气动注射器一起使用，以提高混合一致性。石英比色皿的光程长度为1cm，并且系统通过来自水浴的流水通过附件周围的流动回路进行温度控制。此处仅显示20℃的数据。每10秒进行一次测量，测量最多15分钟，并重复4次。当更换试剂或样品时使用0.1M NaOH冲洗溶液，以确保没有残留。测量磷酸根浓度为0、1、5和10μM的颜色显色。
此处仅对PVP和SDS进行了表征，并与单独的抗坏血酸进行了比较。这是因为SDS是最常用的表面活性剂，来自微孔板扫描的PVP远远优于所有其它添加剂。所有动力学数据已经标准化为AU＝0的起点(t＝0)，因此终点是可比较的(空白和标准之间的差)。
图1显示了在每种添加剂的峰吸光度波长下测量的颜色形成(吸收单位)。PVP诱导自催化速率反应，这从图9中的正弦曲线可以看出。单独的SDS和AA产生直接的一级速率，其赋予反应机制如下：
还原至混合化合态的spp，在700和880nm处具有光谱吸收峰
H3PMo(VI)12O40+4e-→[H4PMo(VI)8Mo(V)4O40]3-
当将PVP加入抗坏血酸时存在的正弦曲线表明它也参与反应。我们最初看到的是较慢的反应速率，在大约30秒后加速，因为产生了更多的反应物/产物。我们建议这可能是由于以下多个原因：
1.PVP最初可以充当分散剂，从而减少初始碰撞。这种分散剂是有用的，因为它防止任何磷钼酸沉淀，因为其在还原形式下溶解性较低。
2.PVP可以作为加速反应的还原剂。
3.加入PVP后吸光度的增加可能表明用磷钼酸和PVP形成了另一种化合物。
微流体系统
SDS是该系统使用的最初表面活性剂，但高克拉夫点(～15℃)使其不适用于原位装置。当磷酸根浓度<1μM时，完全除去表面活性剂导致灵敏度降低，并影响系统的精确度。图10显示了微流体器件中41mm测量池的校准曲线。这是为了确定校准的线性度以及灵敏度(校准曲线的斜率)。参见图10，可以看到在0.005％和0.01％PVP添加之间几乎没有差别。

Claims (20)

1.一种用于测量水样中化学物种的浓度的方法，包括：
提供含有所述化学物种的水样；
将所述水样与包含钼VI盐的溶液的第一试剂混合以提供第一溶液；
将所述第一溶液与包含还原剂的第二试剂混合以形成第二溶液；
测量所述第二溶液的性质以确定所述化学物种的浓度；和
将聚乙烯吡咯烷酮添加到所述水样、所述第一试剂、所述第一溶液或所述第二溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述聚乙烯吡咯烷酮添加到所述第一试剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一试剂包含不超过1％(w/v)的聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述聚乙烯吡咯烷酮添加到所述第二试剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二试剂包含不超过1％(w/v)的聚乙烯吡咯烷酮。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二溶液包含不超过0.5％的聚乙烯吡咯烷酮。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量相当于所述钼VI盐的质量的至少10％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述化学物种选自(i)磷酸根、(ii)砷酸根或(iii)锗酸根。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述水样是盐水。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，钼VI盐包括钼酸铵和/或钼酸钠。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述还原剂是抗坏血酸或锡氯化物。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，测量所述第二溶液的性质包括：测量由所述第二溶液透射或吸收的光的强度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，(i)所述第一溶液是黄色溶液和/或(ii)所述第二溶液是蓝色溶液。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括获得所述水样的初始步骤，所述水样来自工业用水或农业用水或废水或水产养殖用水或者选自海洋、海、河口、河流、水库、湖泊、沟渠或池塘中的水体。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括氧化所述水样的初始步骤。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二溶液具有不超过100ml、优选不超过1mL的体积。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法在芯片实验室器件上进行。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法在选自微流体传感器、停流分析仪、分段流动分析仪、流动注射分析仪或连续流动分析仪中的分析仪上进行。
19.用于测量水样中化学物种的浓度的装置，包括第一容器，在所述第一容器中具有第一试剂；以及第二容器，在所述第二容器中具有第二试剂，所述第一试剂包含钼VI盐的溶液，并且所述第二试剂包含还原剂，
其中，所述第一试剂和所述第二试剂中的至少一种包括聚乙烯吡咯烷酮。
20.根据权利要求19所述的装置，另外包括芯片实验室器件。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111060499A (zh) * 2019-11-29 2020-04-24 河北冀研能源科学技术研究院有限公司 一种火电厂在线硅酸根表防污堵型添加剂
CN112730019A (zh) * 2021-02-05 2021-04-30 山东威高血液净化制品股份有限公司 一种聚乙烯吡咯烷酮含量的测试方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109827918B (zh) * 2019-04-03 2021-08-13 广西壮族自治区冶金产品质量检验站 掺锡氧化铟粉中硅含量的测定方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3547586A (en) * 1967-06-05 1970-12-15 Jerry W Denney Inorganic phosphate assay,and reagents therefor
US4009004A (en) * 1976-05-17 1977-02-22 Hutchinson Jr Marvin E Reagent and method for determination of phosphorous
CN1558216A (zh) * 2004-01-16 2004-12-29 华东理工大学 分光光度法测聚苯并唑类聚合物纤维或薄膜中残留磷含量
CN1675525A (zh) * 2002-08-21 2005-09-28 纽约市哥伦比亚大学托管会 砷测量计
CN101477057A (zh) * 2009-01-22 2009-07-08 厦门大学 一种海水中超痕量活性磷酸盐的化学发光检测方法
CN103257107A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 同济大学 一种测定水质磷酸盐含量的检测片的制备和使用方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0179758B1 (en) * 1984-04-09 1989-02-01 Beckman Instruments, Inc. Reagent for the determination of inorganic phosphate and use thereof in a rate analysis method
US5858797A (en) * 1997-06-05 1999-01-12 Environmental Test Systems, Inc. Test composition, device and method for the colorimetric determination of phosphorus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3547586A (en) * 1967-06-05 1970-12-15 Jerry W Denney Inorganic phosphate assay,and reagents therefor
US4009004A (en) * 1976-05-17 1977-02-22 Hutchinson Jr Marvin E Reagent and method for determination of phosphorous
CN1675525A (zh) * 2002-08-21 2005-09-28 纽约市哥伦比亚大学托管会 砷测量计
CN1558216A (zh) * 2004-01-16 2004-12-29 华东理工大学 分光光度法测聚苯并唑类聚合物纤维或薄膜中残留磷含量
CN101477057A (zh) * 2009-01-22 2009-07-08 厦门大学 一种海水中超痕量活性磷酸盐的化学发光检测方法
CN103257107A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 同济大学 一种测定水质磷酸盐含量的检测片的制备和使用方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PASCHOAL SENISE等: "Determination of Germanium After Extraction by Methyl Isobutyl Ketone. I*", 《MICROCHIMICA ACTA》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111060499A (zh) * 2019-11-29 2020-04-24 河北冀研能源科学技术研究院有限公司 一种火电厂在线硅酸根表防污堵型添加剂
CN112730019A (zh) * 2021-02-05 2021-04-30 山东威高血液净化制品股份有限公司 一种聚乙烯吡咯烷酮含量的测试方法
CN112730019B (zh) * 2021-02-05 2023-09-08 山东威高血液净化制品股份有限公司 一种聚乙烯吡咯烷酮含量的测试方法

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