抗坏血酸还原钼酸铵分光光度法测定水中痕量磷酸盐.docx

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抗坏血酸还原钼酸铵分光光度法测定水中痕量磷酸盐

JIANGSUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

本科毕业论文

抗坏血酸还原钼酸铵分光光

度法测定水中痕量磷酸盐

学院名称：

化学与环境工程学院

专业：

应用化学

班级：

09应化1W

　　　　　学号：

09331103

　　　　　姓名：

傅丽凤

指导教师姓名：

唐江宏

指导教师职称：

教授

二〇一三年六月

抗坏血酸还原钼酸铵分光光

度法测定水中痕量磷酸盐

摘要：

磷是生物生长的必需元素之一，但水体中磷含量过高会导致富营养化，使水质恶化。

环境中的磷主要来源于化肥、冶炼、合成洗涤剂等行业的废水和生活污水，当这些废水和污水排入水中时，就会使水环境中的磷含量大大增加。

因此，对于水中磷酸盐的监测，是水环境监测的重要组成部分。

本实验采用抗坏血酸还原钼酸铵分光光度法测定水中痕量磷酸盐。

在酸性条件下，以抗坏血酸还原钼酸铵作为磷钼蓝比色法测定磷含量的显色剂，酒石酸锑钾作为催化剂，形成稳定的磷钼蓝后，体系在687nm和722nm出现两个强度相近吸收峰，以722nm作为测定波长，优化了实验条件。

在最佳条件下，磷酸盐的含量与吸光度在20－80ng/ml范围内呈线性关系，根据3σ/k（σ为空白样品的测定值的标准偏差，k为线性方程的斜率）方法的检出限为0.83ng/ml，相对标准偏差（RSD）为1.4%。

该法用于实际水样的测定，结果令人满意。

关键词：

磷酸盐；磷钼蓝；分光光度法

AscorbicAcidAmmoniumMolybdateSpectrophotometricMethodforDeterminationofTracePhosphate

Abstract：

Phosphorusisoneoftheessentialelementsforbiologicalgrowth，butphosphorusinwatercontentistoohighwillleadtoeutrophicationandtomakethedeteriorationofthewaterquality．Phosphorusintheenvironmentcomesmainlyfromfertilizer,smelting,syntheticdetergentindustrywastewateranddomesticsewage,whenthesewastewaterandsewagedischargedintothewaterwillgreatlyincreasethephosphoruscontentinthewaterenvironment.Therefore,forthemonitoringofphosphateinthewaterisanimportantpartofthewaterenvironmentmonitoring.

Inthisstudy，ascorbicacidammoniummolybdatespectrophotometricspectrophotometricdeterminationoftracephosphate．Underacidicconditions，Chromogenicagentascorbicacidammoniummolybdateasphosphorusmolybdenumbluecolorimetricdeterminationofphosphoruscontent.Antimonypotassiumtartrateasacatalyst．Toformastablephosphorusmolybdenumblue．Systemat687nmand722nmtwosimilarintensityabsorptionpeak，asthemeasurementwavelengthto722nmandoptimizetheexperimentalconditions．Underthebestconditions，Phosphatecontentandtheabsorbanceatalinearrelationshipwithintherangeof20－80ng/ml．Thedetectionlimitofthemethodaccordingtothe3σ/k（σasthestandarddeviationofthemeasuredvalueoftheblanksample，kistheslopeofthelinearequation）0.83ng/ml．Therelativestandarddeviation（RSD）of1.4%．Themethodusedforthedeterminationofactualwatersampleswithsatisfactoryresults.

Keywords：

phosphate；PhosphomolybdenumBlue；Spectrophotometry

第1章磷酸盐的介绍及测定方法综述

1.1　磷酸盐的基本介绍

磷酸盐（phosphoroussalts）是几乎所有食物的天然成分之一，作为重要的食品配料和功能添加剂被广泛用于食品加工中。

天然存在的磷酸盐是磷矿石（含磷酸钙），用硫酸跟磷矿石反应，生成能被植物吸收的磷酸二氢钙和硫酸钙，可制得磷酸盐。

磷酸盐可分为正磷酸盐和缩聚磷酸盐：

在食品加工中使用的磷酸盐通常为钠盐、钙盐、钾盐以及作为营养强化剂的铁盐和锌盐，常用的食品级磷酸盐的品种有三十多种，磷酸钠盐是国内食品磷酸盐的主要消费种类，随着食品加工技术的发展，磷酸钾盐的消费量也在逐年上升。

1.2　磷酸盐的化学特性

磷酸盐离子是一个多原子的离子，其式子是PO43−，而分子量是94.97。

它包含一个磷原子，并由四个氧原子所包围，形成一个正四面体。

磷酸盐离子带有-3的形式电荷，且是磷酸氢盐离子（HPO42−）的共轭碱；磷酸氢盐离子则是磷酸二氢盐离子（H2PO4−）的共轭碱；而磷酸二氢盐离子又是磷酸（H3PO4）的共轭碱。

它是一个超价分子（磷原子在其价壳层有着10个电子）。

磷酸盐亦是一个有机磷化合物，其化学式为OP（OR）3。

除了一些碱金属外，大部份磷酸盐，在标准状态下，都是不可溶于水的。

在稀释的水溶液中，磷酸盐以四种形式存在。

在强碱环境下，磷酸盐离子（PO43−）会较多；而在弱碱的环境下，磷酸氢盐离子（HPO42−）则较多。

在弱酸的环境下，磷酸二氢盐离子（H2PO4−）较为普遍；而在强酸的环境下，则水溶的磷酸（H3PO4）是主要存在的形式。

1.3　磷酸盐的出现形式

磷酸盐是元素磷自然产生的形态，在多种磷酸盐矿物中可以找到。

元素的磷或是磷化物是很难发现的（只有极少量在陨石中可以找到）。

在矿物学及地质学，磷酸盐是指含有磷酸盐离子的石或矿石。

在北美洲最大型的磷矿粉矿床位于美国的佛罗里达州中部、爱德荷州的索达斯普陵、北卡罗莱那州沿岸区域。

而其次的是位于蒙大拿州、田纳西州、佐治亚州及南卡罗莱那州近查尔斯顿。

瑙鲁这个细少的岛国就曾经是有着大量高质素的磷酸盐矿产，但现时已被大量挖掘。

磷矿粉亦可以在纳弗沙岛、摩洛哥、突尼斯、以色列、多哥及约旦找到，这些地方亦有大量的磷酸盐矿在生物中，磷是以溶液中游离的磷酸盐离子的形态出现，称为“无机磷酸盐”，这是要与其他在磷酸酯中的磷酸盐作出区别的。

无机磷酸盐是会以Pi来表示，它可以是由焦磷酸盐（以Pi来表示）水解而得。

但是，磷酸盐最普遍是以一磷酸腺苷（AMP）、二磷酸腺苷（ADP）、三磷酸腺苷（ATP）、脱氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA）的形式出现，且可以经由水解ADP或ATP而被释放出来。

对于其他的二磷或三磷核苷亦有相似的反应。

在ADP及ATP，或其他二磷及三磷核苷中的磷酸酐键，包含着大量的能量，所以它们在生物中有着重要的地位。

它们一般会被称为高能磷酸磷，就像在肌肉组织中的磷酸肌酸一样。

一些如磷的化合物在有机化学上亦会被使用，但它却似乎没有自然的相应物。

由于磷酸盐对生物的重要性，所以在生态学上，它是高度被采集。

因此，它在环境中往往是限量试剂，而它的可得性则决定生物成长的速度。

将大量的磷酸盐加入缺乏磷酸盐的环境或微生物环境中，会对生态有着重大的影响[1-3]。

例如，某一种生物的暴涨会使其他生物死亡，及某种生物数量的减少会令如氧等资源的缺乏等。

在污染的问题下，磷酸盐是总溶解固体量（一种主要的水质指标）的主要成份。

1.4　磷酸盐的用途

1.4.1化学用途

磷酸盐一般会用在清洁剂中作为软水剂（watersoftener），但是因为藻类的繁荣衰退周期会影响磷酸盐在分水岭的排放，所以在某些地区磷酸盐清洁剂是受到管制的。

在农业上，磷酸盐是植物的三种主要养份之一，且是肥料的主要成份[4]。

磷矿粉是从沉积岩的磷层中开采。

以前它在开采后不用加工便可使用，但现时未加工的磷酸盐只会用在有机耕种上。

一般它都是会化学加工制成过磷酸石灰、重过磷酸钙或磷酸二氢铵，它们的浓度都较磷酸盐高，且较易溶于水，所以植物可以较快吸收。

肥料级数一般有三个数字：

第一个是指氮的数量，第二个是指磷酸盐的数量（以P2O5作基准），而第三个是指碱水（以K2O作基准）。

所以一个10－10－10的肥料就每种成份各有10%，而其他的则是填充物。

从过度施肥的农地径流的磷酸盐会是富营养化、赤潮及其后缺氧的起因。

这就像磷酸盐清洁剂一样会引起鱼类及其他水中生物的缺氧症。

1.4.2常规使用

在食品加工中使用的磷酸盐通常为钠盐、钙盐、钾盐以及作为营养强化剂的铁盐和锌盐，常用的食品级磷酸盐的品种有三十多种，磷酸钠盐是中国食品磷酸盐的主要消费种类，随着食品加工技术的发展，磷酸钾盐的消费量也在逐年上升。

为充分发挥各种磷酸盐以及磷酸盐与其他添加剂之间的协同增效作用，满足食品加工技术的发展需求，在实际应用中常常使用各种复配型磷酸盐作为食品配料和功能添加剂，复配型磷酸盐的研究与开发日益成为磷酸盐类食品添加剂开发与应用的发展方向。

1.5　磷酸盐的测定方法[5]

磷酸盐在我们的日常生活中无处不在，肉制品、卷烟纸、海水、地面水以及海产品等中都大量存在。

下面就来介绍一下不同情况下磷酸盐的检测方法：

1.5.1微波消解法测定肉制品中的磷酸盐[6]

使用微波消解仪，在肉与肉制品中加入硝酸密闭消解，消解液用磷钼蓝分光光度法在660nm波长处测定样品中磷的含量。

微波消解技术可将样品消解完全，采用磷钼蓝分光光度法测定体系中磷酸盐（以磷酸根计）的含量在0－150μg时，磷酸盐的含量与吸光度呈线性关系,相关度较好。

该法操作简单，试剂用量少、重现性好，用微波消解技术大大缩短了样品前处理时间。

1.5.2卷烟纸中的磷酸盐的测定

1.5.2.1磷钼黄法测定卷烟纸中的磷酸盐[7]

磷酸根离子在酸性介质中与钒酸铵、钼酸铵反应生成黄色的磷钼酸铵可溶性溶液，在一定范围内其浓度和吸光度符合比耳定律，可进行吸光度定量。

此方法操作简单易行，结果稳定可靠，精密度高。

1.5.2.2吐温－80增敏光度法测定卷烟纸中的磷酸盐[8]

在硫酸介质中，磷与适量的钼酸根形成磷钼杂多酸，在非离子表面活性剂（吐温－80）存在下，形成微乳液体系来测定。

采用这种方法，在一定范围内其浓度和吸光度符合比耳定律，操作简单易行，结果稳定可靠，精密度较高。

1.5.3海产品中磷酸盐的测定[9]

多聚磷酸盐是高品质的海产品添加剂，可有效的保持海产品特有的风味，增强口感，能减少加工损耗，改善质地，使产品表面富有光泽，鲜亮有韧性，可明显提高产品的档次。

在线渗析－离子色谱法采用英蓝技术渗析单元处理样品，样品无需特殊处理即可除去蛋白，整个过程完全在线．减少了手工操作的繁琐和误差。

这种方法测定海产品中的磷酸盐，结果良好。

方法简单、准确、快速，易于推广。

1.5.4工业循环冷却水中磷酸盐的测定

采用向样品中加入按一定比例用硫酸配制的钼酸铵溶液以及抗坏血酸溶液，在特定波长下测定其吸光度的方法来检测工业循环冷却水中的磷酸盐，准确度和灵敏度都很高。

1.5.5冷冻鱼中磷酸盐的测定

冷冻鱼制品在冻藏过程容易出现脱水干耗，磷酸盐作为保水剂被广泛地应用于冷冻鱼制品.采用灰化法前处理冷冻鱼制品样品，经显色剂显色后，利用分光光度计进行定量测定。

本方法对仪器设备和检测人员要不高，检出限低、回收率高，分析快速准确。

1.5.6工业锅炉水中磷酸盐的测定[10]

何好启等通过大量实验，研制出了一种适合工业锅炉水磷酸盐的快速测定试纸。

该试纸浸入含有磷酸根的水溶液后，再滴加显色剂在试纸上会发生显色反应，利用显色深浅与磷含量的关系，直接比色测定水溶液中磷酸盐含量。

通过实验筛选出最佳测定条件，以高分子材料作为表面活性剂浸纸，使显色均匀、集中，灵敏度很高。

1.5.7矿泉水中磷酸盐含量的测定[11]

矿泉水中磷酸盐含量测定的国标方法是分光光度法。

其原理是在强酸性溶液中磷酸盐与钼酸铵作用生成磷钼杂多酸，能被还原剂（氯化亚锡等）还原，生成蓝色络合物，在一定浓度范围内，其颜色强度与磷酸盐含量成正比。

1.6　水样中磷酸盐的一般检测方法

1.6.1测试管法[12]

在非离子表面活性剂聚乙烯醇存在下，磷钼杂多酸和孔雀绿于硫酸介质中形成绿色离子缔合物，这是一种能简便、快速测定水中磷酸盐的分析法，该方法测定磷酸盐的线性范围为0.004－0.14mg/L。

1.6.2沉淀分离富集－分光光度法[13]

十六烷基三甲基溴化铵可与磷钼蓝生成水难溶的PMB-CTAB离子缔合物沉淀，从而分离富集水溶液中的PMB。

该沉淀易溶于硫酸乙醇溶液，溶液在700nm有强吸收。

该方法消耗试样体积少、测定速度快。

1.6.3流动注射分析法[14]

利用磷铝杂多酸与孔雀绿碱性阳离子染料离子缔合物的高灵敏度和高选择性，采用在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵－孔雀绿显色剂反应生成绿色离子缔合物，以聚乙烯醇稳定显色液在特定波长处测定吸光度的方法来检测。

这种方法采用流动注射分析技术，对磷酸盐的含量进行快速分析，操作简单，工作效率高，灵敏度好、检出限低。

1.6.4容量法[15]

测试磷矿石中五氧化二磷的方法是通过在含有柠檬酸的酸性溶液中，磷酸根与钼酸钠、喹啉生成磷钼酸喹啉沉淀。

将沉淀溶于过量的氢氧化钠标准溶液中，用酸回滳过量的碱，从而计算得磷量。

参考这种方法，用磷钼酸喹啉容量法直接测试重钙、磷铵等磷肥废水中磷酸盐。

该方法中干扰离子有NH4+和硅酸，NH4+的存在会生成磷钼酸铵沉淀而影响结果，加入丙酮后可消除；硅酸存在会生成硅钼酸喹啉沉淀影响结果，加入柠檬酸后可消除。

该方法简便、快速，准确度和精密度均令人满意。

1.6.5氨基酸法[16]

在酸性条件下，磷酸盐与钼酸氨反应，生成的磷钼杂多酸，由于氨基酸的还原作用，转变成蓝色络合物，使样品呈淡蓝色，可直接在仪器的屏幕上读出废水中磷酸盐（mg/L），该方法操作快速、简便、稳定，并且体积小，能较好地满足应急事故现场监测的要求。

1.6.6离子色谱法[17]

离子色谱法的原理是根据分离柱对不同亲和度的各阴离子进行分离，电导检测器测量各阴离子组份的电导率，以保留时间定性，峰高或峰面积定量。

离子色谱法具有快速、灵敏、选择性好及同时测定多种组份等优点。

1.6.7双波长K系数方程法[18]

双波长K系数方程法同时测定水样中的砷和磷酸盐，是指选定两个测定波长λ1、λ2，将磷酸盐、砷在λ2处的吸光度转化为λ1处的吸光度，列出一个方程组Al=Al砷+A1磷；A2=A2磷+A2砷。

其中A1、A2分别为共存体系在波长λ1、λ2处的吸光度（A1、A1砷、A1磷、A2、A2磷、A2砷均为扣除试剂空白后的吸光度），其值分别等于磷酸盐、砷在波长λ1、λ2处的吸光度的和。

解方程可得磷酸盐、砷在λ1处的吸光度，进而求得水样中的磷酸盐、砷含量。

该方法的优点为简便快速，灵敏度较高。

1.6.8其他方法

施丽芳等[19]研究Tb3+-钛铁试剂（TR）络合物荧光猝灭法测定无机磷酸盐的新方法，在10ml比色管中加入一定体积和一定浓度的Tb3+标准溶液和TR溶液，再加入3.0ml0.4mol/L六次甲基四胺－HCl缓冲溶液，用去离子水定容至10ml，然后在荧光计上测定没有碘酸盐共存时铽的特性荧光强度F0；同样，在加入一定体积、一定浓度的Tb3+标准溶液和TR溶液以及3.0ml0.4mol/L六次甲基四胺－HCl缓冲溶液的比色管中，再加入待测的磷酸盐溶液，定容后测定磷酸盐共存时铽的特性荧光强度F。

以荧光强度的变化△F=F0-F作为磷酸盐检测的物理量。

第2章抗坏血酸还原钼酸铵分光光度法测

定水中痕量磷酸盐

2.1　引言

水是人类社会赖以生存和发展的基础，然而世界各国的湖泊和封闭性水体都面临着富营养化问题[20-22]。

我国是世界上蓝藻水华暴发最严重、分布最广泛且水华蓝藻种类最多的国家之一，近年来，频繁暴发的蓝藻水华导致局部水域水质严重恶化，生态灾害事件频发，危及供水安全。

三湖（太湖、滇池和巢湖）更是时有大面积蓝藻水华发生，已发展成为一种“生态灾害”。

大量研究证实：

磷是动植物所必需的重要元素之一，以广泛多样的形式参与有机体的生长、代谢和繁殖过程[23]。

但大量的含磷废水排入水体易导致水体的富营养化，造成藻类的大量繁殖，水环境恶化[24]，故磷是大多数水体中藻类生长的主要控制元素。

磷酸盐是磷元素在自然界存在的重要形式，它的快速、准确、及时检测对水质监测具有重要意义。

一般的磷钼蓝分光光度法对水样中活性磷的检出限为10μg/ml[25]，而水环境中磷含量远低于该方法的检出限。

本实验采用抗坏血酸还原钼酸铵分光光度法测定水中痕量磷酸盐[26]。

在酸性条件下，以抗坏血酸还原钼酸铵作为磷钼蓝比色法测定磷含量的显色剂，酒石酸锑钾作为催化剂，形成稳定的磷钼蓝后，以蒸馏水为参比溶液，体系在687nm和722nm出现两个强度相近吸收峰，以722nm作为测定波长，优化了实验条件，该法用于实际水样的测定，结果令人满意。

2.2　实验部分

2.2.1仪器与试剂

Cary50－ProbeUV－VisibleSpectrophotometer；722型分光光度计（上海棱光技术有限公司）；数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；AL204电子天平（梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司）。

KH2PO4系列标准溶液：

由在110℃干燥至恒重的KH2PO4（上海化学试剂总厂，分析纯）配制成浓度为l000mg/L的标准储备液逐级稀释得到。

0.03mol/L钼酸铵溶液：

称取3.7056g（NH4）6Mo7O24•4H2O（上海国药集团，许可证编号XK13-2010282013分析纯）配成l00mL溶液。

0.01mol/L酒石酸锑钾：

称取0.3336gC4H4KO7Sb•0.5H2O（中国天津市巴斯夫化工有限公司，分析纯）配成l00mL溶液。

0.0lmol/L抗坏血酸（天津市巴斯夫化工有限公司，批号：

GB/T15347，分析纯）溶液当天配制。

2.2.2实验方法

移取适量的磷酸盐标准溶液于10ml比色管中，依次加入0.50mL4.0mol/L硫酸溶液、0.12mL0.01mol/L酒石酸锑钾、0.40mL0.03mol/L钼酸铵和0.2mL0.01mol/L抗坏血酸，混合均匀，用二次蒸馏水稀释至大约9ml，室温显色12min，用二次蒸馏水定容至l0mL，在80℃水浴中加热l2min后，以蒸馏水为参比溶液，在紫外－可见分光光度计上，从波长400－900nm对体系进行谱图扫描，确定体系的最大吸收波长，以此作为样品的测定波长，测量溶液的吸光度A。

2.3　结果与讨论

2.3.1吸收光谱

取4支10mL比色管分别编号为1、2、3、4，分别移取适量的磷酸盐标准溶液于比色管中，依次加入4.0mol/L硫酸溶液0.50mL、0.01mol/L酒石酸锑钾0.12mL、0.03mol/L钼酸铵0.40mL和0.01mol/L抗坏血酸0.20mL，混合均匀，用二次蒸馏水稀释至大约9ml，室温显色12min，用二次蒸馏水定容至l0mL，在80℃水浴中加热l2min后。

以蒸馏水为参比溶液，扫描磷钼蓝溶液的紫外－可见吸收光谱图（图2-1），从图中可以看出，体系在687nm和722nm出现两个强度近似的吸收峰，本实验以722nm作为测定波长。

图2-1磷钼蓝吸收光谱图

磷酸盐的浓度（a-d）：

20、40、60、80ng/ml

2.3.2溶液酸度的影响

磷钼蓝的形成需要在酸性条件下进行，强酸条件下磷酸盐以磷酸形式存在才能形成磷钼蓝。

因此，溶液的酸度是影响显色反应速度及生成的磷钼蓝化合物稳定性的重要因素。

在其他条件相同的情况下，保证酸度相同，分别加入4.0mol/L的H2SO40.50ml，HCl和HNO3各1.00ml，考察三大强酸的影响（见图2-2），由图可知，使用H2SO4效果最好。

图2-2三大强酸的影响

此外，考察了H2SO4用量对体系吸光度的影响（图2-3）。

由图可知，在0.05－0.30mol/L范围内，吸光度先逐渐增大；高于0.20mol/L后，吸光度随H2SO4浓度进一步增加而减小（见图2-3）。

因此，该实验选择控制溶液中H2SO4浓度为0.20mol/L。

图2-3硫酸浓度的影响

1.00mg/L磷酸盐标准溶液：

0.40mL；0.01mol/L酒石酸锑钾：

0.12mL；

0.03mol/L钼酸铵：

0.40mL；0.01mol/L抗坏血酸：

0.20mL；

4.0mol/L硫酸溶液：

0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80mL

2.3.3酒石酸锑钾浓度的影响

实验还考察了酒石酸锑钾浓度对体系吸光度影响（见图2-4）。

结果显示，一开始随着酒石酸锑钾浓度的增加，吸光度基本上随之增大，当浓度达到1.2×10-4mol/L后，吸光度趋于最大值。

因此，该实验选用酒石酸锑钾浓度为1.2×10-4mol/L。

图2-4酒石酸锑钾浓度的影响

1.00mg/L磷酸盐标准溶液：

0.40mL；4.0mol/L硫酸溶液：

0.50mL；

0.03mol/L钼酸铵：

0.40mL；0.01mol/L抗坏血酸：

0.20mL；

0.01mol/L酒石酸锑钾：

0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16、0.18mL

2.3.4钼酸铵浓度的影响

钼酸铵浓度对体系吸光度的影响见图2-5。

由图可知，当钼酸铵浓度过小时，磷钼蓝反应不完全，随着钼酸铵浓度的增加，反应趋向完全，当浓度达至1.20×10-3mol/L后，吸光度趋于最大值，说明形成的磷钼蓝量最大。

因此，该实验选用钼酸铵浓度为1.20×10-3mol/L。

图2-5钼酸铵浓度的影响

1.00mg/L磷酸盐标准溶液:

0.40mL;4.0mol/L硫酸溶液:

0.50mL;

0.01mol/L酒石酸锑钾:

0.12mL;0.01mol/L抗坏血酸:

0.20mL;