专利名称：一种天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法
技术领域：
本发明是基于配有抑制电导检测器的ICS2000系统采用多级梯度淋洗的方法分离检测天然水体中的次磷酸盐和亚磷酸盐的技术，属于水处理领域。
背景技术：
磷是地球生物生命必需元素，存在于每个细胞中，但是在过去的几个世纪，传统的理论认为磷是通过正五价磷酸盐进入生物细胞，全氧化态的正磷酸盐是参与磷的生物地球化学循环的形式。现代地球化学和微生物学的研究表明，在地球早期，磷的地球化学循环是由溶解性更强，更容易产生的低价磷酸盐(包括次磷酸盐和亚磷酸盐)所主导并且在代表原始地球还原环境的地热水中检测到了低价磷酸盐的存在，同时在自然界也已经发现一些微生物可以直接吸收并利用这些低价磷酸盐。此外，另一种气态低价磷化合物磷化氢在各种自然环境中被广泛的检测出来，而有研究表明次磷酸盐和亚磷酸盐被认为是磷化氢气体产生过程中的中间产物。因此，对自然界中低价磷酸盐的检测研究具有深远的意义，不仅可以帮助我们更好的理解磷化氢的产生机制，同时可以激发科学家重新考虑补充完善磷的生物地球化学循环。由于环境中的次磷酸盐和亚磷酸盐的含量较低(微摩尔级)，加上其具有较强的还原性，因此自然界存在的此类物质很容易受到样品采集，运输和检测方法的影响。常规的化学分析或者之前报道过的精密仪器分析手段很难实现对天然水体中痕量的低价磷酸盐的定性定量检测，因此，我们研究低价磷酸盐的第一步就是建立一种新的精密的快速分离测定方法。自然界中次磷酸盐和亚磷酸盐可以通过金属腐蚀(铁，钢渣)以及正磷酸盐的热力学过程产生，还可以通过生产磷以及次磷酸盐、亚磷酸盐、磷化氢等工业途径进入环境。 低价的磷酸盐已经被广泛的应用农业生产和生活，比如化肥，除草剂，杀虫剂，杀鼠剂，粮食熏蒸剂，阻燃剂以及各种化学中间体等。这些低价磷酸盐可以通过各种途径进入水体，由于缺乏灵敏的检测技术，对这部分低价磷酸盐在水体中的迁移转化过程的研究没有展开。当前对次磷酸盐和亚磷酸盐的检测主要是两类一是纯粹的化学方法 如· McCloskey 法、Jenkin-Bruening 法、Vogel 法、Rao 法、Ogawa 法、Jones-Swift 法。这些化学方法主要用于化学镀镍工艺中。此类方法的主要缺陷在于检测限太高(ppm级)而且操作繁琐，时间较长不适合对于天然水体中痕量(PPt级)的低价磷酸盐的检测。其次是利用当今先进的仪器分析手段如高效液相色谱、IC-ICP-ES等色谱仪器测定，而此类方法主要是用于地热水中的低价磷酸盐的分离测定，高效液相色谱法对于测定太湖水体中的低价磷酸盐来说，检测限过高，而IC-ICP-ES技术虽能检测限达到天然水体的要求，但是费用过高， 不利于普及。
发明内容
本发明要解决的技术问题CN 102520098 A说明书2/9 页天然水体中的低价磷酸盐的检测关键是要解决好3个方面1)水样的前期处理； 2)测定中亚磷酸和次磷酸的分离以及如何去除干扰；3)如何提高检测灵敏度，降低仪器的检测限。总的来说，不管哪种样品前处理方法都是为了简化分离分析过程，提高检测的选择性和灵敏度。基于此，本发明通过选择合适的样品采集、保存、样品预处理以及采用梯度淋洗方法提高干扰离子和目标离子的分离度等手段，实现了对痕量的低价磷酸盐的快速分离和检测。该方法在国内属于首次，填补了该领域的空白。本发明的原理但是随着仪器技术的逐步发展，使得前处理过程越来越简单，甚至在某些样品方面，允许不用前处理，直接进样分析的方法。在对天然水体中的亚磷酸和次磷酸盐测定当中，为了得到更好的测定结果，需要对采集的样品及时的进行样品前处理，主要目的是为了去除干扰阴离子或浓待测低价磷酸盐。本方法中样品的前处理主要包括添加一定的生物抑制剂，调节水体PH值呈酸性，离线去除浓度较高的阴离子如氯离子(Cl_)和硫酸根(S042_) 以及加大进样量。用色谱测法定真实样品中往往存在高浓度的干扰离子，如氟离子，氯离子，硝酸根和硫酸根，碳酸氢根离子等等。通过使用不同的Dionex OnGuard II样品前处理系列小柱去除基体中高浓度，易分离的离子如氯离子(Cl—)和硫酸根(SO/—)。氟离子(F—)/ 次磷酸根离子(H2PO2O，碳酸氢根(HC03_)/亚磷酸根(ΗΡ032_)它们之间的色谱行为相近，因此保留时间很相近，在高浓度氟离子(F—)和碳酸氢根离子(HCO3-)的干扰之下，目标离子出峰的峰型和面积很容易受干扰离子的影响，甚至检测不出。对此类难分离的主要干扰离子如氟离子(F—)和碳酸氢根(HCO3-)等，通过改变梯度淋洗条件来实现两者的分离。此外，本方法中免试剂的离子色谱新技术(RFIC)既避免其他阴离子的引入色谱系统，又能够降低背景电导，提高信噪比，降低离子的检测限。但是随着仪器技术的逐步发展，使得前处理过程越来越简单，甚至在某些样品方面，允许不用前处理，直接进样分析的方法。在对天然水体中的亚磷酸和次磷酸盐测定当中，为了得到更好的测定结果，需要对采集的样品及时的进行样品前处理，主要目的是为了去除干扰阴离子或浓待测低价磷酸盐。本方法中样品的前处理主要包括添加一定的生物抑制剂，调节水体PH值呈酸性，离线去除浓度较高的阴离子如氯离子(Cl_)和硫酸根(S042_) 以及加大进样量。用色谱测法定真实样品中往往存在高浓度的干扰离子，如氟离子，氯离子，硝酸根和硫酸根，碳酸氢根离子等等。通过使用不同的Dionex OnGuard II样品前处理系列小柱去除基体中高浓度，易分离的离子如氯离子(Cl—)和硫酸根(SO/—)。氟离子(F—)/ 次磷酸根离子(H2PO2O，碳酸氢根(HC03_)/亚磷酸根(ΗΡ032_)它们之间的色谱行为相近，因此保留时间很相近，在高浓度氟离子(F—)和碳酸氢根离子(HCO3-)的干扰之下，目标离子出峰的峰型和面积很容易受干扰离子的影响，甚至检测不出。对此类难分离的主要干扰离子如氟离子(F—)和碳酸氢根(HCO3-)等，通过改变梯度淋洗条件来实现两者的分离。此外，本方法中免试剂的离子色谱新技术(RFIC)既避免其他阴离子的引入色谱系统，又能够降低背景电导，提高信噪比，降低离子的检测限。本方法的技术方案仪器的配备ICS-2000，GS50泵，EG40K0H在线淋洗液发生器，大容量的IonPac ASlIHC (250mmX 4mm)分析柱，CR-TC 捕获柱，IonPac AGlIHC (250mmX 4mm)保护柱， Chromeloen色谱工作站。
ICS-2000配有EG40K0H淋洗液发生器，可以将去离子水在线转化成KOH淋洗液，避免了人为配置淋洗液中杂质离子的引入以及空气中C02和其他物质的引入，消除了由于淋洗污染而造成的基线漂移的问题，加之CR-TC捕获柱可以去除淋洗液以及去离子水中的杂质阴离子提高了灵敏度，分辨率和重现性。IonPac AGllHC可以在样品进入分析柱前去除一些痕量的污染物如金属，有机物等避免对分析柱造成污染保证样品的分类效果和效率， IonPac ASllHC分析柱具有大的离子交换能力，避免我们检测还有高浓度离子的实际水体样品测定过程中由于柱子饱和而造成的拖尾现象，Chromeleon色谱工作站可以设置操作参数，向ICS2000发出控制指令，还可以自动创建各种控制程序和采样方法的样品表，同时还具有强大的数据采集和处理功能。色谱条件梯度淋洗条件流速lmin/1的条件下，分别测试不同的淋洗液浓度梯度下氟离子 (F_)和次磷酸(H2PO2-)的分离效果，结果表明在ImM的浓度下F—和次磷酸盐可以在15分钟内实现较好的分离，浓度高，二者不容易分离；若浓度低，二者分离效果虽好，但是时间周期太长。用同样的方法确定碳酸氢根离子(HC03_)和亚磷酸盐(HPO32_)的分离条件；最后根据水体中常见的阴离子的出峰时间和快慢程度，制定合适的多级梯度淋洗程序如下
权利要求
1.一种天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法，其特征在于具体的测定步骤为A、离线前处理样品采集以及前处理天然水体，现场采集水样后直接过0. 22 μ m水系微孔滤膜，然后添加生物抑制剂——氯化汞，抑制水体中微生物的活动，并调节水体PH值呈酸性，放入棕黑色的高密度聚乙烯瓶中(HDPE瓶)-4°C冷藏保存。对于底泥基质样品，柱状采泥器采集泥样，装入黑色垃圾袋中冷藏带到实验室并立即采用离心法提取间隙水样，CT15RT型号台式高速冷冻离心机设置 转速5000r/min ；时间20min ；T :4°C ；如果水体中氯离子(Cl_)和硫酸根(S042_)过高，依次通过“2. 5cc Ρ/Ν 057090，Dionex” 的 OnGuard Ag 柱，和“2. 5cc Ρ/Ν 057094，Dionex” 的 OnGuard Ba柱去除，如果水体中有机质含量较高还要去除有机物，采用“2. 5ccP/N 057084， Dionex”的OnGuardIIRP去除有机物的效率大于98 99%，最后通过500 μ L进样环；B、梯度淋洗步骤A之后，预处理的水样经过500 μ L的进样环然后进行亚磷酸和次磷酸的分离，实现干扰离子和目标离子的分离，具体步骤如下①仪器的配备市售的ICS-2000离子色谱仪、GS50串联活塞泵、EG40 KOH在线淋洗液发生器配有 CR-TC连续再生捕获柱；以及市售的大容量的“250mmX 4mm”戴安IonPac ASllHC阴离子交换色谱柱，“250mmX4mm”戴安IonPac AGllHC保护柱，检测器为ASRS抑制电导检测器，戴安Chromeloen6. 5PS2色谱工作站。②Chr0mel0en6.5PS2色谱工作站的色谱条件柱温30°C，电导池温度35°C，流速ImL/ min,进样量500 μ L，抑制电流99mA，淋洗液KOH梯度淋洗程序如下在时间为0 16. Omin时，KOH浓度为ImM ； 在时间为16. 0 17. Omin时，KOH浓度为1 20mM ； 在时间为17. 0 24. Omin时，KOH浓度为20mM ； 在时间为24. 0 27. Omin时，KOH浓度为20 40mM ； 在时间为27. 0 34. Omin时，KOH浓度为40mM ； 在时间为34. 0 35. Omin时，KOH浓度为ImM ；待测水样中的各种阴离子氟离子(F_)、次磷酸根(Η2_Ρ02_)、碳酸氢根(HC03_)、亚磷酸根(ΗΡ032_)、氯离子(Cl_)、亚硝酸根(N02_)、硝酸根(N03_)、溴离子(Br_)、硫酸根(S042_)等经过分离柱的分离后，淋洗液和样品进入ASRS抑制器被抑制降低背景噪音，最后进入电导池检测样品中离子的电导率，Chromeloen 6. 5PS2工作站会根据数据收集系统收集到的电导信号绘制成谱图，然后根据保留时间可以读出次磷酸盐和亚磷酸盐的特征峰，使用 Chromeloen 6. 5PS2工作站自动记录下特征峰的面积(A)，通过低价磷酸盐标准样的浓度 (Cs)样品峰面积与低价磷酸盐标准样品色谱峰面积(As)得到浓度-峰面积(As-Cs)标准曲线·As = kCs+b(l),其中系统自动给出k、b值，根据公式(1)，带入样品的峰面积(A)计算出实际样品中低价磷酸盐的浓度(C)。
2.根据权利要求1所述的天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法，其特征在于天然水体为湖水、地下水、地表水。
3.根据权利要求1-2所述的天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法，其特征在于柱温条件为30°C或:35°C或40°C或45°C。
4.一种天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法，其特征在于具体的测定步骤为A、离线前处理样品采集以及前处理天然水体，现场采集水样后直接过0. 22 μ m水系微孔滤膜，然后添加生物抑制剂—— 三氯甲烷，抑制水体中微生物的活动，并调节水体PH值呈酸性，放入棕黑色的高密度聚乙烯瓶中(HDPE瓶)-4°C冷藏保存。对于底泥基质样品，柱状采泥器采集泥样，装入黑色垃圾袋中冷藏带到实验室并立即采用离心法提取间隙水样，CT15RT型号台式高速冷冻离心机设置转速5000r/min ；时间20min ；T :4°C；如果水体中氯离子(Gl_)和硫酸根(S042_)过高， 依次通过"2.5cc P/N 057090，Dionex”的OnGuard Ag柱，和"2.5cc P/N 057094，Dionex”的 OnGuard Ba柱去除，如果水体中有机质含量较高还要去除有机物，采用“2. 5ccP/N 057084， Dionex”的OnGuardIIRP去除有机物的效率大于98 99%，最后通过500 μ L进样环；B、梯度淋洗步骤A之后，预处理的水样经过500 μ L的进样环然后进行亚磷酸和次磷酸的分离，实现干扰离子和目标离子的分离，具体步骤如下①仪器的配备市售的ICS-2000离子色谱仪、GS50串联活塞泵、EG40 KOH在线淋洗液发生器配有 CR-TC连续再生捕获柱；以及市售的大容量的“250mmX 4mm”戴安IonPac ASllHC阴离子交换色谱柱，“250mmX4mm”戴安IonPac AGllHC保护柱，检测器为ASRS抑制电导检测器，戴安Chromeloen6. 5PS2色谱工作站。②Chr0mel0en6.5PS2色谱工作站的色谱条件柱温30°C，电导池温度35°C，流速ImL/ min,进样量500 μ L，抑制电流99mA，淋洗液KOH梯度淋洗程序如下在时间为0 16. Omin时，KOH浓度为ImM ； 在时间为16. 0 17. Omin时，KOH浓度为1 20mM ； 在时间为17. 0 24. Omin时，KOH浓度为20mM ； 在时间为24. 0 27. Omin时，KOH浓度为20 40mM ； 在时间为27. 0 34. Omin时，KOH浓度为40mM ； 在时间为34. 0 35. Omin时，KOH浓度为ImM ；待测水样中的各种阴离子氟离子(F_)、次磷酸根(Η2_Ρ02_)、碳酸氢根(HC03_)、亚磷酸根(ΗΡ032_)、氯离子(Cl_)、亚硝酸根(N02_)、硝酸根(N03_)、溴离子(Br_)、硫酸根(S042_)等经过分离柱的分离后，淋洗液和样品进入ASRS抑制器被抑制降低背景噪音，最后进入电导池检测样品中离子的电导率，Chromeloen 6. 5PS2工作站会根据数据收集系统收集到的电导信号绘制成谱图，然后根据保留时间可以读出次磷酸盐和亚磷酸盐的特征峰，使用 Chromeloen 6. 5PS2工作站自动记录下特征峰的面积(A)，通过低价磷酸盐标准样的浓度 (Cs)样品峰面积与低价磷酸盐标准样品色谱峰面积(As)得到浓度-峰面积(As-Cs)标准曲线·As = kGs+b ⑴，其中系统自动给出k、b值，根据公式(1)，带入样品的峰面积(A)计算出实际样品中低价磷酸盐的浓度(C)。
5.根据权利要求4所述的天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法，其特征在于天然水体为湖水、地下水、地表水。
6.根据权利要求4-5所述的天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法，其特征在于柱温条件为30°C或；35°C或40°C或45V。
全文摘要
本发明提供了一种天然水体中痕量的低价磷酸盐测定方法，本方法对低价磷酸盐的测定检测限达10-3μM，足以满足对天然水体中低价磷酸盐的检测要求，而国内现有测定低价磷酸盐的方法检测限0.5μM左右。同其它检测方法相比，具有灵敏度高、检测限底、前处理快速、简单的优点。具体的测定步骤为A、离线前处理；B、梯度淋洗，待测水样中的各种阴离子经过分离柱的分离后，淋洗液和样品进入ASRS抑制器被抑制降低背景噪音，最后进入电导池检测样品中离子的电导率，Chromeloen 6.5PS2工作站会根据数据收集系统收集到的电导信号绘制成谱图，使用色谱工作站自动记录下特征峰的面积然后根据公式计算出实际样品中低价磷酸盐的浓度。
文档编号G01N30/88GK102520098SQ20111032432
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者任洪强, 王晓蓉, 耿金菊, 谢显传, 韩超 申请人:南京大学