同时提取及分析水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法

摘要

本发明公开一种同时提取及分析水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，涉及环境技术领域，解决现有磷形态提取法不能同时测定出水体沉积物中有机磷和无机磷含量的问题。本发明的技术方案为：将水体沉积物样品与第一提取液混合、离心并过滤后，得到第一残渣和第一磷提取液；将第一残渣与第二提取液混合、离心并过滤后，得到第二残渣和第二磷提取液；将第二残渣与第三提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第三残渣和第三磷提取液；将第三残渣与第四提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第四残渣和第四磷提取液；将第四残渣灰化后与第五提取液混合、振荡、离心并过滤，得到第五磷提取液。本发明能准确反映水体沉积物中各形态有机磷和无机磷含量。

说明书

技术领域

本发明涉及环境技术领域，尤其涉及一种同时提取水体沉积物中有机磷和 无机磷形态的方法。

背景技术

磷作为淡水湖泊生态系统新陈代谢作用中关键的元素之一，是影响湖泊富 营养化的重要因素。在外源输入得到逐步控制后，水体沉积物中内源磷通过间 隙水浓度差扩散、离子交换以及生物扰动等作用释放到上覆水中，维持或者进 一步加深湖泊的富营养化水平。但是，并不是水体沉积物中所有形态的磷都易 于释放到上覆水体中，在温度、pH值、水动力条件及生物扰动等因素变化时， 只有活性的Fe/Mn氧化物、氢氧化物以及黏土矿物等颗粒表面吸附或共沉淀的 有机形态磷、无机形态磷向上覆水体扩散，进而影响水体的营养状况。因此， 湖泊沉积物中磷的形态对于湖泊中磷的迁移转化、富营养化机理研究及富营养 化控制都具有十分重要的意义。

目前，许多磷形态化学顺序提取法得到了运用，并且都取得了不少成果。 其中，有机磷提取主要以Ivanoff法、Bowman-Cole法、Golterman法为主，而 无机磷形态主要有Willimas法、Hendly法。

但是，本发明的发明人发现上述的提取方法中只能单一针对有机磷或无机 磷形态进行提取和测定，不能同时测定出水体沉积物中有机磷和无机磷的含量。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种同时提取及分析水体沉积物中有机磷和 无机磷形态的方法，主要目的是能同时分析出水体沉积物中各形态有机磷和无 机磷的含量。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种同时提取水体沉积物中有机磷和无机磷 形态的方法，包括如下步骤：

将水体沉积物样品与第一提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第一残 渣和第一磷提取液；其中，所述第一提取液中含有弱吸附态有机磷和弱吸附态 无机磷；

将所述第一残渣与第二提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第二残渣 和第二磷提取液；其中，所述第二磷提取液中含有潜在活性无机磷和潜在活性 有机磷；

将所述第二残渣与第三提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第三残渣 和第三磷提取液；其中，所述第三磷提取液中含有铁/铝结合态无机磷和碱提取 有机磷；

将第三残渣与第四提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第四残渣和第 四磷提取液；其中，所述第四磷提取液中含有钙结合态无机磷和酸提取中活性 有机磷；

将第四残渣灰化后与第五提取液混合、振荡、离心并过滤，得到第五磷提取 液；其中，所述第五磷提取液中含有残渣态磷。

前述的同时提取水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，将所述第三磷 提取液的pH调节至3.0-3.1时，静沉，得到上清液和沉淀；其中，所述上清液 中含有碱提取中活性有机磷，沉淀中含有碱提取非活性有机磷。

前述的同时提取水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，所述第一提取 液采用浓度为0.5-1mol/L的氯化铵溶液；

所述第二提取液采用浓度为0.25-0.5mol/L的碳酸氢钠溶液；

所述第三提取液采用浓度为0.05-0.1mol/L的氢氧化钠溶液；

所述第四提取液、第五提取液均采用浓度为1-3.5mol/L的HCL溶液。

前述的同时提取水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，将所述第一残 渣与第二提取液混合的步骤之前还包括：用超纯水或饱和的氯化钠溶液洗涤所 述第一残渣至少一次及将所述第一残渣进行干燥处理的步骤；

将所述第二残渣与第三提取液混合的步骤之前还包括：用超纯水或饱和的 氯化钠溶液洗涤所述第二残渣至少一次及将所述第二残渣进行干燥处理的步 骤；

将所述第三残渣与第四提取液混合的步骤之前还包括：用超纯水或饱和的 氯化钠溶液洗涤所述第三残渣至少一次及将所述第三残渣进行干燥处理的步 骤。

前述的同时提取水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，将所述第四残 渣放入马弗炉中在500-600℃下灰化2-4小时，然后与第五提取液混合、振荡、 离心，得到第五磷提取液。

另一方面，本发明的实施例提供一种同时分析水体沉积物中有机磷和无机 磷形态的方法，包括如下步骤：

采用上述任一项所述的方法提取水体沉积物样品中不同形态的磷，得到第 一磷提取液、第二磷提取液、第三磷提取液、第四磷提取液及第五磷提取液；

测定出第一磷提取液中弱吸附态无机磷的含量、第二磷提取液中潜在活性 无机磷的含量、第三磷提取液中铁/铝结合态无机磷的含量、第四磷提取液中钙 结合态无机磷的含量及第五磷提取液中残渣态磷的含量；

测定出第一磷提取液中总磷的含量、第二磷提取液中总磷的含量、第三磷 提取液中总磷的含量、第四磷提取液中总磷的含量；

计算出所述第一磷提取液中弱吸附态有机磷的含量、第二磷提取液中潜在 活性有机磷的含量、第三磷提取液中碱提取有机磷的含量、第四磷提取液中酸 提取中活性有机磷的含量。

前述的同时测定水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，所述第一磷提 取液中弱吸附态有机磷的含量为第一磷提取液中总磷的含量与弱吸附态无机磷 含量的差值；

所述二磷提取液中潜在活性有机磷的含量为第二磷提取液中总磷的含量与 潜在活性无机磷含量的差值；

所述第三磷提取液中碱提取有机磷的含量为第三无机磷溶液中总磷的含量 与第三磷提取液中铁/铝结合态无机磷含量的差值；

所述第四磷提取液中酸提取中活性有机磷的含量为第四无机磷溶液中总磷 的含量与钙结合态无机磷含量的差值。

前述的同时测定水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，将所述第三磷 提取液的pH调节至3.0-3.1时后静沉，得到上清液和沉淀；其中，所述上清液 中的碱提取中活性有机磷的含量包括如下步骤：

测定出所述上清液中的无机磷的含量和总磷的含量；

上清液中总磷的含量与无机磷含量的差值为碱提取中活性有机磷的含量。

前述的同时测定水体沉积物中有机磷和无机磷形态的方法，根据所述第三 磷提取液中碱提取有机磷的含量和所述上清液中碱提取中活性有机磷的差值， 得到所述沉淀中的碱提取非活性有机磷的含量。

本发明实施例提出的同时提取及分析水体沉积物中有机磷和无机磷形态的 方法能够同时有效分离水体沉积物中无机磷、有机磷的化学形态，且较为准确 反映水体沉积物中各形态有机磷和无机磷的含量，并且能够兼顾磷的生物有效 性及其稳定性的分析测试需要。本发明实施例提出的水体沉积物中不同形态磷 的提取及含量测定方法所需样品量小，分析提取步骤少，减少了提取过程中磷 的损失，节省了分析样品的时间；提取过程中所使用的化学试剂简单易得，成 本小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种水体沉积物中不同形态磷的提取的流程图；

图2为本发明的一实施例中无机磷形态分布的示意图；

图3为本发明的另一实施例中有机磷形态分布的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以 下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种同时提取及分析水体沉积物中有 机磷和无机磷形态的方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如下。

由于现有技术的许多磷形态化学顺序法仅能单一针对有机磷或无机磷进行 提取和测定，不能同时测定出有机磷和无机磷的含量。基于此，本发明的发明 人提出一种水体沉积物中不同形态磷的提取和测定方法，以实现能够同时区分 有机磷和无机磷的主要形态及其含量。

水体沉积物中主要包含有机磷和无机磷两种形态；其中，无机磷形态分为： 弱吸附态无机磷(WA-P_i)、潜在活性无机磷(PA-P_i)、铁或铝结合态无机磷 (Fe/Al-P_i)和钙结合态无机磷(Ca-P_i)。有机磷形态分为：弱吸附态有机磷 (WA-P_o)、潜在活性有机磷(PA-P_o)、中活性有机磷(MA-P_o)和非活性有机磷 (NA-P_o)。其中，活性有机磷(MA-P_o)包括NaOH溶液提取中活性有机磷(MA_NaOH-P_o) 和盐酸提取中活性有机磷(MA_HCl-P_o)；非活性有机磷(NA-P_o)包括NaOH溶液提取 非活性有机磷(NA_NaOH-P_o)和残渣态磷(R-P_o)。

一方面，本发明的实施例提出一种同时提取水体沉积物中有机磷和无机磷 形态的方法，包括如下步骤：

1)将水体沉积物样品与第一提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第一 残渣和第一磷提取液。

该步骤的水体沉积物为通过采样器在所研究湖泊中采集表层2cm的沉积物 样品。

较佳地，该步骤具体为：将水体沉积物和第一提取液混合形成混合物，调节 混合物的pH值至7±0.01后，将混合物在25℃下振荡提取2h后，以 8000-15000r/min的转速离心分离10-30min后，得到第一残渣和上清液；将上 清液过0.45μm玻璃纤维滤膜后得到第一磷提取液。其中，该步骤所得到的弱 第一磷提取液中含有弱吸附态无机磷(WA-P_i)和弱吸附态有机磷(WA-P_o)，溶 剂为水。

该步骤中的第一提取液为氯化铵溶液、氯化钠溶液及氯化镁溶液中的任意 一种或几种的混合物。优选使用浓度为1moL/L的氯化铵溶液。

为了精确进行下一步骤的试验，用超纯水或者饱和的中性盐溶液洗涤第一残 渣至少一次后，将其干燥处理。优选使用饱和氯化钠溶液。

2)将第一残渣与第二提取液混合、振荡、离心并过滤后，得到第二残渣和 第二磷提取液。

该步骤具体为：将第一残渣中与第二提取液的混合物振荡0.5-2h后，以 1000-15000r/min的转速离心15-30min，得到第二残渣和上清液；将上清液过 0.45μm玻璃纤维滤膜后得到第二磷提取液。其中，该步骤所得到的第二磷提取 液中含有潜在活性有机磷(PA-P_o)和潜在活性无机磷(PA-P_i)，溶剂为水。

该步骤中的第二提取液为碳酸氢钠溶液或螯合剂(螯合剂包括：乙二胺四 乙酸二钠、柠檬酸钠。)，优选使用浓度为0.5mol/L NaHCO₃溶液。

为了精确进行下一步骤的试验，用超纯水或饱和的氯化钠溶液洗涤第二残渣 至少一次后，将其干燥处理。优选使用饱和氯化钠溶液。

3)将第二残渣和第三提取液溶液混合、振荡、离心并过滤后，得到第三残 渣和第三磷提取液。

其中，第三磷提取液中含有铁/铝结合态无机磷(Fe/Al-P_i)及碱提取有机 磷(碱提取有机磷包括碱提取中活性有机磷和碱提取非活性有机磷)。

该步骤具体为：向用饱和氯化钠溶液洗涤后的第二残渣中加入强碱溶液， 将第二残渣与强碱的混合物振荡10-20h后，以8000-15000r/min的转速离心 10-30min后，得到第三残渣和上清液。将上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜后得 到三磷提取液。

该步骤中的第三提取液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液，优选使用浓度为 0.1mol/L的氢氧化钠溶液。若强碱溶液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液时，碱提取 有机磷称为氢氧化钠提取有机磷，氢氧化钠提取有机磷包括氢氧化钠提取中活 性有机磷(MA_NaOH-P_o)和氢氧化钠提取非活性有机磷(NA_NaOH-P_o)。

较佳地，该步骤中，用0.1mol/L的盐酸将第三磷提取液的pH调节至3.0-3.1 时后，得到上清液和沉淀；其中，沉淀中含有非活性有机磷(NaOH溶液提取非 活性有机磷(NA_NaOH-P_o))。采用0.45μm玻璃纤维滤膜对上清液进行过滤后得到 含有中活性有机磷(NaOH溶液提取中活性有机磷(MA_NaOH-P_o))的提取液。

为了精确进行下一步骤的试验，用超纯水或饱和氯化钠溶液洗涤第三残渣至 少一次。优选使用饱和氯化钠溶液。

4)将第三残渣与第四提取液溶液混合、振荡、离心并过滤后，得到第四残 渣和第四磷提取液；

其中，所述第四磷提取液中含有钙结合态无机磷(Ca-P_i)和酸提取中活性 有机磷(MA_HCl-P_o)；

该步骤中的第四提取液为盐酸，优选使用浓度为1mol/L的盐酸溶液。

为了精确进行下一步骤的试验，用超纯水饱和的氯化钠溶液洗涤第四残渣至 少一次后，将其干燥处理。优选使用饱和氯化钠溶液。

5)将第四残渣放入马弗炉中渣中灰化3小时，然后与第五提取液混合、振 荡、离心并过滤，得到残渣态磷第五磷提取液；其中，第五磷提取液中主要含 有残渣态磷。

该步骤具体为：第四残渣在马弗炉中500-600℃下灰化处理2-4h。将灰化 处理后的第四残渣与第五提取液混合后，以8000-15000的转速离心10-30min， 得到上清液，上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜后得到残渣磷提取液。较佳地， 该步骤中的第五提取液优选使用浓度为1mol/L的盐酸溶液。

本发明通过提供上述水体沉积物中不同形态磷的提取方法，方便研究水体 沉积物中的各种形态的无机磷和有机磷，且能够实现同时测量出水体沉积物中 各种形态的无机磷和有机磷的含量。

另一方面，本发明的实施例提供一种水体沉积物中不同形态磷的含量测定 方法，该测定方法是基于上述提取方法提取出的不同形态的磷的基础上进行的， 具体包括如下步骤：

1)采用上述方法提取水体沉积物样品中不同形态的磷，得到第一磷提取液、 第二磷提取液、第三磷提取液、第四磷提取液及第五磷提取液；

2)测定出第一磷提取液中弱吸附态无机磷的含量、第二磷提取液中潜在活 性无机磷的含量、第三磷提取液中铁/铝结合态无机磷的含量、第四磷提取液中 钙结合态无机磷的含量、第五磷提取液中残渣态磷的含量；

3)测定出第一磷提取液中总磷的含量、第二磷提取液中总磷的含量、第三 磷提取液中总磷的含量、第四磷提取液中总磷的含量；

4)计算出所述第一磷提取液中弱吸附态有机磷的含量、第二磷提取液中潜 在活性有机磷溶液的含量、第三磷提取液中碱提取有机磷的含量、第四磷提取 液中酸提取中活性有机磷的含量；

较佳地，所述第一磷提取液中弱吸附态有机磷的含量为第一磷提取液中总 磷的含量与弱吸附态无机磷含量的差值；

所述潜第二磷提取液中潜在活性有机磷的含量为第二磷提取液中总磷的含 量与潜在活性无机磷含量的差值；

所述第三磷提取液中碱提取有机磷的含量为第三无机磷溶液中总磷的含量 与第三磷提取液中铁/铝结合态无机磷含量的差值；

所述第四磷提取液中酸提取中活性有机磷的含量为第四无机磷溶液中总磷 的含量与钙结合态无机磷含量的差值。

较佳地，将所述第三磷提取液的pH调节至3.0-3.1时后静沉，得到上清液 和沉淀；其中，所述上清液中的碱提取中活性有机磷的含量包括如下步骤：

测定出所述上清液中的无机磷的含量和总磷的含量；

上清液中总磷的含量与无机磷含量的差值为碱提取中活性有机磷的含量。

较佳地，根据所述第三磷提取液中碱提取有机磷的含量和所述上清液中碱 提取中活性有机磷的差值，得到所述沉淀中的碱提取非活性有机磷的含量。

较佳地，采用磷钼蓝分光光度法分别测定出第一磷提取液中弱吸附态无机 磷的含量、第二磷提取液中潜在活性无机磷的含量、第三磷提取液中铁/铝结合 态无机磷的含量、第四磷提取液中钙结合态无机磷的含量和第五磷提取液中残 渣态磷的含量；

较佳地，采用过硫酸钾消解-磷钼蓝分光光度法测定第一磷提取液中总磷含 量、第二磷提取液中总磷含量、第三磷提取液中总磷的含量、第四磷提取液中 总磷的含量；

较佳地，将所述第三磷提取液的pH调节至3.0-3.1时后静沉，采用磷钼蓝 分光光度法测定上清液中无机磷的含量，采用过硫酸钾消解-磷钼蓝分光光度法 测定上清液中总磷的含量；

另外，在上述测定磷提取液中总磷的步骤中，首先将提取液中的有机磷转 化为无机磷，采用过硫酸钾消解-磷钼蓝分光光度法测定上清液中总磷的含量。

另外，利用EXCEL、ORIGIN等数据统计和分析软件，进一步分析其相对含 量和空间分布。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本发明的发明人于2013年12月，用柱状采样器分别在蠡湖8个点位采集表 层2cm的水体沉积物样品，每个采样点采集6个平行样并现场混匀，4℃保存。 水体沉积物经-40℃冷冻干燥、研磨、过100目筛后保存于封口袋中备用。

对上述采集8个水体沉积物样品分别按照以下步骤进行不同形态磷的提取 和测定，具体实施的流程图参见图1所示，详细步骤如下：

步骤1，向1g沉积物样品中加入50mL浓度为1mol/L的NH₄Cl溶液，调 节pH至7±0.01，在25℃下振荡提取2h后，在10000r/min的转速下离心分 离20min，得到第一残渣和上清液；取上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜后，得 到第一磷提取液，测定出第一磷提取液中的弱吸附态无机磷(WA-P_i)的含量和 总磷的量，通过差减法获得弱吸附态磷提取液中弱吸附态有机磷(WA-P_o)的含 量。

步骤2，在第一残渣中加入10mL饱和NaCl溶液,洗涤2次后加入50mL浓 度为0.5mol/L NaHCO₃溶液，振荡1h，在5000r/min的转速下离心20min，得 到第二残渣和上清液，将上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜后得到第二磷提取液。 测定出第二磷提取液中总磷和潜在活性无机磷(PA-P_i)的含量，通过差减法获得 第二磷提取液中潜在活性有机磷(PA-P_o)的含量；

步骤3，在第二残渣中加入10mL饱和NaCl溶液,洗涤2次后加入50mL浓 度为0.1mol/L NaOH溶液，振荡16h，在10000r/min的转速下离心20min，得 到第三残渣和上清液；将上清液过0.45μm玻璃纤维滤膜后得到第三磷提取液； 将第三磷提取液分成两份。一份测定第三磷提取液中总磷和铁或铝结合态无机 磷(Fe/Al-P_i)，通过差减法得到第三磷提取液中的有机磷(NaOH-P_o)的含量； 另取第三磷提取液30mL，用浓度为0.1mol/L HCl调节pH＝3.0，产生分层后， 在5000r/min的转速下离心20min，将得到的上清液过0.45μm滤膜后测定总 磷和无机磷的含量，通过差减法获得第三磷提取液中的中活性有机磷(MA_NaOH-P_o) 的含量；通过未调节pH前NaOH提取有机磷(NaOH-P_o)与调节pH＝3后中活性有 机磷(MA_NaOH-P_o)浓度差可得到NaOH提取的非活性有机磷(NA_NaOH-P₀)的含量。

步骤4，在第三残渣中加入10mL饱和NaCl溶液,洗涤2次后40℃烘干， 向0.5g烘干后的第三残渣中加入50mL浓度为1mol/L HCl溶液振荡16h，在 10000r/min的转速下离心20min，得到第四残渣和上清液，将上清液过0.45μm 玻璃纤维滤膜后得到第四磷提取液，测定第四磷提取液中总磷和钙结合态无机 磷(Ca-P_i)的含量，通过差减法获得盐酸提取的中活性有机磷(MA_HCl-P_o)的含量；

步骤5，在第四残渣中加入10mL饱和NaCl溶液,洗涤2次后40℃烘干， 称取0.2g烘干后第四残渣置于坩锅中，并在550℃下对第四残渣进行灰化，加 入浓度为1mol/L HCl 20mL，在10000r/min的转速下离心20min，取上清液 过0.45μm玻璃纤维滤膜后得到第五磷提取液，测定第五磷提取液中无机磷的 含量，即得残渣态有机磷(R-P_o)的含量。

根据实施例1中步骤测定的不同形态磷提取液的体积、不同形态磷提取液 中不同形态磷的含量及水体沉积物样品的质量，计算出水体沉积物中弱吸附态 无机磷、弱吸附态有机磷、潜在活性无机磷、潜在活性有机磷、铁/铝结合态无 机磷、碱提取有机磷、钙结合态无机磷及酸提取中活性有机磷的含量；测定结 果如图2和图3所示。

由图2和图3可以看出，本发明实施例提出的水体沉积物中连续分级提取 各形态有机磷和有机磷分布有显著差异。其中，如图2所示。水体沉积物中无 机磷形态含量变化依次为Ca-P_i>Fe/Al-P_i>PA-P_i>WA-P_i，平均值的相对比例 为30.45：15.97：11.25：1.00。如图3所示，水体沉积物中有机磷含量变化依 次为R-P_o>NA_NaOH-P_o>PA-P_o>MA_HCl-P_o>WA-P_o>MA_NaOH-P_o，平均值的相对比例为 17.98：4.81：4.49：3.99：1.27：1.00。

另外，本发明实施例提出的水体沉积物中不同形态磷的提取和含量测定方 法与SMT方法(欧洲标准测试委员会框架下发展的磷含量测定法)测定总磷、 无机磷和有机磷的结果相比较，总磷回收率在93.34-112.10％之间，无机磷回收 率在93.85-111.46％之间，而有机磷回收率在76.36-119.86％之间。可以看出， 量值上差异较小。因此本发明实施例提出的水体沉积物中不同形态磷的提取和 含量测定方法可广泛应用于河湖沉积物、悬浮物中有机和无机磷形态的分离提 取，并且各种形态磷的关系式能够较好地表明沉积物磷的生物可利用性和稳定 性，以寻求对湖泊富营养化最具直接影响的磷形态。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。