沉积物中总氮总磷测定

（四）沉积物总磷测定方法---SMT

方法概述：SMT （The Standards,Measurements and Testing Programme）是欧洲标准测试委员会框架下发展的淡水沉积物磷形态分离方法，是一种标准的测试程序。对于在湖泊修复中水质的监测和水资源领域的管理，尤其是实验室分析过程的质量保证和数据可比性中是一种很有价值的测试方法。

磷是湖泊生态系统中一种重要的生源要素，同时也是引起水体富营养化的重要因素，磷在海-陆相互作用中的迁移、循环会直接影响到水体的初级生产力，并因此影响到全球的碳循环。此外，沉积物中总磷（TP）含量增加主要来自铁、铝磷（Fe/Al-P）,其次是有机磷（OP）并且TP和无机磷（IP）之间呈现显著正相关关系，同时，沉积物中TP分布主要受IP控制。

因此,研究沉积物中磷是揭示湖泊富营养化的其中一个限制性因子。相关研究主要利用此方法测定了总磷含量、与各形态磷、有机质以及与沉积物的理化性质之间的相关关系等, 有助于研究水体中磷的形态、动态循环以及磷在水-沉积物界面的迁移转化过程,以期为湖泊富营养化中磷循环机制提供科学的理论依据。

1、方法原理

经高温灰化,沉积物样品中的含磷矿物及有机磷化合物全部转化为可溶性的正磷酸盐, 在酸性条件下与钼锑抗显色剂反应生成磷钼蓝，在880 nm波长出测定吸光度。在一定浓度范围内,样品中的总磷含量与吸光度值符合朗伯比尔定律。

2、需要的设备与实验条件

所需要设备主要均为实验室常用设备,主要包括紫外分光光度计、高压灭菌锅以及常规实验器皿等,一般实验室均有条件完成该项工作。

3、所需试剂及操作步骤

3.1 所需试剂

（1）5 mol^L-1 H2SO4：70 mL浓硫酸溶于500 mL水中存储在玻璃瓶中，常温下保存；

（2）酒石酸锑钾溶液：准确称取1.3715 g酒石酸锑钾（C8H4K2012sb2）于500 mL容量瓶中定容,充分摇匀后将该溶液贮存在棕色或其他试剂瓶（玻璃瓶）中,将其置于4 ℃下保存。

（3）钼酸铵溶液：准确称取40 g钼酸铵（H8MoN2O4）于1000 mL容量瓶中，加适量水待其完全溶解后加水稀释至刻度线,充分摇匀后将该溶液贮存在棕色或其他试剂瓶（玻璃瓶）中,将其置于冰箱中于4 ℃下保存。

(4)抗坏血酸溶液：准确称取17.6 g抗坏血酸(C6H8O6)1000 mL容量瓶中，加适量水待其完全溶解后加水稀释至刻度线，充分摇匀后将该溶液贮存在棕色或其他试剂瓶(玻璃瓶)中，

将其置于冰箱中于4℃下保存。

(5)磷酸盐贮备溶液：将优级纯磷酸二氢钾(KH2PO4)于110c干燥2 h,在干燥器中放冷。称取0.2197 g溶于水，移入1000 mL容量瓶中，加(1+1)硫酸5 mL,用水稀释至标线。此溶液磷浓度为50ug-mL-1。

(6)磷酸盐标准溶液：吸取10.0 mL磷酸盐贮备液于25mL容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液磷浓度为2 ug・mL-1。临用时现配。

(7) 3.5 mol-L-1HCl：用量筒取294 mL盐酸(HCl)于1000 mL容量瓶中，加水稀释，待其冷却后稀释至标线；然后将其转入玻璃瓶中保存。

(8)显色剂：显色剂按以下比例配置：

5 molL1 H2so4:酒石酸锑钾溶液:钼酸铵溶液:抗坏血酸溶液=10:1:3:6;即要配100 mL 显色剂需取50 mL 5 moLL-1 H2SO4, 5 mL酒石酸锑钾溶液，15 mL钼酸铵溶液，30 mL抗坏血酸溶液,混合后显色剂最多只能保存4 h。

校准曲线的绘制：取7支具塞比色管,分别加入磷酸盐标准使用液0、0.25、0.5、1.5、2.5、5、7.5加水至50 mL。比色管中加入8 mL显色剂充分混匀，放置10 min。用10 mm 比色皿，于880 nm波长处，以零浓度溶液为参比，测量吸光度；

3.2 操作步骤

(1)称取0.2g干样于瓷坩埚中，在温度为450℃下灰化3 h (即从温度升到450℃时开始计时,灰化3小时)。

(2)冷却后将其移入离心管中一加入20mL (3.5mol-L-1) HCL，置于摇床中震荡16h (通常摇床温度为25°,转速为200 rpm)。

(3)离心待样品震荡16 h后，在转速为5000 rpm下离心15min,用磷钼蓝比色法测上清液。

(4)用移液管移取2 mL上清液于50 mL比色管中，定容到50mL,加入显色剂8 mL, 显色10 min后，在波长880nm下比色。

4、需要注意的要点

(1)在将样品移入离心管的过程中,应将干锅用提取液冲洗三遍,以防样品残留于干锅中影响实验结果。

(2)在使用离心机的过程中中应将托盘两边重量应一样,以使之保持平衡。

(3)测样过程中应用超纯水或酒精冲洗玻璃比色皿,将皿差调至0.000在进行比色,比色过程中比色皿还应擦干净,以减小测量误差；

(4)比色皿用后应用超纯冲洗干净再浸泡于水中。

5、结果计算

湖泊沉积物总磷

根据测试的指标代入以下公式：

磷含量 W% (mg

式中：最终浓度=。、25 c 一由标准曲线查得的浓度

6、方法评述

Ruban 等提出的欧洲标准测试委员会框架下发展的SMT 分离方法用于测定沉积物磷形 态，该方法准确性好，各形态磷的测定相对独立，测定值之间可以相互检验，在探索磷形态 来源的方面尤具优势。

目前，主要利用此方法测定沉积物中总磷及磷不同化学形态、含量，进一步了解水体中 磷的形态、动态循环以及磷在水-沉积物界面的迁移转化过程，旨在为磷在湖泊生态环境中 的循环及湖泊富营养化机制提供科学依据。

(五)沉积物总磷测定方法---过硫酸钾氧化分光光度计法

方法概述：一般在自然条件下，磷通常是湖泊生态系统富营养化的限制性因子，控制了 湖泊的初级生产力水平。碱性过硫酸钾氧化分光光度计法是以碱性过硫酸钾作为氧化剂，在 一定温度下将沉积物中全部的磷，都转化为(正)磷酸盐，利用钼锑抗比色法测定以确定总 磷含量的一种方法。

沉积物作为湖泊水体中磷的重要蓄积库，当环境条件发生变化时，沉积物内源磷的释放 对湖泊生态系统中磷的循环具有重要意义。沉积物中TP (Total Phosphorus, TP )含量呈现 出明显的季节性变化，并且沉积物TP 含量与其释放的DTP (Dissolved Total Phosphorus, DTP )含量在春、夏两季有显著相关关系。

因此，研究沉积物中的磷是揭示湖泊富营养化的一个限制因子。相关研究主要利用此方 法测定了沉积物中总磷含量，用以揭示水体中磷的形态、动态循环以及磷在水-沉积物界面 的迁移转化过程，以期为湖泊富营养化中磷循环机制提供科学的理论依据。

1、方法原理

在高压消解灭菌锅中，用过硫酸钾使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。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，立即被抗坏血酸还原， 生成兰色的终合物，在700 nm 波长下进行比色测定。

最终浓度20 土壤质量 (2.4)

2、需要的设备与实验条件

所需要设备主要均为实验室常用设备，主要包括紫外可见分光光度计，高压蒸汽灭菌锅等，一般实验室均有条件完成该项工作。

3、所需试剂及操作步骤

3.1所需试剂

(1)5%过硫酸钾溶液：将10 g过硫酸钾(K2S2O8)加热溶解于100 mL水中；

(2)10%抗坏血酸：溶解10 g抗坏血酸(C6H806)于100 mL水中；

(3)30% H2SO4溶液；

3.2操作步骤

称取0.7 g通过0.149 mm筛孔(200目筛)的风干土样置于50 mL具塞比色管中，向比色管中加入10 mL 5%过硫酸钾溶液，5 mL 30% H 2SO4溶液，加塞后管口包一小块纱布并用橡皮筋扎紧，以免加热时玻璃塞冲出。将具塞刻度管小心的置于压力锅中加热，待锅内温度达120 ℃ (相应压力为1.1 kg/cm2)后保持加热30min，停止加热，待压力表指针降至零后取出，冷却后用水稀释至标线。静置过夜后吸取上清液5 mL至50 mL比色管中，定容至50 mL 刻度线。

标准溶液系列的配置：取数支50 mL具塞比色管，分别加入浓度为2 mg.L-1的磷酸盐标准使用液0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0 mL，用超纯水定容至至50 mL。向标准溶液系列的比色管中加入1 mL 10%抗坏血酸溶液，混匀。30 s后加2 mL钼酸盐溶液充分混匀，放置15 min。用10 mm比色皿，于700 nm波长处，以零浓度溶液为参比，测量吸光度，绘制标准曲线。水样按照绘制标准曲线的步骤进行显色和测量，减去空白试验的吸光度，并从校准曲线上查出含磷量。

4、需要注意的要点

(1)高压蒸汽消解灭菌锅要按照操作说明正确使用，注意安全，在压力降为0之前切勿打开盖子；

(2)测量时增加一定量的平行样，控制实验精度；

(3)若静置后的样品取样时仍有浑浊，可用0.45 〃滤膜对水样过滤后再取样测定。5、结果计算

湖泊沉积物总磷

根据测试的指标代入以下公式：

W（mg・kg-i）=--- （2.5）

TP m

式中：c—从标准曲线中查得的TP量（品）；t —分取倍数（溶液总体积/吸取溶液体积）；m—风干土样质量（g）。

6、方法评述

Koroleff用过硫酸钾氧化法氧化水体中的总磷，是以碱性过硫酸钾作为氧化剂，在一定温度下将沉积物中全部的磷，都转化为（正）磷酸盐，利用钼锑抗比色法测定以确定总磷含量的一种方法。此方法使样品的保存和氧化分析工作简化，后来不同的研究者又对此进行了改进研究。过硫酸盐氧化法具有仪器设备简单、回收率高的优点，因此，研究者多采用此方法测定TP。

目前，主要利用此方法测定了沉积物中总磷的含量，分析沉积物中TP的含量分布和季节变化特征、与氮磷其他各形态、有机质含量关系以及影响释放因素等。以期为控制湖泊内源磷负荷与揭示磷循环过程等提供科学依据。

第二篇沉积物氮磷有机碳形态测定方法（一）沉积物总氮测定方法---凯氏定氮法

方法概述：凯氏定氮法（Kjeldahl determination）是丹麦人开道尔J. Kjeldahl）于1883 年用于研究蛋白质变化的，后来被用来测定各种形态的有机氮。由于设备比较简单易得，结果可靠，为一般实验室所采用。此方法后进行了许多的改进，一是用有效的加速剂缩短消化时间；二是改进了氨的蒸馏和测定方法，以提高测定效率。目前，凯氏定氮仪的使用使方法更加的简便快捷。

采用凯氏定氮仪测定沉积物中的固定态铵、总氮，发现可交换态氮和固定态铵是湖泊沉积物氮素的重要组成部分，其含量与总氮含量密切相关。沉积物全氮的垂直分布在埋藏过程中受到成岩作用的改造，并且沉积物交换性氮在沉积物中的赋存受到全氮含量和埋藏环境的双重控制。

因此，研究湖泊沉积物中氮的赋存和分布，是准确理解沉积物-水体系统中氮素地球化

学循环及其环境影响的前提。相关研究主要利用凯氏定氮法测定了沉积物中总氮含量以及与不同氮形态、有机碳等关系等，对阐明水生态系统中氮的循环、转移和积累的过程，以及在防止富营养化，控制“内负荷”方面都具有十分重要的意义。

1、方法原理

凯氏定氮法是测定化合物或混合物中总氮的一种方法。它是用浓硫酸消煮，借催化剂和

增温剂等加速有机质的分解，并使有机氮转化为氨进入溶液，最后用标准酸滴定蒸馏出的氨。反应式为：

2NH2(CH2)2COOH+13H2SO4=(NH4)2SO4+6CO2+12SO2+16H2

(NH4)2SO4+2NaOH=2NH3+2H2O+Na2SO4

2NH3+4H3BO3 = (NH4)2B4O7+5H2O

(NH4)2B4O7+H2sO4+5H2O = (NH4)2SO4+4H3BO3或(NH4)2B4O7+2HCl+5H2O = 2NH4Cl+4H3BO3

凯氏定氮仪的主要工作原理是Kjeldahl蒸馏法测定含量，测定氨氮时水样不经消解直接加碱调为弱碱性蒸馏出氨，用硼酸溶液吸收,然后用电位滴定仪自动滴定。

硼酸溶液吸收氨后，溶液pH值上升，用硫酸溶液滴定至初始pH值，pH计控制滴定终点，当接近终点时，滴定速度下降，利用消耗硫酸的量计算水样中氨氮的含量。

2、需要的设备与实验条件

所需要设备主要均为实验室常用设备，主要包括自动凯氏定氮分析仪，烘干箱，pH计等，一般实验室均有条件完成该项工作。

3、所需试剂及操作步骤

3.1 所需试剂

(1) 40%NaOH：称取400 g氢氧化钠(NaOH),加入1000 mL蒸馏水中，边加边搅动，防止粘结；

(2)甲基红-溴甲酚绿指示剂：0.1g甲基红和0.07g溴甲酚绿溶解于100mL乙醇中；

0.1 g甲基红和0.07 g溴甲酚绿溶解于100 mL乙醇中。

(3)混合加速剂：硫酸钾、硫酸铜、硒粉按100:10:1的比例混合，研磨，过80目筛；

(4)0.05 mol-L-1的盐酸：4.1mL的盐酸(HCl)定容至1000 mL,标定；

(5)0.02 molL1的碳酸钠溶液：称经过250℃干燥4 h的1.06 g碳酸钠(Na2CO3)溶解到无二氧化碳水中，后定容到1000 mL。贮存于塑料瓶中，保存不过一周；

(6)无二氧化碳水：蒸馏水煮沸15 min,冷却待用；

(7)甲基橙指示剂：0.05 g溶于100 mL水中；

(8)硼酸-指示剂溶液：40 g硼酸(H3BO3)溶解到1L水中，每1 L中加10 mL甲基

红-溴甲酚绿指示剂，用稀的酸或者碱调节至微红，pH为4.8。

3.2 操作步骤

（1）称样：称取过100目筛风干土样1.000 g,含氮约1 mg,核实一下已经测定土样的含水率；

（2）消煮（消煮仪）把称量好的样品放入消煮管中，加入0.5-1.0 mL无离子水，再加入2 g加速剂和5 mL浓硫酸，摇匀，消煮管顶部加弯劲漏斗。打开消煮仪，设置温度。消煮完

后,冷却,待测定。消煮时做两个空白样,两个标样。

（3）测定：使用凯氏定氮仪测定总氮。

4、需要注意的要点

（1）仪器准备：首先,检查水桶里是否装满去离子水；再次,检查硼酸桶里是否装满2%的硼酸,碱桶里是否装满30%的碱；最后,接通电源和自来水。

（2）消煮时的温度要求控制在360〜410c之间，低于360℃,消化不容易完全，特别是杂环氮化合物不易分解,使结果偏低,高于410℃则容易引起氨的损失。

（3）消煮过程中盐的浓度应控制在0.35〜0.45g・mL-1

5、结果计算

湖泊沉积物总氮

根据测试的指标代入以下公式：

「V Q" ex 0.014x50x100%

25

土壤全氮（g.kg）; ----------- 5 -------------------------- （2.1）

m

式中：V —滴定25 mL待测液时耗酸体积（mL）；

V0—滴定空白液时耗酸体积（mL）；

e—硫酸标准液浓度（moll-1）；

m—沉积物样品质量（g）。

6、方法评述

凯氏消煮法最广泛应用于全氮的测定,但是后来由于分析者根据各自需求,方法得到不断的改进。但其主要问题是：步骤多,操作复杂,实验结果受操作环节和人为因素影响大, 分析效率低,不适合批量分析。在本实验过程中采用自动定氮仪进行沉积物样品全氮测定, 具有操作简单、方便、安全可靠、实验分析周期短、试剂用量少、监测结果准确度高、精密度好等特点。被一般的实验室所应用。

目前,主要利用自动定氮仪测定了沉积物中总氮含量分布变化特征,同时研究了与沉积物有机质、氮磷形态、总磷关系等，为准确了解沉积物-水界面系统氮素循环以及防治湖泊富营养化提供理论依据。

（二）沉积物总氮测定方法---碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度计法

方法概述：碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度计法是以碱性过硫酸钾作为氧化剂，在一定温度下将溶液中的有机态及NH4+-N氧化为NO3--N,然后测定溶液中NO3--N含量以确定全氮含量的方法。

沉积物中总氮是指所有含氮化合物中的氮含量，可以参与氮循环的最大值，氮的形成、降解和释放等主要受沉积物中有机质在矿化作用过程中环境条件与动力因素的控制，上覆水体的温度、盐度、溶解氧（DO）、沉积物的pH、氧化还原电位（Eh，Es）、物源输入、生物扰动以及水动力因素都可以影响氮的含量和垂向分布特征。

因此，研究沉积物中的总氮对其正确的了解沉积物-水系统氮循环及对水环境影响具有重要的意义。相关研究主要利用此方法测定了总氮含量，研究了氮分布特征以及与氮形态、总磷、有机质等关系等。对阐明水生态系统中氮的循环、转移和积累的过程，以及在防止富营养化，控制内源负荷方面都具有十分重要的意义。

1、方法原理

土壤中的无机和有机氮化合物，在高温加压下经碱性过硫酸钾氧化后，均被转化成硝酸盐，然后利用紫外分光光度法进行测定。由于此方法具有简便、经济等优点，因而引起许多人的重视。过硫酸钾（K2S2O8）在60℃水溶液中，分解，生成大量H+和02。反应方程式：1

K2 S2 O8 + H2 O f 2KHSO4 + —O2

―――+

KHSO4 f HSO4 + K

HSO— f SO2— + H+

2、需要的设备与实验条件

所需要设备主要均为实验室常用设备，主要包括紫外分光光度计、高压灭菌锅等，一般实验室均有条件完成该项工作。

3、所需试剂及操作步骤

3.1 所需试剂

（1）碱性过硫酸钾溶液：称取40 g过硫酸钾（K2S2O8），15 g氢氧化钠（NaOH）, 溶于去离子水中稀释至1000 mL。溶液存放在聚乙烯瓶内，可贮存一周；

（2）（1+9）盐酸：1体积浓盐酸（HCl质量分数36.7%）混合9体积超纯水；

（3）硝酸钾标准贮备液：称取0.7218 g经105~110℃烘干4 h的优级纯硝酸钾（KNO3）溶于去离子水中，移至1000 mL容量瓶中，定容。此溶液每mL含100%氮。在0〜10℃暗处保存，或加入2 mL三氯甲烷为保护剂，至少可稳定6个月；

（4）硝酸钾标准使用液：将贮备液用去离子水稀释10倍而得。此溶液每mL含10 11g 氮；

（5）标准曲线绘制：取数支25mL具塞比色管，分别加入硝酸钾标准使用溶液0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0、8.0mL，加水至10 mL标线。加入5 mL碱性过硫酸钾溶液，塞紧磨口塞，用纱布及纱绳裹紧管塞，以防止溅出。将比色管在高压消煮锅于121°C中消煮30 min，冷却。加入1 mL（1+9）盐酸，定容至25 mL，混匀。在220 nm和275 nm波长处，测量其吸光度。

3.2 操作步骤

（1）消化：称0.1 g过180目筛的沉积物样品于50 mL比色管中，加入25 mL碱性过硫酸钾溶液，用H2O定容至50 mL，加盖摇匀。用纱布扎紧盖子，放入高压灭菌锅中，121℃ 下高压消化30 min，冷却。

（2）测定：按标准曲线测定相同操作步骤测定样品吸光度，并从校准曲线中查得相应的硝氮含量。空白样以10 mL水代替样品，其余步骤同上。

4、需要注意的要点

当测定在接近监测限时，必须控制空白试验的吸光度A不超过0.03。超过此值，则要检查所用水、试剂、器皿和高压消煮锅的压力。

5、结果计算

湖泊沉积物总氮

根据测试的指标代入以下公式：

沉积物总氮（g-kg-1）= —（2.2）

m

式中：c为校正后的吸光度A由标准曲线得到的总氮质量；A为校正吸光度，A=A220 -2A275；m为沉积物干重；n为分取倍数。

6、方法评述

本实验通过高温加压下经碱性过硫酸钾氧化沉积物中的无机和有机氮化合物后，其氮均被转化成硝酸盐，然后利用紫外分光光度法而进行测定得到总氮含量。目前沉积物总氮含量测定方法有凯氏法、次溴酸盐法和过硫酸钾氧化法凯氏法操作步骤繁琐，用时长，不适合批

量分析。而次溴酸盐法干扰因素较多。

与其他方法相比，过硫酸钾紫外分光光度法兼有操作简单、精密度和准确度较高，消除干扰能力强，检测下限低等优点，快速、适合批量分析。

目前，主要应用此方法测定沉积物中总氮含量变化，同时分析了总氮的季节变化规律以及与氮形态、总磷、有机质等关系等，以其为揭示沉积物-水系统中氮素循环机制提供科学的理论依据。