流動(dòng)注射測(cè)定揮發(fā)酚中的常見(jiàn)問(wèn)題及其對(duì)策研究

（秦皇島市環(huán)保監(jiān)測(cè)站，河北 秦皇島066001）

流動(dòng)注射分析（FIA）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種分析技術(shù)，該分析技術(shù)的獨(dú)特之處在于用“試劑流”“試樣流”按比例混合的方式替代手工量取試劑和試樣并混合的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了管道化的自動(dòng)連續(xù)分析。在使用LACHAT公司的QC8500型流動(dòng)注射分析儀測(cè)定揮發(fā)酚實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，儀器運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)基線不穩(wěn)、噪聲信號(hào)增加、流量不穩(wěn)定、準(zhǔn)確度和精密度降低等現(xiàn)象。為切實(shí)提高實(shí)際檢測(cè)水平，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程逐步進(jìn)行分解，找出了問(wèn)題癥結(jié)所在，并提出了相應(yīng)改進(jìn)措施，使揮發(fā)酚檢測(cè)的準(zhǔn)確度、精密度得到提高。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器

儀器型號(hào)：QC8500型流動(dòng)注射分析儀（LACHAT公司）

方法號(hào)：10-210-003-A

周期時(shí)間：425 s。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

流動(dòng)注射測(cè)定揮發(fā)酚的反應(yīng)原理是：測(cè)定時(shí)，樣品被帶入連續(xù)流動(dòng)的載液流，與磷酸混合，經(jīng)過(guò)在線蒸餾后，包含揮發(fā)酚物質(zhì)的餾出物與4-氨基安替比林及鐵氰化鉀混合，餾出物中的酚被鐵氰化鉀氧化，生成的醌物質(zhì)與4-氨基安替比林反應(yīng)，形成黃色的濃縮物，在510 nm處比色測(cè)定。

1.3 實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)問(wèn)題

流動(dòng)注射（FIA）系統(tǒng)主要通過(guò)改變?nèi)鋭?dòng)泵的轉(zhuǎn)速或醇酸樹(shù)脂泵管內(nèi)徑及部分管路閥門(mén)啟閉時(shí)間進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。儀器運(yùn)行一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致泵管老化，會(huì)出現(xiàn)基線不穩(wěn)、噪聲信號(hào)增加、流量不穩(wěn)定、準(zhǔn)確度和精密度降低；在更換了疲勞的泵管后，若不及時(shí)調(diào)整測(cè)定參數(shù)，檢測(cè)揮發(fā)酚時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)峰高值降低、考核樣超出范圍、加標(biāo)回收率過(guò)高或過(guò)低，檢測(cè)準(zhǔn)確度降低、精密度下降等問(wèn)題。

2 實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)問(wèn)題的原因分析

2.1 試劑、溶劑有氣泡

氣泡的可壓縮性使液流產(chǎn)生脈動(dòng)并導(dǎo)致液流流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定。造成FIA系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾峰——空氣峰，在分析揮發(fā)酚流程中有加熱裝置時(shí)更容易產(chǎn)生空氣峰，導(dǎo)致基線或峰上突發(fā)噪聲影響分析結(jié)果。目前用超聲波對(duì)溶液除氣泡時(shí)，除泡效果不理想，基線不穩(wěn)定，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，并影響被分析物質(zhì)的峰形，造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確[1]。

2.2 流通池溶液pH值

樣品和磷酸在線蒸餾出物為酸性，需要通過(guò)鐵氰化鉀緩沖溶液調(diào)整溶液pH值，反應(yīng)生成醌物質(zhì)再與4-氨基安替比林在堿性條件下反應(yīng)。根據(jù)克拉科-魯布斯緩沖方程得知，到達(dá)流通池的溶液pH為9.8～10.2最適宜[2]。若超出這個(gè)范圍就會(huì)造成揮發(fā)酚的含量與峰的面積不再是二次曲線關(guān)系，就出現(xiàn)了測(cè)定結(jié)果比經(jīng)典方法高、回收率偏高的結(jié)果。

2.3 樣品到閥時(shí)間

樣品到閥時(shí)間是指采樣針得到程序指令，從清洗槽進(jìn)入樣品管開(kāi)始采樣計(jì)起，經(jīng)過(guò)蒸餾、萃取、冷凝、脫氣最終到達(dá)六通閥進(jìn)樣口的時(shí)間加和。到閥時(shí)間直接影響儀器響應(yīng)信號(hào)的大小，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差，準(zhǔn)確的到閥時(shí)間是獲得重現(xiàn)信號(hào)的前提，否則檢測(cè)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大偏差。在儀器更換泵管后，出現(xiàn)了響應(yīng)信號(hào)偏小、峰高和峰面積降低、峰形不符合正態(tài)分布的現(xiàn)象。

2.4 周期時(shí)間

周期時(shí)間即完成一個(gè)樣品全分析的單位時(shí)間，指采樣針得到程序指令，從清洗槽進(jìn)入樣品管開(kāi)始采樣計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)蒸餾、萃取、冷凝、脫氣、過(guò)閥、顯色并最終進(jìn)入檢測(cè)器比色的時(shí)間加合。

進(jìn)樣時(shí)間指采樣針在樣品管中吸取樣品的時(shí)間；清洗時(shí)間指在采樣針在清洗槽的停留清洗時(shí)間；裝載時(shí)間是指樣品充滿定量環(huán)所需的時(shí)間，注入時(shí)間是把定量環(huán)中的樣品注入到反應(yīng)模板的時(shí)間。

因?yàn)楫?dāng)前樣品的顯色反應(yīng)和下一個(gè)樣品的蒸餾預(yù)處理是重疊進(jìn)行的，所以周期時(shí)間≥進(jìn)樣時(shí)間+清洗時(shí)間，同時(shí)，周期時(shí)間≥裝載時(shí)間+注入時(shí)間。由表3可知：進(jìn)樣時(shí)間+清洗時(shí)間=130 s、裝載時(shí)間+注入時(shí)間=200 s，這兩個(gè)時(shí)間都比周期時(shí)間少的多。由美國(guó)LACHAT公司提供的時(shí)間參數(shù)設(shè)置可知，對(duì)于每一個(gè)樣品所花費(fèi)的周期時(shí)間需要300 s，見(jiàn)表1。隨著蠕動(dòng)泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，泵管疲勞泵效降低，檢測(cè)準(zhǔn)確度下降。

表1 揮發(fā)酚時(shí)間參數(shù) s

3 實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)問(wèn)題的對(duì)策研究

為確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確，所有實(shí)驗(yàn)樣品均用玻璃容器盛放，以消除塑料容器的污染。樣品采集完畢應(yīng)盡可能立即進(jìn)行分析，若不能則應(yīng)加1.5 ml/L硫酸調(diào)節(jié)pH值大于2，存儲(chǔ)于2～5℃的黑暗處，并在48 h內(nèi)完成分析。所有試劑在測(cè)量之前用0.45 μm的膜過(guò)濾，防止堵塞六通閥或傳輸管線。配制好的4-氨基安替比林溶液和鐵氰化鉀溶液于4℃冰箱保存，可使用5 d而不影響測(cè)定結(jié)果[3]。將冰水混合物保存在保溫桶內(nèi)，并且將冷凝器的入口和出口管線與被加熱的蒸餾試劑管線完全分開(kāi)，保持進(jìn)入冷凝器的水溫小于5℃。流動(dòng)注射測(cè)定揮發(fā)酚實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定，只有測(cè)定條件與儀器匹配，才能保證測(cè)定的精密度和準(zhǔn)確度。針對(duì)以上常見(jiàn)問(wèn)題，采取以下措施進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)：

3.1 試劑、溶劑氣泡的去除

采用氦氣代替超聲波對(duì)純水進(jìn)行脫氣處理，減少空氣峰，大大提高了分析結(jié)果的精密度、準(zhǔn)確度。超聲波儀每一次大約能除去12 L純水中的氣泡，耗時(shí)1.5 h，而改用氦氣后，12 L純水只需使用氦除氣管通入高壓氦氣1 min，極大地提高了時(shí)間效率，并且基線穩(wěn)定，降低了系統(tǒng)噪聲。

3.2 pH調(diào)節(jié)

鐵氰化鉀緩沖溶液的加入量變化通過(guò)改變泵管內(nèi)徑實(shí)現(xiàn)，為了確定合適的鐵氰化鉀緩沖溶液的泵管直徑，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定橙-橙泵管、紅-紅泵管的實(shí)際流量與理論相近，如表2所示：

表2 泵管流量實(shí)驗(yàn)

理論上揮發(fā)酚測(cè)定反應(yīng)的最佳pH值在9.8～10.2之間，流通池溶液應(yīng)調(diào)節(jié)到此范圍。通過(guò)選定pH值分別約為7、8、9的三種水樣與鐵氰化鉀緩沖溶液混合，分別用橙-黃泵管、橙-橙泵管、紅-紅泵管做實(shí)驗(yàn)，將到達(dá)流通池的管路接到一個(gè)容器內(nèi)，測(cè)量容器內(nèi)溶液pH值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出改用橙-橙泵管后到達(dá)流通池的溶液pH值正好落在9.8～10.2范圍內(nèi)。因此，泵管應(yīng)選用橙-橙泵管。

圖1 流通池溶液pH值對(duì)比

3.3 調(diào)整樣品到閥時(shí)間

將軟件中到閥時(shí)間設(shè)置為1 s，裝載時(shí)間為800 s，保持六通閥一直在裝載狀態(tài)。這時(shí)蒸餾樣品直接進(jìn)入反應(yīng)模板，而不是通過(guò)樣品閥注入。裝載狀態(tài)、注入狀態(tài)如圖2、圖3所示：

圖2 裝載狀態(tài)

圖3 注入狀態(tài)

將樣品針從自動(dòng)進(jìn)樣器上取下直接放入200 μg/L苯酚溶液中，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵開(kāi)始一個(gè)分析周期。當(dāng)信號(hào)開(kāi)始增加時(shí)，記錄下響應(yīng)信號(hào)的峰高值。然后將樣品針重新裝在自動(dòng)進(jìn)樣器上，在初始設(shè)置360 s到閥時(shí)間上加減10 s，開(kāi)始一個(gè)分析，當(dāng)響應(yīng)信號(hào)上的峰高值與到閥時(shí)間為1 s時(shí)的信號(hào)值一樣時(shí)，就可以確定其為樣品到達(dá)六通閥的時(shí)間。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)最終確認(rèn)到閥時(shí)間為350 s。

表3 到閥時(shí)間響應(yīng)信號(hào)比較

3.4 減少周期時(shí)間

通過(guò)分析六通閥的原理，在保證測(cè)定高含量的樣品不會(huì)對(duì)低含量的樣品檢測(cè)造成干擾的前提下，可以縮短周期時(shí)間。先將周期時(shí)間設(shè)定為280 s，做一個(gè)周期時(shí)間為280 s的干擾實(shí)驗(yàn)（如圖4）。在5組空白水樣分別加入100 μg/L的酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，由圖可見(jiàn)，5組標(biāo)準(zhǔn)樣品實(shí)測(cè)值范圍在98.1～101 μg/L之間，回收率在98.1%～101%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1%～1.9%，由此證明280 s的周期時(shí)間可行。在此基礎(chǔ)上可繼續(xù)縮短周期時(shí)間。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和觀察將周期時(shí)間設(shè)為200 s，可以完全將樣品注入到反應(yīng)模塊中比色測(cè)量。方法檢出限實(shí)驗(yàn)（使用2 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測(cè)定7次），結(jié)果見(jiàn)表4，精密度實(shí)驗(yàn)（用50 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差）、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)（采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品連續(xù)9次測(cè)定的相對(duì)誤差）結(jié)果見(jiàn)表5，證明周期時(shí)間由300 s改為200 s后，峰高響應(yīng)值基本持平，方法檢出限略有降低，準(zhǔn)確度、精密度有所提高，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)基本不變。

圖4 周期時(shí)間為280 s的干擾實(shí)驗(yàn)

表4 周期時(shí)間為200 s時(shí)方法檢出限實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 周期時(shí)間為200秒時(shí)方法精密度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（50 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液）

可見(jiàn)：修改周期時(shí)間后儀器運(yùn)行平穩(wěn)，方法檢出限、精密度、準(zhǔn)確度均符合要求。效果對(duì)比如圖5所示：

圖5 修改周期時(shí)間前后效果

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)采取對(duì)試劑過(guò)濾加氦氣除氣泡措施處理后，調(diào)節(jié)流通池pH為9.8～10.2，設(shè)置到閥時(shí)間和周期時(shí)間分別為350 s和200 s，分別對(duì)揮發(fā)酚的質(zhì)控樣品和實(shí)際樣品進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表6和表7。數(shù)據(jù)表明優(yōu)化后的方法質(zhì)控樣品和實(shí)際樣品加標(biāo)回收率均在98.2%～103%之間，不僅提高了檢測(cè)效率，而且精密度和準(zhǔn)確度均符合質(zhì)控要求[4-6]。

表6 揮發(fā)酚質(zhì)控樣品檢測(cè)結(jié)果

表7 實(shí)際水樣揮發(fā)酚加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

4.2 結(jié)論

用流動(dòng)注射法測(cè)定揮發(fā)酚過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)儀器使用狀況及時(shí)更換泵管，準(zhǔn)確調(diào)整pH值、到閥時(shí)間、測(cè)定周期時(shí)間等參數(shù)，去除樣品溶液、試劑中的氣泡干擾，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地分析目標(biāo)，大大提高檢測(cè)準(zhǔn)確度和精密度。

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