無組織排放鉻酸霧測定方法的研究

李煥峰

（山西省環(huán)境監(jiān)測中心站，山西 太原 030027）

引 言

鉻酸霧是指以氣霧狀態(tài)存在的鉻酸或可溶性鉻酸鹽，主要是由電鍍行業(yè)鍍鉻過程中產(chǎn)生大量氧氣、氫氣、鉻酸被帶出形成。鉻酸霧有致敏及刺激作用，長期暴露于鉻酸霧排放環(huán)境中的人群會出現(xiàn)流涕、鼻塞、嗅覺減退等癥狀，嚴(yán)重時可出現(xiàn)鼻中隔穿孔的現(xiàn)象。此外，還可引發(fā)人體咽喉炎、肺炎及過敏性哮喘等疾病。因此，對鉻酸霧排放濃度進行監(jiān)測有利于保障人體健康。

目前，國內(nèi)現(xiàn)行的關(guān)于鉻酸霧測定方法為固定污染源排氣中鉻酸霧的測定二苯基碳酰二肼分光光度法（HJ/T29-1999），該標(biāo)準(zhǔn)適用于固定污染源有組織排放和無組織排放的鉻酸霧測定，以六價鉻為基礎(chǔ)，以鉻酸計測定鉻酸霧。該方法操作簡單，使用方便快速，在實驗室得到普遍采用。但是，在日常的監(jiān)測分析工作中發(fā)現(xiàn)，該標(biāo)準(zhǔn)給出的方法檢出限較低。尤其是無組織排放鉻酸霧按照標(biāo)準(zhǔn)所述步驟進行測定時，不能達到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢出限。另外，該標(biāo)準(zhǔn)未對反應(yīng)酸度、溫度等進行規(guī)定。而有研究表明，反應(yīng)酸度、溫度等條件對測定結(jié)果具有影響。對此，本文對利用標(biāo)準(zhǔn)HJ/T29-1999進行無組織鉻酸霧測定時發(fā)現(xiàn)的主要問題及關(guān)鍵步驟作了相關(guān)研究與探討［1-2］。

1 方法原理

無組織排放的鉻酸霧用水吸收，在酸性條件下鉻酸中的六價鉻與二苯碳酰二肼作用，生成可溶性紫紅色化合物。該化合物的吸光度和六價鉻的濃度成正比，在540nm波長處用分光光度法測定。反應(yīng)式如式（1）。

2 實驗部分［3-4］

2.1 試劑與儀器

乙醇，95%；硫酸，ρ（H2SO4）＝1.84g/mL；鹽酸，ρ（HCl）＝1.19g/mL；丙酮；二苯碳酰二肼顯色劑；六價鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液：ρ（Cr6＋）＝1.00μg/mL。

除非另有說明，分析時均使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純試劑和蒸餾水。

2.2 實驗方法

1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：取7只10mL具塞比色管，分別加入1.00μg/mL六價鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00、0.50、1.00、2.00、5.00、8.00、10.00mL，加水定容至10mL，加入1.0mL配好的二苯碳酰二肼溶液，搖勻。放置10min后，于540nm波長處，用10mm比色皿，以蒸餾水為參比，測定吸光度。

2）樣品測定：用10mL U型玻板吸收管內(nèi)裝5.0mL蒸餾水采集樣品，測定時將吸收液全部轉(zhuǎn)入10mL具塞比色管，用5.0mL蒸餾水分2次沖洗吸收管，洗滌液并入具塞比色管中。其余按標(biāo)準(zhǔn)曲線步驟測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 二苯碳酰二肼顯色劑的選擇

目前，利用二苯碳酰二肼光度法測定鉻酸霧或六價鉻。二苯碳酰二肼顯色劑的配制方法主要有2種，即，以酒精或丙酮為溶媒，加入硫酸、鹽酸等各種酸提供反應(yīng)酸度。張玉琴等［1］認(rèn)為，丙酮為溶媒配制的二苯碳酰二肼顯色劑還原性小、穩(wěn)定性較差；以酒精為溶媒配制的二苯碳酰二肼顯色劑還原性強，在同樣的條件下保存時間長，加入顯色劑后要立即搖勻，使之迅速反應(yīng)顯色，以避免酒精使六價鉻還原為三價鉻而影響顯色。蘇文海［2］對6種酸（硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸、高氯酸、醋酸）體系配制的二苯碳酰二肼光度法測定六價鉻的影響進行了對比，實驗得出，鹽酸體系步驟簡單、分析速度快、易操作。

本文以酒精為溶媒加硫酸、以酒精為溶媒加鹽酸和以丙酮為溶媒加混合酸，配制了3種不同的二苯碳酰二肼顯色劑。其中，顯色劑Ⅰ（酒精為溶媒加硫酸）按照國標(biāo)HJ/T29-1999配制，顯色劑Ⅱ（酒精為溶媒加鹽酸）按照《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》配制；顯色劑Ⅲ（丙酮為溶媒加混合酸）按照晉麗麗等［3］的研究配制。將配制的3種顯色劑置于冰箱內(nèi)保存，每天測定一批空白值，每隔2d做1次校準(zhǔn)曲線，測定3種顯色劑的空白值、曲線斜率隨時間的變化情況，以檢驗相同條件下各種顯色劑的穩(wěn)定性及靈敏性。實驗時間共21d，實驗結(jié)果見圖1和圖2。結(jié)果可見，顯色劑Ⅰ的空白值在整個實驗期內(nèi)變化幅度均很小；顯色劑Ⅲ的空白值在2周內(nèi)變化較小，但2周后開始增大；顯色劑Ⅱ的空白值1周后便開始增大，目測顏色已變深（這與鹽酸易揮發(fā)有關(guān)），不能再使用。進而，以酒精為溶媒配制的顯色劑在穩(wěn)定性上要優(yōu)于以丙酮為溶媒配制的顯色劑，而且以加入硫酸保存為宜。另外，實驗期內(nèi)，顯色劑Ⅱ的曲線斜率均高于顯色劑Ⅰ和顯色劑Ⅲ，靈敏度較高；顯色劑Ⅰ次之。

綜合靈敏度及穩(wěn)定性研究結(jié)果，測定無組織鉻酸霧排放時，國標(biāo)HJ/T29-1999顯色劑Ⅰ最為適宜。

圖1 3種顯色劑空白值隨時間變化實驗

圖2 3種顯色劑曲線斜率隨時間變化實驗

3.2 反應(yīng)條件的選擇與控制

國標(biāo)HJ/T29-1999對二苯碳酰二肼測定無組織鉻酸霧排放方法：1）于25mL比色管中加入10mL標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、二苯碳酰二肼顯色劑，加蒸餾水稀釋至標(biāo)線，搖勻，放置10min，于波長540nm處進行比色測定；2）用U型玻板吸收管，內(nèi)裝5.0mL蒸餾水，采集無組織樣品。測定時，將吸收液全部轉(zhuǎn)入比色管，用10mL蒸餾水沖洗吸收管，按標(biāo)準(zhǔn)曲線步驟測定。

本研究認(rèn)為，1）無組織排放的鉻酸霧樣品一般濃度很低，若按上述方法進行采樣和測定，易出現(xiàn)因加入的蒸餾水體積過多而引起樣品未檢出的現(xiàn)象。所以，標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定，可采用10mL比色管中加入10mL標(biāo)準(zhǔn)溶液系列后加入適量二苯碳酰二肼顯色劑搖勻的方法。樣品的測定，可用U型玻板吸收管內(nèi)裝5.0mL蒸餾水采集，測定時將吸收液全部轉(zhuǎn)入比色管，用5.0mL蒸餾水沖洗吸收管，其余按標(biāo)準(zhǔn)曲線步驟測定。這樣，一方面，可以減少因加入多體積蒸餾水而引起的樣品未檢出現(xiàn)象；另一方面，省去了定容的步驟，有利于避免因定容過程中顯色劑的酒精使六價鉻還原為三價鉻而影響測定結(jié)果。2）國標(biāo)HJ/T29-1999中未對顯色溫度、顯色酸度等條件進行規(guī)定。而在其他研究中［4］認(rèn)為，六價鉻與二苯碳酰二肼反應(yīng)時，顯色酸度一般應(yīng)控制在 0.05mol/L～0.30mol/L（1/2H2SO4），以0.2mol/L時顯色最好；顯色溫度以15℃最佳。無組織排放的鉻酸霧樣品pH值基本相同，測定時的反應(yīng)酸度主要取決于顯色劑加入量，故應(yīng)對體積改變后顯色劑的加入量進行實驗。3）對于樣品采集有2種方法：用水作為吸收液吸收和用玻璃纖維濾膜采集后用水浸取。應(yīng)對2種采集方法進行比較。

3.2.1 顯色劑的加入量

以理論推算，要保證顯色時0.1mol/L～0.3mol/L的酸度要求，應(yīng)于10mL體系中加入0.4mL～1.2mL顯色劑Ⅰ。對此，我們對曲線各濃度點及標(biāo)準(zhǔn)樣品203343［質(zhì)量度（0.198±0.010mg/L）］中分別加入此范圍的顯色劑Ⅰ進行測定，測定結(jié)果見表1。表1可見，低濃度點，隨顯色劑加入量增多，吸光度變化范圍不是很大。當(dāng)Cr6＋加入量大于2.0μg后，顯色劑加入量過少（小于0.4mL），反應(yīng)不完全，吸光度變??；顯色劑加入量過多（大于1.2mL），酸度過高，使顯色減弱，吸光度變小。當(dāng)顯色劑加入量在0.8mL～1.2mL時，各濃度點的吸光值均較穩(wěn)定。故應(yīng)選擇加入1.0mL顯色劑Ⅰ。另外，配制顯色劑時要注意硫酸的質(zhì)量，當(dāng)酸純度不夠時，容易出現(xiàn)加入顯色劑后樣品溶液發(fā)黃的現(xiàn)象，從而影響測定。

表1 10mL體系中顯色劑Ⅰ加入量的選擇（吸光度）

3.2.2 顯色溫度的影響

對3種室溫下的實驗結(jié)果作了總結(jié)，并對在40℃水浴中顯色進行了實驗，結(jié)果見表2。溫度過高時，會使顯色減弱，測定結(jié)果偏低；常規(guī)室溫對顯色影響不大；樣品分析應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)曲線同一環(huán)境下測定。

表2 樣品顯色溫度實驗①

3.2.3 樣品采集方式選擇

鉻酸霧樣品采集有用水作為吸收液吸收和用玻璃纖維濾膜采集后用水浸取2種方法。比較相同條件下2種采集方法的空白值、空白加標(biāo)回收率和樣品測定值，結(jié)果見表3。玻璃纖維濾膜用水浸取后濁度大，影響比色測定，而且因濾膜質(zhì)量參差不齊，同一批次的濾膜空白值變化也很大，會使測定結(jié)果失真。用水作吸收液吸收時可避免此種結(jié)果發(fā)生，故無組織鉻酸霧排放樣品的采集以水溶液吸收為宜。

表3 2種鉻酸霧采集方法對比①

3.2.4 方法準(zhǔn)確度及檢出限

1）準(zhǔn)確度實驗

取203343（0.198±0.010mg/L）和 203342（71.5±4.3μg/L）2種不同質(zhì)量濃度的六價鉻標(biāo)樣，用加入1.0mL顯色劑Ⅰ的10mL體系方法對其進行加標(biāo)回收實驗，實驗結(jié)果見表4。結(jié)果顯示，回收率分別為98.2%和99.2%，符合回收率要求。

表4 加標(biāo)回收實驗 μg

2）方法檢出限

方法檢出限不僅與儀器的噪音有關(guān)，而且取決于樣品測定的整個環(huán)節(jié)，如，分析中所用試劑和水的空白、取樣量及測定條件的優(yōu)化等。計算分光光度法方法檢出限常用的方法有：1）國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）規(guī)定的用公式CL＝KSb/M計算。式中：CL為檢出限；Sb為空白標(biāo)準(zhǔn)偏差；M為方法的靈敏度；K為置信因子，一般取2或3。2）以扣除空白值后與0.01吸光度相對應(yīng)的濃度值為檢出限。

本研究，按照方法1）計算的無組織排放鉻酸霧測定檢出限為0.18μg/10mL；按照方法2）計算的無組織排放鉻酸霧測定檢出限為0.2μg/10mL；當(dāng)采樣體積為60L時，檢出限為0.003mg/m3。

4 結(jié)論

1）以酒精為溶媒加硫酸配制的二苯碳酰二肼顯色劑穩(wěn)定性強、靈敏度較高，適合無組織鉻酸霧排放的測定。

2）為減少因加入過多體積蒸餾水而引起的樣品未檢出現(xiàn)象，采集及測定無組織鉻酸霧排放應(yīng)減少蒸餾水的加入量，且宜用5.0mL～10.0mL蒸餾水采集，沖洗后全部用于測定分析。省去了國標(biāo)HJ/T29-1999中的定容步驟，有利于避免因定容過程中顯色劑的酒精使六價鉻還原為三價鉻對測定結(jié)果的影響。

3）10 mL體積的標(biāo)準(zhǔn)系列及樣品中加入顯色劑Ⅰ的體積以1.0mL左右為宜。另外，配制顯色劑時要注意硫酸的質(zhì)量，當(dāng)酸純度不夠時，容易出現(xiàn)加入顯色劑后樣品溶液發(fā)黃的現(xiàn)象，從而影響測定。

4）溫度過高時，會使顯色減弱、測定結(jié)果偏低；常規(guī)室溫對顯色影響不大；樣品分析應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)曲線同一環(huán)境下測定。

5）因玻璃纖維濾膜用水浸取后濁度太大，空白值高，常會使測定結(jié)果失真，而且鉻酸易溶于水，故無組織鉻酸霧排放樣品的采集以水溶液吸收為宜。

6）改進后的方法準(zhǔn)確度滿足規(guī)定要求；當(dāng)采樣體積為60L時，方法檢出限為0.003mg/m3。

［1］ 張玉琴.固定污染源排氣中鉻酸霧測定的主要影響因素分析［J］.遼寧化工，2010，39（3）：336-337.

［2］ 蘇文海.二苯碳酰二肼光度法測定水中六價鉻方法的改進［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2009，28（5）：77-78.

［3］ 晉麗麗，王 淇.測定水中六價鉻顯色劑配制方法的改進［J］.甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測，2003，9（16）：53-55.

［4］ 國家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.第4版.北京：中國環(huán)境出版社，2002.