單位波長(zhǎng)吸光度改變量-分光光度法優(yōu)化后用于減小濁度對(duì)廢水中Cr(Ⅵ)檢測(cè)結(jié)果的影響

吳鑒原，賴永忠，陸國(guó)永，郭 巖

汕頭市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，廣東 汕頭 515041

單位波長(zhǎng)吸光度改變量-分光光度法優(yōu)化后用于減小濁度對(duì)廢水中Cr(Ⅵ)檢測(cè)結(jié)果的影響

吳鑒原，賴永忠，陸國(guó)永，郭 巖

汕頭市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，廣東 汕頭 515041

對(duì)基于單位波長(zhǎng)吸光度變化幅度與被測(cè)物濃度間關(guān)系的單位波長(zhǎng)吸光度改變量-分光光度法進(jìn)行了優(yōu)化，使其在減小樣品濁度對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響方面的效果得到進(jìn)一步提高，以獲得更高準(zhǔn)確度的檢測(cè)結(jié)果。以570～590 nm擬合波長(zhǎng)段為例，篩選不同的參比波長(zhǎng)段，篩選依據(jù)主要為模擬濁度梯度樣品的檢測(cè)結(jié)果、回收率及其RSD。結(jié)果表明，當(dāng)參比波長(zhǎng)段分別為540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm和540～570 nm時(shí)，可獲得非常好的方法檢出限(1.0～1.6 μg/L)，加標(biāo)樣品結(jié)果具有良好的準(zhǔn)確度(回收率為79.8%～111%)、精密度(RSD為0.15%～32%)。

分光光度法；濁度；單位波長(zhǎng)吸光度改變量；Cr(Ⅵ)；優(yōu)化

日常工作中發(fā)現(xiàn)，樣品濁度給監(jiān)測(cè)結(jié)果帶來(lái)正干擾，部分未檢出的樣品，因水樣濁度問(wèn)題而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果為有檢出。因此，消除或減小濁度干擾非常重要，常見(jiàn)減小濁度影響的方法有堿性硫酸鋅共沉淀法[1-2]、濁度補(bǔ)償法[3-5]、離心沉淀法[2]、過(guò)濾法[5-6]、雙波長(zhǎng)法[6-7]、三波長(zhǎng)法[6,8]、多波長(zhǎng)法[5]、蒸餾法[9]、萃取法[10-11]等，其中雙波長(zhǎng)法、三波長(zhǎng)法、多波長(zhǎng)法，相對(duì)于其他方法具有簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需增加樣品前處理步驟和樣品數(shù)量，適合較多樣品的快速檢測(cè)。

郭巖等[5]建立了單位波長(zhǎng)吸光度改變量-分光光度法(ACW-S法)，并成功用廢水中Cr(VI)的監(jiān)測(cè)，與標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法中所用單波長(zhǎng)法相比，ACW-S法具有抗?jié)岫雀蓴_能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于含一定濁度的實(shí)際環(huán)境水樣，具有更好的準(zhǔn)確度，適用于常見(jiàn)廢水樣品的直接檢測(cè)，而無(wú)需樣品前處理。其主要分析步驟為選擇吸收峰范圍內(nèi)的某段波長(zhǎng)和對(duì)應(yīng)的吸光度，對(duì)波長(zhǎng)和吸光度進(jìn)行線性擬合得到擬合直線斜率，此斜率與一定濃度范圍內(nèi)的Cr(VI)成線性關(guān)系，以此定量原理用于分光光度法的定量分析。雖然ACW-S法具有較強(qiáng)的抗?jié)岫雀蓴_能力，但其抗?jié)岫雀蓴_能力需進(jìn)一步加強(qiáng)，以獲得更好的準(zhǔn)確度，本研究對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)參比波長(zhǎng)段進(jìn)行了篩選。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

UV-2450型紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本)，具有光譜掃描功能。Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)使用液：逐級(jí)稀釋100 mg/L Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液，得1.00 mg/L標(biāo)準(zhǔn)使用液。

顯色液：稱取0.200 g二苯碳酰二肼，溶入50 mL分析純丙酮，溶解后，再加入50 mL純水中，混勻。顯色液裝入棕色玻璃試劑瓶中，于陰涼處存放。使用時(shí)，每25mL樣品添加顯色液0.50 mL。

混合酸：50%的H2SO4、50%H3PO4等體積混合而成；使用時(shí)，每25 mL樣品添加混合酸0.50 mL。

所用試劑二苯碳酰二肼、H2SO4、H3PO4、HCl、NaOH等均為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定：取適量Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)使用液于25 mL比色管內(nèi)，用純水定容至刻度，得到Cr(Ⅵ)濃度分別為0.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100、200、300 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度系列，順序加入混合酸和顯色液；混勻顯色5min后測(cè)定吸收光譜(波長(zhǎng)范圍400～750 nm)(30 mm比色皿)，參比溶液為純水。

水樣測(cè)定：水樣測(cè)定采用單波長(zhǎng)法、ACW-S法，每個(gè)調(diào)節(jié)pH至中性的樣品，充分混勻后取25 mL于25 mL比色管中，其余步驟與標(biāo)準(zhǔn)曲線系列檢測(cè)步驟相同。25 mL水樣經(jīng)顯色后，部分用于直接檢測(cè)，部分經(jīng)中速濾紙過(guò)濾，濾液檢測(cè)結(jié)果用于衡量直接檢測(cè)樣品所用定量方法的準(zhǔn)確度。

1.3 抗?jié)岫饶芰y(cè)試

為了探討Cr(Ⅵ)測(cè)定方法在不同濁度水樣中的抗?jié)岫饶芰?，取天然渾濁樣品，?jīng)適量純水稀釋后得到含不同濁度梯度水平的水樣，稀釋倍數(shù)分別為2、4、10倍，濁度大小以顯色后樣品在750 nm處吸光度A750的大小進(jìn)行衡量。不同濁度水樣，按水樣測(cè)定步驟進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)分析Cr(Ⅵ)加標(biāo)濃度分別為10.0、20.0 μg/L的回收率，檢測(cè)方法為單波長(zhǎng)法、ACW-S法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

平均值間的差異顯著性利用Excel軟件中的“單因素方差分析”功能進(jìn)行分析，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 定量原理

圖1為ACW-S法定量原理示意圖。由圖1可見(jiàn)，隨著Cr(Ⅵ)濃度遞增，在吸收峰范圍內(nèi)，某波長(zhǎng)段波長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)吸光度的線性擬合曲線斜率(即為單位波長(zhǎng)的吸光度改變量)絕對(duì)值呈遞增趨勢(shì)[5]。

1～6實(shí)曲線表示Cr(Ⅵ)濃度分別為10.0、20.0、50.0、100、200、300 μg/L吸收光譜；7～12虛直線為某波長(zhǎng)段與對(duì)應(yīng)吸光度線性擬合曲線。

2.2 參考波長(zhǎng)段的篩選

文獻(xiàn)[5]報(bào)道了ACW-S法適用于六價(jià)鉻檢測(cè)的擬合波長(zhǎng)段有570～590 nm等共13段；本研究中，則以570～590 nm作為檢測(cè)波長(zhǎng)段的ACW-S法為例，探討不同參比波長(zhǎng)段在減小濁度干擾中的效果。參比波長(zhǎng)段的選擇范圍為吸收峰左側(cè)波長(zhǎng)段(540～660 nm)，為減少工作量，研究只對(duì)其中部分波長(zhǎng)段組合進(jìn)行研究。參比波長(zhǎng)段選擇規(guī)則參照文獻(xiàn)[5]中檢測(cè)波長(zhǎng)段的選擇規(guī)則，以5的整數(shù)倍波長(zhǎng)作為起始波長(zhǎng)和結(jié)束波長(zhǎng)，波長(zhǎng)跨度主要為6、11、16、21、26、31、36、41個(gè)波長(zhǎng)。例如，參比波長(zhǎng)段為540～545 nm、540～550 nm、540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm、540～575 nm、540～580 nm時(shí)，這些波長(zhǎng)段的開(kāi)始和結(jié)束波長(zhǎng)均為5的整數(shù)倍，每個(gè)波長(zhǎng)段所含波長(zhǎng)個(gè)數(shù)分別為6、11、16、21、26、31、36、41個(gè)。

篩選實(shí)驗(yàn)對(duì)象為含不同濁度梯度(樣品顯色后在750 nm處吸光度介于0.037～0.371)的模擬水樣，以這些水樣的加標(biāo)回收率介于70%～130%(加標(biāo)濃度10.0、20.0 μg/L)、回收率RSD≤30%為篩選條件，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果應(yīng)為未經(jīng)優(yōu)化ACW-S法所得結(jié)果的50%以內(nèi)。結(jié)果表明，符合篩選條件的參比波長(zhǎng)段有570～590 nm、540～550 nm、540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm 6段，后續(xù)實(shí)驗(yàn)則對(duì)這6段參比波長(zhǎng)段的ACW-S法實(shí)用性進(jìn)行探討。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線、方法檢出限、標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測(cè)

Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度配制范圍為0～300 μg/L，所得方法擬合曲線均有非常好的線性關(guān)系(r>0.999 0)；540～550 nm為參比波長(zhǎng)的除外，其余方法對(duì)應(yīng)方法檢出限介于0.8～1.7 μg/L，5.0 μg/L標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)水樣檢測(cè)結(jié)果RSD介于4.8%～12%(表1)。以540～550 nm為參比波長(zhǎng)段的ACW-S法，因測(cè)定低濃度標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)樣品時(shí)，所得結(jié)果RSD>30%，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)中不討論此參比波長(zhǎng)段。

表1 Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)曲線、標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)樣品分析結(jié)果

注：“ACW-S法”表示單位波長(zhǎng)吸光度改變量-分光光度法，“單波長(zhǎng)法”表示未經(jīng)濁度預(yù)處理的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，“—”表示無(wú)參比波長(zhǎng)或參比波長(zhǎng)段，下同；統(tǒng)計(jì)7個(gè)5.0 μg/L標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)水樣測(cè)得值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)，s的3.143倍作為方法檢出限。

對(duì)“水質(zhì) 六價(jià)鉻”標(biāo)準(zhǔn)樣品(批號(hào)：203342，保證值：71.5±4.3 μg/L)進(jìn)行檢測(cè)，所有ACW-S法結(jié)果介于69.2～70.2 μg/L，單波長(zhǎng)法結(jié)果為71.6 μg/L(表1)，所有方法所得結(jié)果RSD介于0.44%～2.9%。說(shuō)明這些方法用于檢測(cè)基體簡(jiǎn)單的樣品時(shí)，具有非常好的精密度。

2.5 環(huán)境水樣檢測(cè)

2.5.1 污水處理廠進(jìn)出水檢測(cè)

分別選擇汕頭市兩個(gè)典型的污水處理廠(A廠、B廠)進(jìn)水和出水進(jìn)行分析，其中A廠主要處理工業(yè)廢水，B廠處理廢水則主要為生活污水，由于A廠進(jìn)水的基體過(guò)于復(fù)雜，含有除濁度外的干擾，導(dǎo)致不能正常顯色，因此未在討論范圍。其他檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2、表3，其中表2為B廠進(jìn)水分析結(jié)果，表3為A廠、B廠出水分析結(jié)果。

表2 污水處理廠進(jìn)水中Cr(Ⅵ)濃度檢測(cè)結(jié)果(n=3)

注：a、b分別表示加標(biāo)濃度為10.0、20.0 μg/L，下同。

表2中，B廠進(jìn)水采用單波長(zhǎng)法檢測(cè)時(shí)，結(jié)果為29.7 μg/L，加標(biāo)回收率為43.5%～55.4%；而未經(jīng)校正和經(jīng)校正ACW-S法結(jié)果為4.5 μg/L和未檢出(-1.4～0.2 μg/L)，均顯著小于單波長(zhǎng)法結(jié)果(P<0.05)；參比波長(zhǎng)段為540～555 nm的ACW-S法所得結(jié)果顯著小于未經(jīng)校正的ACW-S法(P<0.05)，另外3組參比波長(zhǎng)段所得結(jié)果則無(wú)顯著差異(P>0.05)。經(jīng)校正ACW-S法在污水處理廠進(jìn)水監(jiān)測(cè)中，本底樣品和部分加標(biāo)樣品檢測(cè)結(jié)果RSD絕對(duì)值較大，推測(cè)為樣品所含較大顆粒物所致，他們的存在使水樣在參比波長(zhǎng)段的吸收光譜呈明顯鋸齒狀，導(dǎo)致擬合直線斜率重復(fù)性較差，從而影響方法的重復(fù)性。因此，建議對(duì)含明顯顆粒物的樣品，經(jīng)適當(dāng)沉淀后再行檢測(cè)。

表3 污水處理廠出水中Cr(Ⅵ)濃度檢測(cè)結(jié)果(n=3)

由表3可知，對(duì)于濁度較大的A廠出水，經(jīng)參比波長(zhǎng)校正ACW-S法所得結(jié)果介于2.4～2.7 μg/L，非常接近方法檢出限(1.0～1.6 μg/L)，顯著低于未經(jīng)參比波長(zhǎng)校正的ACW-S法(7.2 μg/L)和單波長(zhǎng)法(19.1 μg/L)(P<0.05)。對(duì)于B廠出水，因其濁度較低，所有ACW-S法結(jié)果均在方法檢出限附近，校正前后結(jié)果間無(wú)顯著性差異(P>0.05)，但所有ACW-S法結(jié)果(1.5～2.1 μg/L)均顯著低于單波長(zhǎng)法結(jié)果(5.7 μg/L)(P<0.05)。

B廠進(jìn)水加標(biāo)樣品，所有ACW-S所得加標(biāo)回收率和對(duì)應(yīng)RSD分別介于79.8%～94.4%、2.4%～32%；A廠、B廠出水加標(biāo)樣品，所有ACW-S所得加標(biāo)回收率和對(duì)應(yīng)RSD分別介于88.8%～107%、0.67%～16%，說(shuō)明樣品無(wú)明顯負(fù)干擾，試驗(yàn)過(guò)程的精密度良好、數(shù)據(jù)可靠。這些樣品采用單波長(zhǎng)法所得結(jié)果已為明顯檢出水平，但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，樣品顯色后并無(wú)紫紅色特征產(chǎn)物生成，因此檢測(cè)結(jié)果應(yīng)為未檢出?？梢?jiàn)經(jīng)參比波長(zhǎng)段校正的ACW-S法，用于污水處理廠廢水中Cr(Ⅵ)檢測(cè)時(shí)，具有更高的準(zhǔn)確度。

2.5.2 工業(yè)廢水檢測(cè)

選擇外觀為微濁的工業(yè)廢水作為檢測(cè)對(duì)象，同時(shí)檢測(cè)其加標(biāo)回收率(加標(biāo)濃度為100 μg/L)，以檢驗(yàn)經(jīng)優(yōu)化后ACW-S法的準(zhǔn)確度。因廢水含有Cr(Ⅵ)，為衡量研究方法的準(zhǔn)確度，顯色后部分樣品經(jīng)中速濾紙過(guò)濾，校正后ACW-S法檢測(cè)濾液所得結(jié)果作為其他方法準(zhǔn)確度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果如表4所示。所有方法所得廢水結(jié)果RSD介于0.15%～1.9%，回收率介于93.5%～111%，說(shuō)明樣品無(wú)明顯負(fù)干擾，且試驗(yàn)過(guò)程精密度非常好、數(shù)據(jù)可靠。

表4 微濁工業(yè)廢水中Cr(Ⅵ)濃度檢測(cè)結(jié)果(n=3)

注：加標(biāo)濃度為100 μg/L，25 mL樣品顯色后經(jīng)充分混勻，部分用于直接檢測(cè)，部分經(jīng)中速濾紙過(guò)濾獲得濾液，濾液用于檢測(cè)。

由表4可以看出，具有肉眼可見(jiàn)濁度的微濁樣品，顯色后單波長(zhǎng)法直接測(cè)得Cr(Ⅵ)濃度為172.7 μg/L，濾液中則含138.3 μg/L，可見(jiàn)樣品所含濁度導(dǎo)致結(jié)果偏高34.4 μg/L，增加了19.9%。然而，顯色后樣品經(jīng)中速濾紙過(guò)濾后，濾液在750 nm后的吸光度仍有0.010～0.012，可見(jiàn)過(guò)濾并不能完全消除產(chǎn)生濁度的干擾物。顯色后濾液采用未經(jīng)參比波長(zhǎng)段校正的ACW-S法測(cè)得133.9 μg/L，校正后ACW-S法所得結(jié)果介于131.1～132.0 μg/L，ACW-S法校正前后所得結(jié)果間無(wú)顯著性差異(P>0.05)，而所有ACW-S法所得結(jié)果均顯著低于單波長(zhǎng)法結(jié)果(138.3 μg/L，P<0.05)。

當(dāng)樣品直接檢測(cè)時(shí)，未經(jīng)校正的ACW-S法測(cè)得135.6 μg/L，顯著高于校正后的ACW-S法結(jié)果(125.8～126.3 μg/L，P<0.05)，與濾液采用未經(jīng)校正ACW-S法所得結(jié)果133.9 μg/L間無(wú)顯著差異(P>0.05)。在直接測(cè)定結(jié)果與濾液結(jié)果間，相同參比波長(zhǎng)段結(jié)果間均存在顯著性差異(P<0.05)，相對(duì)于濾液中結(jié)果，直接檢測(cè)結(jié)果均值低了3.66%～4.70%，以5%作為相對(duì)誤差的允許限值進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)參比波長(zhǎng)段校正后ACW-S法的準(zhǔn)確度是可靠的。

3 結(jié)語(yǔ)

環(huán)境水體日常監(jiān)測(cè)中，可能因帶有輕微的顏色和濁度而導(dǎo)致Cr(Ⅵ)結(jié)果偏高，在不含Cr(Ⅵ)的廢水中，上述正干擾將導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)定性失誤。與標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)方法所用的單波長(zhǎng)-分光光度法相比，文獻(xiàn)[5]建立的單位波長(zhǎng)吸光度改變量-分光光度法(ACW-S法)用于監(jiān)測(cè)環(huán)境廢水中Cr(Ⅵ)，具有更好的準(zhǔn)確度和精確度，特別是針對(duì)有一定濁度的環(huán)境水樣。本研究對(duì)ACW-S法進(jìn)行優(yōu)化，因文獻(xiàn)[5]報(bào)道的適用于ACW-S法的檢測(cè)波長(zhǎng)段較多，因此只對(duì)570～590 nm檢測(cè)波長(zhǎng)段進(jìn)行探討，篩選了用于進(jìn)一步扣除濁度影響的參比波長(zhǎng)段(540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm)。結(jié)果表明，經(jīng)參比波長(zhǎng)段校正后的ACW-S法具有更高的準(zhǔn)確度，適合推廣使用。當(dāng)實(shí)際樣品濁度過(guò)高時(shí)，可經(jīng)適當(dāng)沉淀或稀釋后，再用優(yōu)化后的ACW-S法進(jìn)行定量分析。

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Effect Elimination of Turbidity on Cr(Ⅵ) in Waste Water by Optimized Absorbance Change per Wavelength Spectrophotometry

WU Jianyuan，LAI Yongzhong，LU Guoyong，GUO Yan

Shantou Environmental Monitoring Station，Shantou 515041，China

In the rise or fall band of absorption peaks of analyte or its reaction products, the relationship between analyte concentration and absorbance change per wavelength was established to determine analyte by absorbance change per wavelength spectrophotometry. This method was optimized to eliminate the effect of turbidity on Cr(Ⅵ) in waste water, and get better accuracy of dectecion results. The range of wavelengths at 570-590 nm, was used as measuring wavelength range, and reference wavelength ranges were screened based on better precision and accuracy of simulated samples with different turbidities. Results showed that 540-555 nm, 540-560 nm, 540-565 nm, and 540-570 nm could be used as reference wavelength ranges, and optimal detect limits were 1.0-1.6 μg/L. Recoveries andRSDof wastewaters spiked with 10.0 and 20.0 μg/L Cr(Ⅵ) were 79.8%-111% and 0.15%-32%.

spectrophotometry；turbidity；absorbance change per wavelength；Cr(Ⅵ)；optimization

2015-09-12；

2015-10-22

吳鑒原(1981-)，男，廣東南澳縣人，大學(xué)本科，工程師。

賴永忠

X830.2

A

1002-6002(2016)06- 0095- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.15