連續(xù)流動-分光光度法測定地表水中揮發(fā)酚和總氰化物

薛 慧 李銀賀 宮 博 李高衛(wèi) 盧 斌 劉 康 呂亞倩

(北京海光儀器有限公司，北京 100015)

前言

揮發(fā)酚和氰化物是兩種當(dāng)前水環(huán)境的主要污染物質(zhì)，也是我國水質(zhì)行業(yè)常規(guī)監(jiān)測項目，這兩種物質(zhì)在天然水體中含量極少，主要來自焦化、煤氣制造、石油精煉、冶金、電鍍等工廠排放的廢水[1-2]。

揮發(fā)酚為原生質(zhì)毒，屬高毒物質(zhì)。人體攝入一定量時，可出現(xiàn)急性中毒癥狀；長期飲用被酚污染的水，可引起頭昏、出疹、瘙癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。水中含有酚類，直接影響飲用和水產(chǎn)養(yǎng)殖。水中含低濃度酚(0.1～0.2 mg/L)時，可使生長魚的魚肉有異味；含酚為1 mg/L，可影響魚的產(chǎn)卵和回游，或產(chǎn)生“回避”行為；高濃度(大于5 mg/L)時則造成魚中毒死亡。含酚濃度高的廢水用于農(nóng)田灌溉，會使農(nóng)作物枯死或減產(chǎn)。《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定Ⅴ類地表水水質(zhì)限值為0.1 mg/L[3]。國內(nèi)外測定揮發(fā)酚的方法主要有4-氨基安替比林分光光度法[4]、流動注射-4氨基安替比林分光光度法[5]和連續(xù)流動分析法[6-8]。

總氰化物包括毒性極強(qiáng)的簡單氰化物和毒性較小的絡(luò)合氰化物。其中，簡單氰化物對人體危害極大，可引起急性中毒，也可造成慢性中毒。其口服的致死量，一般認(rèn)為口服氰化鉀(或納)致死量為1～2 mg/kg，由此可見氰化物對人體危害之甚。除此之外，氰化物對水生生物也有很大毒性(氰化物允許量蟲類≤0.1 mg/L、微生物≤0.3 mg/L、魚類≤0.3～0.5 mg/L)?！兜乇硭h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定Ⅴ類地表水水質(zhì)限值為0.2 mg/L[3]。國內(nèi)外測定氰化物的方法主要有容量法和分光光度法[9]、流動注射-分光光度法[10]和連續(xù)流動分析法[11-13]。

在上述方法中，手動檢測速度慢，工作強(qiáng)度大，耗時長，且試劑的頻繁操作對檢測人員危害很大。隨著儀器自動化技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)流動分析法已成功且廣泛地用于水中揮發(fā)酚和總氰化物的測定。這種方法可批量測試樣品，且分析速度快、樣品和試劑用量少、操作簡便，具有高的靈敏度和低的檢出限[14]。筆者利用連續(xù)流動法測定地表水中揮發(fā)酚和總氰化物的含量，選用的是北京市門頭溝區(qū)永定河水。結(jié)果表明，永定河河水在檢測河段未受揮發(fā)酚和氰化物的污染，同時利用該法得到的測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可廣泛應(yīng)用于地表水中上述項目的分析。

1 方法原理

1.1 連續(xù)流動分析儀工作原理

連續(xù)流動分析儀是利用蠕動泵將空氣、試樣和試劑分別吸引到已確定的密閉流路中，樣品與試劑按照特定的順序和比例混合，通過蒸餾、消解等反應(yīng)，待反應(yīng)平衡后進(jìn)入流通池進(jìn)行光度檢測，進(jìn)而根據(jù)朗伯-比爾定律測定樣品中待測物的含量。

1.2 化學(xué)反應(yīng)原理

揮發(fā)酚：樣品與蒸餾試劑磷酸溶液混合后蒸餾生成的酚氣體用氫氧化鈉吸收液吸收，在pH=10.0±0.2條件下，在鐵氰化鉀存在下，與4-氨基安替吡啉生成橙紅色的安替吡啉染料，在505 nm波長下檢測其吸光度。

總氰化物：樣品與消解試劑混合經(jīng)在線紫外消解和加熱蒸餾后生成氰化氫氣體，用氫氧化鈉吸收液吸收該氣體。在pH=3.8條件下，氰化物與氯胺T作用生成氯化氰，然后與異煙酸反應(yīng)，經(jīng)水解而成戊烯二醛，最后再與巴比妥酸作用生成紫藍(lán)色化合物，在600 nm波長下檢測其吸光度。

2 實驗部分

2.1 主要儀器

HGCF-200型連續(xù)流動分析儀(北京海光儀器有限公司)；水冷循環(huán)儀(北京海光儀器有限公司)；超純水機(jī)(北京歷元儀器設(shè)備有限公司)。

2.2 試劑

在測試中若未做特別說明，均使用分析純試劑。配制試劑所用的水必須為去離子水或蒸餾水。所有試劑若未做特別說明，均需在測試完畢后放入冰箱冷藏。儲存容器若未做特別說明，可儲存于塑料瓶或玻璃瓶。

揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液(即苯酚溶液)，來源于國家環(huán)保部，規(guī)格為500 mg/L，20 mL/瓶。

氰化物標(biāo)準(zhǔn)溶液，購自中國計量科學(xué)研究院，規(guī)格為50 mg/L，20 mL/瓶。

鹽酸、磷酸為優(yōu)級純，其它試劑均為分析純；所有藥品均購自于國藥集團(tuán)。

2.3 試劑配制

揮發(fā)酚試劑：

1)鐵氰化鉀：溶解0.5 g鐵氰化鉀，1.55 g硼酸，0.88 g氫氧化鈉，1.875 g氯化鉀至300 mL水中，用水定容至500 mL，混勻，然后用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至10.1±0.1，最后加入1 mL聚氧乙烯月桂醚(Brij，3%)，混勻。儲存于棕色塑料瓶。

2)4-氨基安替吡啉：溶解0.5 g 4-氨基安替吡啉至300 mL水中，用水定容至500 mL，混勻。儲存于棕色瓶中。

3)磷酸(10%)：取62.5 mL磷酸到300 mL水中，用水定容至500 mL，混勻。

4)NaOH(0.01 mol/L)：溶解0.2 g NaOH到300 mL水中，用水定容至500 mL，混勻，儲于塑料瓶中。

5)聚氧乙烯月桂醚(Brij，3%)：溶解30 g Brij于600 mL水中(60 ℃熱水浴)，冷卻至室溫后定容至1 L，混勻。

6)揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(1 mg/L)：用NaOH溶液(0.01 mol/L)逐級稀釋揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液成標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(1 mg/L)。

總氰化物試劑：

1)緩沖溶液：溶解9.2 g氫氧化鈉、82 g鄰苯二甲酸氫鉀于800 mL水中，用水定容至1 L，混勻，用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到5.2±0.1，最后加入1 mL Brij(3%)，混勻。

2)氯氨T：溶解1.0 g氯氨T于300 mL水中，用水定容至500 mL，混勻。

3)顯色試劑：溶解4.4 g氫氧化鉀、8.4 g異煙酸、6.8 g 1,3-二甲基巴芘妥酸于300 mL水中，冷卻至室溫后用水定容至500 mL，混勻。最后用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至5.2±0.1。

4)消解試劑：溶解42 g檸檬酸、8 g氫氧化鈉、20 g N-雙甘氨肽于800 mL水中，加入2.5 mL濃鹽酸，用水定容至1 L，混勻，用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至3.8。

5)Brij(3%)：溶解30 g Brij于600 mL水中，定容至1 L，混勻。

6)NaOH(0.01 mol/L)：溶解0.4 g NaOH到800 mL水中，用水定容至1 L，混勻。

7)總氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(1 mg/L)：用NaOH溶液(0.01 mol/L)稀釋總氰化物標(biāo)準(zhǔn)溶液成標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(1 mg/L)。

2.4 實驗方法

2.4.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)系列：分別移取1、2、4、6、8、10 mL揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(1 mg/L)于不同的100 mL容量瓶中，用NaOH(0.01 mol/L)定容，搖勻，備用(相應(yīng)濃度分別為10.00、20.00、40.00、60.00、80.00、100.00 μg/L)。

總氰化物配制濃度及方法同上。

2.4.2儀器工作條件

蠕動泵泵速：12 r/min；波峰間距230 s；實驗波長：揮發(fā)酚505 nm，總氰化物600 nm；加熱溫度：揮發(fā)酚135 ℃，總氰化物145 ℃/37 ℃；取樣時間90 s；清洗時間140 s；積分時間：揮發(fā)酚20 mg，總氰化物10 ms；計算方法：峰高法。

2.4.3樣品測定方法

按照順序依次打開電腦、自動進(jìn)樣器、化學(xué)反應(yīng)單元、冷卻循環(huán)水等電源開關(guān)，打開操作軟件。

設(shè)定揮發(fā)酚和總氰化物對應(yīng)的儀器條件，生成新的流程文件，并輸入標(biāo)準(zhǔn)系列的數(shù)目及其濃度值，樣品個數(shù)、樣品重復(fù)測量次數(shù)等參數(shù)。設(shè)定好加熱溫度，當(dāng)溫度達(dá)到100 ℃后，將所有試劑管放入去離子水中，啟動蠕動泵。在基線穩(wěn)定后，根據(jù)流程文件順序，依次測定標(biāo)準(zhǔn)系列和樣品溶液。

分析結(jié)束后，泵入去離子水約20 min，沖洗管路。然后將所有泵管放在空氣中，直至管路中液體全部排空。停止泵，松開泵管壓塊，依次關(guān)閉各部件電源。

3 結(jié)果與討論

3.1 線性相關(guān)系數(shù)

依次測定揮發(fā)酚和總氰化物標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程與線性相關(guān)系數(shù)

實驗結(jié)果表明，揮發(fā)酚和總氰化物在10～100 μg/L濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

3.2 精密度與方法檢出限

分別以濃度為50 μg/L的揮發(fā)酚和總氰化物標(biāo)準(zhǔn)溶液為測試對象，進(jìn)行7次重復(fù)測定，計算兩者精密度(用測定濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD表示)(表2)。分別測定揮發(fā)酚和總氰化物2 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液10次，根據(jù)USEPA法MDL=t(n-1,0.99)·S計算檢出限(表3)。其中t(n-1,0.99)為置信度99%，自由度為n-1時的t值，n為重復(fù)測定的樣品數(shù)。在99%的置信區(qū)間，t(9,0.99)=2.82。S為重復(fù)測定10次的標(biāo)準(zhǔn)偏差[1]。

表2 精密度實驗

由表2可知，連續(xù)流動法分析揮發(fā)酚和總氰化物標(biāo)準(zhǔn)樣品，精密度均小于1%，重現(xiàn)性較好，符合水質(zhì)監(jiān)測實驗室質(zhì)量控制的要求。

表3 方法的檢出限實驗

由表3可知，兩者的方法檢出限均低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

3.3 準(zhǔn)確度實驗

準(zhǔn)確度常用來衡量一個特定分析程序所獲得的分析結(jié)果與真值之間的符合程度，它是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)，決定著分析結(jié)果的可靠性。準(zhǔn)確度用絕對誤差或相對誤差表示，絕對誤差或相對誤差越小，準(zhǔn)確度越高[15]。對國家環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的不同揮發(fā)酚、總氰化物標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。

表4 揮發(fā)酚、總氰化物標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定結(jié)果

由表4可知，不同標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定值均在真值范圍內(nèi)，相對誤差小，準(zhǔn)確度高，重復(fù)測定7次的平行性好，可見用該方法具有較高的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。

3.4 實際樣品測定與加標(biāo)回收實驗

門頭溝區(qū)永定河被譽為母親河，為考量其水質(zhì)狀況，特取永定河上、下游河段的河水進(jìn)行分析。用氫氧化鈉稀溶液定容樣品，在測定樣品的同時，于同一樣品的子樣中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測定，計算加標(biāo)回收率[16]，結(jié)果見表5。

由表5可知，用連續(xù)流動法測定實際樣品中的揮發(fā)酚和總氰化物，加標(biāo)回收率為92.6%～105%，在濃度<0.05 mg/L的監(jiān)測范圍內(nèi)，測定結(jié)果符合加標(biāo)回收率85%～115%的要求[17]。

表5 實際樣品及加標(biāo)回收結(jié)果

4 結(jié)論

實驗證明：1)門頭溝區(qū)永定河取樣點水質(zhì)未受揮發(fā)酚和總氰化物的污染；2)連續(xù)流動-分光光度法測定地表水中揮發(fā)酚和總氰化物的標(biāo)準(zhǔn)曲線良好，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 7；重現(xiàn)性好，精密度分別為0.75%和0.65%；檢出限低，分別為0.16 μg/L和0.28 μg/L，滿足儀器檢測要求；樣品測量值分別滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類地表水水質(zhì)限值為0.1 mg/L和0.2 mg/L的要求；準(zhǔn)確度高，均在真值范圍內(nèi)；加標(biāo)回收率高，在92.6%～105%，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。3)連續(xù)流動-分光光度法分析速度快、試劑消耗量少、可批量檢測，減少了試劑對操作人員的傷害。適用于地表水中揮發(fā)酚和總氰化物的測定。