微型光電傳感器的水質自動監(jiān)測儀測定鐵

王琳 李鐵林 曾健華 李麗和 黎寧 卜秋榮

摘 ?????要： 建立了基于光電傳感器的水質自動監(jiān)測儀，對檢出限、精密度、準確度、量程范圍、零點漂移等性能指標進行測試，同時測試標準樣品、實際水樣及加標回收率。結果表明，各項性能指標均滿足儀器測試要求;標準樣品測定值在保證值范圍內，水樣的加標回收率為99.5%～108%。該儀器及其監(jiān)測方法可用于環(huán)境突發(fā)事件的預警、應急監(jiān)測和在線監(jiān)測等領域。

關 ?鍵 ?詞：鐵;微型光電傳感器;自動監(jiān)測

中圖分類號：TQ911; X853; X505 ????文獻標識碼： A ????文章編號： 1671-0460（2019）08-1740-04

Abstract： The determination method of iron in water by the automatic monitor with photoelectric sensor was established. The performance indexes of the method including the detection limit， precision， accuracy， measurement range and zero drift were tested. The standard sample and actual water sample were determined by the method， and the standard recovery rate was tested. The results indicated that all the performance indexes met the requirements of instrument testing， the laboratory test result of iron certified reference material was in the permission range， the recoveries of water samples ranged from 99.5% to 108%.The miniature photoelectric automatic monitoring instrument and the determination method are suitable for early warning， emergency monitoring and on-line monitoring of environmental emergencies.

Key words： iron; miniature photoelectric sensor; automatic monitoring

鐵在地殼中的含量非常高，是動物維持生命和生長發(fā)育所必需的微量元素之一[1]，同時也是人體內含量最多的必需微量元素[2]。鐵在水質中主要以可溶態(tài)和不可溶態(tài)存在，其中可溶態(tài)鐵對環(huán)境的變化比較敏感，水質中的Fe2+和 Fe3+有很強的水解能力[3]。在以稻米為主要營養(yǎng)和能量補給的亞洲地區(qū)，患有鐵元素缺乏癥的人數(shù)日漸增長[4]，而過量攝入鐵元素又可能導致血清鐵蛋白（serum ferritin）的異常升高[5]，并可能增加促成2型糖尿病的風險[6]。環(huán)保部門為了準確高效地了解地表水及企業(yè)排放廢水中的鐵含量，出臺了很多有效的方案或規(guī)定，并頒布實施標準及技術規(guī)范。自動監(jiān)測儀器[7]使環(huán)保部門在水污染預警和應急監(jiān)測方面得到快速響應并能及時處置突發(fā)事件，為環(huán)保部門了解河流水質變化及企業(yè)在線檢測排污口水質濃度提供硬件支撐及關鍵技術[8]。

目前水質中鐵的分析方法主要有分光光度法等實驗室方法[9-12]。這些標準的實驗方法存在試劑配制復雜、實驗時間過長、操作麻煩、數(shù)據(jù)處理繁瑣等缺點，不能滿足應急監(jiān)測必須快速響應的要求。而光電傳感器具有非接觸、反應快、精度高、可靠性高、可測參數(shù)多、形式靈活等優(yōu)點，在自動監(jiān)測技術中已得到廣泛的應用[13]。

本文利用基于微型光電傳感器的LFS-2002（Fe）水質自動監(jiān)測儀測定水質中的鐵含量，該儀器攜帶方便、操作簡單、樣品分析時間短，可用于應急監(jiān)測和在線監(jiān)測等領域。

1 ?實驗部分

1.1 ?主要儀器和試劑

儀器：LFS-2002（Fe）水質自動監(jiān)測儀，移液管，試劑瓶。主要試劑：鐵標準樣品（環(huán)境保護部標準樣品研究所，100 mg·L-1），濃硝酸（GR），鹽酸羥胺（GR），鄰菲羅啉（AR）。

1.2 ?儀器工作原理

LFS-2002（Fe）水質自動監(jiān)測儀測試鐵的工作原理如圖1所示。儀器通過柱塞泵以非接觸方式進行采樣，在適當?shù)臏囟认?，采集的樣品在一體化消解/檢測池中通過消解液進行消解，使樣品中的化合態(tài)鐵元素全部轉化為離子態(tài)鐵，調節(jié)溶液的pH值，在一定的條件下用鹽酸羥胺將高價鐵還原為Fe2+，在pH值為4～5條件下，F(xiàn)e2+與鄰菲羅啉生成穩(wěn)定的橙紅色絡合物，根據(jù)鄰菲啰啉分光光度法[14]在510 nm處檢測出吸光度值Ar，由標準曲線及Ar值計算出鐵的濃度。

1.3 ?實驗過程

選取A量程：0～1 mg·L-1 和B量程：0～100 mg·L-1，分別繪制標準工作曲線，對儀器的檢出限、精密度、準確度、量程范圍、零點漂移、有證標準樣品及實際水質樣品、加標回收率[15]等進行測試，樣品測試周期為30 min。

1.4 ?標準曲線繪制

按照儀器標準曲線的繪制要求，A量程分析鐵標準溶液分別為0.00、0.25、0.50、0.75、1.00 mg·L-1的標準系列，B量程分析鐵標準溶液分別為0.00、25.0、50.0、75.0、100.0 mg·L-1的標準系列，以吸光度值Ar為縱坐標，對應的鐵標準溶液濃度為橫坐標，繪制鐵標準曲線，分別見圖2和圖3。A量程回歸方程的線性相關系數(shù)為0.999 3，B量程回歸方程的線性相關系數(shù)為0.999 1，線性關系均滿足分析方法要求。

2 ?實驗結果與討論

2.1 ?檢出限

儀器按照樣品分析的全部步驟，重復7次測定濃度為0.03 mg·L-1的鐵標準溶液，7次測試結果的平均值為x=0.027 3 mg·L-1，標準偏差為S=0.000538，儀器的檢出限定義為3倍標準偏差，因此該儀器的檢出限LDOD=3×S=0.001 6 mg·L-1，滿足儀器考核指標中檢出限（0.01 mg·L-1）的質量控制要求。

2.2 ?精密度

用儀器重復6次測定濃度分別為A量程（0.50 mg·L-1）和B量程（50.0 mg·L-1）的鐵標準溶液，根據(jù)測定結果計算平均值、標準偏差、相對標準偏差，測定結果見表1。精密度以相對標準偏差來判定，由表1可見，儀器在A、B量程的精密度分別為0.45%和0.65%，兩者均滿足儀器考核指標中精密度（≤5%）的質量控制要求。

2.3 ?準確度

用儀器重復7次測定濃度分別為A量程（0.20、0.80 mg·L-1）和B量程（20.0、80.0 mg·L-1）的鐵標準溶液，根據(jù)測定結果計算平均值及其相對誤差，測定結果見表2。準確度以最大相對誤差來判定，由表2可見，儀器在A、B量程的準確度為分別為7.85%和-2.15%，兩者均滿足儀器考核指標中準確度（-10%～10%）的質量控制要求。

2.4 ?量程范圍

對B量程上限值100%的鐵標準溶液（100.0 mg·L-1）連續(xù)測定7次，根據(jù)測定結果計算平均值、相對標準偏差（精密度）及平均值與標準溶液濃度的相對誤差（準確度）來檢驗儀器是否能夠滿足量程范圍的要求，結果見表3。由表3可見，儀器在B量程上限值100%的鐵標準溶液（100.0 mg·L-1）測試下，精密度為0.67%，準確度為-5.58%，滿足儀器測試中精密度（≤5%）和準確度（-10%～10%）的質量控制要求。

2.5 ?零點漂移

用儀器3倍檢出限的鐵標準溶液（0.03 mg·L-1）作為零點校準液，連續(xù)重復測定24次（1次/h）。根據(jù)測定結果計算相對誤差，并以準確度來判定零點漂移，結果見表4。由表4可見，儀器在A量程零點漂移的準確度為-4.67%，滿足測試中準確度（-10%～10%）的質量控制要求。

2.6 ?樣品測試及加標回收率試驗

對標準值為（0.646 ±0.031）mg·L-1的鐵標準樣品及兩個水質樣品的質量濃度和加標回收率進行測定分析，測定結果分別見表5和表6。

結果表明，鐵標準樣品及兩個水質樣品的相對標準偏差（RSD）分別為0.52%、4.16%和2.44%，滿足儀器測試中精密度（≤5%）的質量控制要求;加標回收率為99.5%～108%，滿足儀器自動監(jiān)測的質量控制要求。

3 ?結 論綜上所述，基于微型光電傳感器的水質自動監(jiān)測儀性能指標檢出限、精密度、準確度、量程范圍、零點漂移均滿足儀器測試要求，有證標準樣品及實際水質樣品測試和加標回收率均滿足儀器自動監(jiān)測的質量控制要求。因此，LFS-2002（Fe）水質自動監(jiān)測儀可應用于地表水及污染源廢水處理后外排自動監(jiān)測，既可集成在自動監(jiān)測車上進行移動巡測，也適用于固定自動監(jiān)測站點水質自動監(jiān)測站的組建。適用范圍廣，自動化程度高，運行穩(wěn)定，可為環(huán)保部門和企業(yè)了解水質變化提供參考依據(jù)。

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