過硫酸鉀氧化4-氨基安替比林分光光度法測定地表水中揮發(fā)酚

葉開曉 童天喆 梁柳玲 洪 欣

(廣西壯族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，南寧 530028)

前言

酚在苯環(huán)或稠環(huán)上連接一個(gè)羥基則為一元酚，連接多個(gè)羥基則為多元酚，通常認(rèn)為能與水蒸氣一起蒸出、沸點(diǎn)在230 ℃以下的一元酚為揮發(fā)酚[1]。揮發(fā)酚屬高毒物質(zhì)，人體長期攝入被酚污染的水及水產(chǎn)品，可引起頭昏、瘙癢、出疹、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。水中含高濃度酚類時(shí)，可造成魚類中毒死亡，用于灌溉農(nóng)田，會(huì)使農(nóng)作物枯死或減產(chǎn)[2]。

揮發(fā)酚是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)之一。揮發(fā)酚的測定方法很多，常用的主要有分光光度法[3]、流動(dòng)注射分光光度法[4-5]、色譜法及色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC、GC-MS、HPLC、HPLC-MS)[6-7]等。測定地表水揮發(fā)酚時(shí)，使用較為普遍的是4-氨基安替比林(4-AAP)分光光度法[8]。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡單、成本低、對(duì)操作人員要求不高、經(jīng)蒸餾后的水體干擾少、適用范圍廣，但缺點(diǎn)是顯色劑4-氨基安替比林易氧化生成4-氨基安替比林紅，從而使試劑空白吸光度值明顯增高，嚴(yán)重影響方法檢出限和分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。解決辦法是對(duì)4-氨基安替比林進(jìn)行提純，還有文獻(xiàn)提出更換氧化劑進(jìn)行方法改進(jìn)。有的采用硅鎂型吸附劑提純[8-9]、氯仿提純[10-12]、乙醇提純[3，9，11，13]等，有文獻(xiàn)以高碘酸鉀、碘、過硫酸銨[3，14-15]等代替鐵氰化鉀作為氧化劑測定揮發(fā)酚。標(biāo)準(zhǔn)方法[8]采用硅鎂型吸附劑提取，由于吸附劑是無選擇性吸附，在吸附雜質(zhì)的同時(shí)也吸附4-AAP，導(dǎo)致溶液中4-AAP 實(shí)際濃度減少且難以確定減少量，氯仿萃取法受到的影響也與硅鎂型吸附劑類似。乙醇提取法可得到純度較高的固體試劑，但4-AAP 在乙醇中的溶解度大，導(dǎo)致4-AAP試劑損失也大。本研究利用4-AAP不溶于正己烷的特性，采用毒性較小的乙醇和正己烷(1+4)混合溶液提純固體4-AAP，可獲得純度高的固體4-AAP且損失比使用乙醇提純小，用無毒的過硫酸鉀代替有毒的鐵氰化鉀作氧化劑，有效降低了試劑空白的吸光度，取得了滿意的結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

DR6000紫外可見光分光光度計(jì)(美國哈希公司)；STEHDB-106-3 智能一體化蒸餾儀(濟(jì)南盛泰電子科技有限公司)；Milli-Q Integral 10超純水儀(美國密理博)；全玻璃抽濾裝置；氮吹儀(Turbo VAP Ⅱ)。

4-氨基安替比林(AR)；鐵氰化鉀(AR)；過硫酸鉀(Sigma)；硫酸銅(AR)；氨水(AR，0.90 g/mL)；氯化銨(AR)；無水乙醇(AR)；正己烷(AR)；三氯甲烷(AR)；苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，500 mg/L)；揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)。

1.2 方法

1.2.1 試劑提純

將25 g 4-AAP置于全玻璃抽濾裝置中，分3～4次加入100 mL無水乙醇和正己烷(1+4)混合溶液進(jìn)行洗滌，洗滌時(shí)用玻璃棒充分?jǐn)嚢韬蟪闉V，直至洗滌液呈無色或淡黃色，將洗至無色或淡黃色的4-AAP 用氮?dú)獯蹈? h，待乙醇和正己烷揮發(fā)完全后，裝瓶，在干燥器內(nèi)密封避光保存。使用時(shí)稱2.0 g 4-AAP 溶于純水中，并稀釋至100 mL，配制成20 g/L的4-AAP溶液。

1.2.2 樣品處理

取250 mL 水樣，置于500 mL全玻蒸餾瓶中，加25 mL 純水，及數(shù)滴甲基橙指示劑，用磷酸溶液(1+9)調(diào)至水樣由桔黃色變?yōu)槌壬尤霐?shù)粒玻璃珠，加熱蒸餾，收集餾出液250 mL。

1.2.3 樣品測定

將水樣餾出液全部轉(zhuǎn)入250 mL分液漏斗中。另取8個(gè)分液漏斗，分別加入100 mL 純水，再加入0、0.20、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00 mL苯酚標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(1.00 μg/mL)，補(bǔ)加純水至250 mL。向各分液漏斗內(nèi)加入2.0 mL NH3-NH4Cl緩沖溶液(pH=10.7)，混勻，加1.50 mL經(jīng)提純的4-AAP溶液(20 g/L)，混勻，再加入1.50 mL 過硫酸鉀溶液(20 g/L)，充分混勻，密塞，放置10 min。向各分液漏斗中準(zhǔn)確加入10.0 mL三氯甲烷，密塞，劇烈振搖2 min，倒置放氣，靜置分層。在分液漏斗頸管內(nèi)塞一小團(tuán)干脫脂棉，棄去最初濾出的數(shù)滴萃取液后，將三氯甲烷層通過干脫脂棉團(tuán)直接放入光程30 mm 比色皿中，于460 nm 波長，以三氯甲烷為參比，測定吸光度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 4-氨基安替比林提純條件優(yōu)化

對(duì)未經(jīng)提純的4-AAP和分別經(jīng)50、100 mL無水乙醇+正己烷(1+4)洗滌提純的4-AAP進(jìn)行空白樣品測定，由表1可以看出，經(jīng)100 mL無水乙醇+正己烷(1+4)洗滌提純后的4-AAP的空白吸光度明顯降低且波動(dòng)較小，RSD為4.1%，滿足實(shí)驗(yàn)室空白要求(采測分離技術(shù)要求空白吸光度<0.080)[16]。

表1 4-氨基安替比林提純條件優(yōu)化測定Table 1 Optimization of purification conditions for 4-AAP(n=6)

2.2 過硫酸鉀用量選擇

分別移取250 mL空白和苯酚(20.0 μg/L)水樣各6份，按樣品測定方法加入2 mL NH3-NH4Cl緩沖溶液(pH=10.7)和1.5 mL經(jīng)提純的4-AAP溶液(20 g/L)后，分別加入濃度為20 g/L的過硫酸鉀溶液0.5～3.0 mL，搖勻，放置10 min 后，用10.0 mL三氯甲烷萃取后采用分光光度法測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空白樣品和含苯酚水樣的吸光度值隨過硫酸鉀用量增加有所增大。在過硫酸鉀加入量2.0 mL時(shí)，空白吸光度接近0.080，用量大于2.0 mL后，空白吸光度大于0.080。含苯酚水樣的吸光度在過硫酸鉀加入量1.5 mL和2.0 mL時(shí)增幅不大，表明當(dāng)加入1.5 mL過硫酸鉀溶液(20 g/L)時(shí)，水樣中酚已被完全氧化。所以，選擇1.5 mL過硫酸鉀溶液(20 g/L)為氧化劑的最佳加入量(圖1)。

圖1 過硫酸鉀加入量對(duì)吸光度的影響Figure 1 Effect of potassium persulfate addition on absorbance.

2.3 顯色反應(yīng)時(shí)間優(yōu)化

在標(biāo)準(zhǔn)方法[8]中，以鐵氰化鉀作氧化劑，應(yīng)在顯色后30 min內(nèi)測定吸光度。當(dāng)苯酚質(zhì)量濃度為20.0 μg/L、加入2.0 mL NH3-NH4Cl緩沖溶液、1.5 mL 4-AAP 溶液、1.5 mL過硫酸鉀時(shí)，顯色反應(yīng)時(shí)間對(duì)溶液吸光度的影響及萃取液穩(wěn)定時(shí)間對(duì)吸光度的影響分別見圖2和圖3。由圖2、3可見，采用過硫酸鉀作氧化劑，顯色反應(yīng)時(shí)間在10～90 min時(shí)，吸光度變化率小于5%；萃取后的萃取液在10～120 min時(shí)，吸光度變化率小于5%，表明顯色穩(wěn)定性高，且顯色速率快。

圖2 顯色反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸光度的影響Figure 2 Effect of reaction time on absorbance.

圖3 萃取液穩(wěn)定時(shí)間對(duì)吸光度的影響Figure 3 Effect of extraction time on absorbance.

2.4 過硫酸鉀溶液的穩(wěn)定性測定

將配制好的20 g/L的過硫酸鉀溶液置于4 ℃保存，分別在當(dāng)天、7、15、30、45、60 d按測定方法測定空白樣品及苯酚濃度為20.0 μg/L的水樣，吸光度值分別為0.066、0.067、0.070、0.067、0.071、0.073和0.353、0.351、0.358、0.348、0.356、0.360，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.0%和1.3%。結(jié)果表明，過硫酸鉀溶液在兩個(gè)月內(nèi)穩(wěn)定性較好，避免了鐵氰化鉀溶液由于穩(wěn)定性差，無法長期保存的問題。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

分別用鐵氰化鉀和過硫酸鉀作為氧化劑，按測定方法測定0～10 μg的苯酚標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，求得回歸方程分別為y=0.058 7x+0.008 6、y=0.054 6x+0.002 9，相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.999 2、0.999 6，線性關(guān)系良好(見表2)。

表2 揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定Table 2 Determination of volatile phenol standard solution

檢出限測試按照《環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2010)附錄A.1.1 方法檢出限的一般確定方法進(jìn)行。測定結(jié)果表明，方法的檢出限為0.3 μg/L，測定下限為1.0 μg/L，滿足HJ503—2009的要求(表3)。

表3 檢出限測定Table 3 Determination of MDL(n=11) /(μg·L-1)

2.6 準(zhǔn)確度測定

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度，采用國家環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)品研究所的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，方法準(zhǔn)確度在誤差允許范圍內(nèi)(見表4)。

表4 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定Table 4 Determination of standard samples(n=3)

在實(shí)際水樣中分別加入適量苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)回收率見表5。由表5可見：鐵氰化鉀氧化方法所得平均回收率為94.2%，本方法平均加標(biāo)回收率為96.0%，兩種方法所得的結(jié)果基本一致。

表5 加標(biāo)回收率Table 5 The recoveries of volatile phenol(n=3)

3 結(jié)論

使用毒性小、中等極性、易揮發(fā)的乙醇和正己烷(1+4)混合溶液提純4-氨基安替比林，對(duì)操作人員損害較小、4-氨基安替比林損失小、易操作，可獲得高純度的4-氨基安替比林固體試劑。使用穩(wěn)定、無色、無毒的過硫酸鉀溶液代替穩(wěn)定性差、有毒的鐵氰化鉀溶液作氧化劑，有效降低了空白值，顯色穩(wěn)定時(shí)間長，方法的檢出限、靈敏度和準(zhǔn)確度均滿足標(biāo)準(zhǔn)分析方法的要求，適合地表水中揮發(fā)酚的測定。