油浴蒸餾–流動(dòng)注射分光光度法測定中高鹽水中揮發(fā)酚

李龍飛，于聰靈，李永立，朱永曉，張墨，宋凡

（河北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，河北省礦產(chǎn)資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定 071052）

水中的揮發(fā)酚為原生質(zhì)毒，屬于高毒物質(zhì)，人體攝入一定量后可出現(xiàn)急性中毒，快速而準(zhǔn)確測定水中揮發(fā)酚對人類健康和環(huán)境保護(hù)意義重大。國內(nèi)外均有關(guān)于水體遭受揮發(fā)酚污染的報(bào)道［1］。

目前水質(zhì)揮發(fā)酚的測定主要有分光光度法、流動(dòng)注射分光光度法及色譜法［2–9］。分光光度法儀器簡單，操作容易，應(yīng)用范圍廣，基層實(shí)驗(yàn)室普及率高，然而該方法操作步驟冗長、繁瑣，精密度、準(zhǔn)確度均不高，需要對水樣進(jìn)行蒸餾萃取，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，萃取試劑三氯甲烷對分析人員身體具有潛在的危害［10–12］。由于揮發(fā)酚成分復(fù)雜，色譜法難以實(shí)現(xiàn)揮發(fā)酚總量的測定，且設(shè)備成本高，普及率較低。流動(dòng)注射分光光度法可在線、快速、密閉、自動(dòng)完成樣品溶液的處理，分析快速，操作簡便，適合批量樣品的測定，與傳統(tǒng)分光光度法比較，不需要蒸餾和萃取樣品，省時(shí)省力，儀器成本適中［13–15］。但是流動(dòng)注射法存在蒸餾不完全、出現(xiàn)假陽性結(jié)果導(dǎo)致的檢測值偏高現(xiàn)象，因此研究方法的改進(jìn)很有必要［16–17］。

筆者采用在線敞口油浴的加熱方式，使加熱更均勻，干擾物質(zhì)從基體中分離逸出，避免了酸性物質(zhì)對緩沖溶液的干擾及金屬離子與顯色劑的反應(yīng)，目前該方法尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

流動(dòng)注射分析儀：FIA6000+型，北京吉天儀器有限公司。

全自動(dòng)智能蒸餾儀：6000pro 型，青島順昕電子科技有限公司。

超純水機(jī)：ZYpureEDIC–100–UP 型，北京中揚(yáng)永康環(huán)?？萍加邢薰?。

數(shù)控超聲波清洗器：2300TH 型，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

4-氨基安替比林溶液：將0.32 g 4-氨基安替比林（分析純）溶于約200 mL 去離子水中，然后用去離子水定容至500 mL，此試劑需當(dāng)天配制，使用前應(yīng)脫氣不少于30 min。

鐵氰化鉀緩沖溶液：將2.0 g 鐵氰化鉀（優(yōu)級純）、3.1 g 硼酸（優(yōu)級純）和3.75 g 氯化鉀（優(yōu)級純）溶于900 mL 去離子水中，加入1.88 g 氫氧化鈉（優(yōu)級純），調(diào)節(jié)溶液的pH 為10.3，用去離子水定容至1 000 mL。使用前應(yīng)脫氣不少于30 min。

30%磷酸溶液：取150 mL 磷酸（優(yōu)級純）溶于約200 mL 去離子水中，冷卻后用去離子水定容至500 mL。

揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW(E) 080241，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心，使用時(shí)將其稀釋成1.0 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)使用液及系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。揮發(fā)酚系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度分別為0.002、0.005、0.010、0.020、0.050、0.100、0.250 mg/L。

實(shí)驗(yàn)用水為電阻率為18 MΩ·cm 的去離子水。

1.2 儀器工作條件

進(jìn)樣針清洗時(shí)間：19 s；到達(dá)閥時(shí)間：270 s；注射時(shí)間：60 s；進(jìn)樣品時(shí)間：140 s；清洗時(shí)間：60 s；樣品周期：200 s；泵速：40 r/min；出峰時(shí)間：18 s；峰寬：30 s。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

定量的水樣被帶入連續(xù)運(yùn)動(dòng)的載流液，與磷酸混合后用在線蒸餾的方法使揮發(fā)酚類化合物于130℃餾出，與干擾物質(zhì)和固定劑分離。被蒸餾出的酚類化合物在鐵氰化鉀存在下與4-氨基安替比林反應(yīng)生成橙紅色的安替比林染料，于波長510 nm 處比色測定。流動(dòng)注射分光光度法流程如圖1 所示。

圖1 流動(dòng)注射法測定水質(zhì)揮發(fā)酚流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸餾方法的優(yōu)化

2.1.1 蒸餾方法的改進(jìn)

利用光度法分析高鹽水中的揮發(fā)酚時(shí)，為了避免鹽分的干擾，針對靜態(tài)水樣一般采取萃取法處理樣品［18］；流動(dòng)注射法在線分析高鹽水中的揮發(fā)酚時(shí)，多采用水汽滲透膜在線蒸餾法或外部蒸餾法處理樣品［19］。儀器固有蒸餾方式采用水汽滲透膜于165 ℃加熱蒸餾水樣，由于盤繞在加熱模塊上的蒸餾管路很長，水樣在蒸餾過程中受熱不均勻，蒸餾效果欠佳?；w復(fù)雜的水樣在蒸餾過程中產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)，在封閉的管路中無法釋放出來與蒸餾試劑磷酸反應(yīng)，導(dǎo)致鐵氰化鉀緩沖溶液的pH 值顯著下降。另外，在高溫蒸餾過程中，鈣、鎂等金屬離子會穿透水汽滲透膜，使比色反應(yīng)到受影響。以上雙重干擾使該方法的測量準(zhǔn)確度難以保證。針對以上問題，在固有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對整體蒸餾模塊進(jìn)行改進(jìn)，采用仿蒸餾器的原理，水樣與磷酸混合后經(jīng)油浴130℃加熱蒸餾，蒸餾水汽經(jīng)循環(huán)水冷卻后進(jìn)入定量環(huán)，最后進(jìn)行樣品分析。在線蒸餾方法完全避免了蒸餾酸化使緩沖溶液的pH 降低，消除了水質(zhì)中的鈣鎂等金屬離子穿透水汽滲透膜產(chǎn)生的正干擾。

2.1.2 蒸餾效果的對比

水汽滲透膜在線蒸餾方法快速簡便，所需樣品量少（5 mL），但是蒸餾效果欠佳，無法滿足復(fù)雜基體水質(zhì)的分析要求；采用外部蒸餾法所需水樣較多（大于200 mL)，樣品量少時(shí)無法滿足蒸餾要求，蒸餾樣品需滴加甲基橙指示劑并用磷酸調(diào)節(jié)pH，最后加硫酸銅抑制硫化物，全過程費(fèi)時(shí)耗力。采用油浴在線蒸餾的方法原理與外部蒸餾法相同，但所需樣品量少（5 mL），蒸餾完全，所需試劑與水汽滲透膜蒸餾法一致，無需另外配制，全過程分析時(shí)間較短，與水汽滲透膜法基本一致。綜上所述，油浴在線蒸餾兼具水汽滲透膜在線蒸餾法快速簡便的優(yōu)點(diǎn)及外部蒸餾效果好的優(yōu)點(diǎn)，克服了基體去除不盡造成假陽性和費(fèi)時(shí)耗力的缺點(diǎn)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

按照改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)條件對揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行測定，以揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度（ρ，mg/L）為自變量、對應(yīng)的吸光度（A）為因變量進(jìn)行線性回歸，擬合線性方程，線性回歸方程為A=11.16ρ+0.007 8，相關(guān)系數(shù)為0.999 8。

按照EPA 關(guān)于檢出限的定義：在通過某一種分析方法的全部處理和測定過程之后，被測物質(zhì)產(chǎn)生的信號能以99%置信度區(qū)別于空白樣品而被檢測出來的最低濃度［20］。取樣品溶液，重復(fù)測定7 次，計(jì)算得方法檢出限為0.001 mg/L，檢出限低于飲用水中揮發(fā)酚的最低允許濃度［21］。

2.3 加標(biāo)回收試驗(yàn)

選取現(xiàn)采地下水編號分別為A、B 和C 的3 件樣品，每件樣品均分成5 份溶液，對其中2 份進(jìn)行測定，另外3 份分別加入不同濃度的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液后進(jìn)行測定，測定結(jié)果及揮發(fā)酚加標(biāo)回收率、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差列于表1。由表1 可知，樣品加標(biāo)回收率為91.0%～117.0%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%（n=7），方法精密度、準(zhǔn)確度滿足測試要求。

表1 水樣的加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

2.4 比對試驗(yàn)

選取現(xiàn)采地下水編號分別為S1、S2、S3、S4、S5 5 件樣品，利用陰陽離子加和法［18］得到5 件樣品的全鹽質(zhì)量濃度分別為588、894、1 065、1 227、1 344 mg/L，對5 件不同全鹽量的樣品分別進(jìn)行4 種不同方式的處理，然后進(jìn)行測定。第一種采用FIA6000+型流動(dòng)注射分析儀自帶的聚四氟乙烯滲透膜在線蒸餾后測定揮發(fā)酚；第二種首先采用6000pro 型蒸餾儀蒸餾，然后用FIA6000+型流動(dòng)注射分析儀測定蒸餾液中的揮發(fā)酚；第三種采用FIA6000+型流動(dòng)注射分析儀與油浴蒸餾相串聯(lián)，油浴蒸餾后測定揮發(fā)酚；第四種采用6000pro 型蒸餾儀蒸餾原液后，對萃取蒸餾液進(jìn)行分光光度法測定。4 種不同的分析方法所得測定結(jié)果列于表2。

表2 流動(dòng)注射法比對試驗(yàn)揮發(fā)酚質(zhì)量濃度測定結(jié)果 mg/L

由表2 數(shù)據(jù)可知，全鹽質(zhì)量濃度在588～1 344 mg/L 范圍內(nèi)的水樣，聚四氟乙烯膜滲透蒸餾后揮發(fā)酚質(zhì)量濃度測定值均大于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的飲用水中揮發(fā)酚限量0.002 mg/L，測定值隨著全鹽量的增大而增大，而其它3 種方法測定值均低于標(biāo)準(zhǔn)限量，表明全鹽量對分析結(jié)果造成了假陽性。

3 結(jié)語

采用油浴在線蒸餾的方法，可以有效地去除復(fù)雜基體對分析測試的干擾，特別是對硬度大的水質(zhì)有明顯的效果。相對于聚四氟乙烯膜蒸餾法，顯著提高了檢測質(zhì)量，測量精密度和準(zhǔn)確度均優(yōu)于傳統(tǒng)方法，完全滿足測試要求。聚四氟乙烯膜蒸餾會增加測試成本，批量實(shí)驗(yàn)時(shí)很難保證蒸餾效果前后一致。油浴蒸餾幾乎沒有消耗，可以保證前后蒸餾的效果一致從而避免高溫高壓干擾物質(zhì)穿透蒸餾膜而與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)生的正干擾，該改進(jìn)方法為流動(dòng)注射分析法蒸餾模式提供了一種新思路。