3 種方法在水中揮發(fā)酚能力驗(yàn)證中比對(duì)研究

李蒙 朱小亮 孫步旭

（江蘇省宿遷環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇宿遷 223800）

1 引言

揮發(fā)酚是一種高毒物質(zhì)，為原生質(zhì)毒，水中酚達(dá)一定濃度時(shí)可影響水生動(dòng)植物的生存，高濃度的酚能抑制水中微生物的生長(zhǎng)繁殖，影響水體的自凈作用［1-2］。在現(xiàn)行的GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中，都明確了其具體限值。揮發(fā)酚作為反映地表水水環(huán)境質(zhì)量的重要環(huán)境因子，屬于河流、湖泊和飲用水水源地等的水環(huán)境監(jiān)測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目，是GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》基本24 項(xiàng)之一［3-4］。

目前，環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中，水中揮發(fā)酚檢測(cè)較多采用萃取分光光度法（以下簡(jiǎn)稱“萃取法”）［5］，該方法操作繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)，萃取步驟操作要求較高，準(zhǔn)確度難以保證，操作中需要用到易揮發(fā)有機(jī)溶劑三氯甲烷，長(zhǎng)期接觸使用，對(duì)人體有潛在的危害。直接分光光度法（以下簡(jiǎn)稱“直接法”）較多應(yīng)用在工業(yè)廢水和生活污水的測(cè)定中，揮發(fā)酚連續(xù)流動(dòng)注射法（以下簡(jiǎn)稱“流動(dòng)注射法”）目前尚未有統(tǒng)一的環(huán)境監(jiān)測(cè)分析標(biāo)準(zhǔn)，因此這2 種方法在揮發(fā)酚考核中的應(yīng)用較少［6-7］。

能力驗(yàn)證是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室能力的活動(dòng)，通過參加能力驗(yàn)證活動(dòng)，能夠?qū)?shù)據(jù)有效性和可靠性進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)控的一種重要補(bǔ)充方式［8-9］。能力驗(yàn)證活動(dòng)除有特殊要求的項(xiàng)目外，一般對(duì)檢測(cè)方法沒有特別限定，因此十分有必要采用多種方法對(duì)考核樣進(jìn)行測(cè)定，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本文以參加水中揮發(fā)酚檢測(cè)能力驗(yàn)證計(jì)劃為契機(jī)，采用萃取法、直接法和流動(dòng)注射法，對(duì)揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品和考核樣品的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)并分析，為揮發(fā)酚盲樣考核提供一些思路，以便分析人員在揮發(fā)酚能力驗(yàn)證時(shí)能有效選擇合適的檢測(cè)方法，使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)基本原理

萃取法、直接法和流動(dòng)注射法三者基本原理大致相同：待測(cè)樣品中的揮發(fā)酚在鐵氰化鉀作用下，于pH（10±0.2）介質(zhì)中，與4-氨基安替比林反應(yīng)，生成橙紅色的吲哚酚安替比林化合物，分別在波長(zhǎng)460，510，505 nm 處測(cè)量其吸光度信號(hào)值。

2.2 主要儀器和試劑

儀器：可見分光光度計(jì)（型號(hào)：V1300），上海美析儀器有限公司，配20 mm 和30 mm 比色皿；連續(xù)流動(dòng)注射分析儀（型號(hào)：Skalar SAN＋＋），荷蘭Skalar 公司；超純水機(jī)（型號(hào)：UPC-20UV），北京康銘時(shí)代公司；50 mL 比色管。

試劑：苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液（500 mg/L，批號(hào)102318，不確定度±2%）和揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品［200363，（19.4±1.3）μg/L］，均購于生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；4-氨基安替比林（優(yōu)級(jí)純），默克公司；磷酸（85%）、氫氧化鈉、氯化銨、硼酸、鐵氰化鉀、氯化鉀和三氯甲烷等所用試劑除有特殊說明外，均為分析純。

2.3 溶液配制

2.3.1 苯酚標(biāo)準(zhǔn)中間液

用潔凈干燥移液管，準(zhǔn)確移取10.0 mL 苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液至500 mL 容量瓶中，用無酚水稀釋至刻度線，得到10.0 mg/L 苯酚標(biāo)準(zhǔn)中間液，臨用現(xiàn)配。

2.3.2 萃取法標(biāo)準(zhǔn)溶液

分別準(zhǔn)確移取0.00，0.25，0.50，1.00，3.00，5.00，7.00，10.00 mL 苯酚標(biāo)準(zhǔn)中間液至250 mL 容量瓶中，加入無酚水稀釋定容至刻度線，標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度分別為0.0，1.0，2.0，4.0，12.0，20.0，28.0，40.0 μg/L。

2.3.3 直接法標(biāo)準(zhǔn)溶液

分別準(zhǔn)確移取0.00，0.50，1.00，3.00，5.00，7.00，10.00，12.50 mL 苯酚標(biāo)準(zhǔn)中間液至50 mL 比色管中，加入無酚水稀釋定容至刻度線，標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度分別為0.0，0.1，0.2，0.6，1.0，1.4，2.0，2.5 mg/L。

2.3.4 流動(dòng)注射法標(biāo)準(zhǔn)溶液

分別準(zhǔn)確移取1.00，3.00，5.00，8.00，10.00 mL苯酚標(biāo)準(zhǔn)中間液至100 mL 容量瓶中，加入無酚水稀釋定容至刻度線，標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度分別為10.0，30.0，50.0，80.0，100.0 μg/L。

2.3.5 標(biāo)準(zhǔn)樣品和考核樣品溶液配制

按照揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品和考核樣作業(yè)指導(dǎo)書要求，樣品需要稀釋后才能夠使用，具體方法為：用10 mL 潔凈干燥移液管，準(zhǔn)確移取原液置于1 000 mL容量瓶中，用無酚水稀釋至刻度線，最終檢測(cè)結(jié)果按照稀釋后樣品測(cè)定結(jié)果的平均值計(jì)，測(cè)定結(jié)果單位為μg/L。

對(duì)于萃取法和流動(dòng)注射法而言，本次實(shí)驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定按照作業(yè)指導(dǎo)書要求的方式進(jìn)行測(cè)定；最終測(cè)試結(jié)果按照作業(yè)指導(dǎo)書上要求稀釋后結(jié)果進(jìn)行計(jì)算上報(bào)。

目前使用的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)品的濃度范圍普遍在0～100 μg/L 內(nèi)，由此換算，使用到的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)品原液的濃度普遍在0～10 mg/L 范圍內(nèi)，而直接法測(cè)定的濃度范圍在0～2.5 mg/L 范圍，因此對(duì)于直接法而言，揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品和考核樣采用移取5.0 mL 原液，按照直接法的操作步驟，加入無酚水定容至50 mL 比色管后，加入顯色劑，對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果按照稀釋10 倍結(jié)果計(jì)算上報(bào)。

2.4 結(jié)果計(jì)算

樣品中揮發(fā)酚的濃度按照下式計(jì)算：

式中，ρ 為樣品中揮發(fā)酚的濃度，μg/L；As為試樣吸光度值；Ab為空白吸光度值；a為校準(zhǔn)曲線的截距；b 為校準(zhǔn)曲線方程的斜率；V為試樣的體積；f 為稀釋倍數(shù)。

3 結(jié)果與評(píng)價(jià)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

萃取法、直接法和流動(dòng)注射法的線性回歸方程相關(guān)系數(shù)（r）分別為0.999 7，0.999 9，0.999 8，線性關(guān)系良好，具體情況見表1。

表1 3 種方法測(cè)定揮發(fā)酚校準(zhǔn)曲線 μg/L

3.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定

采用生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品，其批號(hào)及對(duì)應(yīng)的濃度分別為：批號(hào)200363，標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值濃度為（19.4±1.3）μg/L。分別用3 種方法進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定6 次，測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，具體情況見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)樣品200363 的3 種方法測(cè)定結(jié)果

3.3 比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)

按照RB/T 208—2016《化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制 比對(duì)試驗(yàn)》要求［10］，對(duì)于任何形式的比對(duì)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)每組檢測(cè)的平行測(cè)量次數(shù)n 較多（n≥6）時(shí)，可先將2 組比對(duì)數(shù)據(jù)按“F 檢驗(yàn)”進(jìn)行方差分析，判斷2 個(gè)均值的精密度差異是否為顯著性差異。若無顯著性差異，即為2 組測(cè)定結(jié)果等精密度，再進(jìn)行“t 檢驗(yàn)”對(duì)比，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.3.1 F 值檢驗(yàn)及t 值檢驗(yàn)

F 值檢驗(yàn)公式如下：

式中，S1為2 組數(shù)據(jù)中標(biāo)準(zhǔn)偏差大的數(shù)值；S2為2 組數(shù)據(jù)中標(biāo)準(zhǔn)偏差小的數(shù)值。

t 值檢驗(yàn)公式如下：

式中，x1為第一組測(cè)定結(jié)果的平均值；x2為第二組測(cè)定結(jié)果的平均值；s 為2 組等精密度測(cè)定結(jié)果的合并實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差；n1為第一組測(cè)定的平行測(cè)定次數(shù)；n2為第二組測(cè)定的平行測(cè)定次數(shù)。

其中，2 組等精密度測(cè)定結(jié)果的合并實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）按照下式進(jìn)行計(jì)算：

以揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)品表2 比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例，對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)。萃取法和直接法測(cè)定揮發(fā)酚統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果：F＝1.009，查表F0.05（5，5）＝5.050，表明萃取法和直接法測(cè)定揮發(fā)酚的結(jié)果無顯著性差異；t＝2.028，查表t0.05（10）＝2.228，t＝2.028＜2.228，表明在95%的置信水平上，2 種方法在測(cè)定準(zhǔn)確度上無顯著性差異。

萃取法和流動(dòng)注射法測(cè)定揮發(fā)酚統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果：F＝1.995，查表F0.05（5，5）＝5.050，表明萃取法和流動(dòng)注射法測(cè)定揮發(fā)酚的結(jié)果無顯著性差異；t＝1.868，查表t0.05（10）＝2.228，t＝1.868＜2.228，表明在95%的置信水平上，2 種方法在測(cè)定準(zhǔn)確度上無顯著性差異。

直接法和流動(dòng)注射法測(cè)定揮發(fā)酚統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果：F＝1.977，查表F0.05（5，5）＝5.050，表明直接法和流動(dòng)注射法測(cè)定揮發(fā)酚的結(jié)果無顯著性差異；t＝0.468，查表t0.05（10）＝2.228，t＝0.468＜2.228，表明在95%的置信水平上，2 種方法在測(cè)定準(zhǔn)確度上無顯著性差異。

3.3.2 方法比對(duì)結(jié)果

方法比對(duì)結(jié)果按照下式進(jìn)行評(píng)價(jià)：

式中，y1，y2分別為第一種和第二種方法的測(cè)定值；U1，U2分別為y1，y2的測(cè)量不確定度，k＝2。

以表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例，按照RB/T 208—2016《化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制 比對(duì)試驗(yàn)》要求，對(duì)萃取法、直接法和流動(dòng)注射法測(cè)定揮發(fā)酚含量的不確定度進(jìn)行評(píng)價(jià)，萃取法測(cè)定的結(jié)果為（19.8±0.45）μg/L，直接法測(cè)定的結(jié)果為（19.3±0.44）μg/L，流動(dòng)注射法測(cè)定的結(jié)果為（19.4±0.32）μg/L，有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)準(zhǔn)值為（19.4±1.3）μg/L，3 種分析方法結(jié)果均在證書認(rèn)定值范圍內(nèi)。

3.4 考核樣品的測(cè)定

分別用萃取法和流動(dòng)注射法對(duì)能力驗(yàn)證樣品進(jìn)行6 次平行測(cè)定，用直接法對(duì)能力驗(yàn)證考核樣品進(jìn)行2 次平行測(cè)定，萃取法和流動(dòng)注射法測(cè)定結(jié)果根據(jù)t 分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，當(dāng)置信度為95%時(shí)，以平均值為中心，計(jì)算平均值的置信區(qū)間。

3.4.1 考核樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理

萃取法測(cè)定平均值的置信區(qū)間為（50.0～51.2）μg/L，流動(dòng)注射法測(cè)定平均值的置信區(qū)間為（50.5～51.0）μg/L，結(jié)合直接法測(cè)定的結(jié)果50.8 μg/L，最終確定本次考核樣結(jié)果為50.8 μg/L，具體情況見表3。

表3 考核樣測(cè)定結(jié)果

3.4.2 盲樣考核結(jié)果

能力驗(yàn)證考核采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)Z 比分?jǐn)?shù)法評(píng)價(jià)測(cè)定結(jié)果，｜z｜≤2，測(cè)定結(jié)果為滿意，2＜｜z｜＜3，測(cè)定結(jié)果為有問題，｜z｜≥3，測(cè)定結(jié)果為不滿意。根據(jù)水中揮發(fā)酚檢測(cè)能力驗(yàn)證計(jì)劃結(jié)果報(bào)告［11］，考核結(jié)果詳見表4。本次考核測(cè)定評(píng)價(jià)結(jié)果為滿意，實(shí)驗(yàn)室間z 比分?jǐn)?shù)為-0.09。在本次考核中，考核實(shí)驗(yàn)室測(cè)定樣品中位值為50.9 μg/L，最大值為62.1 μg/L，最小值為44.4 μg/L，考核滿意率為81.2 %。

表4 揮發(fā)酚考核樣品結(jié)果 μg/L

3.5 樣品測(cè)定建議

通過3 種方法的比較，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析，3 種方法測(cè)定結(jié)果均在真值范圍內(nèi)，測(cè)定準(zhǔn)確度無顯著性差異，都能夠滿足揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)品和盲樣考核的要求，相比較萃取法操作繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)、危害性較大等不利因素，直接法和流動(dòng)注射法在實(shí)驗(yàn)條件上具有操作簡(jiǎn)單、分析時(shí)間短和有機(jī)試劑使用較少危害小的特點(diǎn)，因此在測(cè)定揮發(fā)酚盲樣時(shí)，建議優(yōu)先考慮流動(dòng)注射法和直接法相結(jié)合的方式，利用萃取法輔助進(jìn)行驗(yàn)證，能夠提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

通過本文研究，采用萃取法、直接法和流動(dòng)注射法，分別測(cè)定揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)和不確定度對(duì)比對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)，得出了直接法、流動(dòng)注射法在測(cè)定揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品中與傳統(tǒng)手工萃取法無顯著性差異，3 種方法同時(shí)運(yùn)用在揮發(fā)酚能力驗(yàn)證考核測(cè)定中，最終考核結(jié)果為滿意。因此在揮發(fā)酚盲樣考核的過程中，建議優(yōu)先采用流動(dòng)注射法和直接法相結(jié)合的方式，利用萃取法進(jìn)行驗(yàn)證，能夠大大提高揮發(fā)酚考核結(jié)果的準(zhǔn)確性。