AA3連續(xù)流動分析儀測定揮發(fā)酚的可行性研究及優(yōu)勢

黃麗娟

(云南省生態(tài)環(huán)境廳駐昆明市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 昆明 650228)

0 引言

作為全球性有機污染物，揮發(fā)酚是評價環(huán)境污染的重要指標(biāo)之一[1]，也是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的基本項目[2]。目前測定揮發(fā)酚的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有4-氨基安替比林分光光度法[3]和流動注射-4氨基安替比林分光光度法[4]。分光光度萃取法[3]需經(jīng)過蒸餾、萃取、顯色、比色等步驟，不僅過程耗時費力、易受人為因素影響，而且需使用有機試劑三氯甲烷對低濃度樣品進行富集以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，對人體和環(huán)境危害較大。流動注射法[4]則因其檢出限(0.002mg/L)較高，存在一經(jīng)檢出即超地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況而在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域使用受限。連續(xù)流動分析法因其操作簡單、快速高效、使用樣品和試劑量少、不使用有機溶劑、具有高靈敏度和低檢出限等特點，在測定低濃度、大批量樣品時具有較大優(yōu)勢[5]。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域日益強調(diào)監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、客觀、真實、可追溯的形勢下，連續(xù)流動分析法顯然更符合監(jiān)測現(xiàn)代化的要求，也必將得到更廣泛的應(yīng)用。

1 原理

1.1 連續(xù)流動分析儀的工作原理

試樣與試劑在蠕動泵的推動下進入化學(xué)反應(yīng)模塊，在密閉的管路中連續(xù)流動，被氣泡按一定間隔規(guī)律地隔開，并按特定的順序和比例混合、反應(yīng)，顯色完全后進入流動檢測池進行光度檢測。其本質(zhì)也是分光光度法。

1.2 測定揮發(fā)酚的化學(xué)反應(yīng)原理

通過在酸性條件下蒸餾，使揮發(fā)性酚類化合物被蒸餾出并與干擾物質(zhì)分離，蒸餾物在堿性鐵氰化鉀存在下，與4-氨基安替比林反應(yīng)來測定游離酚和取代酚。生成的紅色反應(yīng)產(chǎn)物在505nm下檢測。該原理與傳統(tǒng)分光光度法[3]的原理一致。

2 實驗部分

2.1 主要儀器

德國SEAL公司 AA3型連續(xù)流動分析儀，包括自動進樣器，化學(xué)分析單元(即化學(xué)反應(yīng)模塊，由多通道蠕動泵、導(dǎo)管、甭管、混合反應(yīng)圈、加熱圈等組成)，檢測單元(配備100cm光程的液體波導(dǎo)毛細管流通池，LWCC)及數(shù)據(jù)處理單元，冷卻循環(huán)儀。

2.2 試劑

所用試劑均為分析純，實驗用水為去離子水，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為市售有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

磷酸蒸餾試劑： 量取160mL磷酸，加去離子水至1000mL，混勻。

鐵氰化鉀緩沖溶液：稱取0.15g鐵氰化鉀溶于100mL儲備緩沖液中，混勻。

4-氨基安替比林顯色劑：稱取0.1g 4-氨基安替比林于100mL儲備緩沖液中，混勻。

吸收試劑：將1mL 50% 曲拉通加入100mL儲備緩沖液中，混勻。

50%曲拉通溶液：將50mL曲拉通X-100加入50mL乙醇中，混勻。

儲備緩沖液：稱取9g硼酸、10g氯化鉀、5g氫氧化鈉，溶解后加去離子水至1000mL，備用。

2.3 實驗步驟

2.3.1 工作曲線配制

使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(BW20018-1000-W-20，1000mg/L)逐級稀釋后得到濃度為0.40mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液，分別移取0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL標(biāo)準(zhǔn)使用液至100mL容量瓶，用0.01mol/L NaOH溶液定容，其濃度分別為0.000、0.002、0.004、0.008、0.012、0.016和0.020。

2.3.2 儀器參數(shù)設(shè)置

進樣時間90s，清洗時間45s，增益40，蒸餾溫度135℃，基線10%，平滑度16。

2.3.3 樣品測定

依次打開儀器的冷卻循環(huán)槽、蒸餾器、進樣器、比色計開關(guān)，啟動軟件，激活通道窗口，開始走基線。

設(shè)置分析方法或運行文件，待通道窗口基線穩(wěn)定，開始運行。

3 結(jié)果與討論

3.1 儀器線性

AA3連續(xù)流動分析儀采用樣品濃度和儀器響應(yīng)值(峰高)來進行線性回歸，回歸曲線見圖1。為了檢驗其穩(wěn)定性，進行了多次重復(fù)測定，其結(jié)果見表1。

圖1 連續(xù)流動分析儀測定揮發(fā)酚的工作曲線圖

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)

多次測定結(jié)果顯示，樣品濃度與儀器響應(yīng)值之間的線性關(guān)系非常好，相關(guān)系數(shù)r≥0.9995，滿足標(biāo)準(zhǔn)方法[3]要求。

3.2 檢出限

由于揮發(fā)酚屬于空白試驗中未檢出的物質(zhì)，因此根據(jù)《HJ 168-2020環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》[6]中規(guī)定，其檢出限應(yīng)按照樣品分析的全部步驟，對濃度或含量為估計方法檢出限的2～5倍的樣品進行n(n≥7)次平行測定，計算n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按式MDL=t(n-1,0.99)×S計算[6]。其中MDL為方法檢出限；n為樣品平行測定次數(shù)；t為自由度為n-1，置信度為99%時的t分布(單側(cè))；S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

將分光光度萃取比色法[3]的檢出限(0.0003mg/L)作為估計方法檢出限，結(jié)合HJ 168-2020中對空白中未檢出目標(biāo)物質(zhì)的檢出限的計算要求[6]，特選取約3倍檢出限濃度點(0.0008mg/L)重復(fù)測定11次，計算方法檢出限，具體結(jié)果見圖2和表2。

圖2 連續(xù)流動分析儀測定揮發(fā)酚的檢出限圖譜

表2 0.0008mg/L濃度點重復(fù)測定11次的結(jié)果及檢出限計算

從表2結(jié)果可見，AA3連續(xù)流動分析儀測定揮發(fā)酚的檢出限為0.00015 mg/L，不僅優(yōu)于分光光度萃取法的檢出限[3]，而且遠遠低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ、Ⅱ類水的控制標(biāo)準(zhǔn)[2]及飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中揮發(fā)酚含量的限值[7](0.002mg/L)，完全滿足要求。

3.3 精密度

選擇標(biāo)線的中間濃度點(0.0008mg/L)重復(fù)測定7次，計算實驗室內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，用于表征測定結(jié)果的精密度[9]，結(jié)果見表3。

表3 實驗室內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差測定結(jié)果及計算

測定結(jié)果表明，使用AA3連續(xù)流動分析法測定揮發(fā)酚的RSD值僅為0.62%，該方法重現(xiàn)性好，精密度高，滿足水質(zhì)監(jiān)測實驗室質(zhì)量控制的要求[8]。

3.4 準(zhǔn)確度

從標(biāo)準(zhǔn)樣品分析、基體加標(biāo)回收率測定及不同方法的比較[9]三方面進行AA3連續(xù)分析儀測定揮發(fā)酚的準(zhǔn)確度評價。

3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定

選擇不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)測定3次，計算相對誤差(RE)，來表征測定結(jié)果的準(zhǔn)確度，結(jié)果見表4。

測定結(jié)果表明，實驗選取的五個不同濃度的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)保證值范圍內(nèi)，且測定結(jié)果的相對誤差均<3%，表明使用該方法測定揮發(fā)酚的準(zhǔn)確度高。

表4 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果 (μg/L)

3.4.2 基體加標(biāo)回收率測定

選擇不同類型(地表水、污水)、不同濃度的實際樣品進行基體加標(biāo)回收率的測定。加標(biāo)量盡量控制在與樣品實際濃度相等或相近的范圍內(nèi)[9]，對于濃度為未檢出或者檢出限附近的樣品，其標(biāo)準(zhǔn)加入量控制在標(biāo)線最低點[9～10](0.0020mg/L)以下。具體測定結(jié)果見表5。

結(jié)果表明，不同類型、不同濃度的實際樣品加標(biāo)回收率為93.8%～107.5%，準(zhǔn)確度高，滿足加標(biāo)回收率的控制要求(濃度<0.05mg/L，加標(biāo)回收率為85%～115%)[8]，基體對測定結(jié)果的影響較小，準(zhǔn)確度高。

表5 實際水樣加標(biāo)回收率測定及計算結(jié)果

3.4.3 不同分析方法的比較

使用德國SEAL AA3連續(xù)流動分析儀參加環(huán)境保護部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所揮發(fā)酚項目能力考核，結(jié)果滿意。由于該次能力考核不限定方法，考核結(jié)果等同于不同實驗室之間不同方法的比較，也可用作評價連續(xù)流動分析法測定揮發(fā)酚準(zhǔn)確度的指標(biāo)。

根據(jù)考核反饋的結(jié)果，上報的結(jié)果為74.1μg/L，中位值為74.0μg/L，標(biāo)準(zhǔn)化IQR為2.45，實驗室間z比分數(shù)為0.04，結(jié)果非?？煽俊?/p>

綜上所述，使用配備了長光程(100cm)LWCC的AA3連續(xù)流動分析儀測定水中揮發(fā)酚，其檢出限、精密度、準(zhǔn)確度等方法性能指標(biāo)均能滿足HJ 503-2009[3]中的相應(yīng)要求，能用于水中揮發(fā)酚的測定。

4 連續(xù)流動分析法測定揮發(fā)酚的優(yōu)勢

4.1 更高的靈敏度大大降低了儀器的檢出限，更適用于低濃度樣品的分析

首先，由于AA3連續(xù)流動分析儀配備了100cm長光程 LWCC，使得儀器的靈敏度顯著提高，在測定中無需使用有機試劑三氯甲烷對樣品進行富集，采用直接顯色后測定，其檢出限僅為傳統(tǒng)分光光度萃取法的一半，在滿足標(biāo)準(zhǔn)方法要求的同時，更適于低濃度樣品(地表水)的分析。

其次，由于分析過程不使用有毒有害的有機試劑三氯甲烷，不僅保護了分析人員免受有機試劑毒害，同時不會對環(huán)境造成二次污染，對周圍環(huán)境更加友好。

4.2 全自動分析，顯著提高了工作效率，在大批量分析中更具優(yōu)勢

由于AA3連續(xù)流動分析儀實現(xiàn)了揮發(fā)酚測定的全自動，避免了手工方法中諸如蒸餾、萃取、兩相分離、轉(zhuǎn)移、比色等環(huán)節(jié)可能引入的隨機誤差，最大限度地保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

同時由于實現(xiàn)了全自動分析， 工作效率大幅提升，達到了27個樣品/h，而傳統(tǒng)分光光度萃取法分析1個樣品需要1～2h[5]，因此其在大批量樣品分析中優(yōu)勢不言而喻。

4.3 密閉系統(tǒng)與氣泡間隔使得儀器具有更好的穩(wěn)定性和精密度，使得測定結(jié)果不受微小環(huán)境變化影響

首先，AA3連續(xù)流動分析儀除了進樣系統(tǒng)外，蒸餾、顯色反應(yīng)、光度測定模塊均采用密閉系統(tǒng)，整個系統(tǒng)更穩(wěn)定，測定結(jié)果不易受環(huán)境因素變化的影響。

其次，樣品進入儀器后，被規(guī)律間隔的氣泡分割成 20～30個片段，每一個片段被測量100次，即每一個樣品被測量2000～3000次，保證了樣品測量的精密度和重復(fù)性[11]。

再次，與傳統(tǒng)的分光光度萃取法測定揮發(fā)酚相比較，連續(xù)流動法既不需要制備無酚水，也無需對顯色劑4-氨基安替比林進行提純，更不需要進行手工萃取，極大地簡化了實驗條件。這樣一來，極大地規(guī)避了由于實驗條件控制不到位或者細微變化對實驗結(jié)果造成影響，同時也使得整個分析過程更容易被再現(xiàn)及追溯。

5 結(jié)論

使用德國SEAL 公司AA3 型連續(xù)流動分析儀(配備100cm 光程LWCC)測定水中揮發(fā)酚，方法線性關(guān)系好，相關(guān)系數(shù)≥0.9995；靈敏度高，檢出限為0.15μg/L；精密性高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差僅0.62%；準(zhǔn)確度高，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定相對誤差<3%，加標(biāo)回收率達93.8%～107.5%。各項指標(biāo)均滿足揮發(fā)酚測定標(biāo)準(zhǔn)(HJ 503-2009)的要求，適用于揮發(fā)酚的監(jiān)測。

與傳統(tǒng)分光光度萃取法相比，連續(xù)流動分析法操作簡單、快速高效、靈敏度高、檢出限低、穩(wěn)定性高，實驗過程不受人為因素影響等特點，使其在低濃度、大批量樣品分析中具有明顯優(yōu)勢，更能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、客觀、真實、可追溯，也更符合現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和趨勢。