連續(xù)流動(dòng)分析法測定海水中揮發(fā)酚的研究

張曉昱，周超凡，袁廣旺

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心, 江蘇 南京 210019)

0 引言

我國的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，揮發(fā)酚是指在蒸餾時(shí)能與水蒸氣一起揮發(fā)出來的一類酚[1]。除自然環(huán)境中某些特殊植物能產(chǎn)生幾種酚外，水環(huán)境中的酚類主要來源于人類的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。生態(tài)環(huán)境部、國家統(tǒng)計(jì)局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2020年6月聯(lián)合發(fā)布的《第二次全國污染源普查公報(bào)》結(jié)果顯示：2017年，全國水污染物揮發(fā)酚排放量為244.10 t；揮發(fā)酚排放量位居前3位的行業(yè)分別是石油、煤炭及其他燃料加工業(yè)160.39 t，化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)46.44 t，黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)17.74 t。上述3個(gè)行業(yè)排放量合計(jì)占工業(yè)源揮發(fā)酚排放量的92%[2]。

當(dāng)水中含有低濃度的酚類時(shí)，會(huì)干擾某些魚類的洄游過程，進(jìn)而影響魚類繁殖。當(dāng)水中酚類含量較高時(shí)，會(huì)破壞魚類的呼吸系統(tǒng)和脾臟，導(dǎo)致死亡，嚴(yán)重的會(huì)引起水域環(huán)境魚類絕跡[3]。為此，揮發(fā)酚作為判斷海洋環(huán)境污染的一種重要指標(biāo)被納入GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。同時(shí)，由于部分有機(jī)酚類化合物一般較難降解，使用廣泛，毒性較大，有生物累積性，并對人類和生物有致癌、致畸、致突變的特性，因此我國生態(tài)環(huán)境部和美國環(huán)保署(EPA)均將它們作為“環(huán)境優(yōu)先控制污染物”對待，并放入“環(huán)境激素黑名單”中。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 實(shí)驗(yàn)方法原理

海水樣品在酸性條件下通過在線恒溫蒸餾器蒸餾，蒸餾物與堿性鐵氰化鉀[K3Fe(CN)6]和4-氨基安替比林(C11H13N3O)反應(yīng)生成紅色反應(yīng)物，在505 nm波長下測定該產(chǎn)物吸光度值，最終測定樣品中揮發(fā)酚的含量。

1.2 儀器工作原理

利用蠕動(dòng)泵將樣品壓入以一定流速流動(dòng)的、用空氣氣泡或氮?dú)鈿馀蓍g隔的載流中，樣品和試劑在連續(xù)流動(dòng)的載流中充分混合并充分反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，反應(yīng)產(chǎn)物通過檢測器檢測。

2 實(shí)驗(yàn)操作

2.1 試劑與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

實(shí)驗(yàn)分析均使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純試劑，實(shí)驗(yàn)用水為新鮮制備的去離子水。除標(biāo)準(zhǔn)溶液外，其他溶液和實(shí)驗(yàn)用水均用超聲除氣。

(1)鹽酸溶液：取800 mL去離子水，加入鹽酸(ρ=1.19 g/mL)83 mL，冷卻后用水稀釋至1 000 mL，混勻。

(2)磷酸溶液：取800 mL去離子水，加入磷酸(ρ=1.69 g/mL)160 mL，冷卻后用水稀釋至1 000 mL，混勻。

(3)曲拉通X-100(C34H62O11)溶液：取50 mL曲拉通X-100,用無水乙醇稀釋至100 mL，混勻后備用。

(4)鐵氰化鉀緩沖液：取約180 mL去離子水，加入1.8 g硼酸(H3BO3)、1.0 g氫氧化鈉(NaOH)和2.0 g氯化鉀(KCl)，充分?jǐn)嚢枞芙?，最后稀釋?00 mL，再加入0.30 g鐵氰化鉀和1 mL曲拉通X-100溶液，混勻。

(5)4-氨基安替比林溶液：取約180 mL去離子水，加入1.8 g硼酸、1.0 g氫氧化鈉和2.0 g氯化鉀，充分?jǐn)嚢枞芙猓詈笙♂尩?00 mL，再加入0.20 g 4-氨基安替比林和1 mL曲拉通X-100溶液，混勻。

(6)酚標(biāo)準(zhǔn)貯備液：ρ=100 mg/L，市售水中酚成分分析溶液有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

(7)酚標(biāo)準(zhǔn)使用溶液：ρ=1 mg/L，分取適量酚標(biāo)準(zhǔn)貯備液，逐級稀釋獲得。

2.2 儀器和設(shè)備

(1)AutoAnalyzer 3連續(xù)流動(dòng)分析儀：包括自動(dòng)進(jìn)樣器、高精度蠕動(dòng)泵、化學(xué)反應(yīng)模塊(包含混合圈、滲透器、加熱池等)、高分辨率數(shù)字比色計(jì)(包含檢測器和所有模塊的電子控制單元)、循環(huán)冷卻水裝置、氮?dú)狻⒂?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(控制模塊、程序、顯示運(yùn)行圖表、報(bào)告結(jié)果等)。

(2)電子天平：量程不小于100 g，精度為0.1 mg。

(3)超聲波儀：超聲頻率不低于40 kHz，具備水溫監(jiān)控功能。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟及參數(shù)設(shè)定

首先，啟動(dòng)冷卻水循環(huán)槽和在線蒸餾器，待蒸餾器溫度達(dá)到100 ℃后，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵并吸取試劑。檢查儀器系統(tǒng)管路，待系統(tǒng)穩(wěn)定后打開進(jìn)樣器和檢測器開關(guān)。啟動(dòng)控制軟件，激活檢測通道窗口并運(yùn)行分析方法，設(shè)置進(jìn)樣速率為每小時(shí)30個(gè)，進(jìn)樣清洗比為3∶1，氣泡注入速率每秒2個(gè)。其次，待通道窗口基線穩(wěn)定后，開始測定樣品。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 校準(zhǔn)曲線

制備揮發(fā)酚質(zhì)量濃度分別為0 μg/L，5 μg/L，10 μg/L，20 μg/L，35 μg/L，50 μg/L，75 μg/L標(biāo)準(zhǔn)系列樣品，從低濃度到高濃度依次取樣分析，得到不同濃度揮發(fā)酚的信號值(峰高)，以峰高為縱坐標(biāo)對應(yīng)的揮發(fā)酚質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線，每日一條校準(zhǔn)曲線，得到連續(xù)5日校準(zhǔn)曲線(見表1)。標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)范圍為0.999 6～1.000 0，具有優(yōu)良的線性關(guān)系。

表1 揮發(fā)酚校準(zhǔn)曲線繪制及空白值測定

3.2 方法檢出限及測定下限

采用濃度為預(yù)期方法檢出限5倍的樣品，按照給定分析方法的全過程進(jìn)行處理和測定，共進(jìn)行8次平行測定。方法檢出限MDL計(jì)算公式如下[4]：

MDL=t×S

式中：t為研究值的99%可信度和采用n-1自由度估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，8次重復(fù)測量時(shí)t=2.998；S為重復(fù)測定8次的標(biāo)準(zhǔn)偏差。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)方法檢出限、測定下限(見表2)。

3.3 精密度

按照7.5、15.0和37.5 μg/L的加標(biāo)量制備空白加標(biāo)樣，共進(jìn)行6次平行測定，統(tǒng)計(jì)其標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。由表3中的測定結(jié)果可以看出，各質(zhì)量濃度條件下相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.46%、2.42%和1.86%，該方法具備較好的精密度。

3.4 準(zhǔn)確度

為驗(yàn)證連續(xù)流動(dòng)分析法的準(zhǔn)確性，對180416，180417，180418這3種不同質(zhì)量濃度的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別測定6次。表4中的測定結(jié)果顯示，本方法的相對誤差分別為0.40%，2.80%，0.61%，滿足實(shí)驗(yàn)質(zhì)控要求，可保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表2 揮發(fā)酚實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢出限、測定下限

表3 揮發(fā)酚實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空白加標(biāo)精密度測定

表4 揮發(fā)酚實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)準(zhǔn)確度測定

3.5 鹽度干擾加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對7種不同鹽度梯度的實(shí)際海水樣品按照7.5 μg/L，15.0 μg/L，37.5 μg/L這3種加標(biāo)量加標(biāo)。測定結(jié)果顯示，加標(biāo)7.5 μg/L實(shí)際樣品回收率為79%～93%，加標(biāo)15.0 μg/L實(shí)際樣品回收率為88%～101%，加標(biāo)37.5 μg/L實(shí)際樣品回收率為95%～99%。不同鹽度下，海水樣品對3種不同質(zhì)量濃度加標(biāo)量的回收率均滿足GB 17378.2—2007 《海洋監(jiān)測規(guī)范 第2部分：數(shù)據(jù)處理與分析質(zhì)量控制》[5]中回收率為60%～110%的容許值要求，加標(biāo)回收率結(jié)果如表5所示。

表5 海水樣品不同鹽度下回收率的測定

4 結(jié)語

連續(xù)流動(dòng)分析法測定海水中的揮發(fā)酚，具有良好的線性(r=1)、較低的檢出限(1.0 μg/L)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.46%，相對誤差小于2.80%，不同鹽度梯度條件下樣品加標(biāo)回收率為79%～101%，分析速率可達(dá)約每小時(shí)30個(gè)。較傳統(tǒng)GB 17378.4—2007 《海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分：海水分析》中的4-氨基安替比林分光光度法，本方法精密度、準(zhǔn)確度、檢出限和樣品分析結(jié)果均能滿足當(dāng)前海水樣品實(shí)驗(yàn)分析要求。同時(shí)，連續(xù)流動(dòng)分析法不但分析效率高，對實(shí)驗(yàn)人員、樣品和藥品試劑需求量少，適合大批量海水樣品的分析。