基于柱后衍生-離子色譜法分析地表水和地下水中六價(jià)鉻的方法研究

鄧宇杰

（吉林省吉林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，吉林 吉林， 132001）

引 言

鉻作為生物體所必須的微量元素之一，其毒性與其存在的價(jià)態(tài)有關(guān)[1]。鉻的化合物常見的價(jià)態(tài)有三價(jià)和六價(jià)，通常認(rèn)為六價(jià)鉻的毒性比三價(jià)鉻的高100倍，六價(jià)鉻更容易為人體吸收并且在體內(nèi)蓄積，導(dǎo)致肝癌等疾病，水體中六價(jià)鉻質(zhì)量濃度超過10mg/L對水生生物產(chǎn)生致死作用[2]，因此《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8978-1996將六價(jià)鉻限制為第一類污染物。

目前，環(huán)境檢測水中六價(jià)鉻的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有二苯碳酰二肼分光光度法和流動注射-二苯碳酰二肼分光光度法；其他分析方法有原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、電感耦合等離子發(fā)射光譜法等。雖然《水質(zhì)六價(jià)鉻的測定二苯碳酰二肼分光光度法》GB/T 7467-1987和《水質(zhì)六價(jià)鉻的測定流動注射-二苯碳酰二肼分光光度法》具有操作簡單、適用范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但這兩種方法普遍抗干擾較弱，存在不能直接分析有色或有濁度的樣品；而原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定的是水中的總鉻，無法單獨(dú)分析六價(jià)鉻。故需要探索一種精準(zhǔn)分析地表水和地下水中的六價(jià)鉻含量的方法，使各級生態(tài)環(huán)境監(jiān)測部門能夠?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境管理提供科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)。

本研究使用離子色譜聯(lián)合的紫外可見檢測器，采用柱后衍生檢測地表水和地下水中的六價(jià)鉻。為了防止六價(jià)鉻在酸性條件下被還原成其他價(jià)態(tài)，需將樣品pH值調(diào)節(jié)至8～9，并在低溫冷藏條件下運(yùn)輸，在24h內(nèi)進(jìn)行分析[3-7]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與材料

戴安ICS-2000離子色譜儀+Pickering Vector PCX柱后衍生系統(tǒng)；戴安Ulimate3000紫外可見檢測器；戴安IonPac AG19保護(hù)柱（4mm×50mm）+IonPac AS19（4mm×250mm）色譜柱；普析通用TU1901紫外可見分光光度計(jì)；前處理小柱；梅特勒-托利多AL204電子天平；上海興亞0.22μm水系微孔濾膜；基準(zhǔn)級重鉻酸鉀：100g/瓶，天津科密歐；實(shí)驗(yàn)用水：密理博Milli-Q超純水機(jī)制備的電阻率≥18.2Ω/cm的超純水；鉻（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液：證書號GSB07-1284-2000/101215，北 京 環(huán) 標(biāo) 科 創(chuàng)，500mg/L； 六 價(jià) 鉻 標(biāo) 準(zhǔn) 樣 品 ：GSB 07-3174-2014/203352，北京環(huán)標(biāo)科創(chuàng)，（65.0±3.1）μg/L；賽默飛在線發(fā)生淋洗液：氫氧化鉀體系；衍生試劑：2 mmol/L 1,5-二苯卡巴肼、10%甲醇（V/V）、2.5%硫酸（V/V）；氮?dú)猓杭兌取?9.999%。

1.2 樣品前處理

樣品采集后，立即用氫氧化鈉溶液調(diào)至pH值8～9，于4℃以下存放，24h內(nèi)分析；分析前將樣品用0.22μm水系微孔濾膜過濾；如樣品含有機(jī)污染物，進(jìn)樣前應(yīng)根據(jù)有機(jī)污染物物種類通過C18小柱、硅膠小柱等處理；若樣品顏色較深，進(jìn)樣前應(yīng)通過石墨化炭黑小柱處理。

1.3 分析條件

柱溫：30℃；淋洗液：25 mmol/L氫氧化鉀，流速1.0mL/min；柱后衍生劑流速0.5mL/min，混合管路750 μL；檢測波長545nm；進(jìn)樣量25μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

質(zhì)量濃度為0.02mg/L六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖見圖1。

圖1 六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖Fig.1 Chromatogram of standard solution of hexavalent chromium

2.2 分析條件的選擇

2.2.1 檢測波長的選擇

經(jīng)過紫外可見分光光度計(jì)對質(zhì)量濃度為1mg/L的六價(jià)標(biāo)準(zhǔn)溶液在進(jìn)行全波長掃描，雖然在510～560nm處有多處明顯的吸收峰。但使用0.1mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣25μL，在紫外可見檢測器中對510～560nm波長進(jìn)行信號掃描，結(jié)果表明，530nm和545nm下六價(jià)鉻具有較大吸收、峰形良好并且基線平穩(wěn)，但信噪比530nm（204）明顯不如545nm（521）。故，選擇檢測波長545nm。

2.3 色譜條件的優(yōu)化

參考六價(jià)格的柱后衍生離子色譜法[2,8～12]，結(jié)合我們現(xiàn)有色譜柱型號，我們選用AS19（4×250mm）作為分離柱，通過在線氫氧根淋洗液發(fā)生器調(diào)節(jié)淋洗液濃度進(jìn)行分離研究。結(jié)果表明：淋洗液速為1.0ml/min，進(jìn)樣量25μL時(shí)，六價(jià)鉻分離效果良好，且峰型良好。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

使用基準(zhǔn)級重鉻酸鉀配制含六價(jià)鉻500mg/L的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液：

配制0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、5.00μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、50.0μg/L、80μg/L水中六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，按2.3的分析條件進(jìn)行測定：回歸方程為y=9.1882x+0.0099，相關(guān)系數(shù)為0.9994。結(jié)果表明：水中六價(jià)鉻質(zhì)量濃度在0.5μg/L～80μg/L范圍內(nèi)線性良好。

配制1.00μg/L六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測定7次，計(jì)算得出測定平均濃度為1.01μg/L，計(jì)算得出該方法的檢出限（MDL）為0.3μg/L，測定平均濃度/MDL為3.33，樣品測定平均值與MDL比值在3～5范圍內(nèi)，檢出限合理[13]；測定下限為MDL×4[13]，即1.2μg/L。檢出限實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表(單位：μg/L)Table 1 Statistical table of measurement results of standard samples

2.5 空白實(shí)驗(yàn)

2.5.1 實(shí)驗(yàn)室空白試樣的制備

以實(shí)驗(yàn)用水代替樣品，按照1.2制備實(shí)驗(yàn)室空白試樣，按照1.3的分析條件進(jìn)行測定。10份實(shí)驗(yàn)室空白試樣的測定結(jié)果均低于0.3μg/L的檢出限。

2.5.2 全程序空白試樣的制備

將實(shí)驗(yàn)用水帶至采樣現(xiàn)場，與樣品采集相同方式進(jìn)行分裝、運(yùn)輸后帶至實(shí)驗(yàn)室，按照1.2制備全程序空白試樣，再按照1.3的分析條件進(jìn)行測定。10份全程序空白試樣的測定結(jié)果均低于0.3μg/L的檢出限。

為了不影響檢測結(jié)果，在分析每批樣品前應(yīng)至少做一個(gè)全程序空白及實(shí)驗(yàn)室空白?？瞻字祽?yīng)低于該方法檢出限，否則須查找原因，重新分析直至合格之后才能分析樣品。

2.6 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

2.6.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

使用證書號為GSB07-1284-2000/101215的標(biāo)準(zhǔn)溶液配制1.00μg/L、10.00μg/L兩種濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品和證書號為GSB07-3174-2014/203352有證標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確度測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示低、中、高三種濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品的測試均可以得到較好的正確度和精密度。標(biāo)準(zhǔn)樣品準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2

表2 標(biāo)準(zhǔn)樣品準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表(單位：μg/L)Table 2 Statistical table of accuracy experiment results of standard sample

2.6.2 實(shí)際樣品

以選定的測定條件，選用某調(diào)查任務(wù)采集[5,7]的3份地表水、3份地下水分別進(jìn)行實(shí)際樣品濃度和加標(biāo)2.0μg/L、10.0μg/L和50.0μg/L的測試[13]。每份樣品平行測定6次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示測試結(jié)果精密度在0.7%～9.4%之間，加標(biāo)回收率在90%～110%之間。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出吉林省地表水和地下水中基質(zhì)對于六價(jià)鉻的檢測無明顯影響，精密度及加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3和表4。

表3 實(shí)際樣品精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表(單位：μg/L)Table 3 Statistical table of precision experiment results of actual sample

表4 加標(biāo)后樣品精密度及加標(biāo)回收率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表(單位：μg/L)Table 4 Statistical table of experiment results of sample precision after calibration and calibration recovery rate

2.7 干擾試驗(yàn)

參考標(biāo)準(zhǔn)方法《水質(zhì)六價(jià)鉻的測定二苯碳酰二肼分光光度法》GBT 7467-1987和《水質(zhì)六價(jià)鉻的測定流動注射-二苯碳酰二肼分光光度法》進(jìn)行干擾的確定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：在堿性條件下，若樣品中有氧化劑（如Fe3+）存在，可能會將三價(jià)鉻氧化成六價(jià)鉻，產(chǎn)生正干擾。Fe3+對六價(jià)鉻的濃度比在50倍以上，干擾明顯。

若樣品為酸性（pH值＜6），六價(jià)鉻可能轉(zhuǎn)化為三價(jià)或其他價(jià)態(tài)，使測定結(jié)果偏低，故調(diào)節(jié)樣品pH值至弱堿性，及時(shí)進(jìn)行分析尤為重要。

3 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本研究采用柱后衍生-離子色譜法對地表水和地下水中六價(jià)鉻的含量進(jìn)行測定，可以獲得符合環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢出限；標(biāo)準(zhǔn)樣品和實(shí)際樣品均獲得較為滿意的正確度和精密度。本研究雖然不能進(jìn)行CMA資質(zhì)認(rèn)定，但所需儀器大部分為地市級及以上環(huán)境監(jiān)測中心常用配置儀器，靈敏度高，適用性強(qiáng)，有助于有色水樣或渾濁度高的水樣中的六價(jià)鉻的測定，用來配合《水質(zhì)六價(jià)鉻的測定二苯碳酰二肼分光光度法》GB/T 7467-1987，可以完美為采測分離等有濁度和顏色的環(huán)境質(zhì)量水質(zhì)六價(jià)鉻的定性提供依據(jù)。