水中六價(jià)鉻測定方法的改進(jìn)措施研究進(jìn)展

張 芳, 來克冰, 馮蘭慧, 王 娟

目前, 檢測水中六價(jià)鉻的方法有國家標(biāo)準(zhǔn)方法(GB 7467-87)二苯碳酰二肼分光光度法(以下簡稱國標(biāo)法)、 原子吸收光譜法、 電感耦合等離子體質(zhì)譜法、 離子色譜法、 液相色譜-質(zhì)譜法等, 檢測方法從傳統(tǒng)的分光光度法分析發(fā)展到質(zhì)譜法分析, 方法的檢出限靈敏度重現(xiàn)性均有很大提高。 但是國標(biāo)法作為測定地面水和工業(yè)廢水的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法, 方法靈敏, 選擇性好, 一直是環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室廣泛使用的經(jīng)典檢驗(yàn)方法。

國標(biāo)法基本原理是在酸性溶液之中具有強(qiáng)氧化性的六價(jià)鉻會將二苯碳酰二肼氧化成為二苯縮二氨基脲而新生成的二苯縮二氨基脲則繼續(xù)和六價(jià)鉻的還原產(chǎn)物三價(jià)鉻形成紫紅色化合物, 其最大吸收波長為540 nm, 通過紫外分光光度計(jì)檢測, 從而實(shí)現(xiàn)水樣六價(jià)鉻的定量測定, 所用試劑為: (1+1)硫酸溶液,(1+1)磷酸溶液, 二苯碳酰二肼的丙酮溶液(顯色劑)。 但在實(shí)際檢測中, 存在著需配制和加入試劑種類多, 步驟繁瑣, 顯色劑保存時(shí)間短、 易變色, 顯色劑溶劑有毒等問題, 廣大的分析工作者結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)一直在對其完美和改進(jìn)。

1 對國標(biāo)法的改進(jìn)

1.1 對酸體系種類的改進(jìn)

由國標(biāo)法基本原理可知, 檢測過程中加硫酸與磷酸, 只是為六價(jià)鉻與二苯碳酰二肼顯色反應(yīng)提供氫離子, 創(chuàng)建酸性條件, 因此改變提供氫離子的體系應(yīng)不影響顯色反應(yīng), 根據(jù)這一特性, 分析工作者對硫酸與磷酸組成的酸體系進(jìn)行了改進(jìn)。 張冬云[1]簡化了硫酸與磷酸體系, 在水樣中加入1 mL(1+1)硫酸替代(1+1)的硫酸和(1+1)磷酸各0.5 mL, 其他不變, 在進(jìn)行了校準(zhǔn)曲線比較, 準(zhǔn)確度與精密度研究后發(fā)現(xiàn), 兩條校準(zhǔn)曲線之間無顯著差異, 對不同濃度的標(biāo)樣進(jìn)行重復(fù)測定, 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(cv)均小于5%, 標(biāo)樣回收率符合要求, 說明改進(jìn)效果良好, 完全符合水質(zhì)分析技術(shù)要求。 鑒于只有酸溶液中的氫離子參與反應(yīng), 硫酸根離子與磷酸根離子都不參與反應(yīng)這樣的事實(shí), 蘇文海[2]在張冬云的基礎(chǔ)上, 采用五種不同的單一酸體系與硫酸與磷酸體系進(jìn)行對比研究, 硫酸與磷酸體系按照國標(biāo)法進(jìn)行配制, 硝酸、 鹽酸、 高氯酸、 醋酸、 硫酸體系配制為分別與水體積比1 ∶1 混勻, 對比分析六種酸體系的線性關(guān)系、 精密度、 準(zhǔn)確度等。 在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 六種酸系的精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果均良好; 各酸系的標(biāo)曲線性也良好, 但是硫酸和磷酸的混酸體系、 硝酸體系和醋酸體系酸系繪制的標(biāo)曲在高點(diǎn)處有彎曲的趨勢, 可能影響到高濃度的測定結(jié)果, 同時(shí)醋酸體系加標(biāo)回收偏低, 不符合要求, 權(quán)衡了各酸系的特性和安全性后, 得出鹽酸體系用于分析檢測六價(jià)鉻最佳。 酸系種類的改變簡化了檢測步驟, 速度快, 便于實(shí)際操作。

由此可見, 提供足夠的氫離子, 創(chuàng)建酸性條件, 對國標(biāo)法酸體系的改進(jìn)均可以達(dá)到檢測要求, 將兩種酸由一種酸代替,簡化了實(shí)驗(yàn)步驟, 提高了效率。 但并不是所有能提供氫離子的酸系都符合要求, 由蘇文海的研究發(fā)現(xiàn), 可能強(qiáng)酸和中強(qiáng)酸系效果更好, 原因可能是, 在同體積的情況下, (1+1)中強(qiáng)酸與(1+1)弱酸相比, 能提供的氫離子更多更穩(wěn)定, 酸性條件也更穩(wěn)定, 但哪種酸系效果更好及其原因仍需進(jìn)一步的研究確定。

1.2 對酸體系與顯色劑的配制方式的改進(jìn)

國標(biāo)法在實(shí)際檢測中, 需配制(1+1)的硫酸和(1+1)磷酸及顯色劑3 種溶液, 檢測時(shí)依次加入后進(jìn)行顯色測定, 步驟繁瑣, 不利于大批樣品的檢測分析, 同時(shí)考慮硫酸與磷酸性質(zhì)穩(wěn)定, 混合后不易變質(zhì), 而丙酮僅作為二苯碳酰二肼的溶劑, 對氧化劑較穩(wěn)定, 基于此, 分析工作者配制含混合酸的顯色劑, 檢測時(shí)一次加入, 簡化兩個步驟, 實(shí)驗(yàn)證明, 符合分析技術(shù)要求。

王琪等[3]將硫酸、 磷酸各12.5 mL 加入到事先配好的100 mL 顯色劑中, 配制成含混合酸的顯色劑, 改進(jìn)方法與國標(biāo)法進(jìn)行靈敏度與線性關(guān)系對比研究, 準(zhǔn)確度與精密度試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)檢測結(jié)果顯示, 兩種方法均無顯著差異, 方法可行, 完全能滿足環(huán)境監(jiān)測分析要求。 在考慮試劑用量少, 結(jié)果良好的情況下, 確定了檢測過程中加入含混合酸顯色劑用量為2.5 mL最佳。 王琪等還對含混合酸顯色劑的穩(wěn)定性進(jìn)行了試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)含混合酸的顯色劑在冰箱內(nèi)存放14 天穩(wěn)定性良好。 陳靜潔[4]配制含混合酸的顯色劑的方式與王琪等不同, 其配制方式如下, (2+1+1)混合酸: 50 mL 硫酸緩緩倒入100 mL 去離子水中, 冷卻后, 再加入50 mL 磷酸; 含酸顯色劑: 稱取二苯碳酰二肼0.2 g, 溶于50 mL 丙酮中, 用混酸溶液定容至100 mL。用國標(biāo)法、 混合酸方法、 含酸顯色劑三種方法分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線、 質(zhì)控樣準(zhǔn)確度、 日常水樣精密度對比分析, 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示, 三種方法測均無顯著性差異, 滿足日常檢測要求, 可用于日常水質(zhì)六價(jià)鉻測定。 混合酸顯色劑, 步驟簡單, 有利于大批量試樣測定, 值得推廣應(yīng)用。

因此, 將兩種酸配制在一起, 同時(shí)加入, 或者配制含混合酸的顯色劑用于檢測, 對實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果均無顯著影響, 且含混合酸的顯色劑穩(wěn)定性較好, 延長了顯色劑的儲存時(shí)間, 避免試劑浪費(fèi)。

1.3 對顯色劑介質(zhì)及酸體系配制方式的綜合改進(jìn)

國標(biāo)法中, 丙酮僅起溶解二苯碳酰二肼的作用, 丙酮本身有毒, 對人體有害, 而乙醇是實(shí)驗(yàn)中常中的有機(jī)溶劑, 毒性小, 價(jià)格便宜, 因此分析工作者們考慮以乙醇替代丙酮作為二苯碳酰二肼的溶劑, 并對配制方式等進(jìn)行了綜合改進(jìn)。

趙翔[5]在二苯碳酰二肼顯色劑配制時(shí), 稱取0.2 g 二苯碳酰二肼, 溶于80 mL 乙醇, 加入(1+9)硫酸0.5 mL, 再用乙醇定容至100 mL。 實(shí)驗(yàn)過程中, 酸系使用(1+1)硫酸和(1+1)磷酸等體積混合酸。 使用國標(biāo)法和改進(jìn)方法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn), 結(jié)果表明, 標(biāo)準(zhǔn)曲線, 精密度和準(zhǔn)確度均符合檢測要求, 保證了實(shí)驗(yàn)的精密度與準(zhǔn)確度, 對未知樣品的檢測, 兩方法的測定結(jié)果一致, 無顯著差異。 同時(shí)發(fā)現(xiàn)該方法配制的顯色劑較原顯色劑穩(wěn)定, 30 天內(nèi)仍能保證測定結(jié)果在范圍內(nèi), 解決了顯色劑不穩(wěn)定的問題。 劉文霞、 汪晴[6-7]的改進(jìn)方式與趙翔相似, 都將顯色劑的溶劑從丙酮改為乙醇, 不同的是, 趙翔配制的顯色劑與酸體系是相互獨(dú)立的, 劉文霞、 汪晴則將酸與顯色劑配在一起, 且只用了硫酸, 也取得了滿意的效果, 配制方式如下:0.2 g 二苯碳酰二肼溶于100 mL 乙醇中, 加入(1+9)硫酸400 mL。 在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線、 精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)對比后發(fā)現(xiàn),曲線線性良好, 結(jié)果均在允許誤差范圍內(nèi), 其中改進(jìn)方法精密度和準(zhǔn)確度略優(yōu)于國標(biāo)法, 改進(jìn)方法測定結(jié)果符合要求, 且步驟簡單, 提高了速度。 徐義邦等[8]在配制二苯碳酰二肼顯色劑時(shí), 以乙醇代替有毒的丙酮作為溶劑, 同時(shí)加入適量硫酸和磷酸, 配成含混合酸的顯色劑, 測定時(shí)一起加入, 簡化了實(shí)驗(yàn)步驟, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好。 混合酸的顯色劑具體配制方式如下: 0.2 g二苯碳酰二肼, 溶于100 mL 乙醇中, 移至棕色試劑瓶中; 取20 mL 濃硫酸和20 mL 濃磷酸加到400 mL 去離子水中, 混勻,待冷卻后, 緩慢加入上述乙醇溶液中。

通過上述各分析工作者對顯色劑介質(zhì)及酸體系配制方式的綜合改進(jìn)看出: 同時(shí)對顯色劑的介質(zhì)、 酸系的配制方式及顯色劑的配制方式進(jìn)行改進(jìn), 對檢測結(jié)果無顯著影響, 檢測結(jié)果均符合技術(shù)分析要求。 劉文霞、 汪晴、 徐義邦等配制含酸顯色劑時(shí), 顯色劑濃度和酸性偏低, 在檢測過程中顯色劑用量為2.5 mL, 顯色劑與酸的用量低于國標(biāo)法, 檢測結(jié)果與國標(biāo)法無顯著差異, 節(jié)約了試劑, 以乙醇代替丙酮配制顯色劑, 也減弱了檢測過程中對人體的傷害。

2 結(jié) 語

根據(jù)國標(biāo)法的基本原理, 以及廣大分析工作者的實(shí)際研究, 發(fā)現(xiàn): 改變顯色劑的介質(zhì), 改變酸體系種類, 以及改變試劑配制的方式, 不會影響水體六價(jià)鉻的測定, 測定結(jié)果與國標(biāo)法無顯著差異, 同時(shí)均保證了精密度與準(zhǔn)確度, 符合檢測技術(shù)要求。 用乙醇代替丙酮配制顯色劑, 減少了丙酮對人體的危害, 更加綠色環(huán)保, 同時(shí)降低了實(shí)驗(yàn)成本。 改變酸體系種類,不影響反應(yīng)的進(jìn)行, 不會引入新的干擾物質(zhì), 也保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。 將酸與顯色劑配制成混合溶液, 測定時(shí)一同加入, 其測定結(jié)果與國標(biāo)法無顯著差異, 既保證了測定結(jié)果的可信, 又提高了檢測效率, 提高了顯色劑的穩(wěn)定性, 延長了顯色劑的保質(zhì)期, 有利于實(shí)際檢測工作中大批量樣品的檢測。

3 展 望

對國標(biāo)法的改進(jìn), 在研究過程中, 大多使用標(biāo)樣進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度的研究, 而實(shí)際樣品復(fù)雜多樣, 干擾很多, 所以還應(yīng)再經(jīng)進(jìn)一步的研究, 來確定改進(jìn)后的方法檢測水中的六價(jià)鉻的適用范圍。

在對國標(biāo)法的試劑的配制進(jìn)行改進(jìn), 最終在檢測過程中加入的顯色劑的質(zhì)量和酸量基本一致, 而有的則不一致, 但也取得了良好的檢測效果, 因此, 在以后的研究中, 針對顯色劑二苯碳酰二肼的加入量與酸的濃度對檢測結(jié)果的影響可作為一個研究點(diǎn)。

研究表明含酸的顯色劑穩(wěn)定性好, 儲存時(shí)間長, 因此可進(jìn)一步研究, 尋找使顯色劑更加穩(wěn)定, 儲存時(shí)間更長的改進(jìn)措施, 或者可實(shí)現(xiàn)顯色劑的商品化, 進(jìn)一步縮短檢測時(shí)間, 提高檢測效率。

隨著檢測技術(shù)與時(shí)代的不斷發(fā)展, 對六價(jià)鉻的測定精度和效率的要求越來越高。 因此, 對國標(biāo)法的改進(jìn)會是未來的一個方向, 如更快, 更節(jié)省溶劑, 更環(huán)保, 而面對檢測對象的復(fù)雜化, 進(jìn)一步提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度、 檢出限、 靈敏度、 重現(xiàn)性等, 多類形態(tài)元素的同時(shí)檢測技術(shù)的開發(fā)也越來越受到重視,而人工智能的興起, 機(jī)器有望代替人工, 檢測成本也會下降。