連續(xù)流動(dòng)注射法在水中揮發(fā)酚檢測(cè)和能力驗(yàn)證中的應(yīng)用

李 蒙，張 敏，張銳青

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

酚類通常是指單環(huán)和稠環(huán)芳烴的一元、二元或多元的羥基衍生物[1]，按照其沸點(diǎn)不同，以230 ℃為界，沸點(diǎn)高于230 ℃的酚類稱之為不揮發(fā)酚，沸點(diǎn)低于230 ℃的稱之為揮發(fā)酚。一般一元酚多為揮發(fā)性酚(對(duì)硝基苯酚除外)，如苯酚、甲基酚、二甲基酚等都屬于揮發(fā)性酚[2-3]。

揮發(fā)酚是一種高毒物質(zhì)，為原生質(zhì)毒，人體攝入一定量會(huì)出現(xiàn)急性中毒癥狀。長(zhǎng)期飲用被酚污染的水，可引起頭痛、出疹、瘙癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。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。當(dāng)水中含酚0.1～0.2 mg/L，魚肉有異味；大于5 mg/L時(shí)，魚中毒死亡[4]。國(guó)家地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)要求，揮發(fā)酚的濃度應(yīng)當(dāng)不超過(guò)0.000 3 mg/L，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、湖泊和飲用水源地等水環(huán)境監(jiān)測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目，已成為評(píng)價(jià)地表水水環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)之一[5]。

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4-氨基安替比林分光光度法[6]，該方法操作繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)，操作中需要用到三氯甲烷進(jìn)行萃取，萃取效率的差異很容易導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)偏差，且三氯甲烷是一種易揮發(fā)、致癌、致畸、致突變作用的有機(jī)試劑，長(zhǎng)期接觸使用，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的危害。

流動(dòng)分析方法主要有流動(dòng)注射分析法(FIA)、連續(xù)流動(dòng)注射分析法(CFA)和順序注射分析法(SIA)，目前應(yīng)用較為廣泛的為主要為前兩種方法，兩者的主要區(qū)別在于，流動(dòng)注射分析方法無(wú)氣泡間隔，屬于非穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)，而連續(xù)流動(dòng)注射有氣泡間隔，屬于穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)[7]，流動(dòng)注射法在測(cè)定揮發(fā)酚方面已有發(fā)布的環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[8]，而連續(xù)流動(dòng)注射分析法目前尚未有統(tǒng)一的環(huán)境監(jiān)測(cè)分析標(biāo)準(zhǔn)，因此本文采用連續(xù)流動(dòng)注射法驗(yàn)證水中揮發(fā)酚分析方法的適用性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，該方法操作簡(jiǎn)單，線性關(guān)系較好，檢出限較低、精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率都較好，同時(shí)將該方法應(yīng)用于環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所組織的揮發(fā)酚能力驗(yàn)證活動(dòng)，考核結(jié)果滿意，同樣也證明了該方法具有較高的準(zhǔn)確度，能夠應(yīng)用于日常揮發(fā)酚樣品的準(zhǔn)確測(cè)定，本文通過(guò)大量數(shù)據(jù)以期為連續(xù)流動(dòng)注射標(biāo)準(zhǔn)方法的制定提供更多的依據(jù)，推動(dòng)連續(xù)流動(dòng)注射法在環(huán)境監(jiān)測(cè)方法的普及和應(yīng)用。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

在酸性條件下，待測(cè)樣品高溫在線蒸餾出酚類化合物，被蒸餾出的揮發(fā)酚，在鐵氰化鉀作用下，在pH值10±0.2條件下，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，在波長(zhǎng)505 nm處測(cè)量其吸光度信號(hào)值。

1.2 儀器設(shè)備

Skalar SAN++連續(xù)流動(dòng)注射分析儀，荷蘭Skalar公司；PHS-3E pH計(jì)，上海雷磁；UPC-20UV超純水機(jī)，北京康銘時(shí)代公司；AE224天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試 劑

苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液(500 mg/L，GSB 07-1281-2000，批號(hào)：102318，不確定度±2%)，環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品(批號(hào)：200363、200365)，環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；4-氨基安替比林(優(yōu)級(jí)純)，默克公司；Brij-35溶液(30%)，荷蘭Skalar公司；磷酸(85%)、硼酸、鐵氰化鉀、氯化鉀和氫氧化鈉等試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，氮?dú)?純度：≥99.99%)；山東泓達(dá)生物科技有限公司。

1.4 溶液配制

1.4.1 磷酸溶液配制

量取50 mL 85%磷酸溶液，加入到450 mL蒸餾水中，搖勻后待用；臨用現(xiàn)配。

1.4.2 4-氨基安替比林溶液配制

準(zhǔn)確稱取0.26 g 4-氨基安替比林，加入到400 mL蒸餾水中，加入1 mL Brij-35溶液，攪拌溶解后，過(guò)濾；臨用現(xiàn)配。

1.4.3 鐵氰化鉀溶液配制

準(zhǔn)確稱取0.26 g鐵氰化鉀，1.2 g 硼酸，2.0 g 氯化鉀，加入到400 mL 蒸餾水中，攪拌溶解后，用1 mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液 pH到10.3，過(guò)濾；溶液保存在棕色試劑瓶中，4 ℃條件下保存，可穩(wěn)定使用3天。

1.4.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

用潔凈干燥移液管，準(zhǔn)確移取10 mL苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液至500 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度線，得到10.0 mg/L苯酚標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，臨用現(xiàn)配；分別準(zhǔn)確移取0.2 mL、0.5 mL、1.0 mL、3.0 mL、5.0 mL苯酚標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液至100 mL容量瓶中，用水稀釋定容至刻度線，標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度分別為2.0、5.0、10.0、30.0、50.0 μg/L。

1.4.5 揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)品和盲樣考核溶液配制

用潔凈干燥移液管，準(zhǔn)確移取10.0 mL揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)品或考核樣置于1 000 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度線，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。

1.5 實(shí)驗(yàn)條件

按照儀器操作作業(yè)指導(dǎo)書的要求，依次打開儀器控制開關(guān)、氮?dú)鉁p壓閥、循環(huán)冷凝器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和儀器操作軟件，將配制好的磷酸溶液、4-氨基安替比林溶液和鐵氰化鉀溶液依次放入對(duì)應(yīng)的試劑管路中，待儀器基線穩(wěn)定后，開始樣品分析。

1.6 結(jié)果計(jì)算

樣品中揮發(fā)酚的濃度(μg/L)，按照公式(1)計(jì)算。

(1)

式中：ρ——樣品中揮發(fā)酚的濃度，μg/L

y——測(cè)定信號(hào)值(峰高)

a——標(biāo)準(zhǔn)曲線方程的截距

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線方程的斜率

f——稀釋倍數(shù)

2 結(jié)果和討論

2.1 方法線性

按照設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定，以揮發(fā)酚的濃度為橫坐標(biāo)，以所測(cè)得吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。揮發(fā)酚在濃度0～50.0 μg/L范圍內(nèi)，線性方程 y=0.227x-0.000 95，線性相關(guān)系數(shù)0.999 8，表明揮發(fā)酚在0～50.0 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.2 方法檢出限和測(cè)定下限

根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ168-2020)附錄A1中的要求，當(dāng)空白試驗(yàn)中未檢測(cè)出目標(biāo)物時(shí)，對(duì)濃度值或含量為估計(jì)方法檢出限值3～5倍的樣品進(jìn)行n (n≥7)次平行測(cè)定，按照公式計(jì)算方法檢出限。

MDL=t(n-1，0.99)×S

式中：MDL——方法檢出限

n——樣品的平行測(cè)定次數(shù)

t——自由度為n-1，置信度為99%時(shí)的t分布(單側(cè))

S——n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差

對(duì)揮發(fā)酚4.0 μg/L濃度值進(jìn)行7次平行測(cè)定，計(jì)算方法檢出限，具體情況見表1。由表1知，連續(xù)流動(dòng)注射的檢出限為0.000 1 mg/L，低于4-氨基安替比林揮發(fā)酚分光光度法檢出限0.000 3 mg/L，能夠滿足樣品測(cè)定的要求。

表1 方法檢出限Table 1 Method detection limit

2.3 方法精密度

準(zhǔn)確配制低、中、高3組揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用連續(xù)流動(dòng)注射法進(jìn)行測(cè)定，具體情況見表2。三種溶液的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為6.19%、2.81%和1.78%，方法精密度高。

表2 方法精密度測(cè)定結(jié)果Table 2 Measurement results of method precision

2.4 方法準(zhǔn)確度

選取兩支環(huán)保部標(biāo)樣所揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)樣品，批號(hào)200363，濃度為(19.4±1.3)μg/L，批號(hào)200365，濃度為(45.2±3.7)μg/L，按照上述實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)測(cè)定6次，具體情況見表3。由表3可見，此方法的測(cè)定結(jié)果均在真值范圍內(nèi)，測(cè)定的相對(duì)誤差分別為0.34%和1.55%，方法準(zhǔn)確度較高。

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果Table 3 Standard material parallel measurement results

2.5 實(shí)際樣品測(cè)定

表4 揮發(fā)酚加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果(n=6)Table 4 Results volatile phenols of recovery test(n=6)

使用該方法對(duì)宿遷市地表水、地下水和飲用水源地樣品進(jìn)行加標(biāo)測(cè)試，分別在樣品中加入低濃度和高濃度的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照上述實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)測(cè)定6次，計(jì)算其加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，具體情況見表4。由表4可見，此方法的的平均回收率在95.0%～113.0%，準(zhǔn)確度高。

2.6 考核樣測(cè)定

對(duì)揮發(fā)酚能力驗(yàn)證考核樣品分別用連續(xù)流動(dòng)注射法和分光光度法進(jìn)行測(cè)定，具體情況見表5。連續(xù)流動(dòng)注射法考核樣測(cè)定結(jié)果為50.8 μg/L，4-氨基安替比林分光光度法考核樣測(cè)定結(jié)果51.6 μg/L，根據(jù)兩種方法測(cè)試結(jié)果比較分析后，最終上報(bào)考核樣的測(cè)定結(jié)果為50.8 μg/L。

能力驗(yàn)證考核結(jié)果評(píng)價(jià)采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)Z比分?jǐn)?shù)法[9-10]，|z|≤2，結(jié)果為滿意，2<|z|<3，結(jié)果為有問(wèn)題，|z|≥3，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]，本次考核結(jié)果評(píng)價(jià)為滿意，實(shí)驗(yàn)室間z比分?jǐn)?shù)-0.09，在本次考核中，參與考核實(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%，考核結(jié)果具體情況見表6。從考核結(jié)果上看，揮發(fā)酚考核樣采用連續(xù)流動(dòng)注射方法測(cè)定，較分光光度法結(jié)果更為準(zhǔn)確。

表5 連續(xù)流動(dòng)注射法和分光光度法考核樣測(cè)定結(jié)果Table 5 Examination sample determination measurement results by continuous flow injection and spectrometer method

表6 揮發(fā)酚考核樣結(jié)果

2.7 討 論

連續(xù)流動(dòng)注射法在測(cè)定水中揮發(fā)酚的優(yōu)勢(shì)主要有：

(1)操作簡(jiǎn)單，樣品可以按照設(shè)定的程序直接進(jìn)樣分析，通過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣器對(duì)樣品進(jìn)行批處理分析，減少了分光光度法萃取繁瑣操作，自動(dòng)化程度較高；

(2)分析時(shí)間短，連續(xù)流動(dòng)注射法3 min左右即可完成單個(gè)樣品的測(cè)定，同時(shí)由于揮發(fā)酚本身的不穩(wěn)定、易揮發(fā)的特性，因此對(duì)于能力驗(yàn)證考核的樣品而言，須盡量做到打開后當(dāng)日完成分析，連續(xù)流動(dòng)注射法完全能夠在樣品的有效期內(nèi)完成多次重復(fù)測(cè)定，分析效率較高；

準(zhǔn)確度高，從揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)品測(cè)定和能力驗(yàn)證考核的結(jié)果來(lái)看，連續(xù)流動(dòng)注射法測(cè)定揮發(fā)酚的結(jié)果穩(wěn)定在真值范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度較高；

(3)危害性較小，整個(gè)分析過(guò)程未使用三氯甲烷，降低了有機(jī)試劑對(duì)分析人員的健康危害，同時(shí)產(chǎn)生的廢液較少，對(duì)環(huán)境的危害較小。

(4)考慮到工業(yè)廢水或生活污水成分較為復(fù)雜，容易導(dǎo)致儀器管路堵塞，從儀器維護(hù)成本考慮，本文未進(jìn)行工業(yè)廢水和生活污水的測(cè)定，對(duì)于工業(yè)廢水和生活污水的測(cè)定，建議預(yù)處理后進(jìn)行分析測(cè)定[12-14]。

3 結(jié) 論

建立了連續(xù)流動(dòng)注射測(cè)定水中揮發(fā)酚的方法，該方法線性關(guān)系較好，檢出限較低、準(zhǔn)確度、精密度、靈敏度和加標(biāo)回收率都較好，同時(shí)將該方法應(yīng)用到揮發(fā)酚能力驗(yàn)證樣品測(cè)定，考核結(jié)果滿意，準(zhǔn)確度較高，能夠應(yīng)用于日常揮發(fā)酚樣品的準(zhǔn)確測(cè)定，且操作簡(jiǎn)單、分析效率較高、準(zhǔn)確度高和危害性較小，適用于大規(guī)模地表水、地下水和飲用水源地樣品的分析測(cè)定。