水質(zhì)總氰化物含量檢測(cè)工作中分光光度法的應(yīng)用

摘 要：在工業(yè)污水中，氰化物占比非常高，如果不采取積極的措施予以處理或者是處理方式不當(dāng)，就會(huì)給環(huán)境造成不同程度的污染，甚至還會(huì)危害人體健康。因此，要積極對(duì)水質(zhì)中的總氰化物進(jìn)行檢測(cè)。在工業(yè)領(lǐng)域中，經(jīng)常使用不確定度來衡量檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的使用頻率非常高。當(dāng)研究工作時(shí)，須根據(jù)相關(guān)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水質(zhì)總氰化物含量不確定度進(jìn)行分析工作，對(duì)合成不確定度和分量進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)置信概率達(dá)到96%以上時(shí)，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展研究工作，測(cè)定不確定度使用的主要方法為分光光度法，顯著提高了水質(zhì)總氰化物含量檢測(cè)工作的檢測(cè)效率。

關(guān)鍵詞：分光光度法；總氰化物；不確定度

中圖分類號(hào)：X 52" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

總氰化物是指在 pH 小于 2 的介質(zhì)里，同時(shí)存在EDTA 和磷酸，經(jīng)過加熱蒸餾后，氰化氫形成氰化物，但硫氰化物和鈷氧絡(luò)合物不在其中。在向地表排放工業(yè)廢水后，氰化物會(huì)流入河流中，并以絡(luò)合氰化物、HCN 等形式存在，給動(dòng)、植物和人類的安全造成嚴(yán)重影響。當(dāng)檢測(cè)企業(yè)外排污水是否達(dá)標(biāo)時(shí)，氰化物是關(guān)鍵性的檢測(cè)因子，同時(shí)也是地表水常規(guī)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。測(cè)定總氰化物測(cè)的方式有很多，其中，異煙酸巴比妥酸流動(dòng)注射法和異煙酸 - 巴比妥酸分光光度法是使用頻率最高的分析法。流動(dòng)注射在線蒸餾法與異煙酸巴比妥酸流動(dòng)注射法的原理非常相似，因此，用這兩種方法能更準(zhǔn)確地測(cè)定水體中的總氰化物含量[1-3]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

試驗(yàn)使用的主要儀器有SG8型pH計(jì)、可調(diào)電爐、分光光度計(jì)、石英比色皿、具塞比色管、全玻璃蒸餾器、AA3流動(dòng)注射分析儀和萬分之一電子天平等。使用的主要試劑有異煙酸、一水檸檬酸、聚氧乙烯月桂醚、鄰苯二甲酸氫鉀、巴比妥酸和氯銨T、氫氧化鈉、超純水等。

1.2 測(cè)定方法及原理

當(dāng)進(jìn)行測(cè)定工作時(shí)，使用的主要測(cè)定方法為異煙酸-吡唑啉酮分光光度法。在中性條件下，水樣中的氰化物會(huì)與氯胺T發(fā)生反應(yīng)，生成氯化氫，在異煙酸作用下，氯化氫水解后快速生成戊烯二醛，吡唑啉酮與戊烯二醛縮合生成藍(lán)色染料，當(dāng)達(dá)到一定濃度后，氰化物質(zhì)量濃度與藍(lán)色染料的色度呈現(xiàn)正比例關(guān)系。

1.3 樣品制備

將200mL的水樣放置于蒸餾瓶中，將10mL的EDTA二鈉加入其中，并立即加入10mL磷酸，蓋好瓶蓋。將10mL濃度為10g/L的氫氧化鈉溶液放入100mL容量瓶中，使用該容量瓶來接收餾出液，并以3mL/min的速度加熱蒸餾餾出液。當(dāng)容量瓶?jī)?nèi)的試樣體積達(dá)到約100mL時(shí)，蒸餾工作停止，使用清水對(duì)餾出液導(dǎo)管進(jìn)行清洗，加水稀釋到標(biāo)準(zhǔn)線位置處。

1.4 試驗(yàn)過程

在25mL容量瓶中放入10mL餾出液，加入5mL磷酸鹽緩沖液后，均勻混合，立即加入0.2mL氯胺T溶液，將瓶蓋及時(shí)蓋好，均勻混合后放置5min，隨后加入5mL異煙酸-吡唑啉酮溶液并均勻混合，將容量瓶放置在30℃水浴裝置中，停留時(shí)間為40min，對(duì)比參照物為試劑空白，在638nm波長(zhǎng)處完成吸光度的檢測(cè)工作。

1.5 配制氰化物標(biāo)準(zhǔn)液

使用2.00mL單標(biāo)線大肚移液管吸取濃度為50mg/L的水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用1%NaOH溶液定容至標(biāo)線位置處，最終獲得氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用液，其濃度為1.00mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析異煙酸-巴比妥酸分光光度法試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)曲線

選取8個(gè)25mL的容量瓶，依次將濃度為1mg/L的氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用液加入瓶中，劑量分別為5.00mL、4.00mL、3.00mL、2.00mL、1.00mL、0.50mL、0.20mL和0.00mL，使用1%NaOH定容至標(biāo)線位置處，與之相對(duì)應(yīng)的氰化物質(zhì)量分別為5.00μg、4.00μg、3.00μg、2.00μg、1.00μg、0.50μg、0.20μg和0.00μg。1.00mL、0.50mL和0.20mL用1mL的分度吸量管；2.00mL用2mL的分度吸量管；5.00mL、4.00mL和3.00mL用5mL的分度吸量管。使用的玻璃量器標(biāo)準(zhǔn)全部達(dá)到A級(jí)。完成試驗(yàn)操作后，開始測(cè)定吸光度，完成標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制工作，具體結(jié)果見表1。

設(shè)置吸光度為y，氰化物質(zhì)量為x（μg），使用最小二乘法可以獲得線性回歸方程，如公式（1）所示。

y=0.1237x+0.0072 " "（1）

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定

當(dāng)測(cè)定分析3個(gè)有證標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程的測(cè)定結(jié)果見表2。綜合分析表內(nèi)數(shù)據(jù)信息，3個(gè)有證標(biāo)準(zhǔn)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別為4.9%、4.3%和3.5%，回收率分別為91.5%、97.9%、104.4%，能夠達(dá)到質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 分析流動(dòng)注射在線蒸餾法試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 原理

在酸性條件下，紫外消化分解后，樣品會(huì)產(chǎn)生HCN，經(jīng)過125℃在線蒸餾處理后，釋放出來的氰化物與氯銨T發(fā)生反應(yīng)，會(huì)生成氯化氫，與巴比妥酸、異煙酸發(fā)生反應(yīng)后，會(huì)生成紅色絡(luò)合物。

2.2.2 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

結(jié)合作業(yè)指導(dǎo)書中的標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制條件，對(duì)總氰化物質(zhì)量濃度進(jìn)行全面分析，縱坐標(biāo)設(shè)置為測(cè)定信號(hào)值（峰高），橫坐標(biāo)設(shè)置為對(duì)應(yīng)的總氰化物濃度（mg·L-1），完成總氰化物標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制工作，具體情況如圖1所示。

2.2.3 測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)樣品

當(dāng)測(cè)定分析3個(gè)有證標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線信息，完成相關(guān)工作。具體情況見表3。3個(gè)有證標(biāo)準(zhǔn)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）的具體數(shù)值為3.3%、3.5%和3.9%，回收率值分別為92.1%、98.2%和91.7%，能夠滿足相關(guān)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 分析實(shí)際樣品試驗(yàn)

使用上述的方法來對(duì)比企業(yè)不同污水排放口排放的廢水與地表水水質(zhì)中總氰化物的含量，其具體情況見表4。經(jīng)過仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，兩種測(cè)定結(jié)果的差異不明顯，地表水的加標(biāo)回收率能夠達(dá)到106%，廢水的加標(biāo)回收率能夠達(dá)到102%，能夠滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

3 不確定度的來源及分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)不確定度urel（1）

3.1.1 水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel（c0）

翻閱試驗(yàn)使用的水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書，其相對(duì)不確定度能夠達(dá)到1%，即k=2，與正態(tài)分布相吻合，如公式（2）所示。

（2）

3.1.2 玻璃量器引入的不確定度u（v）

在試驗(yàn)過程中，使用的玻璃量器主要有吸量管、移液管和容量瓶等，重復(fù)讀數(shù)引入的不確定度、實(shí)際使用與校正時(shí)產(chǎn)生的溫度差和量器校正時(shí)產(chǎn)生的誤差共同構(gòu)成了玻璃量器的不確定度。經(jīng)過翻閱大量資料獲得：在試驗(yàn)操作的過程中，玻璃量器校準(zhǔn)時(shí)的溫度與實(shí)際操作溫度差約為4℃，玻璃量器的膨脹系數(shù)要小于水的膨脹系數(shù)。

以2mL單標(biāo)線大肚移液管為例。引入不確定度時(shí)的具體情況如下。

當(dāng)移液管體積校準(zhǔn)時(shí)，須重點(diǎn)關(guān)注容器容量的誤差，誤差要保持在0.010mL以內(nèi)，并達(dá)到均勻分布的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度的具體情況為0.010/=0.0058mL。

在試驗(yàn)的過程中，移液管中的溶液溫度和校正時(shí)的溫度會(huì)存在偏差，溫差值約為4 ℃，充分了解水的膨脹系數(shù)，達(dá)到均勻分布的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度的具體情況為（4×2×2.1×10-4）/。

在重復(fù)讀數(shù)的情況下，引入的不確定度為0.002 mL，合成上述情況獲得的不確定度值，其計(jì)算過程如公式（3）所示。

（3）

對(duì)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)不確定度來說，主要包括100mL容量瓶引入的不確定度UV6、2mL單標(biāo)線大肚移液管引入的不確定度UV1和水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel（c0）3個(gè)部分，合成這3個(gè)方面的內(nèi)容后，獲得不確定度值，計(jì)算過程如公式（4）所示。

（4）

3.2 創(chuàng)建和擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)不確定度urel（2）

3.2.1 創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)1.00μg、0.50 g和0.20 g配制引入的不確定度來說，主要包括兩個(gè)部分，分別是1mL分度吸量管引入的不確定度UV2和25mL容量瓶引入的不確定度UV5。將數(shù)據(jù)代入后，合成獲得的不確定度如公式（5）所示。

（5）

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)2.00μg配制引入的不確定度來說，主要包括2mL分度吸量管引入的不確定度UV3和25mL容量瓶引入的不確定度UV5 兩個(gè)部分，將數(shù)據(jù)代入后，合成獲得的不確定度如公式（6）所示。

（6）

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)5.00μg、4.00μg和3.00μg配制引入的不確定度來說，主要包括5mL分度吸量管引入的不確定度UV4和25mL容量瓶引入的不確定度UV5" 兩個(gè)部分，將數(shù)據(jù)代入后，合成獲得的不確定度如公式（7）所示。

（7）

因此，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，需要引入的不確定度具體情況如公式（8）所示。

（8）

3.2.2 擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度urel（y）

將線性回歸方程的截距和斜率帶入貝塞爾公式中，準(zhǔn)確獲取試驗(yàn)的剩余標(biāo)準(zhǔn)差，如公式（9）所示。

（9）

擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線后，不確定度的計(jì)算過程如公式（10）所示。

（10）

式中：設(shè)置n為標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)試次數(shù)，即n=24；當(dāng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量工作時(shí)，設(shè)置p為測(cè)試樣品的次數(shù)，即p=6；設(shè)置為各曲線標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的平均值，即=1.962μg；當(dāng)測(cè)定水樣中的總氰化物含量時(shí)，其平均值設(shè)置為，即=1.093μg；對(duì)工作曲線的斜率來說，需要將其設(shè)置為b，即b=0.1237。當(dāng)合成標(biāo)準(zhǔn)曲線創(chuàng)建和擬合的不確定度時(shí)，需要將其合成為urel（y），使用公式（11）。

（11）

3.2.3 紫外可見分光光度計(jì)引入的相對(duì)不確定度urel（4）

在試驗(yàn)過程中，對(duì)使用的紫外可見分光光度計(jì)的檢定證書進(jìn)行仔細(xì)查驗(yàn)，得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.6%，。紫外可見分光光度計(jì)引入的相對(duì)不確定度如公式（12）所示。

（12）

3.2.4 分析各相對(duì)不確定度分量的影響

結(jié)合上述各相對(duì)不確定度分量，有效繪制直方圖，具體情況如下。

當(dāng)創(chuàng)建和擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，相對(duì)不確定度所做出的貢獻(xiàn)最大，平時(shí)試驗(yàn)操作時(shí)，要對(duì)其重點(diǎn)關(guān)注。在試驗(yàn)過程中，使用儀器引入相對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)率比較低。各相對(duì)不確定度分量直方圖如圖2所示。

3.2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各相對(duì)不確定度分量合成如公式（13）所示。

（13）

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如公式（14）所示。

uc=ucerl×ρ=2.73×10-2×0.0546mg/L=1.49×10-3mg/L" " " （14）

3.2.6擴(kuò)展不確定度

當(dāng)因子k=2，置信概率與95%比較接近時(shí)，擴(kuò)展不確定度如公式（15）所示。

U=uc×2=1.49×10-3×2=2.98×10-3mg/L （15）

4 結(jié)論

當(dāng)對(duì)實(shí)際樣品和有證標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在使用流動(dòng)注射在線蒸餾法和異煙酸-巴比妥酸分光光度法得出的最終測(cè)定結(jié)論中，總氰化物的結(jié)果差異性比較小，測(cè)定的加標(biāo)回收率也能夠與相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)一致。當(dāng)使用異煙酸-巴比妥酸分光光度法進(jìn)行測(cè)定活動(dòng)時(shí)，要想高效清除干擾物質(zhì)，其難度系數(shù)比較大，水樣手工蒸餾操作起來比較麻煩，還會(huì)消耗掉大量的人力、物力和財(cái)力成本。使用流動(dòng)注射在線蒸餾法后，能夠及時(shí)消除290nm的紫外光，硫氰根不會(huì)全部轉(zhuǎn)換成為氰根，該方法的優(yōu)勢(shì)為精密度和準(zhǔn)確性比較高、操作非常簡(jiǎn)單等，將操作人員受損傷的程度控制到最低。當(dāng)對(duì)水樣中的總氰化物濃度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，最終得出的結(jié)論為置信概率與95%比較接近，即k=2。創(chuàng)建和擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度是該試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)論中不確定度的核心內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1]潘河，王亞平，代阿芳，等.異煙酸-吡唑啉酮分光光度法測(cè)定地下水中氰化物的不確定度評(píng)定[J].巖礦測(cè)試，2010（4）：23-25.

[2]袁東暉，王俊民，張亮.水中總氰化物含量測(cè)量不確定度的評(píng)定[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2009（10）：39-40.

[3]楊敏，黃麗，劉志標(biāo)，等.連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定水質(zhì)中總氰化物的方法研究[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2007（10）：25-26.