流动注射测定挥发酚中的常见问题及其对策研究

2014-03-22

河北环境工程学院学报 2014年1期

（秦皇岛市环保监测站，河北秦皇岛066001）

流动注射分析（FIA）是近年来发展起来的一种分析技术，该分析技术的独特之处在于用“试剂流”“试样流”按比例混合的方式替代手工量取试剂和试样并混合的过程，实现了管道化的自动连续分析。在使用LACHAT公司的QC8500型流动注射分析仪测定挥发酚实验中我们发现，仪器运行一段时间后，出现基线不稳、噪声信号增加、流量不稳定、准确度和精密度降低等现象。为切实提高实际检测水平，保证检测结果的准确性，通过对实验过程逐步进行分解，找出了问题症结所在，并提出了相应改进措施，使挥发酚检测的准确度、精密度得到提高。

1 实验

1.1 仪器

仪器型号：QC8500型流动注射分析仪（LACHAT公司）

方法号：10-210-003-A

周期时间：425 s。

1.2 实验原理

流动注射测定挥发酚的反应原理是：测定时，样品被带入连续流动的载液流，与磷酸混合，经过在线蒸馏后，包含挥发酚物质的馏出物与4-氨基安替比林及铁氰化钾混合，馏出物中的酚被铁氰化钾氧化，生成的醌物质与4-氨基安替比林反应，形成黄色的浓缩物，在510 nm处比色测定。

1.3 实验中常见问题

流动注射（FIA）系统主要通过改变蠕动泵的转速或醇酸树脂泵管内径及部分管路阀门启闭时间进行控制和调节。仪器运行一段时间会导致泵管老化，会出现基线不稳、噪声信号增加、流量不稳定、准确度和精密度降低；在更换了疲劳的泵管后，若不及时调整测定参数，检测挥发酚时仍会出现峰高值降低、考核样超出范围、加标回收率过高或过低，检测准确度降低、精密度下降等问题。

2 实验中常见问题的原因分析

2.1 试剂、溶剂有气泡

气泡的可压缩性使液流产生脉动并导致液流流动状态不稳定。造成FIA系统中常见的干扰峰——空气峰，在分析挥发酚流程中有加热装置时更容易产生空气峰，导致基线或峰上突发噪声影响分析结果。目前用超声波对溶液除气泡时，除泡效果不理想，基线不稳定，耗费时间长，并影响被分析物质的峰形，造成检测结果不准确[1]。

2.2 流通池溶液pH值

样品和磷酸在线蒸馏出物为酸性，需要通过铁氰化钾缓冲溶液调整溶液pH值，反应生成醌物质再与4-氨基安替比林在碱性条件下反应。根据克拉科-鲁布斯缓冲方程得知，到达流通池的溶液pH为9.8～10.2最适宜[2]。若超出这个范围就会造成挥发酚的含量与峰的面积不再是二次曲线关系，就出现了测定结果比经典方法高、回收率偏高的结果。

2.3 样品到阀时间

样品到阀时间是指采样针得到程序指令，从清洗槽进入样品管开始采样计起，经过蒸馏、萃取、冷凝、脱气最终到达六通阀进样口的时间加和。到阀时间直接影响仪器响应信号的大小，导致检测结果出现偏差，准确的到阀时间是获得重现信号的前提，否则检测结果会出现较大偏差。在仪器更换泵管后，出现了响应信号偏小、峰高和峰面积降低、峰形不符合正态分布的现象。

2.4 周期时间

周期时间即完成一个样品全分析的单位时间，指采样针得到程序指令，从清洗槽进入样品管开始采样计时，经过蒸馏、萃取、冷凝、脱气、过阀、显色并最终进入检测器比色的时间加合。

进样时间指采样针在样品管中吸取样品的时间；清洗时间指在采样针在清洗槽的停留清洗时间；装载时间是指样品充满定量环所需的时间，注入时间是把定量环中的样品注入到反应模板的时间。

因为当前样品的显色反应和下一个样品的蒸馏预处理是重叠进行的，所以周期时间≥进样时间+清洗时间，同时，周期时间≥装载时间+注入时间。由表3可知：进样时间+清洗时间=130 s、装载时间+注入时间=200 s，这两个时间都比周期时间少的多。由美国LACHAT公司提供的时间参数设置可知，对于每一个样品所花费的周期时间需要300 s，见表1。随着蠕动泵长时间运行，泵管疲劳泵效降低，检测准确度下降。

表1 挥发酚时间参数 s

3 实验中常见问题的对策研究

为确保实验准确，所有实验样品均用玻璃容器盛放，以消除塑料容器的污染。样品采集完毕应尽可能立即进行分析，若不能则应加1.5 ml/L硫酸调节pH值大于2，存储于2～5℃的黑暗处，并在48 h内完成分析。所有试剂在测量之前用0.45 μm的膜过滤，防止堵塞六通阀或传输管线。配制好的4-氨基安替比林溶液和铁氰化钾溶液于4℃冰箱保存，可使用5 d而不影响测定结果[3]。将冰水混合物保存在保温桶内，并且将冷凝器的入口和出口管线与被加热的蒸馏试剂管线完全分开，保持进入冷凝器的水温小于5℃。流动注射测定挥发酚实验的关键是实验参数的确定，只有测定条件与仪器匹配，才能保证测定的精密度和准确度。针对以上常见问题，采取以下措施进行参数的优化和改进：

3.1 试剂、溶剂气泡的去除

采用氦气代替超声波对纯水进行脱气处理，减少空气峰，大大提高了分析结果的精密度、准确度。超声波仪每一次大约能除去12 L纯水中的气泡，耗时1.5 h，而改用氦气后，12 L纯水只需使用氦除气管通入高压氦气1 min，极大地提高了时间效率，并且基线稳定，降低了系统噪声。

3.2 pH调节

铁氰化钾缓冲溶液的加入量变化通过改变泵管内径实现，为了确定合适的铁氰化钾缓冲溶液的泵管直径，我们通过实验确定橙-橙泵管、红-红泵管的实际流量与理论相近，如表2所示：

表2 泵管流量实验

理论上挥发酚测定反应的最佳pH值在9.8～10.2之间，流通池溶液应调节到此范围。通过选定pH值分别约为7、8、9的三种水样与铁氰化钾缓冲溶液混合，分别用橙-黄泵管、橙-橙泵管、红-红泵管做实验，将到达流通池的管路接到一个容器内，测量容器内溶液pH值，实验结果如图1所示。由图1可以看出改用橙-橙泵管后到达流通池的溶液pH值正好落在9.8～10.2范围内。因此，泵管应选用橙-橙泵管。

图1 流通池溶液pH值对比

3.3 调整样品到阀时间

将软件中到阀时间设置为1 s，装载时间为800 s，保持六通阀一直在装载状态。这时蒸馏样品直接进入反应模板，而不是通过样品阀注入。装载状态、注入状态如图2、图3所示：

图2 装载状态

图3 注入状态

将样品针从自动进样器上取下直接放入200 μg/L苯酚溶液中，启动蠕动泵开始一个分析周期。当信号开始增加时，记录下响应信号的峰高值。然后将样品针重新装在自动进样器上，在初始设置360 s到阀时间上加减10 s，开始一个分析，当响应信号上的峰高值与到阀时间为1 s时的信号值一样时，就可以确定其为样品到达六通阀的时间。经过大量实验最终确认到阀时间为350 s。

表3 到阀时间响应信号比较

3.4 减少周期时间

通过分析六通阀的原理，在保证测定高含量的样品不会对低含量的样品检测造成干扰的前提下，可以缩短周期时间。先将周期时间设定为280 s，做一个周期时间为280 s的干扰实验（如图4）。在5组空白水样分别加入100 μg/L的酚标准溶液，做加标回收实验，由图可见，5组标准样品实测值范围在98.1～101 μg/L之间，回收率在98.1%～101%之间，相对标准偏差在1%～1.9%，由此证明280 s的周期时间可行。在此基础上可继续缩短周期时间。

经过反复实验和观察将周期时间设为200 s，可以完全将样品注入到反应模块中比色测量。方法检出限实验（使用2 μg/L标准溶液连续测定7次），结果见表4，精密度实验（用50 μg/L的标准溶液测定其相对标准偏差）、准确度实验（采用国家标准样品连续9次测定的相对误差）结果见表5，证明周期时间由300 s改为200 s后，峰高响应值基本持平，方法检出限略有降低，准确度、精密度有所提高，标准曲线相关系数基本不变。

图4 周期时间为280 s的干扰实验

表4 周期时间为200 s时方法检出限实验数据

表5 周期时间为200秒时方法精密度实验数据（50 μg/L标准溶液）

可见：修改周期时间后仪器运行平稳，方法检出限、精密度、准确度均符合要求。效果对比如图5所示：

图5 修改周期时间前后效果

4 实验结果与结论

4.1 实验结果

通过采取对试剂过滤加氦气除气泡措施处理后，调节流通池pH为9.8～10.2，设置到阀时间和周期时间分别为350 s和200 s，分别对挥发酚的质控样品和实际样品进行了监测，结果见表6和表7。数据表明优化后的方法质控样品和实际样品加标回收率均在98.2%～103%之间，不仅提高了检测效率，而且精密度和准确度均符合质控要求[4-6]。