长光程比色池-分光光度法直接测定地表水中挥发酚

郭少为, 许行翔, 姚亦娇, 张乐乐, 方佩佩, 路淅红

(上海理工大学 环境与建筑学院, 上海 200093)

长光程比色池-分光光度法直接测定地表水中挥发酚

郭少为, 许行翔*, 姚亦娇, 张乐乐, 方佩佩, 路淅红

(上海理工大学 环境与建筑学院, 上海 200093)

利用100 cm的长光程波导纤维比色池,采用4-氨基安替比林分光光度法直接测定地表水中低含量的挥发酚。水样经预蒸馏后,取馏出液25 mL,依次加入pH 10.7的氯化铵-氨水缓冲溶液0.25 mL、2 g·L-14-氨基安替比林溶液0.5 mL、80 g·L-1铁氰化钾溶液0.5 mL,混匀后,移入长光程比色池中,于510 nm处测量吸光度。挥发酚的质量浓度在1.00～40.0 μg·L-1内与对应的吸光度呈线性关系,检出限(3s)为0.257 μg·L-1,加标回收率在95.7%～107%之间。

分光光度法; 长光程比色池; 挥发酚; 地表水

作为全球性有机污染物,挥发酚是评价环境污染物的重要指标之一,其准确测定已成为分析学者广泛关注的重要课题[1]。挥发酚的分析方法多以4-氨基安替比林分光光度法和流动注射分析方法为主[2]。4-氨基安替比林分光光度法为我国测定挥发酚的标准方法,同时也是国际标准化组织颁布的测酚方法。其方法原理为通过蒸馏法使挥发性酚类化合物蒸馏出,并与干扰物质和固定剂分离,被蒸馏出的酚类化合物,于pH (10.0±0.2)介质中,在铁氰化钾存在下,与4-氨基安替比林反应生成橙红色的安替比林染料,用三氯甲烷萃取后,在波长460 nm处测量吸光度[3]。但该方法中测定地表水中低含量挥发酚需用三氯甲烷萃取,而三氯甲烷早已被美国环保局试验证明其对动物有致癌作用,会严重影响到试验人员的身体健康[4]。连续流动注射分析法多采用多通道蠕动泵,将待测样品和试剂按添加顺序依次连续泵入反应混合液中,经在线蒸馏并经过冷却柱冷却,蒸馏液和试剂反应显色,通过特定波长的滤光片在检测器中进行测定[5]。该方法所用仪器昂贵,而且对试剂、温度、样品前处理等试验条件要求苛刻。

最近国外报道了一种长光程液芯波导纤维比色池(LWCC),是用毛细管代替普通的截面积大的比色池,从而不增加待测液的体积,利用光在吸收管侧壁内的反射,避免了光能的损失,并且可做成各种形状(直线形、弯曲形和环形)[6]。在国外,Chaparro等[7]采用流动注射,通过100 cm长的液芯波导长光程比色池,在波长445 nm处测定了海水中的痕量Mn2+,检出限为0.010 mg·L-1,达到了极佳的效果。Sánchez-Quiles等[8]使用液芯波导长光程比色池-分光光度法测定海水中的Ti,试剂消耗量极少,在低浓度条件下能确保良好的线性,并且具有足够高的精密度,相对标准偏差(RSD)为1.8%。近年来国内对液芯波导长光程比色池也有不少应用,夏滑等[9]将可调的新型长光程多次反射池应用于可调谐二极管激光吸收光谱技术中进行一氧化碳气体的探测,使现场检测的灵敏度提高到mg·L-1量级。孙兆华等[10]基于液芯波导长光程的技术,设计了高灵敏度的痕量海水营养盐光谱分析仪,测试结果表明,仪器检出限达到nmol·L-1的量级,比传统分光光度计的检出限提高了三个量级。本工作拟采用100 cm长的LWCC测量地表水中的挥发酚,无需经过繁琐有毒的有机物萃取步骤,理论上灵敏度比标准1 cm光程的比色皿可提高100倍。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

721型可见分光光度计;LWCC-2100型长光程液体样品流通池;LED Spec型光谱分析仪;BT 100型恒流蠕动泵;Sartorius BS 1105型电子分析天平(精度0.000 1 g);KDM型可调控温电热套。

酚标准储备溶液:1.00 g·L-1,称取1.00 g精制苯酚,溶解于少量水中,移至1 L容量瓶中,用水稀释至刻度。置冰箱内冷藏,可稳定保存一个月。

甲基橙指示液:0.5 g·L-1，称取0.1 g甲基橙,溶于水中,移至200 mL容量瓶中,用水稀释至刻度。

缓冲溶液:pH 10.7,称取20 g氯化铵溶于100 mL氨水中,密塞,置冰箱中冷藏保存。

4-氨基安替比林溶液:2 g·L-1,称取4-氨基安替比林0.2 g溶于水中,移至100 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,置冰箱中冷藏,可保存7 d。

铁氰化钾溶液:80 g·L-1,称取8 g铁氰化钾溶于水,移至100 mL容量瓶中,用水稀释至刻度。置冰箱内冷藏,可保存7 d。

其他试剂均按照HJ 503-2009《水质 挥发酚的测定 4-氨基安替比林分光光度法》配制;试验用水为无酚水。

1.2 仪器工作条件

样品流通池长度为100 cm;LED Spec光谱分析仪测定波长为510 nm;蠕动泵转速为10 r·min-1;加热器电压为220 V。

1.3 试验方法

按照HJ 503-2009《水质 挥发酚的测定 4-氨基安替比林分光光度法》将水样进行预蒸馏(量取250 mL样品移入500 mL全玻璃蒸馏器中,加25 mL水,加数粒玻璃球防止暴沸,加几滴甲基橙指示液使水样呈橙红色,连接冷凝器,加热蒸馏并收集250 mL馏出液至容量瓶中)后,分取25 mL馏出液于50 mL比色管中。加pH 10.7缓冲溶液0.25 mL,混匀,此时比色管内液体pH为(10.0±0.2),加2 g·L-14-氨基安替比林溶液0.5 mL,混匀,再加80 g·L-1铁氰化钾溶液0.5 mL,充分混匀后,密塞静置,此时先通过恒流蠕动泵以10 r·min-1速率将水抽入长光程比色池内(比色池原理图见图1)将其充满后停止,以水为参比,调零,10 min后再通过蠕动泵以同样的速率将比色管中显色完毕的液体填充至长光程比色池中,通过LED Spec光谱分析仪于波长510 nm处测量吸光度。

图1 长光程比色池原理图Fig. 1 Schematic diagram of the long optical path colorimetric cell

2 结果与讨论

2.1 试剂用量

标准方法的试剂用量是针对测定范围最高含量设计的,而长光程直接测定的样品中挥发酚含量很低,过高的试剂用量会造成试剂空白高,影响测定结果。在几种试剂中,缓冲溶液是用于调节水样酸度,用量不宜变化;铁氰化钾的用量不足,会使4-氨基安替比林与挥发酚完全缩合导致吸光度偏低,所以铁氰化钾试剂也要按标准方法规定的量加入[11]。因此,只对4-氨基安替比林用量进行试验。100 cm长光程测定范围为1～40 μg·L-1,故选用试剂空白和40 μg·L-1苯酚标准溶液做4-氨基安替比林溶液的质量浓度梯度试验,结果见图2。

1-试剂空白;2-40 μg·L-1苯酚标准溶液图2 4-氨基安替比林溶液质量浓度梯度试验结果Fig. 2 Results of gradient test for mass concentration 4-aminoantipyrine solution

由图2可知:当4-氨基安替比林溶液质量浓度为2 g·L-1时,试剂空白的吸光度相对较小,而40 μg·L-1苯酚标准溶液的吸光度较大;随4-氨基安替比林溶液质量浓度增大,40 μg·L-1苯酚标准溶液的吸光度缓慢增大。故将适用于长光程光度法直接测量的试剂用量确定为:pH 10.7的氯化铵-氨水缓冲溶液0.25 mL,2 g·L-14-氨基安替比林溶液0.5 mL,80 g·L-1铁氰化钾溶液0.5 mL。

2.2 标准曲线

使用0.1 mg·L-1苯酚标准储备溶液,分别配制质量浓度为0,1.00,2.00,4.00,12.0,20.0,28.0,40.0 μg·L-1的标准溶液,按照试验方法进行测定。

以苯酚质量浓度与对应的吸光度绘制标准曲线,得到线性范围为1.00～40.0 μg·L-1,线性回归方程为y=0.014x+0.009 6,相关系数为0.999 2,满足标准方法中线性相关系数达到0.999以上的要求,说明了该方法可行。

2.3 检出限

取20份250 mL水,按照试验方法进行操作,根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)对检出限的规定,以信号为空白测量值(至少20次)的标准偏差的3倍所对应的质量浓度计算得检出限[12]为0.257 μg·L-1,优于HJ 503-2009中的0.300 μg·L-1,说明该方法不经萃取可直接测定水中的挥发酚。

2.4 精密度

按照试验方法对质量浓度为5.00,15.0,25.0 μg·L-1的苯酚标准溶液进行测定,平行测定10次,计算测定值的RSD依次为1.9%,0.58%,1.1%,均优于HJ 503-2009中的2.10%。因此,对于低含量苯酚的水样,本方法的精密度能够达到标准方法的水平。

2.5 回收试验

试验分别在上海市内虬江、佳木斯路桥下污水、黄浦江海安路段面取水样,在河流宽度的二分之一处,距水面下0.5 m深处取样,各采集两个250 mL的平行水样,一个样直接测定,另一个加入苯酚标准溶液进行测定,结果见表1,加标回收率在95.7%～107%之间。说明用长光程比色池-分光光度法测定地表水中低含量苯酚时,可以克服基体干扰,保证测定结果的准确性。

表1 回收试验结果Tab. 1 Results of test for recovery

本工作利用长光程比色池-分光光度法直接测定水中的挥发酚。结果表明:去掉三氯甲烷萃取步骤后,灵敏度仍然能满足地表水中挥发酚的测定要求,检出限达到0.257 μg·L-1,RSD控制在2%以内,加标回收率高于85%,精密度、准确度都优于标准方法。本方法省去了三氯甲烷萃取的过程,直接测定环境地表水中低含量的挥发酚,可有效避免试验人员用萃取法而带来的试剂对身体的伤害。长光程比色池-分光光度法所需的水样量少,试剂也相应减少,灵敏度高,简化了操作步骤,对于改进测定地表水中低含量挥发酚的方法具有重要的意义。

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Directly Determination of Volatile Phenol in Surface Water by Spectrophotometry with Long Optical Path Colorimetric Cell

GUO Shao-wei, XU Xing-xiang*, YAO Yi-jiao, ZHANG Le-le, FANG Pei-pei, LU Xi-hong

(SchoolofEnvironmentandArchitecture,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

Spectrophotometry with 4-aminoantipyrine as reagent was applied to the determination of low contents of volatile phenol in surface water by using a waveguide fiber colorimetric cell with a long optical path of 100 cm. After pre-distillation of the sample, 25 mL of the distillate were taken, and 0.25 mL of buffer solution of NH4Cl and aq. ammonia (pH 10.7), 0.5 mL of 2 g·L-14-aminoantipyrine solution, and 0.5 mL of 80 g·L-1K3Fe(CN)6solution were added in succession. After mixing, the solution was transferred to the long optical path colorimetric cell and the absorbance was measured at 510 nm. A linear relationship was found between the absorbance and the mass concentration of volatile phenol in the range of 1.00-40.0 μg·L-1, with detection limit (3s) of 0.257 μg·L-1. Recovery rates obtained by standard addition method were in the range of 95.7%-107%.

Spectrophotometry; Long optical path colorimetric cell; Volatile phenol; Surface water

10.11973/lhjy-hx201703002

2016-03-22

郭少为(1960-),男,黑龙江哈尔滨人,副教授,主要 从事环境监测与仪器分析研究。

* 通信联系人。E-mail:mango_xu@hotmail.com

O657.32

A

1001-4020(2017)03-0254-04