分光光度法测定水中硼的对比实验及方法评价

邢书才，杨永，岳亚萍

(国家环境保护污染物计量和标准样品研究重点实验室 环境保护部 标准样品研究所，北京 100029)

分光光度法测定水中硼，操作简单、方便快捷，是化学检测实验室普遍采用的方法。国标法主要有姜黄素光度法(HJ/T 49—1999)和甲亚胺-H光度法(GB/T 5750.5—2006、GB/T 8538—2016)[1-3]。在实际应用中，两种方法的技术指标差异显著，对测定结果影响很大。以往对上述方法的比对实验，多涉及到方法的应用、测定数据的比对、叙述方面[4-14]，深入性技术因素分析、评价的研究少有报道。

本研究对两种方法多次重复性实验，从校准曲线的质量、方法的测定下限、测定灵敏度和测定范围以及应用价值和技术性因素影响等方面，进行深入的剖析、论述和评价，以期达到对方法选择的指导作用。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

硼标准溶液A(1 000 μg/mL，CAS7440-42-8，美国AccuStandard公司)；硼标准溶液B(1 000 mg/L，GSB G 62003—90，国家钢铁材料测试中心)；硼标准使用液(1.00，10.00 μg/mL，由硼标准溶液 A稀释而成)；水中硼标准物质(编号 GSB 07-1979-2005，206802，环境保护部标准样品研究所)；姜黄素、无水乙醇均为优级纯；甲亚胺-H、草酸、盐酸、乙酸铵、乙二胺四乙酸二钠、冰乙酸、抗坏血酸均为分析纯。

Cary300UV-Vis型紫外可见分光光度计；AE240型电子天平。

1.2 溶液配制

1.2.1 姜黄素+草酸溶液 称取0.040 g姜黄素和5.0 g草酸，溶于80 mL乙醇中，加入4.2 mL浓盐酸，如有不溶物，可用滤纸过滤于100 mL容量瓶中，并用乙醇稀释至刻度。用时配制。

1.2.2 乙酸铵缓冲溶液(pH 5.6) 称取75 g乙酸铵和5.0 g乙二胺四乙酸二钠，溶于110 mL水中，加入37.5 mL冰乙酸。

1.2.3 甲亚胺-H 显色剂(5 g/L) 0.25 g甲亚胺-H和1 g抗坏血酸溶于50 mL纯水中，现用现配。

1.3 校准曲线的绘制

1.3.1 用甲亚胺-H光度法制备校准曲线 以硼标准溶液 A为检测标准，按照《硼的测定 甲亚胺-H分光光度法》(GB/T 8538—2016饮用天然矿泉水检测方法)规定的条件，制备校准系列溶液并进行测定，绘制校准曲线。

1.3.2 用姜黄素光度法制备校准曲线 以硼标准溶液 A为检测标准，按照 《水质 硼的测定 姜黄素分光光度法》(HJ/T 49—1999)规定的条件，制备校准系列溶液并进行测定，绘制校准曲线。

1.4 样品的测定

1.4.1 甲亚胺-H光度法 吸取样品1.0～10.0 mL(硼含量不超过10 μg)，按照1.3.1节步骤进行操作，将吸光度带入1.3.1节校准曲线，查得硼含量。

1.4.2 姜黄素光度法 吸取样品1.0 mL(硼含量不超过1.0 μg)，按照1.3.2节步骤进行操作，将吸光度带入1.3.2节校准曲线，查得硼含量。

2 结果与讨论

2.1 方法校准曲线的测定结果

以硼标准溶液A为工作标准，配制10.00，1.00 μg/mL 的标准使用液，按照1.3.1和1.3.2节的方法，绘制甲亚胺-H光度法和姜黄素光度法的校准曲线，结果见图1、图2。

由图1、图2可知，甲亚胺-H光度法和姜黄素分光光度法制备的校准曲线，线性回归系数分别为0.999 7和0.998 1(经重复性实验均得到近似结果)，线性质量相去甚远，其中甲亚胺-H分光光度法的校准曲线不仅线性好，而且曲线的精密度高。相比之下，姜黄素分光光度法校准曲线的线性较差，各个标准点相对趋势线的离散度较大；同时，由于姜黄素法校准曲线没有设置零浓度点，也没有设置近零浓度点，曲线的斜率必然受到影响，所以它在y轴上的截距，只能是由曲线上部向下的延伸线而得到，只能作为指标的参考。从这一问题点上考量，也是该标准方法的一个欠缺。

图1 甲亚胺-H光度法校准曲线Fig.1 The calibration curve of methylenimine-H spectrophotometry

图2 姜黄素光度法校准曲线Fig.2 The calibration curve of curcumin spectrophotometry

2.2 方法的检出限和测定下限的比对

按照《分析方法标准制修订技术导则》[15]的技术要求，根据对甲亚胺-H光度法和姜黄素分光光度法校准曲线的测定结果，可以计算出两种方法的检出限MDL=0.01/b，测定下限为4 MDL，计算结果见表1。

表1 检出限和测定下限Table 1 The detection limit and the lower limit of measurement

由表1可知，姜黄素分光光度法检出限和测定下限都比甲亚胺-H光度法低了1个数量级以上，但实际上只是一个表面现象，并不能说明实质性问题。由于姜黄素光度法在测定时，取样量的最大限值是1.0 mL，无法通过调整取样量来控制样品的绝对量取值大小，对于中低浓度样品，都或将无法用调整取样量使样品落在校准曲线的最佳测定区域。对于高浓度的样品，也同样由于取样量的限制，也往往只能通过稀释样品后再进行取样。因此，姜黄素光度法检出限和测定下限低的优势，在苛刻的取样量限制下无法体现。

2.3 两种检测方法的灵敏度对比

姜黄素分光光度法及甲亚胺-H分光光度法校准曲线的检出限和校准曲线斜率见表2。

表2 分析方法的灵敏度参数Table 2 The sensitivity parameters of analysis method

由表2可以看出两个方面的问题：①检出限，姜黄素光度法比甲亚胺-H光度法低了近10倍之多，应表明姜黄素光度法的灵敏度远高于甲亚胺-H光度法，但实际情况并非如此。对于甲亚胺-H分光光度法，由于取样量(最大至10 mL)可控范围大，高浓度样品减小取样量，低浓度样品时增大取样量，使得样品的绝对量可以尽量控制和靠近在校准曲线的最佳测定区域。同时，在最大取样量上，也正是由于甲亚胺-H光度法是姜黄素光度法的10倍，使得两种分析方法在检出限方面体现出的灵敏度，应该是基本相当的；②测定灵敏度，甲亚胺-H光度法和姜黄素光度法的校准曲线斜率分别为0.482 1和5.774，表面观察，姜黄素光度法的灵敏度极高，但实际情况并非如此。这种高灵敏度，是最终把显色后的样品显色反应物转移到25 mL比色管内换算得到的，并不是真正实际取样量达到的指标，样品相当于在最后被稀释了25倍，使得样品浓度小了25倍，最终使方法的相关技术参数造成灵敏度高的表象；而最初始样品操作体积的最大空间只有1 mL，无法用取样量大小控制样品的绝对量，使得校准曲线制备及样品取样量无法达到常规和理想状态。因此，这种表面上的高灵敏度，没有给实验测定提供可操作性，缺少实际意义。

2.4 方法的测定范围对比

按照两种分析方法的校准曲线，甲亚胺-H光度法的实际测定范围是0.071～0.71 mg/L，姜黄素光度法的实际测定范围是0.004 0～0.040 mg/L。可见，姜黄素分光光度法的测定范围不仅浓度低，且测定范围相对非常狭窄，使用1 cm比色皿，测定上限的吸光值只有0.24左右；即使整个测定换成2 cm的比色皿，测定上限的吸光值也只有0.4多，离实际测定上限也相去甚远，无法为分析测定提供较好的技术条件。

对于甲亚胺-H光度法而言，实际测定范围相对较大。无论是方法校准曲线的制备操作，还是被测样品的取样量上，有10 mL的样品取样的可操作空间，为分析测定的可操作性提供了较好条件。

2.5 两种分析方法的精密度比较

用硼校准溶液 B 制备低浓度(接近检测下限)的硼样品，分别用甲亚胺-H分光光度法和姜黄素分光光度法进行测定，各自测定6个平行样品，用以考察两种检测分析方法的精密度指标。检测结果列于表3。

表3 精密度检测结果 Table 3 The determination result of precision

由表3可知，甲亚胺-H光度法的测定均值与配制值一致性良好，优于姜黄素光度法；姜黄素光度法和甲亚胺-H光度法测定的标准偏差分别为0.034和0.001 4，前者是后者的24倍以上，说明甲亚胺-H分光光度法的精密度远远高于姜黄素光度法。相对标准偏差RSD的数据也同样显示出，甲亚胺-H光度法的测定精度明显优于姜黄素光度法。

2.6 两种分析方法准确度的对比

依照《分析方法标准制修订技术导则》中方法准确度检验的技术要求[16]，以水中硼标准样品为检测样品，分别用甲亚胺-H光度法和姜黄素光度法进行测定，测定结果列于表4。

表4 准确度检测结果Table 4 The determination result of accuracy

由表4可知，甲亚胺-H光度法和姜黄素光度法的测定均值为1.02，1.04 mg/L，均在标准值的不确定度范围内。用t检验法分别对两种测定方法的测定均值与标准值检验，甲亚胺-H光度法检验值为t实验= 1.06

2.7 两种方法的技术性条件因素分析

姜黄素光度法在实验条件方面比较苛求，需要在无硼磁质等器皿中无水条件下进行，且要求在 (55±3)℃水浴完成显色反应。反应过程样品的蒸发速度、蒸发时间及脱水条件的一致性要求较高；样品易在前处理过程中造成损失，稍有不慎就会导致实验失败。整个实验操作复杂，周期较长；反应后显色基团的稳定时间较短，不利于批量样品的测定。相比之下，甲亚胺-H光度法具有实验器皿简单、试验周期短、简单快捷、可操作性强的特点，有利于大批量样品的分析测定。

分析误差，由于姜黄素光度法取样量限制为1 mL，取样量很小，易在取样过程造成误差；若有1滴样品损失，仅由取样问题就会对实验造成5%的分析误差。当测定低浓度样品时，同样是由于1 mL的取样限制,易造成低浓度样品无法检出的问题。对于高浓度的样品，也往往只能通过稀释样品后再取样，徒增了稀释样品带来的误差。同时由于无法通过调整取样量来调整被测成分的绝对量，也就无法用调整取样量来把样品浓度控制于最佳测定范围内。

综上所述，无论从各种技术指标，还是技术性条件因素方面，甲亚胺-H光度法都优于姜黄素光度法。

3 结论

对我国现行光度法测定水中硼的标准方法实施了分析比对，结果表明，在方法校准曲线的精密度、检出限和测定下限、分析方法的精密度和准确度等各项技术指标，甲亚胺-H分光光度法都比姜黄素分光光度法有明显优势。在实验条件、分析测定的可操作性、实验效率等方面，甲亚胺-H分光光度法都优于姜黄素光度法，是测定水中硼的优选分析方法，尤其适于批量样品的测定，建议优先采用。