三种分光光度法测定水中甲醛的对比分析与方法评价

邢书才,岳亚萍,赵彦辉，王伟，郭伟臣

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

甲醛对人体有较大危害，已被世界卫生组织确定为致癌致畸物质[1]，是环境污染重点监测物质。分光光度法测定水体中的甲醛，现行标准方法有《4-氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4-三氮杂茂分光光度法》(简称AHMT法)、《水质 甲醛的测定 乙酰丙酮分光光度法》(简称乙酰丙酮法)和《甲醛的测定 变色酸分光光度法》(简称变色酸法)[2-4]。检测分析中，几种分析方法的技术参数差别较大，不同方法的选择会对检测分析产生不同的影响。以往文献，在涉及方法应用和改进方面已有一些报道[5-15]，但未见有方法的综合比对和方法评价方面的研究。本研究对3种方法技术参数进行研究和论述，提出方法的选择性指导意见。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

甲醛标准溶液(100 μg/mL，CAS50-00-0)，由AccuStandard公司提供；甲醛标准使用液(1.00 μg/mL，10.00 μg/mL，由甲醛标准溶液稀释而成) ；水中甲醛标准物质(编号 GSB 07-1179-2000)，由环境保护部标准样品研究所提供；硫酸：ρ(H2SO4)=1.84 g/mL(保证试剂)；硫酸溶液：c(1/2H2SO4)=1 mol/L；硫酸溶液：c(1/2H2SO4)=6 mol/L；盐酸：ρ(HCl)=1.19 g/mL(保证试剂)；盐酸[c(HCl)=0.5 mol/L] ；乙酸铵、冰乙酸、乙酰丙酮、变色酸、氢氧化钾、高碘酸钾均为分析纯；4-氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4-三氮杂茂(AHMT),分析纯。

Cary 300 UV-Vis 型紫外可见分光光度计；10,25 mL成套具塞比色管(德国默克公司)；LT-381型恒温水浴槽。

1.2 溶液配制

1.2.1 EDTA-2Na-KOH溶液(100 g/L) 称取EDTA-2Na 10.0 g，用5 mol/L的KOH溶液溶解并稀释至100 mL。

1.2.2 KIO4溶液(15 g/L) 称取KIO41.5 g于烧杯中，加入0.2 mol/L的KOH溶液，在水浴上加热溶解后稀释至100 mL。

1.2.3 乙酰丙酮溶液 称取乙酸铵50 g溶于100 mL水中，加入冰乙酸6 mL,乙酰丙酮0.5 mL，混合均匀。

1.2.4 变色酸溶液(20 g/L) 称取2 g变色酸溶于水，稀释至100 mL，临用前现配。

1.2.5 AHMT溶液(5 g/L) 称取0.25 g AHMT，溶于盐酸[c(HCl)=0.5 mol/L]中，并稀释至50 mL。

1.3 实验方法

1.3.1 校准曲线的绘制

1.3.1.1 乙酰丙酮光度法制备校准曲线 以甲醛标准溶液制备工作标准，参照《水质甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法》(HJ 601—2011)的测试要求，配制校准系列并分析测试，由测试数据绘制校准曲线。

测定方法为取10.00 μg/mL的甲醛标准使用液0,0.50,1.00,3.00,5.00,8.00 mL于25 mL具塞比色管中，加纯水至25 mL刻度线，分别加入乙酰丙酮溶液2.50 mL后摇匀。在(60±2) ℃水浴上加热15 min后冷却至室温，于414 nm波长处，用10 mm比色皿，以纯水为参比测定吸光度。

1.3.1.2 变色酸光度法制备校准曲线 参照《甲醛的测定变色酸分光光度法》(水和废水监测分析方法第四版)进行分析测定。为比对实验需要，将其中的20 mm比色皿改为10 mm 比色皿。

测定方法为在6支25 mL具塞比色管中，分别加入(10.00 μg/mL)甲醛标准使用液0.00,0.10,0.30,0.50,0.70,1.00 mL，补水至3.0 mL。分别加入变色酸溶液(20 g/L)0.5 mL，摇匀，沿壁缓缓加入硫酸6.0 mL，摇匀。将比色管放入沸水浴中20 min，取出冷却，用水稀释至刻度。于570 nm处，用10 nm比色皿，以水为参比，测定吸光度。

1.3.1.3 AHMT光度法制备校准曲线 参照《4-氨基-3联氨-5-巯基-1,2,4-三氮杂茂(AHMT)分光光度法》(GB/T 5750.10—2006)进行分析测试。

测定方法为取0,0.25,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00 mL甲醛标准使用液(1 μg/mL)于10 mL比色管，纯水定容至5.0 mL刻度。各加入EDTA-2Na-KOH溶液2.0 mL和AHMT溶液2.0 mL后混匀，室温下放置20 min。加入KIO4溶液0.5 mL振摇30 s，放置5 min。在550 nm波长处，纯水为参比，用10 mm比色皿测量吸光度。

1.3.2 样品的测定

1.3.2.1 用乙酰丙酮光度法测定样品 取适量样品(甲醛含量不超过80 μg，体积不超过25 mL)，参照校准曲线测定步骤进行测定。

1.3.2.2 用变色酸光度法测定样品 取适量样品(甲醛含量不超过10.0 μg)，以下参照校准曲线测定步骤进行测定。

1.3.2.3 用AHMT光度法测定样品 取5 mL样品(甲醛含量不超过5.0 μg)于10 mL比色管，参照校准曲线测定步骤进行测定。

2 结果与讨论

2.1 校准曲线的测定结果

根据测定结果，绘制3种方法的校准曲线,结果见图1～图3。

图1 校准曲线(乙酰丙酮法)Fig.1 The calibration curve of acetylacetone spectrophotometry

图2 校准曲线(变色酸法)Fig.2 The calibration curve of chromotropic acid spectrophotometry

图3 校准曲线(AHMT法)Fig.3 The calibration curve of AHMT spectrophotometry

为避免偶然性，图1、图2、图3所示3种分光光度法的校准曲线，是经多次重复性实验得到的近似结果，每个方法连续3 d重复实验，实验结果(见表1)按灵敏度取中间值进行比对。

表1 校准曲线测定结果Table 1 The determination result of calibration curve

由图1～图3进行分析可知，乙酰丙酮法、变色酸法和AHMT法，3种方法校准曲线的回归系数(R2)分别为0.999 7,0.999 1和0.999 8。其中AHMT法校准曲线的质量好，精密度高。变色酸法校准曲线的质量稍差，精密度略低；在校准曲线标准浓度点的分布上也缺乏合理性：低浓度区域标准浓度点较少，且密度小；高浓度区域标准浓度点分散，不利于提高校准曲线的精密度。相比之下，AHMT法在测定下限附近低浓度区域，标准浓度点多而密集，在测定上限高浓度区域，与另外两种方法相比，标准浓度点相对密集程度较高，标准浓度点的设置，基本符合两端密中间疏的规则，符合方法学要求。

2.2 分析方法灵敏度的对比

由3种测定水中甲醛分光光度法的校准曲线，可计算出每种方法的校准曲线斜率、摩尔吸光系数等技术指标。相关技术指标数据见表2。

表2 方法灵敏度参数Table 2 The sensitivity parameters of analysis method

由表2所列校准曲线斜率的数据可知，分析方法灵敏度从高到低的顺序为 AHMT 法﹥变色酸法﹥乙酰丙酮法，AHMT 法的灵敏度参数，分别是变色酸法和乙酰丙酮法的1.7倍和4.5倍。从摩尔吸光系数的数据分析，AHMT 法的摩尔吸光系数最大，比变色酸法高1.4倍，比乙酰丙酮法高3.3倍。两种技术参数都表明，在 3 种方法中，AHMT 法的灵敏度最高。

2.3 检出限和定量限的比对

分析方法的检出限和定量限，可由《环境监测分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168—2010)[16]的规定方法(0.01/b)进行计算，计算结果见表3。

表3 检出限和定量限比对Table 3 The comparison of detection limit and quantitative detection limit

由表3可知，乙酰丙酮法、变色酸法、AHMT法，检出限分别为0.047，0.017，0.010 mg/L；其中AHMT法，无论检出限还是定量限都远远低于其他两种分析方法，比变色酸法低了近50%，在量值上相差了近1倍；比乙酰丙酮法低了近80% ，在量值上相差了近4倍。可见AHMT法在检出限和定量限技术指标上，明显优于变色酸法和乙酰丙酮法。

2.4 有效测定范围的比对

分析方法的有效测定范围，是指在测定误差满足预定要求的前提下，特定方法的测定下限(定量限)至测定上限之间的浓度范围。3种分光光度法的有效测定范围指标列于表4。

试剂空白的大小直接影响到比色的本底背景，也直接反映到校准曲线的截距上，是影响截距的主要因素之一，使整个分析校准的测定平台上移，最终影响分析方法的测定范围。AHMT 法的试剂空白在0.02～0.03之间，上述校准曲线的截距为 0.026 相对稍大，但绝对值仍属较小，以水为参比是可以接受的,对测定范围的影响不大。由表4可知，乙酰丙酮法的测定上限最高，为 3.2 mg/L,但该方法的测定下限较高，为 0.20 mg/L,比变色酸法测定下限(0.040 mg/L)高4倍，比AHMT 法测定下限(0.025 mg/L)高7倍，也从另一个方面反映出乙酰丙酮法的测定灵敏度较低。由于坐标系的差异，给不同分析方法的测定范围的比较带来不便。本研究用测定上限与测定下限的比值(测定上限/测定下限)大小，来比较不同分析方法测定范围的宽窄。乙酰丙酮法、变色酸法和AHMT 法，3 种方法的比值分别为(3.2/0.20=16)、(0.40/0.040=10)和(0.50/0.025=20)。由此可见，AHMT 法的有效测定范围在 3 种分析方法中最宽。

表4 分析方法的测定范围Table 4 The determination range of analytical method

2.5 3种方法在实验效率上的比对

根据实验方法要求，乙酰丙酮法和变色酸法，在分析测定中都有水浴加热步骤。乙酰丙酮光度法需要在(60±2) ℃水浴中加热15 min，然后冷却至室温；变色酸光度法需要在沸水浴中加热20 min，然后冷却至室温。两种分析方法从加热开始至冷却至室温，都相对需要较长时间，使整个实验周期加长。仅此一方面，无需水浴加热的AHMT 法，就比其他两种分光光度法，在时间成本上可减少1倍左右。

2.6 3种方法的精密度比对

按3种方法的测定下限制备实验样品，乙酰丙酮法浓度为 0.200 mg/L、变色酸法浓度为 0.070 0 mg/L、AHMT法浓度为 0.040 0 mg/L，分别进行测定(n=6),用以评估方法的精密度，测定结果见表5。

表5 精密度检测结果Table 5 The determination result of precision

由表5可知，6次平行测定的标准偏差分别为0.006 6,0.007 4和0.005 1。表明 3 种方法的精度均较好，其中AHMT 法样品的浓度最低，但测定结果的精密度很好。

2.7 3种方法的准确度比对

用3种分光光度法分别对甲醛标准样品进行测定(n=6)，以检验分析方法的准确度。检测结果见表6。同时以人造板生产废水为实际样品进行测定，并进行加标回收实验。加标实验取样及测定方法：乙酰丙酮法移取废水样品20.00 mL，加入2.75 mg/L的甲醛标液5.00 mL，以下按原分析方法测定；变色酸法移取废水样品10.00 mL，加入1.00 mg/L的甲醛标液2.50 mL，按方法步骤测定；AHMT法移取废水样品5.00 mL，加入1.00 mg/L的甲醛标液1.00 mL，按分析方法测定。测定结果见表 7、表 8。

表6 准确度检测结果Table 6 Testing result of accuracy

表7 实际样品测定结果Table 7 Determination result of actual samples

表8 回收率测定结果Table 8 Experimental results of standard addition

由表 6可知，乙酰丙酮法、变色酸法、AHMT 法的测定均值分别为0.408，0.410，0.405 mg/L 。用3种分析方法的测定均值与标准值 0.401 mg/L进行t 检验，t 检验值分别为2.06，2.42 和 1.44，均小于临界值 2.45 ，说明3种分光光度法的测定值与标准值无显著性差异。其中AHMT 法的测定值的偏差最小。由表7可知，样品测定结果的一致性尚好，其中AHMT 法的偏差较小。表 8 中回收率测定结果表明，AHMT 法的回收率相对良好。

同时，从分析方法的抗干扰性上，相较于其他方法，AHMT 法具有在大量乙醛、丙醛、丁醛、苯乙醛等多种醛类物质存在下不干扰测定的特点[2]。

3 结论

乙酰丙酮分光光度法、变色酸分光光度法和 4-氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4-三氮杂茂(AHMT)分光光度法，是现行实施测定水中甲醛的3种标准分析方法。以往在3种分析方法的应用中，缺乏指导性意见。本研究以3种分光光度法为研究对象，按照方法学的技术要求，对3种分析方法在校准曲线的精密度、线性质量、测定灵敏度、方法的检出限和定量限、有效测定范围、方法的实验效率方面，进行深入的研究与论证。以实际样品和有证标准样品的分析测定，检查和比对3种分析方法的精密度和准确度，根据比对研究结果，对3种分析方法进行评价。比对结果表明，在上述测定水中甲醛的3种分光光度法中，《 4-氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4-三氮杂茂分光光度法》的综合技术指标最佳，最为突出的特点是该分析方法的特异性和选择性好，在大量乙醛、丙醛、丁醛、苯乙醛等醛类共存的条件不干扰测定，是测定水中甲醛的优选测定方法。