新型全自动萃取仪测定水中挥发酚的方法研究

2021-05-12陈琨金梅李扬高庚申

生物化工 2021年2期

陈琨，金梅，李扬，高庚申

（1.贵州省环境监测中心站，贵州贵阳 550018；2.贵州省环境科学研究院，贵州贵阳 550018）

酚类化合物是重要的化工原料，在化工生产中广泛应用；同时也是一种毒性很大的原生质毒物，可使蛋白质凝固。酚及其衍生物对人和水生生物是有毒的，被列为最常见和最严重的环境污染物之一[1]。酚在水中有极低的容许浓度，当浓度过高时会引起酚富集进而严重影响水质并威胁公众健康。目前，实际用于测定水样中挥发酚的主要方法为分光光度法[2]、色谱法[3]和流动注射分光光度法[4]。其中，分光光度法作为经典测试方法具有使用范围广、选择性高、稳定性好、精密度高等特点，被广泛应用于水中挥发酚的测定。

HJ 503-2009《水质挥发酚的测定4-氨基安替比林分光光度法》中，水样需要经过预蒸馏、显色等步骤后，才能利用分光光度计进行吸光度的测定。随着仪器分析技术逐渐向一体化、自动化方向发展，水样中挥发酚的检测也出现了一类全自动在线分析仪。这类仪器利用系统集成技术，具有自动加液显色、自动萃取、在线自动分离检测、自动清洗以及溶剂自动回收等功能，可实现全程自动化萃取、分析、检测，密闭环保，废气废液统一回收，最大限度地减少有机溶剂排放所造成的环境污染，确保了人员身体健康。现就一款新型全自动在线萃取分析仪对于水样挥发酚测定的准确度、精密度及检测效率进行检测等相关研究。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

4-氨基安替比林（4-AAP），Sigma-Aldrich试剂公司；铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]）、三氯甲烷（CHCl3）、二氯甲烷（CH2Cl2），国药集团化学试剂有限公司；500 mg/L挥发酚标准溶液，环境保护部标准样品研究所。

3100型全自动在线萃取分析仪，青岛顺昕科技仪器公司。

1.2 萃取分光光度法实验原理

用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。酚类化合物的挥发速度会随馏出液体积的变化而变化，因此，馏出液体积必须与试样体积相等。被蒸馏出的酚类化合物，于pH为10.0±0.2的介质中，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460 nm波长下测定吸光度[5]。

1.3 试验方法

1.3.1 预蒸馏

取250 mL样品移入500 mL全玻璃蒸馏器中，加25 mL水与数粒玻璃珠以防暴沸，再加数滴甲基橙指示液，若试样未显橙红色，则需继续补加磷酸溶液。连接冷凝器，加热蒸馏，收集馏出液250 mL至容量瓶中。

1.3.2 全自动一体化显色、萃取、比色

将馏出液250 mL移入全自动萃取仪中，由萃取仪自动添加完成2.0 mL缓冲溶液、1.5 mL 4-氨基安替比林溶液和1.5 mL铁氰化钾溶液，充分混匀后，用三氯甲烷自动萃取，在线自动分离检测。

1.4 方法学验证

1.4.1 检出限

根据HJ168-2010《环境监测分析方法标准制修订技术导则》，准确度选取11个空白样品按照样品分析的全部步骤，重复n（≥7）次空白试验，将各测定结果换算为样品中的浓度，计算n次平行测定的标准偏差，按公式（1）计算仪器的方法检出限。

式（1）中：MDL为方法检出限；n为样品的平行测定次数；t表示自由度为n-1、置信度为99%时的t分布；S表示n次平行测定的标准偏差。

1.4.2 标准曲线的绘制

取500 mg/L挥发酚标准溶液用0.01 mol/L的氢氧化钠溶液逐级稀释至1 mg/L标准使用液，分别移取 0.50 mL、1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、10.00 mL于250 mL容量瓶中，用0.01 mol/L氢氧化钠溶液定容、摇匀，其对应的挥发酚含量分别为0.5 μg、1.0 μg、3.0 μg、5.0 μg、7.0 μg、10.0 μg，根据“1.3”的试验方法测定吸光度。挥发酚标准样品编号200356。

1.4.3 准确度和精密度

以环境保护部标准样品研究所的高、中、低3种浓度的挥发酚标准样品为测试对象，编号200356标准样品的浓度为（14.9±1.2）μg/L、编号200357标准样品的浓度为（83.7±5.7）μg/L、编号200328标准样品的浓度为（1.51±0.05）mg/L，每个样品平行测定6次，计算平均值、相对标准偏差以及相对误差。

1.5 4-氨基安替比林的提纯

HJ 503-2009《水质挥发酚的测定 4-氨基安替比林分光光度法》规定，采用分光光度法测定地表水中的挥发酚时，4-氨基安替比林的纯度对实验结果有重要影响。因此，在开展试验前需要对4-氨基安替比林进行提纯并进行空白值检验，确保空白测定吸光值低于0.080。现采用以下3种方法对4-氨基安替比林进行提纯。（1）硅藻土过滤：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》中附录B中的方法对4-氨基安替比林进行过滤、提纯。（2）三氯甲烷洗涤：将2.0 g 4-氨基安替比林溶于100 mL无酚水中，加入10 mL三氯甲烷，振荡20次，静置分层，收集上层滤液备用。（3）二氯甲烷洗涤：将2.0 g 4-氨基安替比林溶于100 mL无酚水中，加入10 mL二氯甲烷，振荡20次，静置分层，收集上层滤液备用。

2 结果与分析

2.1 检出限

11个空白样的测定结果见表1，平均值为0.005 88，标准偏差S为0.000 082 6。在n为11的情况下，t(n-1,0.99)为2.764，通过公式（1）计算可知该方法的MDL为0.000 23 mg/L。由此可知，该法测定挥发酚的检出限小于国家行业标准方法HJ503-2009的检出限（0.000 3 mg/L），满足国家标准的要求。

表1 11个空白样的挥发酚测定结果

2.2 标准曲线

以仪器测定信号值（吸光值）为纵坐标，挥发酚含量为横坐标绘制校准曲线见图1。线性回归方程为y=0.038 7x-0.006 3，线性相关系数r=0.999 6，线性范围为0.5～10 μg，该含量范围内线性良好。

图1 校准曲线

2.3 准确度和精密度

如表2所示，3种不同浓度的样品测定结果显示相对标准偏差分别为2.52%、1.23%、0.60%，相对误差分别为1.34%、2.75%、-0.66%，表明该方法有较好的精密度和准确度。

表2 精密度和准确度

2.4 4-氨基安替比林提纯方法对测定结果的影响

表3结果表明，利用三氯甲烷对4-氨基安替比林进行提纯的方法可有效降低挥发酚的空白吸光值，使准确度和精密度符合国标方法要求。每次试剂空白值和方法灵敏度都会存在差异，为提高挥发酚测定的准确度和精密度，应在每次测定时重新制作标准曲线。

表3 4-氨基安替比林空白值测定结果

三氯甲烷作为萃取剂，其纯度对测定结果有重要影响。因此，实验前应该对购买的三氯甲烷进行空白值的测定，找到性价比好并且满足方法空白值低于0.080要求的试剂。

氯化铵缓冲溶液配制时要在通风橱中配制，充分搅拌，使氯化铵全部溶解，且配制好的溶液使用完毕后要加塞盖紧，存放在冰箱中，使其pH保持在9.8～10.2。配制好的缓冲溶液从冰箱中取出使用前需再次测定其pH值，如果不满足pH值的范围，应重新配制。

传统的手动萃取方法需要用到分液漏斗，在此过程中，要尽量控制好振摇的力度以及保证每个样品振摇力度一致，从而减少操作过程中带来的误差，提高结果的精密度。萃取过程用到的三氯甲烷只有10 mL，且三氯甲烷具有一定的挥发性，因此增加了萃取操作的难度。自动萃取仪自动添加试剂、萃取的全过程很好地避免了手动萃取的弱点与难点，实现了更高的精密度和准确度。