分光光度法检测水质中总铬时国产磷酸适用性分析

陆国永 吴 悦 赖永忠，3，4

(1.广东省汕头生态环境监测中心站，广东 汕头 515041；2.汕头职业技术学院 自然科学系，广东 汕头 515041；3.汕头大学 海洋生物研究所，广东 汕头 515063；4.汕头大学 广东省海洋生物技术重点实验室，广东 汕头 515063)

铬是国家重金属污染综合防治“十三五”规划中重点控制的重金属之一，是我国最新要求重点防控的重金属污染物之一[1]。六价铬具有毒性，含六价铬化合物被列入我国第一批有毒有害水污染物名录，总铬和六价铬是污染物排放标准中常见的一类污染物，是“最高人民法院和最高人民检察院《关于办理环境污染刑事案件适用法律若干问题的解释》”中提到的重要入刑依据，其检测结果的准确度应受到足够重视。环境样品从采样、运输、样品前处理及检测等环节，所用各种器皿、器材以及试剂等均可能带入待测物，影响检测结果的准确度[2-6]。因此，应尽量避免这些环节、用品存在待测物质污染，以免增加检测结果的不确定性，导致检测结果失真。文献[5]发现，调查的4批次磷酸(来自4个生产商)中，来自3个磷酸生产商共3批次磷酸均存在明显的铬污染，使消解空白中存在明显的铬检出；全程空白结果可监控整个检测过程中各种器皿、试剂、仪器和环境对实验结果的影响，对全程空白结果的扣除可一定程度上降低或消除此类影响[2-3，5]。

当采用二苯碳酰二肼分光光度法检测六价铬或总铬时，涉及酸性高锰酸钾氧化消解的样品，均需对加磷酸后样品进行消解处理，磷酸中三价铬将转变为六价铬而被检测，因此需要注意不同来源磷酸可能带来的铬污染[5]。文献[5]只比较了4家磷酸生产商共4个批次的磷酸，并不能代表国内的基本情况。本研究收集了广东省粤东4市(汕头市、揭阳市、梅州市、潮州市)辖区内主要生态环境检测机构(包括各级生态环境监测站和第三方检测机构)所用磷酸，涉及9个国内磷酸生产商，共16批次未开启的不同纯度磷酸；调查了这些磷酸用于环境水质中总铬检测时，带入消解空白中的总铬浓度，研究结果可提高水体检测结果的准确度，可为其他检测机构采购磷酸提供重要参考，有利于提高检测机构间结果的可比性，为六价铬和总铬标准检测方法修订、浓磷酸产品质量控制标准完善提供依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器

UV-2450型紫外/可见-分光光度计(日本岛津公司)，FA1604S型电子天平(上海天平仪器厂)，KL-UP-Ⅲ-20型超纯水机(成都唐氏康宁科技发展有限公司)，EG37C型微控数显电热板(北京莱伯泰科仪器股份有限公司)。

1.2 主要试剂

六价铬单元素标准储备溶液(100 mg/L，中国计量科学研究院)：用超纯水逐级稀释得到5.00 mg/L六价铬标准使用液,5.00 mg/L 六价铬标准使用液经还原、稀释后得到浓度为2.00 mg/L的三价铬标准使用液[5]。

丙酮(分析纯)、硫酸(优级纯)和高锰酸钾(优级纯)均来自西陇科学股份有限公司(简称“西陇”)。尿素(分析纯)、亚硝酸钠(纯度为99.99%)和二苯碳酰二肼(分析纯)分别购自广东光华科技股份有限公司(简称“光华”)、上海阿拉丁生化科技股份有限公司和国药集团化学试剂有限公司(简称“国药”)。磷酸生产厂家包括：西陇、光华、国药、广州化学试剂厂、成都市科龙化工试剂厂、天津市科密欧化学试剂有限公司，分别用A、B、C、D、E和F表示，其他3家来自成都和天津的供应商则用G、H和I表示。

显色剂：称取0.400 g二苯碳酰二肼，溶于预加有50 mL丙酮的棕色试剂瓶中，搅拌使完全溶解后，瓶内加入50 mL超纯水，混匀后放冰箱保存；使用时，每50 mL样品加入1.00 mL此显色剂。

硫酸(1+1)：在500 mL棕色玻璃瓶内，加入250 mL超纯水，玻璃瓶在自来水水浴下缓缓加入250 mL浓硫酸，水平缓缓混匀并冷却后备用。

磷酸(1+1)：在16支25 mL比色管内，依次准确移入浓磷酸和超纯水各10 mL，每支比色管对应一种来源及纯度的磷酸，混匀后备用。

高锰酸钾溶液(100 g/L)：称取10.0 g 高锰酸钾，溶于预加有100 mL超纯水的棕色试剂瓶中，混匀。

尿素溶液(200 g/L)：称取200.0 g 尿素，溶于预加有1 000 mL超纯水的透明试剂瓶中，混匀。

亚硝酸钠溶液(20 g/L)：称取20.0 g 亚硝酸钠，溶于预加有1 000 mL超纯水的透明试剂瓶中，混匀。

1.3 实验方法

1.3.1 实验步骤

参照GB/T 7467—1987，转移50 mL超纯水或地下水样品至50 mL比色管，用样品定容至刻度，加入0.50 mL硫酸(1+1)。比色管内样品混匀后，转移至100 mL烧杯，用少量超纯水清洗比色管内壁，清洗水汇入烧杯内。烧杯内加入0.50 mL磷酸(1+1)和1滴高锰酸钾溶液，混匀后在210 ℃电热板上消解至约20 mL，消解期间滴加适量高锰酸钾溶液以保持紫红色。

过滤：消解好的样品冷却后，通过慢速滤纸过滤至预加入1 mL尿素溶液的50 mL比色管内，用少量超纯水清洗烧杯内壁，清洗液再用于冲洗滤纸内沉淀，至少清洗3次，用水量以最后体积约45 mL为宜。

消除过量高锰酸钾：比色管内样品混匀后，滴加亚硝酸钠溶液，每滴1滴即混匀，停留片刻后观察残余高锰酸钾颜色，直至紫红色刚好消失。消除高锰酸钾后的样品溶液，静止20 min后，定容至刻度，加入1 mL显色剂，混匀后待测吸光度。

1.3.2 地下水检测

地下水选择汕头市某国控网地下水，每种酸的消解方案重复4次。加标实验中，使用F(GR级)、G、H和I生产的磷酸时，样品加标浓度为10.0 μg/L总铬，其余加标浓度为5.0 μg/L，所有加标实验重复4次。总铬工作曲线绘制过程参考文献[5]，定量方法采用双波长法[7]。

2 结果与讨论

2.1 工作曲线及方法检出限

总铬的工作曲线参数详见表1，得到的拟合直线方程为y=0.00245x-0.0004，线性关系r>0.9999。测定10个5.0 μg/L三价铬标准点水样，统计结果的标准偏差(S)，S乘以系数2.821得出总铬的方法检出限为1.2 μg/L。

表1 总铬工作曲线

2.2 消解体系中总铬来源分析

消解空白样品中，可能带入铬污染的因素包括超纯水、硫酸、磷酸、高锰酸钾、烧杯、漏斗及滤纸，其主要污染来源为磷酸[5]。实验结果显示，当只加入0.50 mL硫酸(1+1)时，消解空白结果为0.9 μg/L(表2)，加入1.00 mL时结果为1.5 μg/L，可见0.50 mL硫酸(1+1)带入消解空白的净总铬浓度约为0.6 μg/L，剩余约0.3 μg/L总铬则来自其他实验室器皿、耗材、试剂和环境等综合污染。

样品中加入不同来源、批次的磷酸后，消解空白中总铬的浓度范围1.7～20.0 μg/L，其中使用A、B、C、D和E生产磷酸的消解空白中总铬浓度为2.0～4.2 μg/L，由F(GR级)、G和H生产的磷酸6.8～9.8 μg/L，由I生产的磷酸则高达20.0 μg/L。扣除磷酸之外的消解系统污染(0.9 μg/L)后，F生产的AR和HPLC级磷酸导致消解空白中总铬浓度由1.7 μg/L降至0.8 μg/L(<方法检出限1.2 μg/L)；西陇产GR级磷酸(批号：190303 1)由1.8 μg/L降至0.9 μg/L(<方法检出限1.2 μg/L)，AR级磷酸(批号：181203 1)由2.0 μg/L降至1.1 μg/L(<方法检出限1.2 μg/L)；由A(AR级，批号：170614 2)、B、C、D和E生产磷酸导致消解空白中总铬浓度(1.2～3.3 μg/L)大于等于本研究的方法检出限(1.2 μg/L)，小于GB 7466—1987的方法检出限4 μg/L。由上述内容可知，使用不同来源的磷酸时，消解空白中总铬的浓度差异明显，而本研究结果可为检验检测机构采购磷酸提供重要参考。

使用A、B和D生产的较新批次磷酸所得消解空白中总铬的浓度低于旧批次，其中A生产的较新批次AR级磷酸与GR级的非常接近；使用F生产的AR级和HPLC级磷酸结果均约为GR级的1/4；H生产的2个批次磷酸的结果一致(表2)；E和G存在关联[5]，他们所产磷酸中，较新批次磷酸结果约是旧批次的2.8倍(表2)。可见，磷酸的纯度与铬的污染情况没有相关性，推测磷酸内总铬含量的高低与原材料及生产工艺有关。

表2 不同来源磷酸对全程序空白结果的影响

表2结果说明使用不同来源、批次的磷酸时，消解空白中总铬污染主要来自磷酸。文献[8]的研究结果显示，本研究所用磷酸中并无明显的六价铬检出(试剂空白浓度为0.3～0.7 μg/L)，说明本研究发现的消解空白中总铬主要组成为三价铬。试剂中存在的三价铬在直接显色样品中并无阳性干扰，在加热条件下可经酸性高锰酸钾氧化后转化为六价铬[9]，使得消解空白中存在不同浓度的检出现象。使用有明显铬污染的磷酸，如果样品间的用量未保持一致，将影响方法的准确度和精密度，最终影响检测机构的公信力。

2.3 地下水中总铬含量

采集汕头市某国家网地下水样品进行总铬检测，以检查使用不同来源、不同批次及不同纯度等级磷酸对其结果的影响。结果发现，扣除消解空白前，单独使用0.50 mL和1.00 mL硫酸(1+1)消解的结果分别为3.0和3.8 μg/L，使用不同磷酸消解后的地下水中总铬浓度为3.4～23.0 μg/L，均属于明显检出水平，总体趋势随消解空白的增减而增减；所有消解方案的均值和相对标准偏差RSD分别为6.6 μg/L和74.7%，说明使用不同来源磷酸结果的差异非常大。

扣除消解空白后，所有消解方案的地下水结果为1.2～3.0 μg/L，说明地下水中总铬浓度为轻微检出。所有消解方案的均值和RSD分别为2.0 μg/L和20.0%，远小于扣除消解空白前的结果，说明扣除消解空白后，使用不同磷酸所得结果间具有较好的可比性。

从地下水的结果说明，在日常样品消解过程中，应至少安排2个同批次消解空白，实际样品结果应扣除消解空白结果；同时，当方法重复性欠佳时，应查找原因并解决问题，特别是使用有总铬本底污染的磷酸时，轻微的磷酸用量差异可能导致结果的明显差别。

2.4 讨论

实验证明，使用不同来源、相同来源但不同批次的磷酸，导致的消解空白中存在较大差异的总铬本底。究其原因为浓磷酸的生产质量控制标准中，并无总铬要求，导致不同来源及不同批次的磷酸间存在较大差异的总铬污染。

由于水质六价铬检测中，复杂基体样品需要通过“氢氧化锌共沉淀—酸性高锰酸钾消解法”进行样品前处理，与总铬检测一致，在消解前需加入硫酸和磷酸。因此，磷酸中总铬污染问题在六价铬检测中同样存在，本研究结论对六价铬检测同样适用。为了确保水体总铬和六价铬检测结果的准确度，以及确保检测机构间结果的可比性，建议在浓磷酸的质量控制标准中增加总铬含量要求，或者生产商开发环保专用的磷酸，以确保使用后的消解空白中总铬浓度满足低于方法检出限的通用试剂空白要求。

3 结论

本研究对粤东区域生态环境检测机构所用磷酸在水体总铬检测中的适用性进行分析，共收集16批次产品，涉及9个国内生产商。结果表明，在消解超纯水时，使用不同来源磷酸的消解空白中总铬浓度明显检出，且差异明显；不同磷酸用于地下水检测，地下水检测结果随磷酸中总铬本底污染浓度的增加而增加，导致样品结果的不确定性增加，需要扣除同步检测的多个消解空白结果均值。建议浓磷酸的生产质量控制标准中增加总铬控制指标，推出铬检测专用磷酸。