雙硫腙分光光度法測(cè)定水中微量鋅方法的改進(jìn)

俞靜,李文秀,王雪楓,黃雪莉

（石油天然氣精細(xì)化工教育部和自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,新疆烏魯木齊 830046）

工廠排放的廢水中，含有大量鋅化合物，對(duì)環(huán)境水體帶來嚴(yán)重的污染，危害人體健康。鋅是人體內(nèi)必需的微量元素之一，體內(nèi)鋅的缺乏或過量常會(huì)引起某些疾病。因此測(cè)定鋅的含量在臨床上、工業(yè)污水處理和生活飲用水等方面有重要的價(jià)值。測(cè)定水中鋅含量方法主要有雙硫腙水相分光光度法、火焰原子吸收光譜法和雙硫腙四氯化碳分光光度法[1]。雙硫腙水相法重復(fù)性較差，原子吸收法簡(jiǎn)便快速[2],但所需設(shè)備價(jià)格昂貴，還無法在基層單位普遍使用。GB/T 575016-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（簡(jiǎn)稱圖標(biāo)）中提供的測(cè)試方法雙硫腙分光光度法選擇性好,靈敏度較高，儀器廉價(jià)，方法易于普及[3]。

但是雙硫腙分光光度法中所用的藥品和試劑萃取、提純過程繁瑣、費(fèi)時(shí)[4]，工作曲線線性相關(guān)性差[5]，影響因素多，通過改進(jìn)，建立了一種穩(wěn)定準(zhǔn)確測(cè)定水中鋅的方法,對(duì)于小型水處理廠和基層實(shí)驗(yàn)研究更具有適用性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

754紫外-可見分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司）；電子分析天平（北京賽多利斯天平有限公司）；磁力攪拌器（金壇市醫(yī)療儀器廠）；60mL分液漏斗；25mL玻璃磨口比色管。

實(shí)驗(yàn)所用的玻璃儀器洗凈后均需用硝酸（1+1）避光浸泡數(shù)小時(shí)，再用蒸餾水沖洗干凈，陰干備用。

1.1.2 試劑

硫酸鋅(天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠)，硅酸鈉（天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司），其余試劑均同GB/T 12151-2005和GB/T 5750.6-2006，試驗(yàn)所用藥品均為分析純，水為蒸餾水。

1.2 實(shí)際水樣的制取

根據(jù)GB/T 12151-2005配制100FTU福馬肼濁度標(biāo)準(zhǔn)液。取一定體積的福馬肼標(biāo)準(zhǔn)液，加入適量的聚硅酸鋅絮凝劑[6，7]。經(jīng)快攪、慢攪和沉降步驟后，得到聚硅酸鋅絮凝劑處理液，用吸管收集液面下2cm左右處的上清液得到含鋅水樣，作為測(cè)試水樣使用。

1.3 方法改進(jìn)

在國標(biāo)的基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行了如下的改進(jìn)：(1)在改進(jìn)法中，用比色管替換分液漏斗。

(2)按照國標(biāo)法5.3.5中繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和測(cè)定多個(gè)試樣時(shí)，是將鋅標(biāo)準(zhǔn)液一次加入到多個(gè)分液漏斗中，一批次加入緩沖溶液、硫代硫酸鈉溶液等，再加入雙硫腙四氯化碳溶液，經(jīng)振蕩、靜置分層后，進(jìn)行測(cè)試。但由于雙硫腙易被空氣氧化，造成測(cè)試誤差。在該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中，只配制單個(gè)混合標(biāo)準(zhǔn)液或試樣進(jìn)行測(cè)試。完畢后，再配制下一個(gè)樣液，這樣可以防止雙硫腙的氧化，造成實(shí)驗(yàn)的誤差。

(3)國標(biāo)中是在臨用前，吸取適量雙硫腙四氯化碳儲(chǔ)備溶液（見國標(biāo)5.3.3.1），用四氯化碳稀釋約30倍，至吸光度為0.4。在該改進(jìn)試驗(yàn)中，比色管中加入雙硫腙四氯化碳顯色劑之前，先確定顯色劑的準(zhǔn)確吸光度值，然后立即將顯色劑加入到比色管中，并進(jìn)行測(cè)試。

1.4 操作步驟

改進(jìn)的具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1.4.1 吸取被測(cè)水樣（水樣鋅含量不超過5μg）于25.0mL比色管中，用蒸餾水稀釋至10.0 mL。

1.4.2 向比色管中加入5.0mL緩沖溶液，振蕩，再加1.0mL硫代硫酸鈉溶液，混勻。

1.4.3 將雙硫腙四氯化碳溶液的吸光度值調(diào)到0.400±0.005（以四氯化碳為參比，波長 535nm，1cm比色皿），然后移取10mL加入到1.4.2中的比色管中，塞上涂有凡士林的磨口塞子，來回倒轉(zhuǎn)4min，靜置2min，吸出水層，最后吸取有機(jī)相的中間層液體，于535nm波長，用1cm比色皿，以四氯化碳為參比，測(cè)量其吸光度值。

1.4.4 工作曲線中標(biāo)準(zhǔn)系列的測(cè)定，分別移取鋅標(biāo)準(zhǔn)使用溶液 (ρ（Zn）=1μg/mL)0 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL，各加蒸餾水至10.0 mL，并依次重復(fù)1.4.1～1.4.3步驟，測(cè)量7支比色管中有機(jī)相的吸光度值。

1.4.5 對(duì)被測(cè)實(shí)樣吸光度的測(cè)定，重復(fù)1.4.1～1.4.3步驟，測(cè)量比色管中有機(jī)相的吸光度值。

1.4.6 繪制工作曲線，并查出樣品中鋅的質(zhì)量，計(jì)算出所需結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙硫腙四氯化碳溶液吸光度值的調(diào)整

將雙硫腙四氯化碳溶液吸光度值依次調(diào)整到0.400±0.005、0.406～0.410、0.410～0.416 范圍，對(duì)含量為3.0 mg/L的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定。萃取相吸光度值和所測(cè)鋅離子濃度見下表1。

表1 顯色劑的吸光度值對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

由表1數(shù)據(jù)可見，將顯色劑吸光度值調(diào)整到0.400±0.005時(shí)，所測(cè)出的鋅離子濃度為3.010mg/L，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.24%，與其它數(shù)據(jù)相比較精度最高。

在pH為4.0～5.5的醋酸鹽緩沖介質(zhì)中，鋅離子與雙硫腙形成紅色螯合物，該螯合物不溶于水，須被四氯化碳萃取后以混色法測(cè)定其濃度[8]，而雙硫腙四氯化碳溶液作為顯色劑本身呈綠色，并且濃度越高綠色越深，與紅色螯合物的混色就越深，從表1中可以看出，其吸光度值就越高。因此在加入顯色劑前，將顯色劑的吸光度值調(diào)節(jié)到0.400±0.005范圍內(nèi)，可以提高測(cè)試精度。

2.2 儲(chǔ)備液穩(wěn)定性測(cè)試

在國標(biāo)5.3.3.1中規(guī)定，一次配制好儲(chǔ)備液后放置在冰箱中備用，在較低溫度下可減緩雙硫腙的氧化。但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，即使在較低溫度下也不能減小氧氣對(duì)雙硫腙的氧化，結(jié)果見表2。

表2 不同時(shí)間鋅標(biāo)準(zhǔn)系列吸光度值

將儲(chǔ)備液稀釋后得到表中的顯色劑。由表2的數(shù)據(jù)可知，在第一天空白樣的吸光度平均值為0.485，第三天平均吸光度為0.503，相差3.7%。說明低溫并不能保證雙硫腙不被空氣氧化，只能減緩。另外兩天所得到的工作曲線數(shù)值也可看出，標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率不同，必然會(huì)影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

所以，在測(cè)定水樣前，先測(cè)定空白樣吸光度值，若吸光度值升高，則需要重新繪制工作曲線，再進(jìn)行測(cè)定。

2.3 工作曲線

分別用國標(biāo)法和改進(jìn)法測(cè)定鋅標(biāo)準(zhǔn)系列，測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 兩法測(cè)定鋅標(biāo)準(zhǔn)系列結(jié)果

由表3可知，空白樣國標(biāo)法和改進(jìn)法的吸光度分別為0.612和0.503，改進(jìn)法空白樣的吸光度值明顯低于國標(biāo)法，二者相差17.8%。而改進(jìn)法空白樣的吸光度接近顯色劑的吸光度值，空白樣品的吸光度值降低，說明采用分別配制的方法可以減弱雙硫腙氧化程度對(duì)測(cè)試的影響，和將雙硫腙四氯化碳溶液的吸光度值調(diào)到0.400±0.005，能夠提高實(shí)驗(yàn)精度，且線性相關(guān)性提高0.9990以上。

通過重復(fù)測(cè)定繪制工作曲線，都能夠保持線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9990以上，說明實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好。

2.4 精密度試驗(yàn)

用改進(jìn)法對(duì)低、中、高濃度合成的已知鋅濃度水樣重復(fù)測(cè)定6次，結(jié)果見表4。

表4 改進(jìn)法精密度試驗(yàn)

該方法測(cè)定低、中、高濃度合成水樣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD均小于5%，表明該法精密度較好。

2.5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

取水樣做8次加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)是化學(xué)分析常用的實(shí)驗(yàn)方法，是方法驗(yàn)證的主要內(nèi)容之一，也是重要的質(zhì)控手段，回收率是判定分析結(jié)果準(zhǔn)確度的量化指標(biāo)。由表5可知回收率在94.2%～104.6%，加標(biāo)回收率范圍一般在95.0%～105.0%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該法的準(zhǔn)確度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

2.6 試樣測(cè)定

用改進(jìn)法測(cè)定聚硅酸鋅絮凝劑處理后的水樣，測(cè)試殘留鋅含量，并與火焰原子吸收光譜法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見表6。

表6 水樣測(cè)定結(jié)果

兩種測(cè)試方法經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果無顯著性差異（t=-1.481＜t0.05（9）=2.62）[9]，P＞0.05。

2.7 實(shí)驗(yàn)儀器的改換

在國標(biāo)法中配制混合液的過程中使用分液漏斗，發(fā)現(xiàn)分液漏斗有容易破碎、難于清洗、易漏液等問題存在。尤其是在清洗過程，分液漏斗的斗體不規(guī)則、流液管和活塞很難清洗徹底，此外浸泡時(shí)需要消耗較多的硝酸，會(huì)增加酸消耗量和更苛刻的操作要求。為避免這些不利因素，將60mL的分液漏斗替換為25mL的玻璃磨口比色管。比色管價(jià)格便宜，不易破損[10]，且體積小可降低酸消耗，易于清洗徹底，不易漏液，可明顯減少清洗工作量和測(cè)試成本。另外將比色管來回倒轉(zhuǎn)4min時(shí)，由于體積小能更好的振蕩，使有機(jī)相和水相完全混合，而且動(dòng)作的均一性能夠保證對(duì)鋅的萃取率達(dá)到一致，使試驗(yàn)更加簡(jiǎn)易和精確。

2.8 實(shí)驗(yàn)儀器的處理

鋅廣泛存在于橡膠、涂料、油漆中。玻璃儀器外面有時(shí)用白色漆標(biāo)明刻度等信息，其中的鋅會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響。所以，實(shí)驗(yàn)選用的比色管及移液管在初次使用之前，需在稀硝酸（1+1）中浸泡1 h，再將管壁外的油漆刮洗掉。實(shí)驗(yàn)中不能使用橡膠塞，避免造成嚴(yán)重的鋅污染[11]。

造成實(shí)驗(yàn)空白值高及實(shí)驗(yàn)測(cè)定精度低的原因，關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)儀器的清洗。本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)對(duì)比色管及玻璃滴管，使用之前用雙硫腙四氯化碳使用液和無水乙醇沖洗一遍[12]，用洗衣粉水泡洗洗去管壁上的有機(jī)物，經(jīng)自來水沖洗干凈后用蒸餾水潤洗，用硝酸避光浸泡至少6 h，最后用蒸餾水沖洗干凈，陰干備用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在用硝酸浸泡之前，按以上步驟將玻璃儀器清洗干凈，只需浸泡6 h左右即可，不需要按照國標(biāo)要求浸泡過夜，并不影響實(shí)驗(yàn)的精度。這樣可節(jié)約將近一半試驗(yàn)時(shí)間。

2.9 實(shí)驗(yàn)藥品提純的精簡(jiǎn)

國標(biāo)中規(guī)定，如果藥品不純，則需要進(jìn)行一系列相關(guān)的萃取提純過程。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，萃取提純過程繁瑣，難以操作，并且會(huì)浪費(fèi)大量的有機(jī)物。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明只要藥品采用分析純，都可以滿足實(shí)驗(yàn)要求，無需萃取提純，這樣減少很大一部分的工作量。

3 結(jié)論

（1）用比色管替代分液漏斗，能夠更充分、均一的振蕩,提高試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和重復(fù)性,同時(shí)降低試驗(yàn)成本和工作量。

（2）將試樣逐個(gè)配制測(cè)定，可以減少雙硫腙氧化帶來的誤差，使試驗(yàn)重復(fù)性得到提高。

（3）加入相同范圍吸光度值的顯色劑，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性。

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