多波長法用于減小濁度對水源水中甲醛測定結(jié)果的影響

賴永忠，王一剛

汕頭市環(huán)境保護監(jiān)測站，廣東 汕頭 515041

甲醛是一種公認的致癌物質(zhì)，水體中醛類物質(zhì)的來源有兩種，一是來源于印染、制藥、農(nóng)藥生產(chǎn)、化工等企業(yè)排放廢水;二是通過大氣干、濕沉降進入水體和海洋［1］。環(huán)境水樣中甲醛測定時，可采用動態(tài)頂空法直接測得甲醛［2］，而一些間接檢測方法所用衍生劑主要為2，4-二硝基苯肼［1，3-7］、間苯三酚［8］、4-氨基-3-聯(lián)氨-5-巰基-1，2，4-三氮雜茂(AHMT)-高碘酸鉀體系［9］、乙酰丙酮［10-11］、3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙鹽酸鹽水合物(即為酚試劑，MBTH)-硫酸鐵銨體系［12］、品紅亞硫酸鈉［13］和氨比西林［14］等。甲醛或其衍生物的檢測方法主要有氣相色譜法［1-2，4］、高效液相色譜法［3，5，7］、反相高效液相色譜法［14］、反向流動注射光度法［8］、可見分光光度法［9，12］、動力學-流動注射法［15］、動力學-反相流動注射法［16］、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法［6］、電化學法［17］等。

根據(jù)標準方法［10］，乙酰丙酮分光光度法用于樣品水樣監(jiān)測時，對于無色、不渾濁的清潔地表水、地下水，調(diào)節(jié)至中性后即可直接檢測，而受污染的地表水、地下水、工業(yè)廢水，需進行蒸餾處理，測定波長為414 nm。自然水體難免存在一定濁度，試驗用品(如移液管、比色管等)內(nèi)表面吸附一些雜質(zhì)也會導致樣品濁度的增加，甲醛能入選每月集中式飲用水源水監(jiān)測的“33項”，跟部分地區(qū)甲醛監(jiān)測結(jié)果為有檢出有關(guān)，而甲醛的有檢出結(jié)果與樣品濁度必無關(guān)系。日常工作發(fā)現(xiàn)，只要有0.010的凈吸光度(扣除試劑空白后的吸光度)，即可導致甲醛檢出，而非雨天或特殊天氣，汕頭市集中式飲用水源水樣品的日常監(jiān)測吸光度主要為0.015～0.060，這些樣品外觀均不存在明顯濁度，屬于清潔水體，而實驗室空白吸光度主要介于0.007～0.012。然而，當采用不作任何濁度校正的標準方法進行檢測時，這些樣品的甲醛監(jiān)測結(jié)果常為有檢出，但顯色后樣品并無明顯的黃色產(chǎn)物，且顯色后樣品經(jīng)0.22 μm濾膜過濾處理以排除濁度干擾后，檢測結(jié)果均為未檢出。可見日常監(jiān)測中，樣品濁度對監(jiān)測結(jié)果的正干擾容易導致甲醛假陽性監(jiān)測結(jié)果，對減小或消除濁度影響的方法研究非常重要。

分光光度法中，用于減小濁度干擾影響的方法很多，如蒸餾法［10］、鋅鹽沉淀分離法［18］、活性炭脫色［19］、濁度補償法［11，20-22］、過濾法［23-24］、離心法［20，25］等，上述方法操作較復雜，費時費力，同時增加了分析成本。而雙波長法［26-28］和三波長法［22，29-31］用于減小濁度、試劑、雜質(zhì)或儀器波動等干擾影響時，具有效果好、省時省力的優(yōu)點。然而，目前缺少三波長法在甲醛監(jiān)測中的應(yīng)用報道，本研究建立并探討了雙波長法、三波長法在減小濁度對甲醛檢測結(jié)果影響中的效果，對參比波長進行了優(yōu)化選擇。

1 實驗部分

1.1 儀器與耗材

帶光譜掃描功能的UV-2450分光光度計(日本)，HH·S11·Cr2型電熱恒溫水浴鍋，孔徑為0.22 μm的水相針式濾器。

1.2 標準和主要試劑

甲醛標準溶液(100 mg/L，購自國家環(huán)境保護部標準樣品研究所)。

顯色液：50.0 g乙酰銨、6.0 mL冰乙酸、0.5 mL乙酰丙酮試劑溶解于100 mL超純水中，混勻后放入冰箱4℃保存。所用試劑均為分析純試劑。

1.3 實驗步驟

標準曲線系列：100 mg/L標準溶液逐級稀釋成 10.0、1.00、0.10 mg/L，取適量不同濃度的甲醛標準使用液于25 mL比色管內(nèi)，定容至刻度得甲醛濃度分別為 0.000、0.040、0.100、0.400、1.00、3.00 mg/L 的標準曲線系列，每支比色管內(nèi)加入2.50 mL顯色液，混勻后放入60±2℃水浴中，水浴15 min。水浴結(jié)束后即刻放入自來水水浴中，冷至室溫并混勻后進行吸光度或吸收光譜檢測，采用1 cm光程的石英比色皿。

水樣：測定前需用pH試紙檢測水樣的酸堿性，取調(diào)節(jié)至中性后的水樣25.0 mL于25 mL比色管，其余步驟與標準曲線系列一致。

1.4 不同濁度模擬樣品的準備

不同濁度模擬樣品的制備過程見文獻［22］。主要步驟如下：取一定量過孔徑0.15 mm尼龍篩的自然晾干土黃色土壤，放入一定量的現(xiàn)制超純水中，攪拌約5 min，得渾濁、黃色水樣，其外觀與大暴雨時的地表徑流類似。上述制備的水樣自然沉降約30 min，使明顯的顆粒物沉降，取上層相對清澈水樣，混勻后作為濁度模擬樣品的母液，此母液經(jīng)不同量超純水稀釋后，得到不同濁度模擬樣品。自然水體難免存在一定濁度，而濁度模擬樣品可在一定程度上模擬不同濁度實際水樣，以探討各方法對不同濁度水樣的定量準確度。

1.5 定量方法介紹

1.5.1 單波長法和過濾法

參照標準方法［10］，顯色后樣品在414 nm處吸光度表示為A414，對于清潔的水樣，一般用未經(jīng)任何校正的A414參加定量分析，此為單波長法。

用10 mL一次性塑料注射器吸取顯色后樣品，注射器頭換接一次性水相針式濾器，測定濾液吸光度的方法為過濾-單波長法，此方法在理論上可消除產(chǎn)生濁度的懸浮物及顆粒物對檢測結(jié)果的影響。

1.5.2 雙波長法

以750 nm或吸收峰峰谷處波長作為參比波長的雙波長法，已在甲醛、六價鉻檢測中獲得成功應(yīng)用［22-24］，而甲醛與顯色液反應(yīng)產(chǎn)物吸收峰右側(cè)的峰谷在480～500 nm處，甲醛濃度越低，右側(cè)峰谷處波長越小。因此，可選擇 750、700、500、480 nm作為雙波長法的參比波長，即A414分別減去750、700、500、480 nm 處吸光度后，再與甲醛濃度進行線性擬合，根據(jù)擬合方程對樣品進行定量分析;不含甲醛的樣品，顯色后過濾處理，部分濾液還存在微量濁度，從而在480 nm處產(chǎn)生一定吸光度，此時再經(jīng)以480 nm作為參比波長的雙波長法進行校正，以獲得更準確的結(jié)果，此法則為過濾-雙波長法。

1.5.3 三波長法

如圖1所示，ΑλΜΑΧ表示最大吸收波長處的吸光度，Αλ1、Αλ2分別表示反應(yīng)產(chǎn)物在參考波長 1(λ1，吸收峰右側(cè))和參考波長 2(λ2，吸收峰左側(cè))處吸光度，參考波長一般在吸收峰范圍內(nèi)的波長中選擇。對所有波長進行優(yōu)化選擇是件非常費時的工作，研究只對吸收峰范圍內(nèi)的部分波長(10的整數(shù)倍波長)進行優(yōu)化選擇。用圖1中豎直無填充方形虛線的高度(Α'λΜΑΧ)來衡量反應(yīng)體系中濁度在最大吸收波長處吸光度;而反應(yīng)產(chǎn)物在最大吸收波長處的凈 吸 光 度 則 為 ΔΑλΜΑΧ(ΔΑλΜΑΧ=ΑλΜΑΧ－Α'λΜΑΧ)，在圖 1 中表示為豎直有填充方形虛線的高度。圖1中粗虛線和橫坐標構(gòu)成梯形或三角形，根據(jù)相似三角形三邊對應(yīng)成比例原理，可得公式(1)，由式(1)最終可演變出式(2)。由經(jīng) λ1、λ2雙波長校正后的 ΔΑλΜΑΧ進行定量分析的方法為三波長法。

式(1)、式(2)中各符號的物理含義見(“1.5.3”)小節(jié)第一段所述。研究中用于甲醛檢測的三波長法，λ1在 490、480、470、460、450、440、430 nm中選擇，對應(yīng)的 λ2則分別為340、350、360、370、380、390、400 nm。

圖1 三波長法示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 標準曲線系列及方法檢出限分析

對濃度介于0.000～3.00 mg/L的甲醛標準曲線溶液進行檢測。結(jié)果表明，根據(jù)標準檢測方法(即單波長法，以不作任何校正的A414進行定量分析)繪制的標準曲線線性關(guān)系良好(r=0.999 9)，當經(jīng) 750、700、500、480 nm 處吸光度校正后，曲線線性關(guān)系并不受影響(表1);不同濃度標準曲線溶液在480 nm處有不同程度的吸收，這些吸收被扣除后，一定程度上影響了曲線的斜率(即靈敏度)，見表1。

表1 標準曲線、方法檢出限及方法精密度結(jié)果

在三波長法中，參考波長組合分別為490 nm與340 nm、480 nm 與350 nm、470 nm 與360 nm、460 nm與370 nm、450 nm與380 nm、440 nm與390 nm、430 nm與400 nm，此波長對順序趨勢為向吸收峰中央靠攏，曲線斜率因而隨上述波長對順序而逐漸下降(表1)，但參考波長對的選擇并不影響曲線的線性關(guān)系。當波長對為440 nm與390 nm、430 nm與400 nm時，0.100 mg/L標準點水樣檢測結(jié)果RSD(13.5% ～13.9%)和方法檢出限(0.043、0.051 mg/L)均明顯大于其它方法結(jié)果(RSD為4.6～8.6%，方法檢出限為0.014～0.028 mg/L)(n=7)，因此后續(xù)討論中不再考慮這2對參考波長。

2.2 雙波長法、三波長法中參比波長的選擇

參比波長選擇依據(jù)為不同濁度模擬樣品檢測結(jié)果的準確度，各種定量方法所得加標回收率絕大部分介于 90% ～110%(比例約為 93%)(表2)，可見檢測過程是可控的，同時說明制備模擬濁度樣品的土壤中并不存在明顯影響反應(yīng)進行的干擾物。由表2可知，理論上可完全消除濁度影響的過濾-單波長法結(jié)果為0.007～0.037 mg/L，部分結(jié)果高于單波長法的檢出限(0.026 mg/L)，而這些顯色后樣品過濾后，并無明顯的黃色產(chǎn)物(與0.040 mg/L標準點水樣的顏色進行比較)，可見這些濁度模擬樣品中的甲醛濃度是非常低的，甚至小于對應(yīng)的方法檢出限。這些過濾后的顯色后模擬濁度樣品，采用480 nm作參考波長的雙波長法進行定量時，其結(jié)果介于0.016～0.026 mg/L，略低于480 nm作為參考波長的雙波長法檢出限(0.027 mg/L)，此過濾-雙波長法用于評定其他方法的準確性。

表2 不同濁度模擬樣品檢測結(jié)果(n=3)

當采用單波長法時，各種濁度模擬樣品的測定值介于0.328～3.092 mg/L。而采用雙波長法時，測得結(jié)果隨參比波長的減小而下降，說明750、700、500、480 nm 4 個參比波長中，480 nm 因更接近最大吸收波長414 nm，因而對濁度干擾的減小能力更強，但其結(jié)果(0.045～0.281 mg/L)仍受到濁度的正干擾。后續(xù)討論中，只保留了480 nm作為參考波長的雙波長法。

在幾種三波長法中，490 nm與 340 nm、480 nm與350 nm兩對參考波長的三波長法檢測不同濁度模擬樣品時，獲得甲醛結(jié)果相對接近，在較高濁度樣品中，他們的結(jié)果(0.017～0.031 mg/L，對應(yīng)方法檢出限為0.014、0.022 mg/L)明顯高于其他3對參考波長的三波長法結(jié)果(－0.007～0.018 mg/L，對應(yīng)方法檢出限介于0.025 ～0.028mg/L)，而 過 濾-雙 波 長 法(參考波長480 nm)結(jié)果為0.018～0.026 mg/L。可見，相比較而言，幾種三波長法參考波長對中，采用470 nm與360 nm、460 nm與370 nm、450 nm與380 nm 3對參比波長，其準確度較其他兩對高，后續(xù)試驗中，只考察這3對參考波長。

2.3 實際樣品分析

選擇汕頭市兩個飲用水源水斷面(庵埠和新津河)處采集地表水水樣，對其所含甲醛濃度進行檢測，定量方法為單波長法、過濾-單波長法、雙波長法、過濾-雙波長法和三波長法，如表3所示。這些水樣的濁度相對較低，顯色液在414 nm處吸光度介于0.023～0.043，采用標準方法時，因樣品并無明顯濁度，因此無需對樣品進行預(yù)處理。用單波長法進行檢測，庵埠和新津河斷面結(jié)果分別為0.148、0.066 mg/L，約為方法檢出限(0.026 mg/L)的5.5倍和2.5倍;而用過濾-單波長法、雙波長法、過濾-雙波長法、三波長法時，所得結(jié)果(－0.020～0.023 mg/L)均小于對應(yīng)方法檢出限。然而，顯色后樣品均無明顯的黃色產(chǎn)物，且顯色后樣品過濾后，濾液顏色與實驗室空白非常接近，明顯低于0.04 mg/L標準點水樣的顏色深度，因此不經(jīng)任何濁度校正的方法所得結(jié)果是不科學、不準確的。過濾-單波長法、雙波長法、過濾-雙波長法、三波長法所得回收率介于91.3% ～101%，對應(yīng)RSD介于0.0% ～4.2%，可見各種方法用于低濁度樣品檢測時，準確度和精準度均非常好，表明樣品不含影響顯色反應(yīng)的干擾物(或干擾可忽略)。

表3 地表水實際樣品檢測結(jié)果(n=3)

3 結(jié)語

對于濁度較小的環(huán)境水樣(無明顯渾濁)，雙波長法可消除濁度對甲醛檢測結(jié)果的正干擾，當雙波長法的檢測結(jié)果為有檢出時，應(yīng)采用三波長法進一步分析，以避免樣品濁度的正干擾導致定性失誤，且可獲得準確度更高的結(jié)果。采用雙波長法或三波長法時，只需對顯色后樣品同時測定幾個吸光度，波長分別為 360、370、380、414、450、460、470、480 nm，如果分光光度計的功能有限，則可以測定吸收光譜，從吸收光譜獲取這些波長處吸光度，所有數(shù)據(jù)處理可在Excel軟件中進行。研究中，各種方法與過濾法進行了比較，相對于過濾法，雙波長法、三波長法可降低分析成本及減小工作量，相對于標準方法中提到的蒸餾法，則具有更強的節(jié)省人力物力優(yōu)勢，值得推廣。

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