單位波長吸光度改變量-分光光度法優化后用于減小濁度對廢水中Cr(Ⅵ)檢測結果的影響

吳鑒原，賴永忠，陸國永，郭 巖

汕頭市環境保護監測站，廣東 汕頭 515041

單位波長吸光度改變量-分光光度法優化后用于減小濁度對廢水中Cr(Ⅵ)檢測結果的影響

吳鑒原，賴永忠，陸國永，郭 巖

汕頭市環境保護監測站，廣東 汕頭 515041

對基于單位波長吸光度變化幅度與被測物濃度間關系的單位波長吸光度改變量-分光光度法進行了優化，使其在減小樣品濁度對檢測結果影響方面的效果得到進一步提高，以獲得更高準確度的檢測結果。以570～590 nm擬合波長段為例，篩選不同的參比波長段，篩選依據主要為模擬濁度梯度樣品的檢測結果、回收率及其RSD。結果表明，當參比波長段分別為540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm和540～570 nm時，可獲得非常好的方法檢出限(1.0～1.6 μg/L)，加標樣品結果具有良好的準確度(回收率為79.8%～111%)、精密度(RSD為0.15%～32%)。

分光光度法；濁度；單位波長吸光度改變量；Cr(Ⅵ)；優化

日常工作中發現，樣品濁度給監測結果帶來正干擾，部分未檢出的樣品，因水樣濁度問題而導致監測結果為有檢出。因此，消除或減小濁度干擾非常重要，常見減小濁度影響的方法有堿性硫酸鋅共沉淀法[1-2]、濁度補償法[3-5]、離心沉淀法[2]、過濾法[5-6]、雙波長法[6-7]、三波長法[6,8]、多波長法[5]、蒸餾法[9]、萃取法[10-11]等，其中雙波長法、三波長法、多波長法，相對于其他方法具有簡單的優勢，無需增加樣品前處理步驟和樣品數量，適合較多樣品的快速檢測。

郭巖等[5]建立了單位波長吸光度改變量-分光光度法(ACW-S法)，并成功用廢水中Cr(VI)的監測，與標準檢測方法中所用單波長法相比，ACW-S法具有抗濁度干擾能力強的優勢，對于含一定濁度的實際環境水樣，具有更好的準確度，適用于常見廢水樣品的直接檢測，而無需樣品前處理。其主要分析步驟為選擇吸收峰范圍內的某段波長和對應的吸光度，對波長和吸光度進行線性擬合得到擬合直線斜率，此斜率與一定濃度范圍內的Cr(VI)成線性關系，以此定量原理用于分光光度法的定量分析。雖然ACW-S法具有較強的抗濁度干擾能力，但其抗濁度干擾能力需進一步加強，以獲得更好的準確度，本研究對其進行了優化，對參比波長段進行了篩選。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

UV-2450型紫外/可見分光光度計(日本)，具有光譜掃描功能。Cr(Ⅵ)標準使用液：逐級稀釋100 mg/L Cr(Ⅵ)標準溶液，得1.00 mg/L標準使用液。

顯色液：稱取0.200 g二苯碳酰二肼，溶入50 mL分析純丙酮，溶解后，再加入50 mL純水中，混勻。顯色液裝入棕色玻璃試劑瓶中，于陰涼處存放。使用時，每25mL樣品添加顯色液0.50 mL。

混合酸：50%的H2SO4、50%H3PO4等體積混合而成；使用時，每25 mL樣品添加混合酸0.50 mL。

所用試劑二苯碳酰二肼、H2SO4、H3PO4、HCl、NaOH等均為國產分析純試劑。

1.2 實驗方法

標準曲線測定：取適量Cr(Ⅵ)標準使用液于25 mL比色管內，用純水定容至刻度，得到Cr(Ⅵ)濃度分別為0.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100、200、300 μg/L的標準曲線濃度系列，順序加入混合酸和顯色液；混勻顯色5min后測定吸收光譜(波長范圍400～750 nm)(30 mm比色皿)，參比溶液為純水。

水樣測定：水樣測定采用單波長法、ACW-S法，每個調節pH至中性的樣品，充分混勻后取25 mL于25 mL比色管中，其余步驟與標準曲線系列檢測步驟相同。25 mL水樣經顯色后，部分用于直接檢測，部分經中速濾紙過濾，濾液檢測結果用于衡量直接檢測樣品所用定量方法的準確度。

1.3 抗濁度能力測試

為了探討Cr(Ⅵ)測定方法在不同濁度水樣中的抗濁度能力，取天然渾濁樣品，經適量純水稀釋后得到含不同濁度梯度水平的水樣，稀釋倍數分別為2、4、10倍，濁度大小以顯色后樣品在750 nm處吸光度A750的大小進行衡量。不同濁度水樣，按水樣測定步驟進行檢測，同時分析Cr(Ⅵ)加標濃度分別為10.0、20.0 μg/L的回收率，檢測方法為單波長法、ACW-S法。

1.4 數據分析

平均值間的差異顯著性利用Excel軟件中的“單因素方差分析”功能進行分析，顯著性水平為0.05。

2 結果與討論

2.1 定量原理

圖1為ACW-S法定量原理示意圖。由圖1可見，隨著Cr(Ⅵ)濃度遞增，在吸收峰范圍內，某波長段波長與對應吸光度的線性擬合曲線斜率(即為單位波長的吸光度改變量)絕對值呈遞增趨勢[5]。

1～6實曲線表示Cr(Ⅵ)濃度分別為10.0、20.0、50.0、100、200、300 μg/L吸收光譜；7～12虛直線為某波長段與對應吸光度線性擬合曲線。

2.2 參考波長段的篩選

文獻[5]報道了ACW-S法適用于六價鉻檢測的擬合波長段有570～590 nm等共13段；本研究中，則以570～590 nm作為檢測波長段的ACW-S法為例，探討不同參比波長段在減小濁度干擾中的效果。參比波長段的選擇范圍為吸收峰左側波長段(540～660 nm)，為減少工作量，研究只對其中部分波長段組合進行研究。參比波長段選擇規則參照文獻[5]中檢測波長段的選擇規則，以5的整數倍波長作為起始波長和結束波長，波長跨度主要為6、11、16、21、26、31、36、41個波長。例如，參比波長段為540～545 nm、540～550 nm、540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm、540～575 nm、540～580 nm時，這些波長段的開始和結束波長均為5的整數倍，每個波長段所含波長個數分別為6、11、16、21、26、31、36、41個。

篩選實驗對象為含不同濁度梯度(樣品顯色后在750 nm處吸光度介于0.037～0.371)的模擬水樣，以這些水樣的加標回收率介于70%～130%(加標濃度10.0、20.0 μg/L)、回收率RSD≤30%為篩選條件，同時檢測結果應為未經優化ACW-S法所得結果的50%以內。結果表明，符合篩選條件的參比波長段有570～590 nm、540～550 nm、540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm 6段，后續實驗則對這6段參比波長段的ACW-S法實用性進行探討。

2.3 標準曲線、方法檢出限、標準樣品檢測

Cr(Ⅵ)標準曲線濃度配制范圍為0～300 μg/L，所得方法擬合曲線均有非常好的線性關系(r>0.999 0)；540～550 nm為參比波長的除外，其余方法對應方法檢出限介于0.8～1.7 μg/L，5.0 μg/L標準點水樣檢測結果RSD介于4.8%～12%(表1)。以540～550 nm為參比波長段的ACW-S法，因測定低濃度標準點樣品時，所得結果RSD>30%，因此后續實驗中不討論此參比波長段。

表1 Cr(Ⅵ)標準曲線、標準點、標準樣品分析結果

注：“ACW-S法”表示單位波長吸光度改變量-分光光度法，“單波長法”表示未經濁度預處理的國家標準檢測方法，“—”表示無參比波長或參比波長段，下同；統計7個5.0 μg/L標準點水樣測得值的標準偏差(s)，s的3.143倍作為方法檢出限。

對“水質 六價鉻”標準樣品(批號：203342，保證值：71.5±4.3 μg/L)進行檢測，所有ACW-S法結果介于69.2～70.2 μg/L，單波長法結果為71.6 μg/L(表1)，所有方法所得結果RSD介于0.44%～2.9%。說明這些方法用于檢測基體簡單的樣品時，具有非常好的精密度。

2.5 環境水樣檢測

2.5.1 污水處理廠進出水檢測

分別選擇汕頭市兩個典型的污水處理廠(A廠、B廠)進水和出水進行分析，其中A廠主要處理工業廢水，B廠處理廢水則主要為生活污水，由于A廠進水的基體過于復雜，含有除濁度外的干擾，導致不能正常顯色，因此未在討論范圍。其他檢測結果見表2、表3，其中表2為B廠進水分析結果，表3為A廠、B廠出水分析結果。

表2 污水處理廠進水中Cr(Ⅵ)濃度檢測結果(n=3)

注：a、b分別表示加標濃度為10.0、20.0 μg/L，下同。

表2中，B廠進水采用單波長法檢測時，結果為29.7 μg/L，加標回收率為43.5%～55.4%；而未經校正和經校正ACW-S法結果為4.5 μg/L和未檢出(-1.4～0.2 μg/L)，均顯著小于單波長法結果(P<0.05)；參比波長段為540～555 nm的ACW-S法所得結果顯著小于未經校正的ACW-S法(P<0.05)，另外3組參比波長段所得結果則無顯著差異(P>0.05)。經校正ACW-S法在污水處理廠進水監測中，本底樣品和部分加標樣品檢測結果RSD絕對值較大，推測為樣品所含較大顆粒物所致，他們的存在使水樣在參比波長段的吸收光譜呈明顯鋸齒狀，導致擬合直線斜率重復性較差，從而影響方法的重復性。因此，建議對含明顯顆粒物的樣品，經適當沉淀后再行檢測。

表3 污水處理廠出水中Cr(Ⅵ)濃度檢測結果(n=3)

由表3可知，對于濁度較大的A廠出水，經參比波長校正ACW-S法所得結果介于2.4～2.7 μg/L，非常接近方法檢出限(1.0～1.6 μg/L)，顯著低于未經參比波長校正的ACW-S法(7.2 μg/L)和單波長法(19.1 μg/L)(P<0.05)。對于B廠出水，因其濁度較低，所有ACW-S法結果均在方法檢出限附近，校正前后結果間無顯著性差異(P>0.05)，但所有ACW-S法結果(1.5～2.1 μg/L)均顯著低于單波長法結果(5.7 μg/L)(P<0.05)。

B廠進水加標樣品，所有ACW-S所得加標回收率和對應RSD分別介于79.8%～94.4%、2.4%～32%；A廠、B廠出水加標樣品，所有ACW-S所得加標回收率和對應RSD分別介于88.8%～107%、0.67%～16%，說明樣品無明顯負干擾，試驗過程的精密度良好、數據可靠。這些樣品采用單波長法所得結果已為明顯檢出水平，但實驗中發現，樣品顯色后并無紫紅色特征產物生成，因此檢測結果應為未檢出。可見經參比波長段校正的ACW-S法，用于污水處理廠廢水中Cr(Ⅵ)檢測時，具有更高的準確度。

2.5.2 工業廢水檢測

選擇外觀為微濁的工業廢水作為檢測對象，同時檢測其加標回收率(加標濃度為100 μg/L)，以檢驗經優化后ACW-S法的準確度。因廢水含有Cr(Ⅵ)，為衡量研究方法的準確度，顯色后部分樣品經中速濾紙過濾，校正后ACW-S法檢測濾液所得結果作為其他方法準確度的衡量標準。結果如表4所示。所有方法所得廢水結果RSD介于0.15%～1.9%，回收率介于93.5%～111%，說明樣品無明顯負干擾，且試驗過程精密度非常好、數據可靠。

表4 微濁工業廢水中Cr(Ⅵ)濃度檢測結果(n=3)

注：加標濃度為100 μg/L，25 mL樣品顯色后經充分混勻，部分用于直接檢測，部分經中速濾紙過濾獲得濾液，濾液用于檢測。

由表4可以看出，具有肉眼可見濁度的微濁樣品，顯色后單波長法直接測得Cr(Ⅵ)濃度為172.7 μg/L，濾液中則含138.3 μg/L，可見樣品所含濁度導致結果偏高34.4 μg/L，增加了19.9%。然而，顯色后樣品經中速濾紙過濾后，濾液在750 nm后的吸光度仍有0.010～0.012，可見過濾并不能完全消除產生濁度的干擾物。顯色后濾液采用未經參比波長段校正的ACW-S法測得133.9 μg/L，校正后ACW-S法所得結果介于131.1～132.0 μg/L，ACW-S法校正前后所得結果間無顯著性差異(P>0.05)，而所有ACW-S法所得結果均顯著低于單波長法結果(138.3 μg/L，P<0.05)。

當樣品直接檢測時，未經校正的ACW-S法測得135.6 μg/L，顯著高于校正后的ACW-S法結果(125.8～126.3 μg/L，P<0.05)，與濾液采用未經校正ACW-S法所得結果133.9 μg/L間無顯著差異(P>0.05)。在直接測定結果與濾液結果間，相同參比波長段結果間均存在顯著性差異(P<0.05)，相對于濾液中結果，直接檢測結果均值低了3.66%～4.70%，以5%作為相對誤差的允許限值進行評價，經參比波長段校正后ACW-S法的準確度是可靠的。

3 結語

環境水體日常監測中，可能因帶有輕微的顏色和濁度而導致Cr(Ⅵ)結果偏高，在不含Cr(Ⅵ)的廢水中，上述正干擾將導致監測結果出現定性失誤。與標準監測方法所用的單波長-分光光度法相比，文獻[5]建立的單位波長吸光度改變量-分光光度法(ACW-S法)用于監測環境廢水中Cr(Ⅵ)，具有更好的準確度和精確度，特別是針對有一定濁度的環境水樣。本研究對ACW-S法進行優化，因文獻[5]報道的適用于ACW-S法的檢測波長段較多，因此只對570～590 nm檢測波長段進行探討，篩選了用于進一步扣除濁度影響的參比波長段(540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm)。結果表明，經參比波長段校正后的ACW-S法具有更高的準確度，適合推廣使用。當實際樣品濁度過高時，可經適當沉淀或稀釋后，再用優化后的ACW-S法進行定量分析。

[1] 原國家環境保護局.水質 六價鉻的測定 二苯碳酰二肼分光光度法：GB/T 7467—1987[S].北京：中國標準出版社，1987.

[2] 段慧，張丹.離心沉淀法在測定地表水中氨氮的應用[J].三峽環境與生態，2011，33(1)：45-46.

[3] 環境保護部科技標準司.水質 總磷的測定 流動注射-鉬酸銨分光光度法：HJ 671—2013[S].北京：中國環境科學出版社，2013.

[4] 蔡秀萍.分光光度法測定水中總磷的若干影響因素[J].江蘇農業科學，2011，39(4)：436-438.

[5] 郭巖，肖亮洪，賴永忠.單位波長吸光度改變量-分光光度法的建立及其在環境樣品中鉻(Ⅵ)的檢測應用[J].冶金分析，2015，35(5)：7-15.

[6] 賴永忠，王一剛.多波長法用于減小濁度對水源水中甲醛測定結果影響的探討[J].中國環境監測，2015，31(6)：91-96.

[7] 賴永忠，王亮根.兩種雙波長法用于減小濁度對廢水中六價鉻測定結果的影響[J].化學工程師，2012，26(10)：27-30，35.

[8] 賴永忠.減小水樣濁度對廢水中六價鉻測定結果影響的方法探討[J].巖礦測試，2012，31(1)：172-177.

[9] 環境保護部科技標準司.水質 甲醛的測定 乙酰丙酮分光光度法：HJ 601—2011[S].北京：中國環境科學出版社，2011.

[10] GARDNER M,COMBER S.Determination of trace concentrations of hexavalent chromium[J].The Analyst,2002,127(1):153-156.

[11] KALIDHASAN S,RAJESH N.Simple and selective extraction process for chromium(Ⅵ) in industrial wastewater[J].Journal of Hazardous Materials,2009,170(2-3):1 079-1 085.

Effect Elimination of Turbidity on Cr(Ⅵ) in Waste Water by Optimized Absorbance Change per Wavelength Spectrophotometry

WU Jianyuan，LAI Yongzhong，LU Guoyong，GUO Yan

Shantou Environmental Monitoring Station，Shantou 515041，China

In the rise or fall band of absorption peaks of analyte or its reaction products, the relationship between analyte concentration and absorbance change per wavelength was established to determine analyte by absorbance change per wavelength spectrophotometry. This method was optimized to eliminate the effect of turbidity on Cr(Ⅵ) in waste water, and get better accuracy of dectecion results. The range of wavelengths at 570-590 nm, was used as measuring wavelength range, and reference wavelength ranges were screened based on better precision and accuracy of simulated samples with different turbidities. Results showed that 540-555 nm, 540-560 nm, 540-565 nm, and 540-570 nm could be used as reference wavelength ranges, and optimal detect limits were 1.0-1.6 μg/L. Recoveries andRSDof wastewaters spiked with 10.0 and 20.0 μg/L Cr(Ⅵ) were 79.8%-111% and 0.15%-32%.

spectrophotometry；turbidity；absorbance change per wavelength；Cr(Ⅵ)；optimization

2015-09-12；

2015-10-22

吳鑒原(1981-)，男，廣東南澳縣人，大學本科，工程師。

賴永忠

X830.2

A

1002-6002(2016)06- 0095- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.15