基于連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定海水中揮發(fā)酚的方法研究

姜雙城，陳宇鋒，陳財(cái)珍，鄭惠東，吳立峰，錢小明，席英玉，楊妙峰，鄭盛華，顏聰毅，林永青，林 嬌，羅冬蓮

(福建省水產(chǎn)研究所，福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建省海洋生物資源開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 廈門 361013)

基于連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定海水中揮發(fā)酚的方法研究

姜雙城，陳宇鋒，陳財(cái)珍，鄭惠東，吳立峰，錢小明，席英玉，楊妙峰，鄭盛華，顏聰毅，林永青，林 嬌，羅冬蓮*

(福建省水產(chǎn)研究所，福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建省海洋生物資源開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 廈門 361013)

為優(yōu)化海水中揮發(fā)酚的檢測(cè)工作，也為今后本方法的標(biāo)準(zhǔn)化提供科學(xué)依據(jù)，并為檢測(cè)機(jī)構(gòu)的科技人員測(cè)定海水中揮發(fā)酚的工作提供參考，研究采用SKALAR San++型連續(xù)流動(dòng)分析儀在線測(cè)定海水中的揮發(fā)酚。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在0～0.100 mg/L線性區(qū)間內(nèi)，該方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確度，其最低檢出限為0.002 mg/L；采用該方法和經(jīng)典方法同時(shí)測(cè)定4個(gè)樣品，測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.21%～4.65%，均小于5%，表明兩種方法結(jié)果無顯著性差異。研究表明該方法快捷、簡(jiǎn)便和綠色環(huán)保，值得進(jìn)一步研究、推廣和應(yīng)用。

連續(xù)流動(dòng)分析；揮發(fā)酚；方法

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是石化產(chǎn)業(yè)布局在我國沿海地區(qū)的遼寧、山東、江蘇、廣東和海南等省份，沿海地區(qū)某些海水水域受到了一定程度的潛在威脅，這可能對(duì)海洋生態(tài)以及海水養(yǎng)殖造成潛在的危害。雖然天然海水中一般不含酚類化合物，但受到某些工業(yè)廢水，如焦化、煤氣制造、石油精練、木材防腐、造紙及石油化工所排放的工業(yè)廢水污染后，海水中可被檢出酚類化合物。海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3097—1997)將揮發(fā)酚列為必檢項(xiàng)目，規(guī)定了相應(yīng)各類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)限量值，因此揮發(fā)酚是一種重要的水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)，目前河口、近岸海域水體中揮發(fā)酚的測(cè)定傳統(tǒng)上采用4-氨基安替比林顯色和三氯甲烷(CHCl3)萃取的方法。《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17387.1—2007)[1]規(guī)定，海水中揮發(fā)酚的測(cè)定必須在樣品采集后24 h內(nèi)完成，由于傳統(tǒng)方法需要人工進(jìn)行蒸餾和萃取過程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，易引起蒸餾爆沸，很難實(shí)現(xiàn)大批量樣品在24 h內(nèi)完成分析要求，而且CHCl3本身毒性較大，既不安全又易造成二次污染，因此為了應(yīng)對(duì)石化產(chǎn)業(yè)帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)，急需制定快速有效、定量準(zhǔn)確的揮發(fā)酚檢測(cè)方法，提高工作效率，為我國沿海海洋環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 方法原理

在酸化條件下，樣品中的揮發(fā)酚通過在線蒸餾裝置釋放出來，被氧化劑堿性鐵氰化鉀{K3[Fe(CN)6]}氧化，生成醌類物質(zhì)，該物質(zhì)與4-氨基安替比林反應(yīng)形成黃色的縮合物[1]，可在505 nm下比色測(cè)定，其響應(yīng)值與樣品中揮發(fā)酚的濃度成正比。

1.2 工作原理

SKALAR San++型的連續(xù)流動(dòng)分析儀，是在穩(wěn)態(tài)化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上，采用氣泡間隔流動(dòng)分析方法，將手工操作簡(jiǎn)化成儀器自動(dòng)操作的過程。通過儀器的蠕動(dòng)泵擠壓彈性聚乙烯泵管，呈負(fù)壓狀態(tài)的試劑泵管將試劑和樣品定量吸入管路系統(tǒng)，分析過程中引入空氣泡間隔，進(jìn)行稀釋、加樣、混合、分離干擾(透析、蒸餾)和加熱等反應(yīng)，待顯色完全后，進(jìn)入相應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)，再通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將計(jì)算結(jié)果打印出來。具體的流程圖如圖1所示。

1.3 儀器、試劑及標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 儀器

荷蘭SKALAR San++連續(xù)流動(dòng)分析儀(包含100位自動(dòng)進(jìn)樣器、高精度蠕動(dòng)泵、揮發(fā)酚化學(xué)分析模塊、分光光度計(jì)、Flow Access分析軟件)；冷卻水循環(huán)裝置(DC-0506)，上海衡平儀器儀表廠；純水器(MilliporeA10)，法國密理博儀器有限公司；超聲波清洗儀(UP 50)，南京壘君達(dá)超聲電子設(shè)備有限公司。

1.3.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

分析時(shí)均使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純化學(xué)試劑，實(shí)驗(yàn)用水為新制備的無酚水。所用的試劑和超純水需要超聲震蕩15～30 min 除泡。

1)磷酸溶液：1+9

量取85%磷酸50 mL，加入300 mL 無酚水， 稀釋至500 mL，每天新鮮配制。

2)4-氨基安替比林：ρ=0.65 g/L

稱取130 mg 4-氨基安替比林C11H13N3O溶于200 mL無酚水中，加入Brij35混合均勻。提前1 d配制，用棕色瓶裝，放冰箱可保存3 d。

3)氫氧化鉀(KOH)：ρ=56 g /L

稱28.0 g氫氧化鉀，加入200 mL 無酚水，稀釋到500 mL。

4)鐵氰化鉀溶液：ρ=2 g/L

稱0.4 g K3[Fe(CN)6]、0.6 g硼酸和1.0 g氯化鉀溶于200 mL無酚水中，用3)配制的KOH溶液調(diào)節(jié)pH值至10.3。每天新鮮配制，用棕色瓶裝，避光。

5)取樣器清洗液

盡量與標(biāo)準(zhǔn)使用液的基質(zhì)一致，降低基質(zhì)誤差。

6)苯酚標(biāo)準(zhǔn)貯備液：ρ=500 mg/L

直接使用環(huán)保部或國家標(biāo)物中心制備好的高濃度的酚類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(500/1 000 mg/L，以苯酚計(jì))，按照使用說明予以稀釋。

7)苯酚標(biāo)準(zhǔn)中間液：ρ=10.0 mg/L

吸取6)苯酚標(biāo)準(zhǔn)貯備液1.00 mL，稀釋到100 mL的容量瓶中，制得10.0 mg/L中間液。

8)苯酚標(biāo)準(zhǔn)使用液：ρ=1.00 mg/L。

取10.0 mL的7)中間液稀釋到100 mL容量瓶中，完成1.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制。

2 結(jié)果與討論

2.1 揮發(fā)酚測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心所生產(chǎn)的揮發(fā)酚(ρ=500 mg/L)標(biāo)準(zhǔn)溶液，逐級(jí)稀釋成ρ=1.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，再用0.1%硫酸銅溶液配制成濃度分別為0、0.005、0.010、0.020、0.050、0.080、0.100 mg/L等 7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)濃度。結(jié)果見表1。

表1 揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)曲線

通過多次測(cè)試表明，在2～100 μg/L范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 0，多數(shù)可達(dá)0.999 9，本方法具有很好的線性關(guān)系，曲線方程為Y(峰高)=341 841.782 5C(濃度，mg/L)-467.820 52。

2.2 檢出限的測(cè)定

按照美國環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)(EPA)[2]的規(guī)定檢出限(MDL)測(cè)定，至少要測(cè)定7個(gè)重復(fù)的低濃度加標(biāo)樣品，計(jì)算公式：

檢出限(MDL)=S×t(n-1,1-a=0.99)

式中，n為重復(fù)測(cè)定加標(biāo)樣品數(shù)；S為n次加標(biāo)測(cè)定濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Std)；t為自由度為(n-1)時(shí)Std相對(duì)應(yīng)的t值(可查表得到)；1-a為置信水平。

按照EPA的規(guī)定，加標(biāo)濃度為預(yù)期檢出限1～5倍，同時(shí)加標(biāo)樣品的響應(yīng)信號(hào)還要能夠從背景噪聲中分辨出來，考慮精密度與濃度有關(guān)，MDL的值大于加標(biāo)濃度1/10。本文的加標(biāo)濃度為0.008 mg/L，水樣進(jìn)行11次重復(fù)測(cè)定，查表可知t=2.821，計(jì)算公式為MDL=2.821×標(biāo)準(zhǔn)偏差(Std)，經(jīng)測(cè)定和計(jì)算，分析結(jié)果見表2。

表2 檢出限分析測(cè)定結(jié)果

通過計(jì)算可知，連續(xù)流動(dòng)分析法(荷蘭SKALAR San++)的檢出限為0.002 mg/L，而中國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ 503-2009(水質(zhì)揮發(fā)酚測(cè)定 4-氨基安替比林分光光度法)的檢出限為0.01 mg/L，經(jīng)比較可知，連續(xù)流動(dòng)分析法優(yōu)于4-氨基安替比林分光光度法。

2.3 精密度檢驗(yàn)

分別用不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液和實(shí)際河口區(qū)水樣對(duì)儀器進(jìn)行精密度的檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 精密度測(cè)定結(jié)果

從表3可看出，儀器的測(cè)定數(shù)據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.79%、0.36%和4.98%，均小于5%質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)，可見使用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定揮發(fā)酚重現(xiàn)性和穩(wěn)定性均能滿足質(zhì)控要求。

2.4 準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)

準(zhǔn)確移取10 mL環(huán)保部環(huán)境友好中心研制的揮發(fā)酚標(biāo)樣，濃度為0.060 mg/L，不確定2%，用連續(xù)流動(dòng)分析儀連續(xù)測(cè)量6次，其結(jié)果分別為：0.061、0.061、0.060、0.060、0.061、0.060 mg/L，平均值為0.060 mg/L，完全符合(0.060±0.012)mg/L的質(zhì)控要求。

2.5 回收率的測(cè)定

沿著漳江徑流的方向，按照鹽度變化，采集六個(gè)未知水樣，水樣1、水樣2、水樣3、水樣4、水樣5和水樣6分別為不同鹽度(S)的近岸海水，加入5.00 mL 0.100 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液，并定容到50.0 mL，即加標(biāo)量的濃度為0.010 0 mg/L，同時(shí)測(cè)定原樣品本底濃度和加標(biāo)后濃度，取2次測(cè)定的平均值，所得結(jié)果見表4。

表4 加標(biāo)樣品回收率

從表4可以看出，近岸海水樣品的回收率在70%～110%之間，符合海水監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(GB17378.2—2007)[3]的質(zhì)控要求，儀器的準(zhǔn)確度滿足實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量要求。

2.6 流動(dòng)分析法與經(jīng)典方法比較

分別選取淡水、地表水和近岸海水樣品，采用經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法4-氨基安替比林萃取分光光度法(HJ 503—2009)[4]和連續(xù)流動(dòng)分析法進(jìn)行比較，結(jié)果取2次測(cè)定的平均值，兩種分析方法結(jié)果見表5。

可以看出，同時(shí)用連續(xù)流動(dòng)分析法與經(jīng)典分光光度法測(cè)定4個(gè)樣品的測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.33%、4.65%、2.21%、3.08%，均小于5%，兩種方法的測(cè)定結(jié)果無顯著性差異。

表5 揮發(fā)酚兩種監(jiān)測(cè)方法比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

注：采樣點(diǎn)位標(biāo)記為1、2、3和4等，采樣地點(diǎn)保密。

Note：The sampling points were labeled as 1，2，3 and 4，and the sampling site was confidential.

3 結(jié)論與注意事項(xiàng)

3.1 結(jié)論

通過此次實(shí)驗(yàn)分析可知，SKALAR San++型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定揮發(fā)酚的檢出限為0.002 mg/L，精密度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<5%，準(zhǔn)確度良好，0.010 0 mg/L加標(biāo)量的加標(biāo)回收率在70%～110%之間，由此可知，上述儀器測(cè)定揮發(fā)酚的檢出限、精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率均能滿足實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控要求。

連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定1個(gè)水樣時(shí)間為3.0 min，完成在線蒸餾、堿性鐵氰化鉀氧化、與顯色劑顯色和測(cè)定等流程，而傳統(tǒng)的萃取分光光度法需要1.5 h，因此連續(xù)流動(dòng)分析法可快速檢測(cè)樣品。并且該方法還具有樣品和試劑消耗量少等優(yōu)點(diǎn)，其各類性能質(zhì)控指標(biāo)均不低于傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法[5]，且不需要用到三氯甲烷，是一種綠色環(huán)保的分析方法，特別適用于大批量常規(guī)樣品的分析，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

由于連續(xù)流動(dòng)分析法(CFA)是在流動(dòng)注射(FIA)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，起步較晚。研究可知，采用 SKALAR San++型連續(xù)流動(dòng)分析儀在線測(cè)定海水中的揮發(fā)酚，不僅優(yōu)化了海水中揮發(fā)酚的檢測(cè)工作，也提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)效率。研究結(jié)果可為檢測(cè)機(jī)構(gòu)的科技人員測(cè)定海水中的揮發(fā)酚工作提供參考，也為今后本方法的標(biāo)準(zhǔn)化提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 注意事項(xiàng)及干擾的消除

氧化劑、油類、硫化物、有機(jī)或無機(jī)還原性物質(zhì)和苯胺類干擾揮發(fā)酚的測(cè)定，消除方法如下：

1)氧化劑的消除：吸管吸1滴樣品滴于淀粉-碘化鉀試紙上，若試紙變藍(lán)，說明存在氧化劑，可通過加入硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)去除。

2)硫化物的消除：采集的樣品中有明顯的黑色沉淀時(shí)，取1滴樣品滴在乙酸鉛試紙上，若試紙變黑，表明有硫化物存在。此時(shí)，向樣品繼續(xù)加磷酸，并置于通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行攪拌曝氣，直至生成的硫化氫完全逸出。

3)甲醛、亞硫酸鹽等有機(jī)或無機(jī)還原性物質(zhì)的消除：分別取適量樣品于分液漏斗中，加硫酸溶液(H2SO4，1+4)使溶液呈酸性，再依次加入50、30、30 mL 乙醚(C4H10O)，萃取樣品中的揮發(fā)酚，合并上述3個(gè)乙醚層，并新置于1個(gè)分液漏斗中，分次加入4、3、3 mL氫氧化鈉溶液(NaOH，100 g/L)反萃取，直至酚類全部轉(zhuǎn)入氫氧化鈉溶液中。合并堿萃取液，放入干凈燒杯中，置水浴上加溫，去除殘余乙醚，然后用無酚水將堿萃取液稀釋；同時(shí)用無酚水做1份空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

4)油類的消除：靜置樣品，分離出浮油，按照3)消除操作步驟進(jìn)行。

5)苯胺類的消除：一般在酸性(pH<0.5)條件下，通過預(yù)蒸餾分離，消除苯胺類干擾。

6)其它注意事項(xiàng)：由于此儀器管路比較精細(xì)，容易產(chǎn)生管路堵塞的問題，若水樣中含有比較高的懸浮物、藻類等物質(zhì)，可對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)過濾，消除顆粒物。4-氨基安替比林對(duì)反應(yīng)影響很大，為關(guān)鍵試劑，要保證試劑純度夠高。在分析過程中，保證流通池的二次進(jìn)樣管沒有氣泡，分析結(jié)束后，需用無酚水清洗管路10 min。若長(zhǎng)期不使用，需定期用1 mol/L鹽酸溶液清洗管路15 min，防止長(zhǎng)菌，再用無酚水清洗管路30 min。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 17378.1—2007 海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第1部分：總則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]魏復(fù)盛.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].第4版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002：458-464.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 17378.2—2007海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第2部分：數(shù)據(jù)處理與分析質(zhì)量控制[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)部.HJ 503—2009水質(zhì)揮發(fā)酚的測(cè)定 4-氨基安替比林分光光度法[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009.

[5]肖文，余萍.間隔流動(dòng)分析和流動(dòng)注射分析在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài)，2003，(1)：39-41.

Study and analyze on volatile phenols in seawater with continuous flow analyzer

JIANG Shuangcheng，CHEN Yufeng，CHEN Caizhen，ZHENG Huidong，WU Lifeng，QIAN Xiaoming，XI Yingyu，YANG Miaofeng，ZHENG Shenghua，YAN Congyi，LIN Yongqing，LIN Jiao，LUO Donglian*

(Key Laboratory of Cultivation and High-value Utilization of Marine Organisms in Fujian Province，F(xiàn)ujian Collaborative Innovation Center for Exploitation and Utilization of Marine Biological Resources，F(xiàn)isheries Research Institute of Fujian，Xiamen 361013，China)

The detection of volatile phenol in sea water was optimized by continuous flow analyzer method.The results of this study could provide scientific basis for the determination of volatile phenol in sea water for scientific and technical personnel of testing agencies，and provide a scientific basis for the standardization of this method.The experimental results showed that this method had high precision and accuracy in the linear range of 0～0.100 mg/L，the minimum detection limit was 0.002 mg/L.The range of relative standard deviation was 2.21%～4.65%，which were all less than 5%(standard requirement).There was no significant difference between continuous flow analysis method and classical method.The method was fast，simple and environmental protection，and it would be worth to further study and application.

continuous flow analysis；volatile phenols；method

2016-10-27 資助項(xiàng)目：福建省科學(xué)技術(shù)廳公益專項(xiàng)(2015R1003-12)；國家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(2010050012-2)、(201305043-4)和(201505034-4) ；福建省海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項(xiàng)目(2014FJPT01)；廈門南方海洋研究中心項(xiàng)目(14PZY017NF17).

姜雙城(1980-)，男，碩士，助理研究員，主要從事海洋與漁業(yè)生態(tài)環(huán)境方面的研究.E-mail：2001082011@163.com

羅冬蓮(1969-)，女，教授級(jí)高工，主要從事漁業(yè)環(huán)境生態(tài)研究工作.E-mail：luodl@fjscs.ac.cn

X522

A

1006-5601(2017)02-0132-07

姜雙城，陳宇鋒，陳財(cái)珍，等.基于連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定海水中揮發(fā)酚的方法研究[J].漁業(yè)研究，2017，39(2)：132-138.