紫外分光光度法測定CODCr標準溶液濃度的研究

王燕楓， 楊 清

（江蘇省生態環境監控中心， 江蘇 南京 210036）

0 引言

在水和廢水的監測中，CODCr標準物質是不可缺少的標準物質之一?？梢詮沫h保部標準物質研究所標準物質采購中心直接購買，也可以按國標法[1]用基準的或優級純的鄰苯二甲酸氫鉀自行配制[2-4]。在水和廢水的在線監測中[5-8]，CODCr標準溶液是CODCr在線監測儀校準、調試、運行維護工作[9-10]中使用量較大且不可或缺的。為了確保自配的CODCr標準溶液的質量，配置后必須進行嚴格的驗證檢測[11-12]。按常規，采用回流消解的國標法是唯一正確的驗證檢測方法[13-15]。但國標法消解回流時間長，并造成化學試劑（濃H2SO4+Ag2SO4）、水、電、人工等浪費。 因此作者根據CODCr標準溶液是由單一的鄰苯二甲酸氫鉀溶于水而制備，且鄰苯二甲酸氫鉀溶液在紫外區具有特征的吸收光譜這一特性，經過反復試驗，建立了用紫外分光光度法驗證測定CODCr標準溶液濃度的新方法。該方法不需耗費水、電以及H2SO4，K2Cr2O4等試劑，十分簡便、快速且線性范圍寬、精密度高、準確度好。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

1.1.1 儀器

UV-1780型紫外可見分光光度計，日本島津，波長范圍：190～1 100 nm；波長準確度：±0.3 nm。

按國標法要求的消解回流裝置：即可控硅調節的聯式電爐，標準磨口250 mL錐形瓶，40 cm球形冷凝管等組裝的全玻璃回流裝置。

25 mL或50 mL酸式滴定管。50 mL比色管或容量瓶。

1.1.2 試劑

《水和廢水監測分析方法》（第四版）“化學需氧量的測定重鉻酸鹽法”所需的整套試劑。

鄰苯二甲酸氫鉀(優級純),用于制備CODCr標準儲備溶液或直接稱取一定量溶于水制備所需濃度的CODCr標準使用液。配制方法是根據將鄰苯二甲酸完全氧化的CODCr質量比為1.176 g/g,如制備質量濃度1 mg/mL的CODCr標準儲備液1 000 mL：稱取在105～110℃干燥2 h的鄰苯二甲酸氫鉀0.850 3 g溶于水，轉入容量瓶，用水稀釋定容至1 000 mL。用此標準儲備液配制紫外分光光度法所需的不同濃度的CODCr標準溶液。

1.2 試驗方法

方法1：根據相關文獻[1]用消解回流法驗證測定CODCr標準溶液的濃度。 要點：①ρ（CODCr）〉50 mg/L的標準溶液用高濃度試劑進行消解回流測定；ρ（CODCr）〈50 mg/L的標準溶液用低濃度試劑進行消解回流測定；②消解回流總體積為60 mL，回流時間2 h。

方法2：取適量質量濃度為1 mg/mL的CODCr標準儲備溶液稀釋配制質量濃度25～500 mg/L的標準系列溶液，用UV-1780紫外可見分光光度計測定標準系列溶液的吸光度（A），繪制標準曲線，并求出曲線的回歸方程和相關系數。然后測定自配的CODCr標準溶液的吸光度，從標準曲線上查出相應的CODCr值，與配置值或消解回流法驗證值比對。

2 結果與討論

2.1 鄰苯二甲酸氫鉀的吸收光譜

用UV-1780對鄰苯二甲酸溶液進行全區域（190～1 100 nm）掃描，其結果見圖1和圖2。

圖1 190～1100 nm區間鄰苯二甲酸氫鉀的吸收光譜

圖2 190～310 nm區間鄰苯二甲酸氫鉀的吸收光譜

由圖1、圖2可以看出，用于制備CODCr標準溶液的鄰苯二甲酸氫鉀在 190～310 nm紫外區有特征吸收光譜。

2.2 測定波長的選擇

選擇測定波長應滿足如下2個條件：①在該波長處，被測定物質應有適宜的檢測靈敏度；②在用該波長檢測時，有一個吸光度穩定的區間，按最低要求，在波長精度范圍內，吸光值穩定。根據以上2個條件，從圖2上可清楚地看到，可供選擇的波段262.2～266.0 nm和278.4～281.6 nm都可能選為測定波長。通過進一步的篩選，即分別用263.6 nm和279.8 nm測定1組CODCr標準系列溶液的吸光度，繪制工作曲線，求出曲線方程和方程的斜率（b）、截距（a）以及相關系數（r），見表 1。對比發現用λ=263.6 nm的波長檢測時，標準曲線的截距〈0.005，線性相關系數達0.999 9或1.000 0，而用λ=279.8 nm時，其標準曲線的截距〉0.005，線性相關系數只有2個9，故確定λ=263.6 nm為測定波長。

表1 263.6 nm和279.8 nm波長測定結果

2.3 標準曲線的繪制

λ=263.6 nm標準曲線繪制過程中制備CODCr標準系列溶液，并于λ=263.6 nm處測定其A，具體見表2。減空白后以CODCr值為橫坐標，A263.6為縱坐標，繪制標準曲線，求出曲線的回歸方程，同時得出斜率b=0.003 5，截距a=0.003 9和線性相關系數r=1.000。

表2 標準曲線的繪制

2.4 檢出限、測定下限，最佳測定范圍和摩爾吸光系數

分光光度法的檢出限有幾種測定和計算方法[2]。最簡便的方法就是將產生0.010吸光度的溶液濃度作為被測物的檢測限。本文根據線性回歸方程，y=0.0035x+0.0039，則檢出限，DL=(0.010-0.003 9)/0.003 5=1.74 mg/L。測定下限為3.3倍的DL，即：3.3×1.74=5.74 mg/L。在分光光度計的使用中，A一般控制在2.0以下，以獲得較好的線性。根據表2可以看出，當由鄰苯二鉀酸氫鉀配置的CODCr標準溶液濃度小于500 mg/L時，A都在2.0以下。因此本方法的最佳測定范圍應該是5.7～500 mg/L。

根據比爾定律，A=εdc（c為濃度，d為介質層厚度），當 λ =263.6nm 時，ε=856.3。

2.5 精密度實驗

UV-1780紫外可見分光光度計對同濃度的CODCr標準溶液的測定具有優異的重現性。1 d內每隔1 h對同一CODCr標準溶液進行8次平行測定，結果都是相同的吸光值。這是應用消解回流的國標法測定CODCr標準溶液的濃度時所無法做到的。不僅是批內，即使是批間，該儀器的檢測重現性也同樣好。作者對同一CODCr標準溶液，每天檢測1次，共測了5 d，僅有2 d在吸光值的出現過非常小的波動。用UV-1780 測定 CODCr標準儲備溶液(ρ=1 mg/mL)配制的6個平行樣，檢測結果見表3。而用于國標法測定的是同一濃度的CODCr標準溶液進行6次平行測定的結果。

精密度試驗表明：UV法在測定低、高濃度的CODCr時，都能繪出優異的重現性，這是國標法不可能達到的，尤其在測定低濃度CODCr時，由于受多種因素的影響，國標法的精密度一般較差。

表3 精密度試驗結果

2.6 準確度試驗

2.6.1 CODCr標準溶液的制備

由于環保部標準物質研究所啟用GSB 073161—2014新標準后，采用了其他基準物質配制CODCr標準溶液，見圖3。

圖3 按GSB 07-3161—2014新標準配制的CODCr標準溶液在190～310 nm區間的吸收光譜

為了驗證用鄰苯二甲酸氫鉀標準物質制備的CODCr標準溶液與按新標準制備的有證CODCr標準溶液無顯著差異，我們請有豐富實驗室工作經驗的高級工程師負責制備了低、中、高3種與有證標準溶液濃度相同的CODCr標準溶液和用于測定的K2Cr2O4標準溶液，另請3位實驗室工程師級的分析工作者同時按相同的條件，對同一濃度的2種CODCr標準溶液(自配和有證)用國標法各進行6次平行測定，計算平均值，標準偏差，對測定結果進行t檢驗[2]，從而給出自配標準溶液的可靠性。

對 ρ（CODCr）=59.5± 4.6 mg/L的有證標準溶液和自配相同濃度的標準溶液的測定結果見表4。

表4 自配和有證標準溶液的測定結果

根據t檢驗規定，t計算〈t表，即表示測定結果與標準值無顯著性差異，這也說明用鄰苯二甲酸氫鉀配制的CODCr標準溶液與購置的有證標準溶液，其濃度值、不確定度區間不存在顯著性差異。因此用鄰苯二甲酸氫鉀配制的CODCr標準溶液可以作為紫外分光光度法準確度試驗的標準溶液。

按上述方法對自配的CODCr值與有證標準 (批號 2001105，ρ（CODCr） =142 mg/L；批號 2001104，ρ（CODCr）=243 mg/L)相同的2個標準溶液進行測定，并進行t檢驗，證實自配標準溶液與有證標準溶液無顯著差異，可用于紫外分光光度法的準確度實驗。

2.6.2 紫外分光光度法的準確度試驗

分別用紫外分光光度法和消解回流法對上述制備的低、中、高3種濃度的CODCr標準溶液進行測定，結果見表5。

表5 紫外分光光度法和消解回流法測定結果

準確度實驗表明，紫外分光光度用于測定用鄰苯二甲酸氫鉀制備的CODCr標準溶液，不僅精密度高，而且準確度也很好，這是用消解回流的國標很難達到的。

2.7 紫外光度法標準曲線的穩定性

紫外分光光度用于驗證測定CODCr標準溶液的濃度，還有一重要的特點，即制備的標準曲線十分穩定。作者從2016年5月開始對標準曲線的穩定性進行試驗，每月重新配制標準系列，測定吸光度，繪制標準曲線，連續6個月的測定結果見表6。

表6 標準曲線穩定性試驗

表6的結果顯示，紫外光度法測定由鄰苯二甲酸氫鉀制備的CODCr標準溶液，其標準曲線具有很好的穩定性，連續6個月的檢查，未發現顯著差異。

2.8 紫外光度法與國標法的對比

紫外光度法和國標法全方位的對比總結見表7。對比分析結果表明紫外光度法在驗證測定CODCr標準溶液方面優勢明顯。

表7 驗證測定CODCr標準溶液紫外光度法與國標法的比較

3 結論

（1）用于制備CODCr標準溶液的鄰苯二甲酸氫鉀，在紫外區(190～310 nm)有特征吸收光譜。根據其光譜特征，可選擇263.6 nm為測定波長，用于驗證測定CODCr標準溶液的濃度。

（2）建立了用紫外分光光度法測定CODCr標準溶液濃度的新方法。該方法的檢出限為1.74 mg/L，測定下限5.7 mg/L，最佳測定范圍5.7～500 mg/L。

（3）紫外分光光度法相比消解回流的國標法或其他消解回流法，具有國標法無可比擬的優越性。紫外法測定的精密度高，對低、高濃度的樣品具有同樣好的平行測定重現性，標準偏差幾乎為0。紫外法還具有很好的測定準確度，相對誤差〈1%。這些優越性也是用254 nm為測定波長的紫外分光光度法所難以達到的。

（4）紫外法用于驗證測定CODCr標準溶液濃度，大大降低檢測成本。該法不消耗濃H2SO4、硫酸亞鐵銨、K2Cr2O4以及貴重的Ag2SO4等試劑，不耗費冷卻水、電等資源，只需1臺紫外分光光度計，1～2 min即可完成一個樣品的測定，耗時僅是消解回流測定法的1%。是一個節能環保的好方法。

（5）近1年來紫外法在江蘇省污染源自動監控現場檢查工作中發揮了重要作用。用于驗證測定實驗室自配的CODCr標準溶液的濃度，方便快速，測定準確，績效顯著。