分光光度法測定水中硼的對比實驗及方法評價

邢書才，楊永，岳亞萍

(國家環境保護污染物計量和標準樣品研究重點實驗室 環境保護部 標準樣品研究所，北京 100029)

分光光度法測定水中硼，操作簡單、方便快捷，是化學檢測實驗室普遍采用的方法。國標法主要有姜黃素光度法(HJ/T 49—1999)和甲亞胺-H光度法(GB/T 5750.5—2006、GB/T 8538—2016)[1-3]。在實際應用中，兩種方法的技術指標差異顯著，對測定結果影響很大。以往對上述方法的比對實驗，多涉及到方法的應用、測定數據的比對、敘述方面[4-14]，深入性技術因素分析、評價的研究少有報道。

本研究對兩種方法多次重復性實驗，從校準曲線的質量、方法的測定下限、測定靈敏度和測定范圍以及應用價值和技術性因素影響等方面，進行深入的剖析、論述和評價，以期達到對方法選擇的指導作用。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

硼標準溶液A(1 000 μg/mL，CAS7440-42-8，美國AccuStandard公司)；硼標準溶液B(1 000 mg/L，GSB G 62003—90，國家鋼鐵材料測試中心)；硼標準使用液(1.00，10.00 μg/mL，由硼標準溶液 A稀釋而成)；水中硼標準物質(編號 GSB 07-1979-2005，206802，環境保護部標準樣品研究所)；姜黃素、無水乙醇均為優級純；甲亞胺-H、草酸、鹽酸、乙酸銨、乙二胺四乙酸二鈉、冰乙酸、抗壞血酸均為分析純。

Cary300UV-Vis型紫外可見分光光度計；AE240型電子天平。

1.2 溶液配制

1.2.1 姜黃素+草酸溶液 稱取0.040 g姜黃素和5.0 g草酸，溶于80 mL乙醇中，加入4.2 mL濃鹽酸，如有不溶物，可用濾紙過濾于100 mL容量瓶中，并用乙醇稀釋至刻度。用時配制。

1.2.2 乙酸銨緩沖溶液(pH 5.6) 稱取75 g乙酸銨和5.0 g乙二胺四乙酸二鈉，溶于110 mL水中，加入37.5 mL冰乙酸。

1.2.3 甲亞胺-H 顯色劑(5 g/L) 0.25 g甲亞胺-H和1 g抗壞血酸溶于50 mL純水中，現用現配。

1.3 校準曲線的繪制

1.3.1 用甲亞胺-H光度法制備校準曲線 以硼標準溶液 A為檢測標準，按照《硼的測定 甲亞胺-H分光光度法》(GB/T 8538—2016飲用天然礦泉水檢測方法)規定的條件，制備校準系列溶液并進行測定，繪制校準曲線。

1.3.2 用姜黃素光度法制備校準曲線 以硼標準溶液 A為檢測標準，按照 《水質 硼的測定 姜黃素分光光度法》(HJ/T 49—1999)規定的條件，制備校準系列溶液并進行測定，繪制校準曲線。

1.4 樣品的測定

1.4.1 甲亞胺-H光度法 吸取樣品1.0～10.0 mL(硼含量不超過10 μg)，按照1.3.1節步驟進行操作，將吸光度帶入1.3.1節校準曲線，查得硼含量。

1.4.2 姜黃素光度法 吸取樣品1.0 mL(硼含量不超過1.0 μg)，按照1.3.2節步驟進行操作，將吸光度帶入1.3.2節校準曲線，查得硼含量。

2 結果與討論

2.1 方法校準曲線的測定結果

以硼標準溶液A為工作標準，配制10.00，1.00 μg/mL 的標準使用液，按照1.3.1和1.3.2節的方法，繪制甲亞胺-H光度法和姜黃素光度法的校準曲線，結果見圖1、圖2。

由圖1、圖2可知，甲亞胺-H光度法和姜黃素分光光度法制備的校準曲線，線性回歸系數分別為0.999 7和0.998 1(經重復性實驗均得到近似結果)，線性質量相去甚遠，其中甲亞胺-H分光光度法的校準曲線不僅線性好，而且曲線的精密度高。相比之下，姜黃素分光光度法校準曲線的線性較差，各個標準點相對趨勢線的離散度較大；同時，由于姜黃素法校準曲線沒有設置零濃度點，也沒有設置近零濃度點，曲線的斜率必然受到影響，所以它在y軸上的截距，只能是由曲線上部向下的延伸線而得到，只能作為指標的參考。從這一問題點上考量，也是該標準方法的一個欠缺。

圖1 甲亞胺-H光度法校準曲線Fig.1 The calibration curve of methylenimine-H spectrophotometry

圖2 姜黃素光度法校準曲線Fig.2 The calibration curve of curcumin spectrophotometry

2.2 方法的檢出限和測定下限的比對

按照《分析方法標準制修訂技術導則》[15]的技術要求，根據對甲亞胺-H光度法和姜黃素分光光度法校準曲線的測定結果，可以計算出兩種方法的檢出限MDL=0.01/b，測定下限為4 MDL，計算結果見表1。

表1 檢出限和測定下限Table 1 The detection limit and the lower limit of measurement

由表1可知，姜黃素分光光度法檢出限和測定下限都比甲亞胺-H光度法低了1個數量級以上，但實際上只是一個表面現象，并不能說明實質性問題。由于姜黃素光度法在測定時，取樣量的最大限值是1.0 mL，無法通過調整取樣量來控制樣品的絕對量取值大小，對于中低濃度樣品，都或將無法用調整取樣量使樣品落在校準曲線的最佳測定區域。對于高濃度的樣品，也同樣由于取樣量的限制，也往往只能通過稀釋樣品后再進行取樣。因此，姜黃素光度法檢出限和測定下限低的優勢，在苛刻的取樣量限制下無法體現。

2.3 兩種檢測方法的靈敏度對比

姜黃素分光光度法及甲亞胺-H分光光度法校準曲線的檢出限和校準曲線斜率見表2。

表2 分析方法的靈敏度參數Table 2 The sensitivity parameters of analysis method

由表2可以看出兩個方面的問題：①檢出限，姜黃素光度法比甲亞胺-H光度法低了近10倍之多，應表明姜黃素光度法的靈敏度遠高于甲亞胺-H光度法，但實際情況并非如此。對于甲亞胺-H分光光度法，由于取樣量(最大至10 mL)可控范圍大，高濃度樣品減小取樣量，低濃度樣品時增大取樣量，使得樣品的絕對量可以盡量控制和靠近在校準曲線的最佳測定區域。同時，在最大取樣量上，也正是由于甲亞胺-H光度法是姜黃素光度法的10倍，使得兩種分析方法在檢出限方面體現出的靈敏度，應該是基本相當的；②測定靈敏度，甲亞胺-H光度法和姜黃素光度法的校準曲線斜率分別為0.482 1和5.774，表面觀察，姜黃素光度法的靈敏度極高，但實際情況并非如此。這種高靈敏度，是最終把顯色后的樣品顯色反應物轉移到25 mL比色管內換算得到的，并不是真正實際取樣量達到的指標，樣品相當于在最后被稀釋了25倍，使得樣品濃度小了25倍，最終使方法的相關技術參數造成靈敏度高的表象；而最初始樣品操作體積的最大空間只有1 mL，無法用取樣量大小控制樣品的絕對量，使得校準曲線制備及樣品取樣量無法達到常規和理想狀態。因此，這種表面上的高靈敏度，沒有給實驗測定提供可操作性，缺少實際意義。

2.4 方法的測定范圍對比

按照兩種分析方法的校準曲線，甲亞胺-H光度法的實際測定范圍是0.071～0.71 mg/L，姜黃素光度法的實際測定范圍是0.004 0～0.040 mg/L。可見，姜黃素分光光度法的測定范圍不僅濃度低，且測定范圍相對非常狹窄，使用1 cm比色皿，測定上限的吸光值只有0.24左右；即使整個測定換成2 cm的比色皿，測定上限的吸光值也只有0.4多，離實際測定上限也相去甚遠，無法為分析測定提供較好的技術條件。

對于甲亞胺-H光度法而言，實際測定范圍相對較大。無論是方法校準曲線的制備操作，還是被測樣品的取樣量上，有10 mL的樣品取樣的可操作空間，為分析測定的可操作性提供了較好條件。

2.5 兩種分析方法的精密度比較

用硼校準溶液 B 制備低濃度(接近檢測下限)的硼樣品，分別用甲亞胺-H分光光度法和姜黃素分光光度法進行測定，各自測定6個平行樣品，用以考察兩種檢測分析方法的精密度指標。檢測結果列于表3。

表3 精密度檢測結果 Table 3 The determination result of precision

由表3可知，甲亞胺-H光度法的測定均值與配制值一致性良好，優于姜黃素光度法；姜黃素光度法和甲亞胺-H光度法測定的標準偏差分別為0.034和0.001 4，前者是后者的24倍以上，說明甲亞胺-H分光光度法的精密度遠遠高于姜黃素光度法。相對標準偏差RSD的數據也同樣顯示出，甲亞胺-H光度法的測定精度明顯優于姜黃素光度法。

2.6 兩種分析方法準確度的對比

依照《分析方法標準制修訂技術導則》中方法準確度檢驗的技術要求[16]，以水中硼標準樣品為檢測樣品，分別用甲亞胺-H光度法和姜黃素光度法進行測定，測定結果列于表4。

表4 準確度檢測結果Table 4 The determination result of accuracy

由表4可知，甲亞胺-H光度法和姜黃素光度法的測定均值為1.02，1.04 mg/L，均在標準值的不確定度范圍內。用t檢驗法分別對兩種測定方法的測定均值與標準值檢驗，甲亞胺-H光度法檢驗值為t實驗= 1.06

2.7 兩種方法的技術性條件因素分析

姜黃素光度法在實驗條件方面比較苛求，需要在無硼磁質等器皿中無水條件下進行，且要求在 (55±3)℃水浴完成顯色反應。反應過程樣品的蒸發速度、蒸發時間及脫水條件的一致性要求較高；樣品易在前處理過程中造成損失，稍有不慎就會導致實驗失敗。整個實驗操作復雜，周期較長；反應后顯色基團的穩定時間較短，不利于批量樣品的測定。相比之下，甲亞胺-H光度法具有實驗器皿簡單、試驗周期短、簡單快捷、可操作性強的特點，有利于大批量樣品的分析測定。

分析誤差，由于姜黃素光度法取樣量限制為1 mL，取樣量很小，易在取樣過程造成誤差；若有1滴樣品損失，僅由取樣問題就會對實驗造成5%的分析誤差。當測定低濃度樣品時，同樣是由于1 mL的取樣限制,易造成低濃度樣品無法檢出的問題。對于高濃度的樣品，也往往只能通過稀釋樣品后再取樣，徒增了稀釋樣品帶來的誤差。同時由于無法通過調整取樣量來調整被測成分的絕對量，也就無法用調整取樣量來把樣品濃度控制于最佳測定范圍內。

綜上所述，無論從各種技術指標，還是技術性條件因素方面，甲亞胺-H光度法都優于姜黃素光度法。

3 結論

對我國現行光度法測定水中硼的標準方法實施了分析比對，結果表明，在方法校準曲線的精密度、檢出限和測定下限、分析方法的精密度和準確度等各項技術指標，甲亞胺-H分光光度法都比姜黃素分光光度法有明顯優勢。在實驗條件、分析測定的可操作性、實驗效率等方面，甲亞胺-H分光光度法都優于姜黃素光度法，是測定水中硼的優選分析方法，尤其適于批量樣品的測定，建議優先采用。