便攜式分光光度法現(xiàn)場快速測定水中余氯的方法研究

彭 雄，代 佼，孫晉睿 ，楊 玖

(1.攀枝花市西區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，四川 攀枝花 617000;2.攀枝花市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 攀枝花 617000)

1 前 言

氯制劑(氯胺、次氯酸鹽等)可破壞或抑制水中致病微生物，又可與水中還原性物質(zhì)發(fā)生反應，且使用方便，成本較低，為確保排放廢水的微生物指標安全，廣泛應用于醫(yī)療廢水的消毒處理。但在消毒過程中，過量的余氯不僅影響水的氣味，破壞水的品質(zhì)，還可與水中某些有機物反應生成具有“三致”效應的一系列含氯有機化合物，如三氯甲烷、四氯化碳、溴二氯甲烷等氯代烴類，對環(huán)境造成危害。余氯代表消毒后水中剩余的總氯，以次氯酸、次氯酸鹽離子和單質(zhì)的形式存在，是評價水質(zhì)是否消毒及消毒后水質(zhì)是否達標排放的重要參數(shù)，也是水質(zhì)監(jiān)測經(jīng)常需要測定的指標之一[1～3]。

余氯是多種物質(zhì)的混合指示，并無確切的標準物質(zhì)，多采用DPD分光光度法進行直接顯色測定[4～6]。因為余氯存在不穩(wěn)定性，HJ586-2010標準方法[7]中規(guī)定，水樣余氯應盡量現(xiàn)場測定，附錄A中規(guī)定了余氯的現(xiàn)場測定方法，但用于工作曲線校正的碘酸鉀-碘化鉀溶液在現(xiàn)場測定的條件下不易配制和保存，水樣直接顯色后采用分光光度法進行測定時極易受到基體本身色度濁度的干擾[8-9]。該文采用DR2800型便攜式分光光度計對現(xiàn)場測定余氯的方法進行了進一步優(yōu)化和研究，重點對內(nèi)置工作曲線穩(wěn)定性，標準校正溶液的選擇及校正方法，樣品色度濁度的影響及處理方法，方法對比驗證等方面進行了研究，為余氯的現(xiàn)場監(jiān)測和應急監(jiān)測提供一定的技術補充和數(shù)據(jù)參考。

2 實驗部分

2.1 儀器

DR2800型便攜式分光光度法(美國哈希)；UPH-I-10T純水機(上海優(yōu)普)；FA2104型電子天平(上海良平)。

2.2 主要試劑

實驗用水：經(jīng)過HJ586-2010方法檢驗，實驗用水為不含氯和還原性物質(zhì)的去離子水。

磷酸鹽緩沖溶液：稱取60.5g十二水合磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O)、 0.8 g 的 EDTA 二鈉固體依次溶于水中，加水定容至1 000 mL容量瓶中，該溶液pH為6.5左右。

N,N-二乙基-1,4-苯二胺硫酸鹽(DPD)溶液：將 2.0 mL硫酸和0.2g EDTA 二鈉固體加入 250 mL水中配制成混合溶液。將1.10 g無水 DPD 硫酸鹽，加入上述混合溶液中，加純水定容至1 000 mL棕色容量瓶中。

余氯標準溶液：稱取1.006g預先在120℃下烘烤2h的優(yōu)級純碘酸鉀，用純水溶解并稀釋至1 000 mL，此溶液為余氯校準儲備液，氯質(zhì)量濃度為1 000mg/L。使用時吸取 10.00mL標準儲備液于1 000 mL棕色容量瓶中，加入約1.00 g 碘化鉀，加水至標線，臨用現(xiàn)配，此溶液氯質(zhì)量濃度為10.00mg/L。該溶液用于工作曲線的繪制。

曲線校準溶液：稱取0.891 0g預先在120℃下烘烤2h的優(yōu)級純高錳酸鉀，用純水溶解并稀釋至1 000 mL，此溶液為校準溶液儲備液，氯質(zhì)量濃度為1 000 mg/L。使用時吸取10.00mL標準溶液儲備液于1 000 mL容量瓶中，此溶液氯質(zhì)量濃度為1.00 mg/L。該溶液用于工作曲線的校正。

色度濁度校正液：將 2.0 mL硫酸和0.2g EDTA 二鈉固體溶解后用純水定容于1 000 mL。

2.3 實驗方法

繪制工作曲線：分別吸取 0.00、1.00、2.00、3.00、5.00、10.00、15.00 mL碘酸鉀標準使用液于 100 mL容量瓶中，加適量(約 50 mL)水。向各容量瓶中加入 1.0mL硫酸。1 min 后，向各容量瓶中加入 1 mL 1mol/L的NaOH溶液，用水稀釋至標線。各容量瓶中氯質(zhì)量濃度分別為0.00、0.10、0.20、0.30、0.50、1.00、1.50mg/L。在 250 mL錐形瓶中各加入 5.0 mL磷酸鹽緩沖溶液和5.0 mL DPD 溶液，于 1 min 內(nèi)將上述標準系列溶液加入錐形瓶中，混勻后，于波長 515 nm 處，用 10 mm 比色皿測定各溶液的吸光度，于60 min 內(nèi)完成比色分析。以零濃度校正吸光度值為縱坐標，以其對應的氯質(zhì)量濃度為橫坐標，繪制工作曲線，并將工作曲線儲存于便攜式分光光度法的內(nèi)存中。

儀器調(diào)零：取15mL磷酸鹽緩沖液和5mLDPD顯色液于錐形瓶中，迅速加入100mL純水，混勻后將該溶液作為調(diào)零試劑對儀器進行調(diào)零。

工作曲線校準：采用高錳酸鉀標準溶液在現(xiàn)場進行曲線校正，將高錳酸鉀標準替代物稀釋于100mL比色管中，配制成氯質(zhì)量濃度為0.50mg/L的溶液，按照HJ586-2010標準方法進行樣品測定。若測定值與真實值的相對誤差低于15%，說明校準合格，工作曲線有效，立即進行樣品測定；若測定值與真實值的相對誤差超過15%，說明校準不合格，則應重新繪制工作曲線。

樣品測定：(1)色度濁度干擾驗證：取適量樣品于比色皿中直接于515nm處進行比色，采用內(nèi)置曲線計算測定值，若測定值超過方法檢出限0.03mg/L，則必須進行色度濁度校正。若測定值低于方法檢出限0.03mg/L，則無須進行色度濁度校正。(2)顯色測定：取15mL磷酸鹽緩沖液和5mLDPD顯色液于錐形瓶中，迅速加入100mL水樣，于5min之內(nèi)完成顯色測定。(3) 色度濁度校正：取15mL磷酸鹽緩沖液和5mL色度濁度校正液于錐形瓶中，迅速加入100mL水樣，于5min之內(nèi)完成比色測定。(4)結(jié)果計算：樣品結(jié)果等于顯色測定值減去色度濁度校正值。

3 結(jié)果與討論

3.1 內(nèi)置工作曲線穩(wěn)定性試驗

采用HJ586-2010的方法，利用DR2800型便攜式分光光度計測定0.00～1.50mg/L的氯標準溶液，繪制工作曲線，并將工作曲線數(shù)據(jù)儲存于設備中。為保證研究工作曲線的穩(wěn)定可靠，重復進行6次工作曲線的繪制，結(jié)果見表1?；貧w方程截距a值在-0.003～0.001之間，將6組a值與0進行t檢驗，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，計算出t=0.618，P=0.564，查t檢驗臨界值分布表可知，t < t0.05(5)=2.571，P > 0.05，a值與0無顯著性差異。斜率b值在0.198～0.208之間，計算6組b值的相對標準偏差為1.0%，小于5.0%，r值均大于0.999，b值和r值均滿足方法要求。從統(tǒng)計學分析結(jié)果來看，a、b、r值均滿足標準方法的要求，內(nèi)置工作曲線穩(wěn)定可靠，可以采用內(nèi)置工作曲線進行現(xiàn)場測定。

表1 工作曲線穩(wěn)定性試驗結(jié)果Tab.1 Stability test results of working curve

3.2 工作曲線校準溶液的選擇

HJ586-2010方法規(guī)定，余氯不穩(wěn)定，樣品應盡量現(xiàn)場測定，采用余氯調(diào)零試劑與工作曲線中間點溶液在現(xiàn)場進行曲線校正，中間點測定結(jié)果相對誤差小于15%認定為合格。但碘酸鉀-碘化鉀標準溶液有效成分是加硫酸后反應生產(chǎn)的游離活性碘，須現(xiàn)用現(xiàn)配，且不易保存，現(xiàn)場監(jiān)測時受條件限制其配制過程難以滿足方法要求。高錳酸鉀溶液在生活飲用水標準檢驗方法消毒劑指標中(GB/T 5750-2006)作為標準物質(zhì)使用，化學穩(wěn)定性好，適合作為現(xiàn)場監(jiān)測時曲線校準的標準替代物質(zhì)。將余氯質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的高錳酸鉀標準溶液逐級稀釋成0.1mg/L、0.5mg/L、1.5mg/L，按照HJ586-2010的方法平行測定7次，結(jié)果見表2。測定結(jié)果的標準偏差在0.8%～2.9%，相對誤差在0.6%～2.7%，測定值穩(wěn)定準確，可使用高錳酸鉀標準溶液作為標準替代物用于工作曲線校準。

表2 曲線校準溶液選擇試驗Tab.2 Curve calibration solution selection test

3.3 色度濁度影響與校正試驗

HJ586-2010方法規(guī)定，本法不適用于高色度濁度水樣的測定。但是在現(xiàn)場監(jiān)測時，難以通過感官來判定水樣中是否存在色度濁度影響，為此，采用預先比色的方法來判定。為了解色度、濁度對水樣分析結(jié)果是否存在影響，結(jié)果見表3。設置4個試驗組，A是原始樣品直接比色測定，B是100mL樣品加20mL色度濁度校正液比色測定，C是100mL樣品按照HJ586-2010方法進行測定，D是色度濁度校正后進行測定,共計測試8個醫(yī)療廢水樣品，結(jié)果見表3。在未加顯色劑的情況下，A,B試驗組均出現(xiàn)大于方法檢出限0.03mg/L的測定結(jié)果，占樣品量的87.5%，說明實際樣品普遍存在色度濁度干擾的現(xiàn)象。從C、D試驗組比較來看，以色度濁度校正后的D組測定值為基準，C組測定值相對誤差在3.9%～59.4%，同時計算出樣品色度濁度所占樣品測試值的權(quán)重(B/C)結(jié)果在3.3%～80.4%，如4#樣品色度濁度對測試結(jié)果貢獻高達80.4%,測定結(jié)果從色度濁度校正后的0.03L變成了0.092mg/L，說明樣品的色度濁度對測定結(jié)果影響巨大。因此，樣品的色度濁度對試驗結(jié)果影響較大且不可忽略，應當采信D試驗組的數(shù)據(jù)，在樣品測試時對樣品色度濁度進行判定和校正。

表3 色度濁度影響試驗Tab.3 The effects of chromaticity and turbidity (mg/L)

3.4 方法比對驗證試驗

《水質(zhì)游離氯和總氯的測定N,N-二乙基-1,4苯二胺滴定法》(HJ585-2010)可適用于色度濁度較高樣品測定，HJ586-2010光度法不適用于色度濁度較高樣品測定。本法是基于HJ586-2010光度法的原理，采取扣除法排除色度濁度的干擾，因此將本法與HJ585-2010滴定法進行方法比對驗證試驗，驗證測定結(jié)果的準確性。采集某轄區(qū)涉余氯排放的15份醫(yī)院廢水樣品，一份進行色度濁度驗證試驗，另外兩份分別按照本法和HJ585-2010滴定法測定余氯含量，測定結(jié)果見表4。兩種方法測定結(jié)果的相對標準偏差小于10%，滿足方法規(guī)定要求。經(jīng)統(tǒng)計分析(t檢驗)，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，計算出兩種方法測定結(jié)果間的t 值為1.312，查t檢驗臨界值分布表可知，t < t0.05(14)=2.145，兩種方法的測定結(jié)果無顯著性差異，本法測定結(jié)果準確可靠。

表4 本法與N,N-二乙基-1,4苯二胺滴定法比對結(jié)果Tab.4 Comparison between this method and the method of N,N-diethyl-1,4 phenylenediamine (mg/L)

3.5 方法穩(wěn)定性和準確度試驗

運用該法對轄區(qū)內(nèi)3個種類醫(yī)院共6份樣品進行測定，每份樣品平行測試7次，同時進行加標回收率測試，結(jié)果見表5。樣品測定的相對標準偏差在1.0%～5.4%，加標回收率在90.2%～106%，方法穩(wěn)定性和準確度滿足要求。

表5 方法穩(wěn)定性和準確度試驗Tab.5 The test of stability and accuracy

4 結(jié) 論

建立了便攜式分光光度法現(xiàn)場快速測定水中余氯的方法，驗證了便攜式分光光度法內(nèi)置工作曲線的穩(wěn)定性，采用高錳酸鉀標準溶液代替碘酸鉀-碘化鉀標準溶液進行曲線校正，運用直接比色的方法判定是否色度濁度干擾，采取扣除法排除色度濁度的干擾，比對檢驗結(jié)果表明該法與國標法測定結(jié)果無選擇性差異。該法是對國標方法HJ586-2010的重要技術補充，穩(wěn)定性好，簡便快捷，適用于醫(yī)院廢水中的余氯現(xiàn)場快速監(jiān)測。