AA3連續流動分析儀測定揮發酚的可行性研究及優勢

黃麗娟

(云南省生態環境廳駐昆明市生態環境監測站，云南 昆明 650228)

0 引言

作為全球性有機污染物，揮發酚是評價環境污染的重要指標之一[1]，也是地表水環境質量標準中的基本項目[2]。目前測定揮發酚的標準方法主要有4-氨基安替比林分光光度法[3]和流動注射-4氨基安替比林分光光度法[4]。分光光度萃取法[3]需經過蒸餾、萃取、顯色、比色等步驟，不僅過程耗時費力、易受人為因素影響，而且需使用有機試劑三氯甲烷對低濃度樣品進行富集以保證測定結果的準確性，對人體和環境危害較大。流動注射法[4]則因其檢出限(0.002mg/L)較高，存在一經檢出即超地表水Ⅱ類水質標準的情況而在環境監測領域使用受限。連續流動分析法因其操作簡單、快速高效、使用樣品和試劑量少、不使用有機溶劑、具有高靈敏度和低檢出限等特點，在測定低濃度、大批量樣品時具有較大優勢[5]。在環境監測領域日益強調監測數據準確、客觀、真實、可追溯的形勢下，連續流動分析法顯然更符合監測現代化的要求，也必將得到更廣泛的應用。

1 原理

1.1 連續流動分析儀的工作原理

試樣與試劑在蠕動泵的推動下進入化學反應模塊，在密閉的管路中連續流動，被氣泡按一定間隔規律地隔開，并按特定的順序和比例混合、反應，顯色完全后進入流動檢測池進行光度檢測。其本質也是分光光度法。

1.2 測定揮發酚的化學反應原理

通過在酸性條件下蒸餾，使揮發性酚類化合物被蒸餾出并與干擾物質分離，蒸餾物在堿性鐵氰化鉀存在下，與4-氨基安替比林反應來測定游離酚和取代酚。生成的紅色反應產物在505nm下檢測。該原理與傳統分光光度法[3]的原理一致。

2 實驗部分

2.1 主要儀器

德國SEAL公司 AA3型連續流動分析儀，包括自動進樣器，化學分析單元(即化學反應模塊，由多通道蠕動泵、導管、甭管、混合反應圈、加熱圈等組成)，檢測單元(配備100cm光程的液體波導毛細管流通池，LWCC)及數據處理單元，冷卻循環儀。

2.2 試劑

所用試劑均為分析純，實驗用水為去離子水，標準物質為市售有證標準物質。

磷酸蒸餾試劑： 量取160mL磷酸，加去離子水至1000mL，混勻。

鐵氰化鉀緩沖溶液：稱取0.15g鐵氰化鉀溶于100mL儲備緩沖液中，混勻。

4-氨基安替比林顯色劑：稱取0.1g 4-氨基安替比林于100mL儲備緩沖液中，混勻。

吸收試劑：將1mL 50% 曲拉通加入100mL儲備緩沖液中，混勻。

50%曲拉通溶液：將50mL曲拉通X-100加入50mL乙醇中，混勻。

儲備緩沖液：稱取9g硼酸、10g氯化鉀、5g氫氧化鈉，溶解后加去離子水至1000mL，備用。

2.3 實驗步驟

2.3.1 工作曲線配制

使用有證標準物質(BW20018-1000-W-20，1000mg/L)逐級稀釋后得到濃度為0.40mg/L的標準使用液，分別移取0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL標準使用液至100mL容量瓶，用0.01mol/L NaOH溶液定容，其濃度分別為0.000、0.002、0.004、0.008、0.012、0.016和0.020。

2.3.2 儀器參數設置

進樣時間90s，清洗時間45s，增益40，蒸餾溫度135℃，基線10%，平滑度16。

2.3.3 樣品測定

依次打開儀器的冷卻循環槽、蒸餾器、進樣器、比色計開關，啟動軟件，激活通道窗口，開始走基線。

設置分析方法或運行文件，待通道窗口基線穩定，開始運行。

3 結果與討論

3.1 儀器線性

AA3連續流動分析儀采用樣品濃度和儀器響應值(峰高)來進行線性回歸，回歸曲線見圖1。為了檢驗其穩定性，進行了多次重復測定，其結果見表1。

圖1 連續流動分析儀測定揮發酚的工作曲線圖

表1 標準曲線線性回歸方程及相關系數

多次測定結果顯示，樣品濃度與儀器響應值之間的線性關系非常好，相關系數r≥0.9995，滿足標準方法[3]要求。

3.2 檢出限

由于揮發酚屬于空白試驗中未檢出的物質，因此根據《HJ 168-2020環境監測 分析方法標準制修訂技術導則》[6]中規定，其檢出限應按照樣品分析的全部步驟，對濃度或含量為估計方法檢出限的2～5倍的樣品進行n(n≥7)次平行測定，計算n次平行測定的標準偏差，按式MDL=t(n-1,0.99)×S計算[6]。其中MDL為方法檢出限；n為樣品平行測定次數；t為自由度為n-1，置信度為99%時的t分布(單側)；S為n次平行測定的標準偏差。

將分光光度萃取比色法[3]的檢出限(0.0003mg/L)作為估計方法檢出限，結合HJ 168-2020中對空白中未檢出目標物質的檢出限的計算要求[6]，特選取約3倍檢出限濃度點(0.0008mg/L)重復測定11次，計算方法檢出限，具體結果見圖2和表2。

圖2 連續流動分析儀測定揮發酚的檢出限圖譜

表2 0.0008mg/L濃度點重復測定11次的結果及檢出限計算

從表2結果可見，AA3連續流動分析儀測定揮發酚的檢出限為0.00015 mg/L，不僅優于分光光度萃取法的檢出限[3]，而且遠遠低于地表水環境質量標準中Ⅰ、Ⅱ類水的控制標準[2]及飲用水衛生標準中揮發酚含量的限值[7](0.002mg/L)，完全滿足要求。

3.3 精密度

選擇標線的中間濃度點(0.0008mg/L)重復測定7次，計算實驗室內相對標準偏差(RSD)，用于表征測定結果的精密度[9]，結果見表3。

表3 實驗室內相對標準偏差測定結果及計算

測定結果表明，使用AA3連續流動分析法測定揮發酚的RSD值僅為0.62%，該方法重現性好，精密度高，滿足水質監測實驗室質量控制的要求[8]。

3.4 準確度

從標準樣品分析、基體加標回收率測定及不同方法的比較[9]三方面進行AA3連續分析儀測定揮發酚的準確度評價。

3.4.1 標準樣品測定

選擇不同濃度的標準樣品重復測定3次，計算相對誤差(RE)，來表征測定結果的準確度，結果見表4。

測定結果表明，實驗選取的五個不同濃度的有證標準物質的測定結果均在標準保證值范圍內，且測定結果的相對誤差均<3%，表明使用該方法測定揮發酚的準確度高。

表4 標準樣品測定結果 (μg/L)

3.4.2 基體加標回收率測定

選擇不同類型(地表水、污水)、不同濃度的實際樣品進行基體加標回收率的測定。加標量盡量控制在與樣品實際濃度相等或相近的范圍內[9]，對于濃度為未檢出或者檢出限附近的樣品，其標準加入量控制在標線最低點[9～10](0.0020mg/L)以下。具體測定結果見表5。

結果表明，不同類型、不同濃度的實際樣品加標回收率為93.8%～107.5%，準確度高，滿足加標回收率的控制要求(濃度<0.05mg/L，加標回收率為85%～115%)[8]，基體對測定結果的影響較小，準確度高。

表5 實際水樣加標回收率測定及計算結果

3.4.3 不同分析方法的比較

使用德國SEAL AA3連續流動分析儀參加環境保護部標準樣品研究所揮發酚項目能力考核，結果滿意。由于該次能力考核不限定方法，考核結果等同于不同實驗室之間不同方法的比較，也可用作評價連續流動分析法測定揮發酚準確度的指標。

根據考核反饋的結果，上報的結果為74.1μg/L，中位值為74.0μg/L，標準化IQR為2.45，實驗室間z比分數為0.04，結果非?？煽?。

綜上所述，使用配備了長光程(100cm)LWCC的AA3連續流動分析儀測定水中揮發酚，其檢出限、精密度、準確度等方法性能指標均能滿足HJ 503-2009[3]中的相應要求，能用于水中揮發酚的測定。

4 連續流動分析法測定揮發酚的優勢

4.1 更高的靈敏度大大降低了儀器的檢出限，更適用于低濃度樣品的分析

首先，由于AA3連續流動分析儀配備了100cm長光程 LWCC，使得儀器的靈敏度顯著提高，在測定中無需使用有機試劑三氯甲烷對樣品進行富集，采用直接顯色后測定，其檢出限僅為傳統分光光度萃取法的一半，在滿足標準方法要求的同時，更適于低濃度樣品(地表水)的分析。

其次，由于分析過程不使用有毒有害的有機試劑三氯甲烷，不僅保護了分析人員免受有機試劑毒害，同時不會對環境造成二次污染，對周圍環境更加友好。

4.2 全自動分析，顯著提高了工作效率，在大批量分析中更具優勢

由于AA3連續流動分析儀實現了揮發酚測定的全自動，避免了手工方法中諸如蒸餾、萃取、兩相分離、轉移、比色等環節可能引入的隨機誤差，最大限度地保證了分析結果的準確性。

同時由于實現了全自動分析， 工作效率大幅提升，達到了27個樣品/h，而傳統分光光度萃取法分析1個樣品需要1～2h[5]，因此其在大批量樣品分析中優勢不言而喻。

4.3 密閉系統與氣泡間隔使得儀器具有更好的穩定性和精密度，使得測定結果不受微小環境變化影響

首先，AA3連續流動分析儀除了進樣系統外，蒸餾、顯色反應、光度測定模塊均采用密閉系統，整個系統更穩定，測定結果不易受環境因素變化的影響。

其次，樣品進入儀器后，被規律間隔的氣泡分割成 20～30個片段，每一個片段被測量100次，即每一個樣品被測量2000～3000次，保證了樣品測量的精密度和重復性[11]。

再次，與傳統的分光光度萃取法測定揮發酚相比較，連續流動法既不需要制備無酚水，也無需對顯色劑4-氨基安替比林進行提純，更不需要進行手工萃取，極大地簡化了實驗條件。這樣一來，極大地規避了由于實驗條件控制不到位或者細微變化對實驗結果造成影響，同時也使得整個分析過程更容易被再現及追溯。

5 結論

使用德國SEAL 公司AA3 型連續流動分析儀(配備100cm 光程LWCC)測定水中揮發酚，方法線性關系好，相關系數≥0.9995；靈敏度高，檢出限為0.15μg/L；精密性高，相對標準偏差僅0.62%；準確度高，標準物質測定相對誤差<3%，加標回收率達93.8%～107.5%。各項指標均滿足揮發酚測定標準(HJ 503-2009)的要求，適用于揮發酚的監測。

與傳統分光光度萃取法相比，連續流動分析法操作簡單、快速高效、靈敏度高、檢出限低、穩定性高，實驗過程不受人為因素影響等特點，使其在低濃度、大批量樣品分析中具有明顯優勢，更能保證監測數據準確、客觀、真實、可追溯，也更符合現代環境監測技術的發展和趨勢。