鉻天青S分光光度法檢測水質(zhì)鋁的探究

石敬波

（河北省保定水文勘測研究中心，河北 保定 071000）

測定水中鋁離子含量的標準方法較多，有電感耦合法、無火焰原子吸收分光光度法、鉻天青S分光光度法等。鉻天青S分光光度法所用儀器、試劑等容易獲得，不需要額外購買儀器設備。由于國家對安全生產(chǎn)的重視，乙二胺、濃鹽酸、對硝基酚等藥品具有一定毒性。因此，嘗試用乙酸-乙酸鈉緩沖溶液代替乙二胺-鹽酸緩沖溶液，探究不同緩沖溶液對分析水質(zhì)鋁的影響。

1 材料

1.1 儀器

VIS-723可見分光光度計，PHS-3C pH計，明澈-D24純水系統(tǒng)，千分之一天平，容量瓶，比色管，移液管，2 cm比色皿等。

1.2 分析原理

在pH6.7～7.0范圍內(nèi)，鋁在聚乙二醇辛基苯醚（OP）和溴代十六烷基吡啶（CPB）同時存在下與鉻天青S反應產(chǎn)生藍綠色的四元膠束，比色定量分析鋁含量。

1.3 試劑配置

主要試劑包括：①鉻天青S溶液（1 g/L），稱取0.1 g鉻天青S溶于100 mL乙醇溶液（1+1）中混勻；②乳化劑OP溶液（3+100），吸取3 mL乳化劑OP溶于100 mL純水中；③溴代十六烷基吡啶（CPB）溶液（3 g/L），稱取0.6 g CPB溶于3 mL95%的乙醇溶液中，加水稀釋至200 mL；④氨水（1+6）；⑤0.5 mol/L硝酸溶液；⑥對硝基酚乙醇溶液（1.0 g/L），0.1 g對硝基酚用95%乙醇定容100 mL；⑦鋁標準使用液1 μg/mL，1000 μg/L鋁標準貯備液臨用時以純水稀釋而成；⑧乙二胺-鹽酸緩沖液（pH6.7～7.0），取無水乙二胺10 mL倒入燒杯中加純水200 mL，冷卻后緩緩加入190 mL鹽酸（優(yōu)級純），調(diào)節(jié)pH值到6.7～7.0；⑨乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，稱取乙酸鈉54.6 g加入1 mol/L冰乙酸20 mL，加水稀釋至500 mL，調(diào)節(jié)pH值到6.7～7.0；⑩鋁盲樣，臨用現(xiàn)配取10 mL定容到250 mL容量瓶中。

2 方法

2.1 分析步驟

取2組比色管，每組16支，其中1組加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液、1組加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液作為對比參照，比色管使用前用硝酸（1+9）浸泡沖洗1.5 h以上，方法如下。

（1）取2組50 mL比色管各16支，第一組8支分別加入鋁標準使用溶液（0、0.20、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL），以純水稀釋至25 mL，8支加入盲樣（含10 mL 6支、空白2支）。第二組同時分別加入鋁標準使用溶液6支以及空白管2支，鋁盲樣6支以及空白2支。

（2）向各管滴加1滴對硝基酚溶液混勻，滴加氨水至淺黃色，加入硝酸至黃色消失，再多滴加2滴。

（3）加入3.0 mL鉻天青S溶液，混勻后加入1.0 mL乳化劑OP溶液、2.0 mLCPB溶液，兩組各自加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液8.0 mL和乙二胺-鹽酸緩沖溶液3.0 mL。加入純水稀釋至50 mL混勻，放置30 min。

（4）在620 nm波長處，采用2 cm比色皿以試劑空白為參比，測量其可見光吸光度值并根據(jù)測量結(jié)果繪制相關線性曲線。可見分光光度計使用前需要預熱30 min以上，實驗用水為超純水，以明澈-D24純水系統(tǒng)制得。

2.2 質(zhì)量控制

實驗室質(zhì)量控制是指實驗室內(nèi)部對分析質(zhì)量進行控制的過程。質(zhì)量控制是為了達到質(zhì)量要求所采取的技術(shù)作業(yè)和活動。質(zhì)量控制的目的在于控制檢測分析人員的實驗誤差，使之達到規(guī)定的范圍，以保證測試結(jié)果的精密度和準確度能在給定的置信水平下，達到容許限規(guī)定的要求。它與質(zhì)量保證的某些活動是相互關聯(lián)的。

由于加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液的標準曲線及其線性相關性不符合要求，因此放棄此種緩沖溶液的質(zhì)量控制。

2.2.1 空白試驗

使用同一分析方法，以分析用水進行與樣品測定完全相同的試驗。通過對空白試驗值及其分散程度的分析，判斷分析人員的測試技術(shù)水平、實驗環(huán)境及儀器設備性能等是否符合測試要求。具體試驗步驟如下。

重復測定空白值不少于6 d，每天1～2個，按下式計算批內(nèi)標準偏差Swb，可用于估算分析方法最低檢出限。

式中：Swb為批內(nèi)標準偏差；n為每批測定個數(shù)；m為批數(shù)；x為單個測定值；X為每批測定值之和。

2.2.2 檢出限

檢出限是樣品按照分析方法進行空白檢測，能夠得到的最低檢測濃度。

當空白測定數(shù)大于20次時，檢出限按下式計算：

當DL小于等于標準分析方法規(guī)定的檢出限時，為合格。檢出限以方法規(guī)定值計。當DL大于標準分析方法規(guī)定的檢出限時，應查找原因，直至計算值合格為止。若經(jīng)重復試驗，檢出限仍大于方法檢出限時，可采用本實驗室的檢出限。

3 結(jié)果分析

3.1 標準曲線繪制及線性檢驗

校準曲線的標準系列根據(jù)檢測方法確定，本次分析在線性范圍內(nèi)選取8個濃度點（含零點）進行測定，扣除空白值后，以響應值的數(shù)據(jù)為縱坐標，以濃度值或體積為橫坐標，繪制校準曲線并計算斜率、截距和相關系數(shù)，相關系數(shù)原則上≥0.999，否則要求排除影響重新測定。列出回歸方程y=a+bx，對截距a進行t檢驗，要求a與零無顯著性差異，否則找原因重做。

3.2 不同緩沖溶液對比

不同緩沖溶液對鋁離子的測定結(jié)果不同，大部分結(jié)果比較穩(wěn)定但是分析結(jié)果線性系數(shù)有時不滿足要求，斜率也有一定差異，截距有所差別，t檢驗有差別但是均合格。加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液標準曲線計算成果詳見表1，加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液標準曲線如圖1所示。

表1 加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液標準曲線計算成果

圖1 加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液標準曲線

由表1及圖1可得，加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液線性較好，斜率為0.164合適，相關系數(shù)為0.9993合適，a、t檢驗也合格。

加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液標準曲線計算成果詳見表2，加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液標準曲線如圖2所示。

圖2 加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液標準曲線

表2 加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液標準曲線計算成果

由表2及圖2可得，加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液線性不太理想，相關系數(shù)0.9975不符合相關系數(shù)原則上≥0.999的要求。

3.3 盲樣分析

由于加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液的曲線線性不好，所以對其相應所作盲樣只做參考對比，只分析加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液的盲樣。而盲樣（采用中國計量科學院GSB07-1375-2001-205017）標準值為0.409 mg/L，不確定度為0.028 mg/L。加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液分析鋁時，盲樣均值為0.413 mg/L，標準偏差為0.0038，相對偏差為0.9，可知乙二胺-鹽酸緩沖溶液所作盲樣標準曲線合適，盲樣測定值在誤差范圍之內(nèi)，均值合格。

加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液分析鋁時，盲樣均值為0.457 mg/L，超出標準值最大值0.437 mg/L，只有一個符合真值，其余結(jié)果均偏高。相對偏差5.8較大，為加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液所作盲樣結(jié)果相對偏差0.9的6.4倍。可知加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液后顯色反應不穩(wěn)定。

標準曲線上限為0.200 mg/L，而分析盲樣時因為不確定含量所以可以嘗試分別加入25、10、5 mL或其他適當體積以便確保盲樣濃度在曲線上限之內(nèi)。由于研究分析提前獲知盲樣標準值及不確定度，經(jīng)計算盲樣分析取10 mL最為合適。

同時分析研究發(fā)現(xiàn)，聚乙二醇辛基苯醚（OP）作為乳化劑保證反應成色均勻一致，而溴代十六烷基吡啶（CPB）作為陰離子表面活性劑保證反應成色均勻一致。

由以上研究可知，加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液所作標準曲線線性相關系數(shù)比較好，盲樣結(jié)果也符合標準值；而加入乙酸-乙酸鈉緩沖溶液標準曲線線性相關系數(shù)相對較差，所作盲樣也不符合標準。同時分析時發(fā)現(xiàn)加入藥品后，加入乙酸-乙酸鈉溶液后顏色與加入乙二胺-鹽酸緩沖溶液略有不同。因此，國標法依然具有不可替代的作用，其他方法可以作為參考。

3.4 檢出限測定

經(jīng)過連續(xù)6 d每天測量4個空白的吸光度值的重復測定，共計24次空白檢測，得到空白測定值并根據(jù)式（2）計算檢出限，可得DL=0.00828 mg/L，結(jié)果取值為0.008 mg/L，與國標法檢出限一致。

空白測定值結(jié)果，詳見表3。

表3 空白測定值

4 結(jié)論

本文研究初衷是為了提高鋁檢測的效率，使檢測重現(xiàn)性及穩(wěn)定性進一步提高。鑒于利用乙酸-乙酸鈉緩沖溶液得到的線性相關性不符合要求，因此得出如下結(jié)論。

（1）國標法檢測水質(zhì)鋁依舊具有不可替代的優(yōu)勢，乙酸-乙酸鈉緩沖溶液雖然毒性較小但是比乙二胺不穩(wěn)定，線性相關性較差，而且反應過程中顏色與國標法不一致，不能保證所檢測分析水樣質(zhì)量，因此依然建議使用國標法分析水質(zhì)鋁的測定。

（2）國標法中調(diào)節(jié)pH值較繁瑣需要反復練習，當實驗者技術(shù)純熟時可以保證pH值在所需范圍（6.7～7.0）內(nèi)。pH值一定要在范圍內(nèi)，pH調(diào)節(jié)不好對其反應顯色有明顯差別，最后對實驗結(jié)果影響非常大。

（3）乙二胺-鹽酸緩沖溶液配置過程須有耐心，防止溶液過熱沸騰，可反復實驗加入濃鹽酸，確保其pH值在所需范圍內(nèi)，經(jīng)筆者反復實驗確認加入濃鹽酸量為220 mL時可得所需范圍。