分光光度法測(cè)定生活飲用水中鋁的方法

前言：鋁元素作為地殼中含量最多的金屬元素，廣泛存在于土壤、礦石、水體等環(huán)境介質(zhì)中。我國(guó)自來(lái)水處理過(guò)程中廣泛使用含鋁化合物作為沉淀劑，鋁鹽類混凝劑能夠使懸浮顆粒沉淀，有效地降低水質(zhì)濁度，因此導(dǎo)致大量的鋁離子進(jìn)入生活飲用水中，使生活飲用水中鋁含量升高。隨著科學(xué)的發(fā)展,人們認(rèn)識(shí)到鋁可使人體產(chǎn)生慢性毒性 ,鋁進(jìn)入人體后在大腦中蓄積，會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)的損傷，使記憶力下降。生活飲用水是人體攝入鋁的主要途徑之一，所以檢測(cè)生活飲用水中鋁意義重大。開展生活用水的鋁含 量檢測(cè)，可以很好地監(jiān)測(cè)飲用水當(dāng)中的鋁含量，以避免對(duì)人體造成嚴(yán)重的影響。在監(jiān)測(cè)到鋁含量超標(biāo)的情況下，可以進(jìn)行針對(duì)性的處理，以保障人民群眾的健康。生活飲用水中鋁的測(cè)定方法有分光光度法 ﹑電感耦合等離子體光譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等，是目前常用測(cè)定水中鋁的方法，但儀器方法 都需要大型的儀器支持。鉻天青 S 分光光度法是國(guó)標(biāo)法 GB /T5009.6-2006 中第一法，由于其成本低廉、 不需要昂貴的設(shè)備等優(yōu)勢(shì)被基層實(shí)驗(yàn)室廣泛運(yùn)用。本文擬將運(yùn)用不同規(guī)格比色皿比色測(cè)定鋁含量數(shù)據(jù)進(jìn) 行對(duì)比，多方面分析兩者在水質(zhì)鋁檢測(cè)中的優(yōu)劣勢(shì)，旨在為水生態(tài)保護(hù)和生活飲用水安全等領(lǐng)域中鋁的 檢測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

目的：測(cè)定生活飲用水中鋁的方法有很多，其中鉻天青S分光光度法因其成本低廉最為常用，國(guó)標(biāo)法使用2cm比色皿進(jìn)行比色，現(xiàn)新方法提出運(yùn)用與國(guó)標(biāo)法不同規(guī)格比色皿進(jìn)行生活飲用水中鋁的測(cè)定。方法：國(guó)標(biāo)GB/T5750.6-2006 鉻天青 S 分光光度法中運(yùn)用2cm比色皿進(jìn)行比色，由于某些實(shí)驗(yàn)室 設(shè)備不足，無(wú)2cm比色皿，現(xiàn)對(duì)此做出相應(yīng)改進(jìn)，增加1cm 比色皿進(jìn)行比色。通過(guò)驗(yàn)證新方法與原方 法測(cè)定結(jié)果的差異，以及新方法測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，判斷改進(jìn)后方法的可適用性。結(jié)果：新方法使用 1cm比色皿進(jìn)行比色，在濃度范圍內(nèi)線性良好,相關(guān)系數(shù) r≥0.9990,精密度RSD4.51%，回收率90.0%～113.5%，準(zhǔn)確度測(cè)試結(jié)果均與真值接近，各項(xiàng)指標(biāo)均符合測(cè)定要求。結(jié)論：在使用鉻天青 S 分光光度法檢測(cè)生活飲用水中鋁元素時(shí)，如在實(shí)驗(yàn)室缺少 2cm 比色皿時(shí)，可臨時(shí)使用 1 cm 比色皿代替 2 cm 比色皿進(jìn)行比色。

原理：鉻天青S分光光度法的原理是在pH 6.7～7的條件下，鋁在溴代十六烷基吡啶（CPB）和聚乙二醇 辛基苯醚（OP）的存在下與鉻天青S發(fā)生反應(yīng)生成藍(lán)綠色的四元膠束，用紫外—可見分光光度計(jì)比色定量。

儀器：
紫外可見分光光度計(jì)
電子天平
50 mL 具塞比色管
酸度計(jì)
移液器
 燒杯
量筒等
注：所有玻璃器皿使用前均應(yīng)使用 10%硝酸浸泡并用蒸餾水沖洗干凈，晾干備用。

試劑：
① 鋁標(biāo)準(zhǔn)使用液 100 mg/L(購(gòu)自中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)，臨用時(shí)稀釋至 1 mg/L。
② 鉻天青 S 溶液 （1 g /L）：稱取 0.1 g 鉻天青 S 溶于 100 mL 無(wú)水乙醇溶液（1+1）中，并混勻。
③ 乳化劑 OP 溶液： 加 3 mL 乳化劑 OP 溶于 100 mL 純水中。
④ 溴代十六烷基吡啶溶液（3 g /L）：稱取取 0.3 g 溴代十 六烷基吡啶（CPB），加 15 mL 無(wú)水乙醇溶解，并稀釋至 100 mL。
⑤乙二胺—鹽酸緩沖液（pH 6.7～7） 取無(wú)水乙二胺 30 mL，加純水 60 mL，冷卻后緩緩加入 57 mL 鹽酸，混勻，如 pH 不在 6.7～7.0 范圍內(nèi)， 則用鹽酸或乙二胺溶液（1+2）調(diào)節(jié)。
⑥ 氨水（1+6） 取 10 mL 氨水加入 60 mL 水。
⑦ 硝酸溶液（0.5 mol/L）。
⑧ 對(duì)硝基酚乙醇溶液（1.0 g/L）：稱取 0.1 g 對(duì)硝基酚，溶于 100 mL 95%乙醇中。

實(shí)驗(yàn)步驟：
取25 mL水樣于50 mL比色管中，另取50mL比色管8支，分別加入鋁標(biāo)準(zhǔn)使用液0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 和 5.0mL，加純水至25 mL。向各管中依次加入 1滴對(duì)硝基酚溶液搖勻，滴加氨水溶液至淺黃色，然后加硝酸溶液滴至黃色消失，再多加2滴。加 3.0 mL 銘天青S溶液，混勻后加入1.0 mL乳化劑OP溶液、2.0mL CPB 溶液、3.0mL 緩沖液，加純水稀釋至50mL,混勻,放置30min。 于波長(zhǎng)620nm 處,分別用1cm、2cm 比色血以試劑空白作為參比,測(cè)量吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為 橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，從曲線上查出水樣管中鋁的濃度，并計(jì)算其含量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
不同規(guī)格比色皿標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比
不同規(guī)格比色皿對(duì)鋁離子的測(cè)定結(jié)果不同，國(guó)標(biāo)法使用 2 cm 比色皿進(jìn)行比色，現(xiàn)探討 1 cm 比色皿 比色對(duì)結(jié)果的影響。本次實(shí)驗(yàn)在線性范圍內(nèi)選取 8 個(gè)濃度點(diǎn)連續(xù)三天進(jìn)行測(cè)定，扣除試劑空白值后，以 吸光度值為縱坐標(biāo)，以濃度值為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線并計(jì)算相關(guān)系數(shù)，按規(guī)定相關(guān)系數(shù)原則上應(yīng)大于 等于 0.999，由表 1～3 可以看出，國(guó)標(biāo)法運(yùn)用 2 cm 比色皿進(jìn)行比色分結(jié)果更加穩(wěn)定，相關(guān)系數(shù)均符合 要求，新方法中使用 1 cm 比色皿進(jìn)行比色時(shí)相關(guān)系數(shù)勉強(qiáng)能滿足大于等于 0.999 的要求。國(guó)標(biāo)法測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算結(jié)果見表 1，新方法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算結(jié)果見表 2 所示，回歸方程與相關(guān)系數(shù)見表3。


精密度試驗(yàn)
配置濃度為0.04mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品分別用兩種方法平行測(cè)定6次，測(cè)定吸光度值，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn) 偏差（RSD），對(duì)比兩種方法的精密度。結(jié)果國(guó)標(biāo)法 RSD 為2.82%。新方法RSD為 4.51%，由此可見國(guó)標(biāo)法精密度更高一些，但兩種方法精密度均符合要求。見表4。


加標(biāo)回收試驗(yàn)
對(duì)空白樣品及已知鋁含量的自來(lái)水中加入已知不同含量鋁標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),分別用 1cm 和 2cm比色皿進(jìn)行比色，測(cè)得國(guó)標(biāo)法回收率 92.0%～111.0%，新方法回收率 90.0%～113.5%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好，兩種方法測(cè)定結(jié)果均符合要求。見表5～6。


準(zhǔn)確度測(cè)定
取中國(guó)計(jì)量研究院的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品，按步驟稀釋分別用兩種比色皿進(jìn)行平行測(cè)定，由于標(biāo)準(zhǔn)曲線上 限為 0.200mg/L，而測(cè)定盲樣時(shí)由于不確定其含量，因此可以嘗試分別加入25、10、5 mL 或者其他適 當(dāng)體積，以便保證盲樣濃度在曲線范圍之內(nèi)。由于本標(biāo)準(zhǔn)樣品已經(jīng)獲知其標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度，經(jīng)計(jì)算 取10 mL 最為合適，結(jié)果所示兩種比色皿測(cè)得結(jié)果均在真值不確定度范圍內(nèi)。見表7。

比色皿規(guī)格	標(biāo)準(zhǔn)值（mg/L）	測(cè)定次數(shù)	測(cè)定值
1cm	0.284±0.023	1	0.306
1cm	0.284±0.023	2	0.295
2cm	0.284±0.023	1	0.302
2cm	0.284±0.023	2	0.298

質(zhì)量控制
質(zhì)量控制在保障生活飲用水質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用，要對(duì)水質(zhì)分析的質(zhì)量進(jìn)行控制，就需要將 過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)的操作都控制到位。① 本法所用玻璃器皿均需 10%硝酸浸泡處理，再用去離子水 沖洗，確保所有容器潔凈。因?yàn)樽詠?lái)水使用含鋁化合物進(jìn)行沉淀處理，鋁容易吸附在玻璃儀器上，對(duì)吸 光值影響很大,得不到正確的結(jié)果。② 鋁元素存在多種形態(tài)，其中只有 Al3+ 能與鉻天青 S 發(fā)生反應(yīng)顯 色，為避免測(cè)定結(jié)果偏低應(yīng)多加 2 滴硝酸并混勻。③ 加入乳化劑 OP 和 CPB 后會(huì)起泡影響定容，應(yīng)緩慢 加入。④ pH 值對(duì)溶液的吸光度影響很大[11],pH 不同鉻天青 S 可與鋁反應(yīng)生成不同比例的螯合物，顯色 不同，其最大吸收波長(zhǎng)也不同， 因此 pH 對(duì)測(cè)定結(jié)果有影響，所以應(yīng)該嚴(yán)格控制 pH 范圍。乙二胺—鹽 酸緩沖溶液配置過(guò)程須有耐心，防止溶液過(guò)熱沸騰，可少量多次加入濃鹽酸，以確保 pH 在所需范圍內(nèi)。 測(cè)定過(guò)程中必須給與以上幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)足夠的重視，以保正檢測(cè)過(guò)程的高效性和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

結(jié)論
本文通過(guò)試驗(yàn)研究、探討，聚焦于準(zhǔn)確度、精密度、加標(biāo)回收率和準(zhǔn)確度，論證了采用1cm比色 皿比色測(cè)定水中鋁元素和國(guó)標(biāo)法的差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：國(guó)標(biāo)法使用2cm比色皿比色時(shí)線性相關(guān)系數(shù)均≥0.9990，加標(biāo)回收率90%～116%，準(zhǔn)確度也在正常范圍內(nèi)，新方法增加的使用1cm比色皿進(jìn)行比 色線性相關(guān)系數(shù)也能滿足≥0.9990的要求，且其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，精密度良好，加標(biāo)回收率90%～116%，質(zhì)控品測(cè)試結(jié)果均與真值接近，符合測(cè)定要求。綜上所述，在使用鉻天青S分光光度法檢 測(cè)生活飲用水中鋁元素時(shí)，如在實(shí)驗(yàn)室缺少2cm比色皿時(shí)，可臨時(shí)使用 1cm比色皿代替2cm 比色皿 進(jìn)行比色。