鉻天青 S 分光光度法測定生活飲用水中鋁的方法探討

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。我國自來水處理過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，因此導致大量的鋁離子進入生活飲用水中，使生活飲用水中鋁含量升高。隨著科學的發(fā)展,人們認識到鋁可使人體產(chǎn)生慢性毒性 ,鋁進入人體后在大腦中蓄積，會造成神經(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，所以檢測生活飲用水中鋁意義重大。開展生活用水的鋁含量檢測，可以很好地監(jiān)測飲用水當中的鋁含量，以避免對人體造成嚴重的影響。在監(jiān)測到鋁含量超標的情況下，可以進行針對性的處理，以保障人民群眾的健康。生活飲用水中鋁的測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 分光光度法是國標法 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)勢被基層實驗室廣泛運用。本文擬將運用不同規(guī)格比色皿比色測定鋁含量數(shù)據(jù)進行對比，多方面分析兩者在水質(zhì)鋁檢測中的優(yōu)劣勢，旨在為水生態(tài)保護和生活飲用水安全等領(lǐng)域中鋁的 檢測提供科學依據(jù)。

目的：測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，國標法使用2cm比色皿進行比色，現(xiàn)新方法提出運用與國標法不同規(guī)格比色皿進行生活飲用水中鋁的測定。方法：國標GB/T5750.6-2006鉻天青 S分光光度法中運用2cm比色皿進行比色，由于某些實驗室 設(shè)備不足，無2cm比色皿，現(xiàn)對此做出相應改進，增加1cm比色皿進行比色。通過驗證新方法與原方 法測定結(jié)果的差異，以及新方法測量結(jié)果的準確性，判斷改進后方法的可適用性。結(jié)果：新方法使用 1cm比色皿進行比色，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%，準確度測試結(jié)果均與真值接近，各項指標均符合測定要求。結(jié)論：在使用鉻天青 S分光光度法檢測生活飲用水中鋁元素時，如在實驗室缺少 2 cm比色皿時，可臨時使用 1 cm比色皿代替 2 cm比色皿進行比色。

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)生反應生成藍綠色的四元膠束，用紫外—可見分光光度計比色定量。

儀器：

紫外可見分光光度計

電子天平

50 mL具塞比色管

酸度計

移液器

燒杯

量筒等

注：所有玻璃器皿使用前均應使用 10%硝酸浸泡并用蒸餾水沖洗干凈，晾干備用。

試劑：

①鋁標準使用液 100 mg/L(購自中國計量科學研究院)，臨用時稀釋至 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對硝基酚乙醇溶液（1.0 g/L）：稱取 0.1 g對硝基酚，溶于 100 mL 95%乙醇中。

實驗步驟：

取25 mL水樣于50 mL比色管中，另取50mL比色管8支，分別加入鋁標準使用液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620nm處,分別用1cm、2cm比色血以試劑空白作為參比,測量吸光度。以吸光度為縱坐標，濃度為 橫坐標繪制標準曲線，從曲線上查出水樣管中鋁的濃度，并計算其含量。

實驗結(jié)果：

不同規(guī)格比色皿標準曲線對比

不同規(guī)格比色皿對鋁離子的測定結(jié)果不同，國標法使用 2 cm比色皿進行比色，現(xiàn)探討 1 cm比色皿 比色對結(jié)果的影響。本次實驗在線性范圍內(nèi)選取 8個濃度點連續(xù)三天進行測定，扣除試劑空白值后，以 吸光度值為縱坐標，以濃度值為橫坐標，繪制校準曲線并計算相關(guān)系數(shù)，按規(guī)定相關(guān)系數(shù)原則上應大于 等于 0.999，由表 1～3 可以看出，國標法運用 2 cm比色皿進行比色分結(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比色皿進行比色時相關(guān)系數(shù)勉強能滿足大于等于 0.999的要求。國標法測定 標準曲線計算結(jié)果見表 1，新方法測定標準曲線計算結(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

配置濃度為 0.04 mg/L的標準樣品分別用兩種方法平行測定 6次，測定吸光度值，計算其相對標準 偏差（RSD），對比兩種方法的精密度。結(jié)果國標法 RSD為 2.82%。新方法 RSD為 4.51%，由此可見國標 法精密度更高一些，但兩種方法精密度均符合要求。 見表 4。

加標回收試驗

對空白樣品及已知鋁含量的自來水中加入已知不同含量鋁標準品進行加標回收試驗,分別用 1 cm和 2 cm比色皿進行比色，測得國標法回收率 92.0%～111.0%，新方法回收率 90.0%～113.5%，實驗結(jié)果良好， 兩種方法測定結(jié)果均符合要求。見表 5～6。

準確度測定

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

表7準確度測定結(jié)果

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，要對水質(zhì)分析的質(zhì)量進行控制，就需要將 過程中的每一個環(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。因為自來水使用含鋁化合物進行沉淀處理，鋁容易吸附在玻璃儀器上，對吸 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)生反應顯 色，為避免測定結(jié)果偏低應多加 2滴硝酸并混勻。③加入乳化劑 OP和 CPB后會起泡影響定容，應緩慢 加入。④ pH值對溶液的吸光度影響很大[11],pH不同鉻天青 S可與鋁反應生成不同比例的螯合物，顯色 不同，其最大吸收波長也不同， 因此 pH對測定結(jié)果有影響，所以應該嚴格控制 pH范圍。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，可少量多次加入濃鹽酸，以確保 pH在所需范圍內(nèi)。 測定過程中必須給與以上幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)足夠的重視，以保正檢測過程的高效性和檢測結(jié)果的準確性。

結(jié)論

本文通過試驗研究、探討，聚焦于準確度、精密度、加標回收率和準確度，論證了采用1cm比色 皿比色測定水中鋁元素和國標法的差異，實驗結(jié)果顯示：國標法使用2cm比色皿比色時線性相關(guān)系數(shù)均≥0.9990，加標回收率90%～116%，準確度也在正常范圍內(nèi)，新方法增加的使用1cm比色皿進行比 色線性相關(guān)系數(shù)也能滿足≥0.9990的要求，且其他實驗結(jié)果均在標準范圍內(nèi)，精密度良好，加標回收率90%～116%，質(zhì)控品測試結(jié)果均與真值接近，符合測定要求。綜上所述，在使用鉻天青S分光光度法檢 測生活飲用水中鋁元素時，如在實驗室缺少2cm比色皿時，可臨時使用 1cm比色皿代替2cm比色皿 進行比色。

審核編輯 黃宇