紫外分光光度法测定CODCr标准溶液浓度的研究

王燕枫， 杨 清

（江苏省生态环境监控中心， 江苏 南京 210036）

0 引言

在水和废水的监测中，CODCr标准物质是不可缺少的标准物质之一。可以从环保部标准物质研究所标准物质采购中心直接购买，也可以按国标法[1]用基准的或优级纯的邻苯二甲酸氢钾自行配制[2-4]。在水和废水的在线监测中[5-8]，CODCr标准溶液是CODCr在线监测仪校准、调试、运行维护工作[9-10]中使用量较大且不可或缺的。为了确保自配的CODCr标准溶液的质量，配置后必须进行严格的验证检测[11-12]。按常规，采用回流消解的国标法是唯一正确的验证检测方法[13-15]。但国标法消解回流时间长，并造成化学试剂（浓H2SO4+Ag2SO4）、水、电、人工等浪费。 因此作者根据CODCr标准溶液是由单一的邻苯二甲酸氢钾溶于水而制备，且邻苯二甲酸氢钾溶液在紫外区具有特征的吸收光谱这一特性，经过反复试验，建立了用紫外分光光度法验证测定CODCr标准溶液浓度的新方法。该方法不需耗费水、电以及H2SO4，K2Cr2O4等试剂，十分简便、快速且线性范围宽、精密度高、准确度好。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

1.1.1 仪器

UV-1780型紫外可见分光光度计，日本岛津，波长范围：190～1 100 nm；波长准确度：±0.3 nm。

按国标法要求的消解回流装置：即可控硅调节的联式电炉，标准磨口250 mL锥形瓶，40 cm球形冷凝管等组装的全玻璃回流装置。

25 mL或50 mL酸式滴定管。50 mL比色管或容量瓶。

1.1.2 试剂

《水和废水监测分析方法》（第四版）“化学需氧量的测定重铬酸盐法”所需的整套试剂。

邻苯二甲酸氢钾(优级纯),用于制备CODCr标准储备溶液或直接称取一定量溶于水制备所需浓度的CODCr标准使用液。配制方法是根据将邻苯二甲酸完全氧化的CODCr质量比为1.176 g/g,如制备质量浓度1 mg/mL的CODCr标准储备液1 000 mL：称取在105～110℃干燥2 h的邻苯二甲酸氢钾0.850 3 g溶于水，转入容量瓶，用水稀释定容至1 000 mL。用此标准储备液配制紫外分光光度法所需的不同浓度的CODCr标准溶液。

1.2 试验方法

方法1：根据相关文献[1]用消解回流法验证测定CODCr标准溶液的浓度。 要点：①ρ（CODCr）〉50 mg/L的标准溶液用高浓度试剂进行消解回流测定；ρ（CODCr）〈50 mg/L的标准溶液用低浓度试剂进行消解回流测定；②消解回流总体积为60 mL，回流时间2 h。

方法2：取适量质量浓度为1 mg/mL的CODCr标准储备溶液稀释配制质量浓度25～500 mg/L的标准系列溶液，用UV-1780紫外可见分光光度计测定标准系列溶液的吸光度（A），绘制标准曲线，并求出曲线的回归方程和相关系数。然后测定自配的CODCr标准溶液的吸光度，从标准曲线上查出相应的CODCr值，与配置值或消解回流法验证值比对。

2 结果与讨论

2.1 邻苯二甲酸氢钾的吸收光谱

用UV-1780对邻苯二甲酸溶液进行全区域（190～1 100 nm）扫描，其结果见图1和图2。

图1 190～1100 nm区间邻苯二甲酸氢钾的吸收光谱

图2 190～310 nm区间邻苯二甲酸氢钾的吸收光谱

由图1、图2可以看出，用于制备CODCr标准溶液的邻苯二甲酸氢钾在 190～310 nm紫外区有特征吸收光谱。

2.2 测定波长的选择

选择测定波长应满足如下2个条件：①在该波长处，被测定物质应有适宜的检测灵敏度；②在用该波长检测时，有一个吸光度稳定的区间，按最低要求，在波长精度范围内，吸光值稳定。根据以上2个条件，从图2上可清楚地看到，可供选择的波段262.2～266.0 nm和278.4～281.6 nm都可能选为测定波长。通过进一步的筛选，即分别用263.6 nm和279.8 nm测定1组CODCr标准系列溶液的吸光度，绘制工作曲线，求出曲线方程和方程的斜率（b）、截距（a）以及相关系数（r），见表 1。对比发现用λ=263.6 nm的波长检测时，标准曲线的截距〈0.005，线性相关系数达0.999 9或1.000 0，而用λ=279.8 nm时，其标准曲线的截距〉0.005，线性相关系数只有2个9，故确定λ=263.6 nm为测定波长。

表1 263.6 nm和279.8 nm波长测定结果

2.3 标准曲线的绘制

λ=263.6 nm标准曲线绘制过程中制备CODCr标准系列溶液，并于λ=263.6 nm处测定其A，具体见表2。减空白后以CODCr值为横坐标，A263.6为纵坐标，绘制标准曲线，求出曲线的回归方程，同时得出斜率b=0.003 5，截距a=0.003 9和线性相关系数r=1.000。

表2 标准曲线的绘制

2.4 检出限、测定下限，最佳测定范围和摩尔吸光系数

分光光度法的检出限有几种测定和计算方法[2]。最简便的方法就是将产生0.010吸光度的溶液浓度作为被测物的检测限。本文根据线性回归方程，y=0.0035x+0.0039，则检出限，DL=(0.010-0.003 9)/0.003 5=1.74 mg/L。测定下限为3.3倍的DL，即：3.3×1.74=5.74 mg/L。在分光光度计的使用中，A一般控制在2.0以下，以获得较好的线性。根据表2可以看出，当由邻苯二钾酸氢钾配置的CODCr标准溶液浓度小于500 mg/L时，A都在2.0以下。因此本方法的最佳测定范围应该是5.7～500 mg/L。

根据比尔定律，A=εdc（c为浓度，d为介质层厚度），当 λ =263.6nm 时，ε=856.3。

2.5 精密度实验

UV-1780紫外可见分光光度计对同浓度的CODCr标准溶液的测定具有优异的重现性。1 d内每隔1 h对同一CODCr标准溶液进行8次平行测定，结果都是相同的吸光值。这是应用消解回流的国标法测定CODCr标准溶液的浓度时所无法做到的。不仅是批内，即使是批间，该仪器的检测重现性也同样好。作者对同一CODCr标准溶液，每天检测1次，共测了5 d，仅有2 d在吸光值的出现过非常小的波动。用UV-1780 测定 CODCr标准储备溶液(ρ=1 mg/mL)配制的6个平行样，检测结果见表3。而用于国标法测定的是同一浓度的CODCr标准溶液进行6次平行测定的结果。

精密度试验表明：UV法在测定低、高浓度的CODCr时，都能绘出优异的重现性，这是国标法不可能达到的，尤其在测定低浓度CODCr时，由于受多种因素的影响，国标法的精密度一般较差。

表3 精密度试验结果

2.6 准确度试验

2.6.1 CODCr标准溶液的制备

由于环保部标准物质研究所启用GSB 073161—2014新标准后，采用了其他基准物质配制CODCr标准溶液，见图3。

图3 按GSB 07-3161—2014新标准配制的CODCr标准溶液在190～310 nm区间的吸收光谱

为了验证用邻苯二甲酸氢钾标准物质制备的CODCr标准溶液与按新标准制备的有证CODCr标准溶液无显著差异，我们请有丰富实验室工作经验的高级工程师负责制备了低、中、高3种与有证标准溶液浓度相同的CODCr标准溶液和用于测定的K2Cr2O4标准溶液，另请3位实验室工程师级的分析工作者同时按相同的条件，对同一浓度的2种CODCr标准溶液(自配和有证)用国标法各进行6次平行测定，计算平均值，标准偏差，对测定结果进行t检验[2]，从而给出自配标准溶液的可靠性。

对 ρ（CODCr）=59.5± 4.6 mg/L的有证标准溶液和自配相同浓度的标准溶液的测定结果见表4。

表4 自配和有证标准溶液的测定结果

根据t检验规定，t计算〈t表，即表示测定结果与标准值无显著性差异，这也说明用邻苯二甲酸氢钾配制的CODCr标准溶液与购置的有证标准溶液，其浓度值、不确定度区间不存在显著性差异。因此用邻苯二甲酸氢钾配制的CODCr标准溶液可以作为紫外分光光度法准确度试验的标准溶液。

按上述方法对自配的CODCr值与有证标准 (批号 2001105，ρ（CODCr） =142 mg/L；批号 2001104，ρ（CODCr）=243 mg/L)相同的2个标准溶液进行测定，并进行t检验，证实自配标准溶液与有证标准溶液无显著差异，可用于紫外分光光度法的准确度实验。

2.6.2 紫外分光光度法的准确度试验

分别用紫外分光光度法和消解回流法对上述制备的低、中、高3种浓度的CODCr标准溶液进行测定，结果见表5。

表5 紫外分光光度法和消解回流法测定结果

准确度实验表明，紫外分光光度用于测定用邻苯二甲酸氢钾制备的CODCr标准溶液，不仅精密度高，而且准确度也很好，这是用消解回流的国标很难达到的。

2.7 紫外光度法标准曲线的稳定性

紫外分光光度用于验证测定CODCr标准溶液的浓度，还有一重要的特点，即制备的标准曲线十分稳定。作者从2016年5月开始对标准曲线的稳定性进行试验，每月重新配制标准系列，测定吸光度，绘制标准曲线，连续6个月的测定结果见表6。

表6 标准曲线稳定性试验

表6的结果显示，紫外光度法测定由邻苯二甲酸氢钾制备的CODCr标准溶液，其标准曲线具有很好的稳定性，连续6个月的检查，未发现显著差异。

2.8 紫外光度法与国标法的对比

紫外光度法和国标法全方位的对比总结见表7。对比分析结果表明紫外光度法在验证测定CODCr标准溶液方面优势明显。

表7 验证测定CODCr标准溶液紫外光度法与国标法的比较

3 结论

（1）用于制备CODCr标准溶液的邻苯二甲酸氢钾，在紫外区(190～310 nm)有特征吸收光谱。根据其光谱特征，可选择263.6 nm为测定波长，用于验证测定CODCr标准溶液的浓度。

（2）建立了用紫外分光光度法测定CODCr标准溶液浓度的新方法。该方法的检出限为1.74 mg/L，测定下限5.7 mg/L，最佳测定范围5.7～500 mg/L。

（3）紫外分光光度法相比消解回流的国标法或其他消解回流法，具有国标法无可比拟的优越性。紫外法测定的精密度高，对低、高浓度的样品具有同样好的平行测定重现性，标准偏差几乎为0。紫外法还具有很好的测定准确度，相对误差〈1%。这些优越性也是用254 nm为测定波长的紫外分光光度法所难以达到的。

（4）紫外法用于验证测定CODCr标准溶液浓度，大大降低检测成本。该法不消耗浓H2SO4、硫酸亚铁铵、K2Cr2O4以及贵重的Ag2SO4等试剂，不耗费冷却水、电等资源，只需1台紫外分光光度计，1～2 min即可完成一个样品的测定，耗时仅是消解回流测定法的1%。是一个节能环保的好方法。

（5）近1年来紫外法在江苏省污染源自动监控现场检查工作中发挥了重要作用。用于验证测定实验室自配的CODCr标准溶液的浓度，方便快速，测定准确，绩效显著。