环境监测中地表水中挥发酚测定影响因素初探

陆杏群

（广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

1 挥发酚及其测定方法概述

酚类是原生质毒，是高毒物质。根据酚类可否与水蒸气一起蒸出，可分为挥发酚和不挥发酚两种，能与水蒸气一起蒸出的酚类属挥发酚[1]。人体摄入一定量时，可引起急性中毒症状；长期饮用被酚污染的水，会引起不同程度的头痛、出疹、瘙痒、贫血以及各种神经系统症状；若水中生物长期生长在含酚的水体中，高浓度的酚会抑制水中微生物的生长繁殖，影响水体的自净作用，当水中酚浓度约为0.1～0.2 mg/L，鱼肉会产生异味，当浓度大于5 mg/L的时候，会造成鱼中毒死亡；酚浓度高的水质不宜用于农田浇灌，否则会使农作物减产，甚者会导致中毒枯死。水中含有微量酚类，在加氯消毒时，会产生特异的氯酚臭[2]。

因此，挥发酚是我国水体环境监测中的重要指标，水质监测中的常规必测项目之一。测定挥发酚普遍采用4-氨基安替比林分光光度法[3]，此方法是稳定性好、灵敏度高、精密度和准确度好的比色方法，而且由不同酚类化合物所产生的颜色在同一波长处有最大吸收，尤其适用于测定中低浓度的酚[4]。

以下操作过程参照HJ503-2009方法步骤进行。

（1）预蒸馏

取250 mL样品移入500 mL全玻璃蒸馏装置中，加入25 mL无酚水，加数颗玻璃珠防止暴沸，再加数滴甲基橙指示液，如果水样不呈现橘红色，就要继续补加磷酸溶液，使水样呈酸性。连接冷凝器，进行加热蒸馏，收集馏出液250 mL于容量瓶中。

（2）显色

将250 mL馏出液移入分液漏斗中，加2.0 mL缓冲溶液，混匀，调试pH值为10.0±0.2，加1.5 mL 4-氨基安替比林溶液，混匀，再加1.5 mL铁氰化钾溶液，充分混匀后，准确放置显示10 min。

（3）萃取

在上述分液漏斗中准确加入10.0 mL三氯甲烷，密塞，剧烈振摇2 min，倒置放气，静置分层。用干脱脂棉擦干分液漏斗颈管内壁，并塞一团干脱脂棉，将三氯甲烷层通过棉团，弃去最初滤出的数滴萃取液后，将剩下的三氯甲烷直接放入光程为30 mm的比色皿中。

（4）吸光度测定

于460 nm波长，以三氯甲烷为参比，测定三氯甲烷层的吸光度。

2 讨论与结果

2.1 样品保存时间的问题

在现场采集的水样必须具备代表性，同时应在4℃下冷藏保存，抑制其降解和减缓氧化作用，并尽快在24小时内进行分析测定。

本次实验将对采集于佛山市某河同一采样点地表水水样DB1#，分别从采集后4 h内，24 h，48 h，72 h进行分析测定。另外，在同一测定条件不同时间段内，采用同一已知浓度的挥发酚标准样品进行测定验证（标准样品来源：环境保护部标准样品研究所，标准值为0.107±0.011 mg/L）。结合实验结果可以看出，地表水水样DB1#与标准样品的测定结果随样品保存时间的延长测定而逐渐降低，因此，采集回来后的样品需及时分析测定，否则会导致测定结果偏低，影响实验的准确性，给水质情况造成错误的判断。

2.2 水样预处理的问题

2.2.1 样品中干扰物质的处理

在实际中受污染的水样成分比较复杂，干扰成分较多，氧化剂、油类、硫化物、有机或无机还原性物质和苯胺类都会干扰酚的测定，所以在蒸馏前要对干扰物质进行必要的消除[4]：

（1）氧化剂的消除：加入过量的硫酸亚铁进行去除。

（2）硫化物的消除：增加磷酸酸化样品，于通风橱内搅拌曝气，使其生成硫化氢完全溢出。

（3）甲醛、亚硫酸盐等有机/无机还原性物质以及油类的消除：可分取适量样品于分液漏斗中，加硫酸溶液使水样呈酸性，分次加入50 mL、30 mL、30 mL乙醚以萃取酚，合并乙醚层于另一分液漏斗，分次加入4 mL、3 mL、3 mL 10%氢氧化钠溶液进行反萃取，使酚类转入NaOH溶液中。合并NaOH萃取液，移入烧杯中，用水浴加热，以除去残余乙醚，然后用水将NaOH萃取液稀释到原分取样品的体积。同时以水做空白实验。

2.2.2 预蒸馏

挥发酚测定过程中，水样预蒸馏是必须进行的步骤，一是为了得到挥发酚，二是可以去除色度、浑浊等的干扰，而且还能消除苯胺类等干扰物质，但是如果预蒸馏不当，会产生较大的误差[5]。

蒸馏时应该严格按照操作步骤，蒸馏瓶内要大约剩余30 mL就要停止蒸馏，切忌蒸干。由于蒸馏前在水样中加入了CuSO4、H3PO4、甲基橙以及水样的干扰物质，随时间的增加，蒸馏液体积随之逐渐减少，蒸馏液温度也跟着逐渐升高，当升高到一定程度时，会引起试剂和干扰物质挥发，产生干扰。

本文对佛山市某河涌地表水水样（DB2#、DB3#、DB4#、DB5#、DB6#）进行蒸干和不蒸干两种情况进行实验比较。

由实验结果可看出，蒸干样品的酚浓度均大于对应的不蒸干样品，结果相差甚远，容易造成严重的假象。因此，应该控制好电炉温度，最好使用可调节电炉，到了蒸馏的后期应逐渐降低电炉温度，防止温度过高使蒸馏液蒸干，导致最后实验结果不可靠。

在《水和废水监测分析方法》（第四版）的预蒸馏方法介绍中，取250 mL水样加热蒸馏，至馏出液约225 mL，停止加热，放冷，再向蒸馏瓶中加入25 mL无酚水，继续蒸馏至馏出液为250 mL为止（方法A）。但是实际工作中，分析的时间有限，未冷却加入冷水很容易引起爆裂。因此根据平时实际经验，可考虑将25 mL无酚水可以与水样一起加入混匀蒸馏，将25 mL无酚水一同随样品蒸出（方法B）。本文对在佛山市某河涌采集的地表水水样DB2#、DB3#、DB4#在除蒸馏方法不同，其他条件不变的条件下进行分析比较。结合实验结果比较可得出，虽然经两种方法处理后的测定结果不一致，但差异不明显，在日常监测分析中，先加25 mL无酚水可行，这样既节省时间，提高工作效率，又避免了加水骤冷爆裂，保证人员安全，避免实验事故，又防止酚类物质的损失，保证实验结果的准确性。

2.3 实验用水的选择

在挥发酚分析中，影响实验空白的一个因素就是实验用水。分析全过程要求使用无酚水，测定过程的用水如果不纯或者放置时间太长，直接会影响空白值，然而会直接干扰到结果的精密度准确性[6]。因此，进行实验前需准备无酚水。

2.3.1 实验用水对测定结果精密度的比较

用蒸馏水和无酚水分别进行实验比较，分别配置0.010 mg/ L苯酚标准溶液，进行测得吸光度。由实验结果比较可见，用无酚水分析测得的空白值吸光度比用蒸馏水的相对较小，精密度相对标准偏差RSD由2.2%降低到1.0%；测定0.010 mg/L苯酚标液吸光度则由1.0%降到0.4%。由此可知，测定挥发酚用无酚水能有效降低空白，提高实验结果的精密度，与蒸馏水测定出来的结果有一定的差距。

2.3.2 实验用水对测定结果准确度的比较

分别用蒸馏水和无酚水稀释配制挥发酚标样（已知标准值0.107±0.011 mg/L），分别吸取适量标样于分液漏斗中，再分别加蒸馏水、无酚水至250 mL，按照测定步骤测定标准样品。由测定挥发酚标样的测定结果可知，经蒸馏水处理的5个平行样测定，测得挥发酚标样浓度平均值为0.113 mg/L，相对标准偏差是1.8%，相对误差是5.6%；另外经无酚水处理的5个平行样测定，测得标样平均值为0.107 mg/L，相对标准偏差是0.8%，相对误差是0.0%。通过二者的比较，测定挥发酚需用无酚水，提高实验结果的准确度。

2.4 4-氨基安替比林溶液纯度的影响

4-氨基安替比林试剂质量不稳定，易潮解、易氧化变质，产生安替比林红，直接影响空白试验的吸光度值，从而影响了测定结果的精密度和准确度。特别在地下水、地表水和饮用水中低含量酚的测定中，待测样品中的酚浓度多数情况下在检出限左右，这时空白试验吸光度值与待测样品吸光度值非常接近，很难判断是否检出。对于微量组分的测定，一般存在较大的相对误差，空白试验吸光度值与待测样品吸光度值差别非常小时，很难确定是由于随机误差引起的误差还是待测样品中确实有待测组分。

因此，对于4-氨基安替比林溶液在使用前必要时应该对其进行提纯。然而，提纯方法多样，每种方法都有其优缺点，所以要从多角度选择适合实验要求的方法。本文主要针对活性炭脱色法、硅镁吸附剂吸附法和三氯甲烷萃取法进行实验比较。具体提纯方法比较如下：

使用以上三种方法分别进行实验测试。由测试结果概括来看，活性炭脱色法（方法Ⅰ）空白平均吸光度是0.185，相对标准偏差0.55%，加标回收率是99.2%～101%；硅镁型吸附剂吸附法（方法Ⅱ）空白平均吸光度是0.118，相对标准偏差0.034，加标回收率是97.0%～103%；三氯甲烷萃取法（方法Ⅲ）空白平均吸光度是0.062，相对标准偏差却达到了1.30%，加标回收率是98.4%～102%。

上述测定结果表明，三种提纯方法的空白加标回收实验是成功可行的，均符合标准要求，没明显的差异。但从空白值要求来说，活性炭脱色法提纯效果最不理想，氯仿萃取法的提纯处理效果是最好的，吸光度显著较其余二者显著降低，而硅镁型吸附剂吸附法介于二者之间，但也符合实验要求。从相对标准偏差来看，硅镁型吸附剂吸附法的相对标准偏差较活性炭脱色法和三氯甲烷萃取法要好，则说明三者中方法Ⅰ的精密度较高，而后者精密度不理想。

综上所述，三者中硅镁型吸附剂吸附法处理4-氨基安替比林效果最为可行，需选择提纯效果较为好的方法，尽量降低4-AAP纯度对挥发酚测定结果的影响。

2.5 铁氰化钾加入量的影响

移取不同量的8%的铁氰化钾溶液分别加入到五组浓度为0.010 mg/L苯酚标液中，分别测定吸光度。在进行实验的过程中发现，铁氰化钾加入量为1.00 mL和1.20 mL，水样颜色褪去，并非正常的黄色，而1.50 mL，1.80 mL和2.00 mL水样是浅黄色，且颜色随着用量增加而逐步稍微加深。测出来的吸光度，前两者吸光度偏低，造成这个原因是因为使用铁氰化钾的量不足，4-氨基安替比林溶液不能与挥发酚充分反应，促使测定结果偏低；后三者吸光度相差不大，二者能充分发生反应，且过量的铁氰化钾不被三氯甲烷萃取，对测定结果影响不大。因此，在实验操作过程中加入铁氰化钾的量必须准确或者稍微过量，否则会导致颜色不正常而是测定结果偏低。

2.6 显色时间的影响

于一组分液漏斗中加入0.010 mg/L的苯酚标准溶液，按实验步骤操作，加入铁氰化钾混匀后，分别测定显色时间的长短对吸光度的影响。加入铁氰化钾后，吸光度随着显色时间的增加延长而逐渐下降，然而在显色时间为10 min时，吸光度最大，吸收最充分，达到最高峰。所以，必须严格控制显色时间，为了使测定结果更准确，选择最优条件，推荐显色10 min。

2.7 其他因素的影响

2.7.1 试剂加入顺序的影响

依据HJ503-2009，要严格控制整个实验的各种试剂加入顺序，应该先加pH=10.7的氨水-氯化铵缓冲溶液，再加2%4-氨基安替比林溶液，最后加8%铁氰化钾溶液。不能任意颠倒次序，不可更改，若后加缓冲溶液，则会导致4-AAP与铁氰化钾溶液反应生成安替比林红，导致实验失败。

2.7.2 三氯甲烷的加入量的影响

萃取样品时水样中三氯甲烷加入量要准确。由于三氯甲烷是重质液体，移液时避免出现撒漏，应选择10 mL移液管或者滴定管进行加液。保证有足够的三氯甲烷能充分地萃取水样中的酚，否则，会影响测出来的吸光度值不准确。

2.7.3 萃取操作过程的影响

用4-氨基安替比林萃取分光光度法测定萃取挥发酚时，在加入三氯甲烷后，需加塞剧烈振摇2 min，每个样品萃取时间和强度应一致，且足够完全萃取，使三氯甲烷充分地吸收水样中的酚，因为这对吸光度有很大影响，若萃取不完全，则吸光度会降低，导致测定最终浓度降低。再者，萃取的同时，剧烈振摇会产生大量的气体，因此在刚开始萃取时，必须谨记及时倒置放气，再继续萃取，如此重复操作4-5次感到气流已经很微弱，以免造成实验事故。分液漏斗不能漏液，但常因操作不慎，拉动了旋塞，容易造成溶液流失，导致三氯甲烷溶液不够10 mL从而影响测定。放三氯甲烷层前必须用干脱脂棉将分液漏斗颈管内壁的水珠务必擦干，于颈管内塞一小团干脱脂棉，将三氯甲烷层通过该干脱脂棉，弃去最初数滴萃取液后，直接将余下的三氯甲烷放到30 mm比色皿中，务必避免水相渗漏到比色皿，对测定产生影响。

3 结论

通过上述实验探究，得到如下主要结论：

（1）水样采集是保证有高质量分析的源头，因此，所采集的水样要具有代表性，且现场要加保存剂固定样品，并尽快24 h内进行分析。

（2）实际工作中，样品的成分复杂，水样预处理十分必要，消除干扰物质对测定至关重要。水样预蒸馏是测定酚必要的步骤，一是为了得到挥发酚，二是可以去除色度、浊度、金属离子的干扰，以及苯胺类对酚测定的干扰，但是过程中必须注意蒸馏时的程度，切记勿将水样蒸干，影响最终结果。

（3）在测定挥发酚时，实验用水推荐使用无酚水，这样能有效地降低空白值，提高实验结果的精密度和准确度。

（4）4-氨基安替比林溶液的纯度对测定结果有重要的影响。用硅镁型吸附剂对4-氨基安替比林溶液进行提纯后空白吸光度明显降低，纯度越高，空白吸光度越低，灵敏度越高，使结果更为准确，因此推荐使用硅镁型吸附剂吸附法处理4-氨基安替比林溶液。

（5）注意铁氰化钾溶液的使用量，务必准确或者稍微过量加入，过少不足以使4-氨基安替比林与挥发酚缩合，导致测定结果偏低。

（6）显色时间在整个实验的结尾，一有误差则使得实验失败，因此显得尤为关键，必须保证每个样品显色时间为10 min，随着时间的延后，吸光度会有不同程度的变化，逐渐降低，导致实验结果得不到保证。

（7）最后，实验操作过程中试剂加入顺序、三氯甲烷的加入量、萃取操作过程等以上影响因素，都会或多或少对挥发酚测定结果造成影响，在实验过程中多加注意，从而使挥发酚测定结果更加准确。

本文就影响地表水中挥发酚测定的因素进行简单讨论，在平时的分析工作中，更要注意操作细节，及时发现问题并处理，保证测定数据的准确性。