铬天青S分光光度法检测水质铝的探究

石敬波

（河北省保定水文勘测研究中心，河北 保定 071000）

测定水中铝离子含量的标准方法较多，有电感耦合法、无火焰原子吸收分光光度法、铬天青S分光光度法等。铬天青S分光光度法所用仪器、试剂等容易获得，不需要额外购买仪器设备。由于国家对安全生产的重视，乙二胺、浓盐酸、对硝基酚等药品具有一定毒性。因此，尝试用乙酸-乙酸钠缓冲溶液代替乙二胺-盐酸缓冲溶液，探究不同缓冲溶液对分析水质铝的影响。

1 材料

1.1 仪器

VIS-723可见分光光度计，PHS-3C pH计，明澈-D24纯水系统，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范围内，铝在聚乙二醇辛基苯醚（OP）和溴代十六烷基吡啶（CPB）同时存在下与铬天青S反应产生蓝绿色的四元胶束，比色定量分析铝含量。

1.3 试剂配置

主要试剂包括：①铬天青S溶液（1 g/L），称取0.1 g铬天青S溶于100 mL乙醇溶液（1+1）中混匀；②乳化剂OP溶液（3+100），吸取3 mL乳化剂OP溶于100 mL纯水中；③溴代十六烷基吡啶（CPB）溶液（3 g/L），称取0.6 g CPB溶于3 mL95%的乙醇溶液中，加水稀释至200 mL；④氨水（1+6）；⑤0.5 mol/L硝酸溶液；⑥对硝基酚乙醇溶液（1.0 g/L），0.1 g对硝基酚用95%乙醇定容100 mL；⑦铝标准使用液1 μg/mL，1000 μg/L铝标准贮备液临用时以纯水稀释而成；⑧乙二胺-盐酸缓冲液（pH6.7～7.0），取无水乙二胺10 mL倒入烧杯中加纯水200 mL，冷却后缓缓加入190 mL盐酸（优级纯），调节pH值到6.7～7.0；⑨乙酸-乙酸钠缓冲溶液，称取乙酸钠54.6 g加入1 mol/L冰乙酸20 mL，加水稀释至500 mL，调节pH值到6.7～7.0；⑩铝盲样，临用现配取10 mL定容到250 mL容量瓶中。

2 方法

2.1 分析步骤

取2组比色管，每组16支，其中1组加入乙二胺-盐酸缓冲溶液、1组加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液作为对比参照，比色管使用前用硝酸（1+9）浸泡冲洗1.5 h以上，方法如下。

（1）取2组50 mL比色管各16支，第一组8支分别加入铝标准使用溶液（0、0.20、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL），以纯水稀释至25 mL，8支加入盲样（含10 mL 6支、空白2支）。第二组同时分别加入铝标准使用溶液6支以及空白管2支，铝盲样6支以及空白2支。

（2）向各管滴加1滴对硝基酚溶液混匀，滴加氨水至浅黄色，加入硝酸至黄色消失，再多滴加2滴。

（3）加入3.0 mL铬天青S溶液，混匀后加入1.0 mL乳化剂OP溶液、2.0 mLCPB溶液，两组各自加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液8.0 mL和乙二胺-盐酸缓冲溶液3.0 mL。加入纯水稀释至50 mL混匀，放置30 min。

（4）在620 nm波长处，采用2 cm比色皿以试剂空白为参比，测量其可见光吸光度值并根据测量结果绘制相关线性曲线。可见分光光度计使用前需要预热30 min以上，实验用水为超纯水，以明澈-D24纯水系统制得。

2.2 质量控制

实验室质量控制是指实验室内部对分析质量进行控制的过程。质量控制是为了达到质量要求所采取的技术作业和活动。质量控制的目的在于控制检测分析人员的实验误差，使之达到规定的范围，以保证测试结果的精密度和准确度能在给定的置信水平下，达到容许限规定的要求。它与质量保证的某些活动是相互关联的。

由于加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液的标准曲线及其线性相关性不符合要求，因此放弃此种缓冲溶液的质量控制。

2.2.1 空白试验

使用同一分析方法，以分析用水进行与样品测定完全相同的试验。通过对空白试验值及其分散程度的分析，判断分析人员的测试技术水平、实验环境及仪器设备性能等是否符合测试要求。具体试验步骤如下。

重复测定空白值不少于6 d，每天1～2个，按下式计算批内标准偏差Swb，可用于估算分析方法最低检出限。

式中：Swb为批内标准偏差；n为每批测定个数；m为批数；x为单个测定值；X为每批测定值之和。

2.2.2 检出限

检出限是样品按照分析方法进行空白检测，能够得到的最低检测浓度。

当空白测定数大于20次时，检出限按下式计算：

当DL小于等于标准分析方法规定的检出限时，为合格。检出限以方法规定值计。当DL大于标准分析方法规定的检出限时，应查找原因，直至计算值合格为止。若经重复试验，检出限仍大于方法检出限时，可采用本实验室的检出限。

3 结果分析

3.1 标准曲线绘制及线性检验

校准曲线的标准系列根据检测方法确定，本次分析在线性范围内选取8个浓度点（含零点）进行测定，扣除空白值后，以响应值的数据为纵坐标，以浓度值或体积为横坐标，绘制校准曲线并计算斜率、截距和相关系数，相关系数原则上≥0.999，否则要求排除影响重新测定。列出回归方程y=a+bx，对截距a进行t检验，要求a与零无显著性差异，否则找原因重做。

3.2 不同缓冲溶液对比

不同缓冲溶液对铝离子的测定结果不同，大部分结果比较稳定但是分析结果线性系数有时不满足要求，斜率也有一定差异，截距有所差别，t检验有差别但是均合格。加入乙二胺-盐酸缓冲溶液标准曲线计算成果详见表1，加入乙二胺-盐酸缓冲溶液标准曲线如图1所示。

表1 加入乙二胺-盐酸缓冲溶液标准曲线计算成果

图1 加入乙二胺-盐酸缓冲溶液标准曲线

由表1及图1可得，加入乙二胺-盐酸缓冲溶液线性较好，斜率为0.164合适，相关系数为0.9993合适，a、t检验也合格。

加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液标准曲线计算成果详见表2，加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液标准曲线如图2所示。

图2 加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液标准曲线

表2 加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液标准曲线计算成果

由表2及图2可得，加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液线性不太理想，相关系数0.9975不符合相关系数原则上≥0.999的要求。

3.3 盲样分析

由于加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液的曲线线性不好，所以对其相应所作盲样只做参考对比，只分析加入乙二胺-盐酸缓冲溶液的盲样。而盲样（采用中国计量科学院GSB07-1375-2001-205017）标准值为0.409 mg/L，不确定度为0.028 mg/L。加入乙二胺-盐酸缓冲溶液分析铝时，盲样均值为0.413 mg/L，标准偏差为0.0038，相对偏差为0.9，可知乙二胺-盐酸缓冲溶液所作盲样标准曲线合适，盲样测定值在误差范围之内，均值合格。

加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液分析铝时，盲样均值为0.457 mg/L，超出标准值最大值0.437 mg/L，只有一个符合真值，其余结果均偏高。相对偏差5.8较大，为加入乙二胺-盐酸缓冲溶液所作盲样结果相对偏差0.9的6.4倍。可知加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液后显色反应不稳定。

标准曲线上限为0.200 mg/L，而分析盲样时因为不确定含量所以可以尝试分别加入25、10、5 mL或其他适当体积以便确保盲样浓度在曲线上限之内。由于研究分析提前获知盲样标准值及不确定度，经计算盲样分析取10 mL最为合适。

同时分析研究发现，聚乙二醇辛基苯醚（OP）作为乳化剂保证反应成色均匀一致，而溴代十六烷基吡啶（CPB）作为阴离子表面活性剂保证反应成色均匀一致。

由以上研究可知，加入乙二胺-盐酸缓冲溶液所作标准曲线线性相关系数比较好，盲样结果也符合标准值；而加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液标准曲线线性相关系数相对较差，所作盲样也不符合标准。同时分析时发现加入药品后，加入乙酸-乙酸钠溶液后颜色与加入乙二胺-盐酸缓冲溶液略有不同。因此，国标法依然具有不可替代的作用，其他方法可以作为参考。

3.4 检出限测定

经过连续6 d每天测量4个空白的吸光度值的重复测定，共计24次空白检测，得到空白测定值并根据式（2）计算检出限，可得DL=0.00828 mg/L，结果取值为0.008 mg/L，与国标法检出限一致。

空白测定值结果，详见表3。

表3 空白测定值

4 结论

本文研究初衷是为了提高铝检测的效率，使检测重现性及稳定性进一步提高。鉴于利用乙酸-乙酸钠缓冲溶液得到的线性相关性不符合要求，因此得出如下结论。

（1）国标法检测水质铝依旧具有不可替代的优势，乙酸-乙酸钠缓冲溶液虽然毒性较小但是比乙二胺不稳定，线性相关性较差，而且反应过程中颜色与国标法不一致，不能保证所检测分析水样质量，因此依然建议使用国标法分析水质铝的测定。

（2）国标法中调节pH值较繁琐需要反复练习，当实验者技术纯熟时可以保证pH值在所需范围（6.7～7.0）内。pH值一定要在范围内，pH调节不好对其反应显色有明显差别，最后对实验结果影响非常大。

（3）乙二胺-盐酸缓冲溶液配置过程须有耐心，防止溶液过热沸腾，可反复实验加入浓盐酸，确保其pH值在所需范围内，经笔者反复实验确认加入浓盐酸量为220 mL时可得所需范围。