鄭立靜,洪陵成,楊 威,王林芹

(1.河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210098; 2.南京德林環(huán)保儀器有限公司,江蘇南京 211103）

流動注射-分光光度法在線全自動測定正磷酸鹽

鄭立靜1,洪陵成1,楊 威1,王林芹2

(1.河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210098; 2.南京德林環(huán)保儀器有限公司,江蘇南京 211103）

通過將 GB/T6913-2008分光光度法在線化,設(shè)計研制了正磷酸鹽流動注射自動在線監(jiān)測儀;優(yōu)化了顯色劑濃度、載流液濃度、采樣環(huán)長度等實驗參數(shù),建立了水中正磷酸鹽流動注射全自動在線分析方法,并考察了其實際使用效果.結(jié)果表明,當(dāng)待測水樣中PO3-4濃度在0～15.0 mg/L范圍內(nèi)時,吸光度和濃度呈良好的線性關(guān)系,檢出限為1.0μg/L;將其用于測定湖泊水和工業(yè)廢水,回收率分別為99.4%和106.2%.所研制的正磷酸鹽流動注射自動在線監(jiān)測儀具有消耗試劑量少、測定快速、靈敏、抗干擾能力強(qiáng)等特點,可滿意地用于測定地表水和工業(yè)廢水等.

流動注射;分光光度法;廢水;正磷酸鹽;在線測定

Abstract:An on-line automaticmonitoring unit fordetermination oforthophosphate in wastewater was designed and developed in relation to GB/T6913-2008,based on flow injection analysis and spectrophotometry.The flow injection spectrophotometric method for on-line automatic determination of orthophosphate was established based on optimization of testing parameters including concentration of chromogenic agent,concentration of carrier solution,and length of sampling circle.The applicability of the device to determining orthophosphate in practical wastewater samples was investigated.It was found that within a concentration range of 0-15.0 mg/L,PO3-4aqueous samples could be well detected on-line with good linear relationship between absorbancy and concentration and to a detection limit of 1.0μg/L.When it was used to determine orthophosphate in rivers and wastewaters,a recovery of 99.4%and 106.2%was reached.In one word,the method is of low reagent consumption,rapid determination rate,high sensitivity,and strong endurance to interferences,and it can be satisfactorily used to determine orthophosphate in surface water and industrial wastewater.

Keywords:flow injection;spectrophotometry;wastewater;orthophosphate;on-line analysis

傳統(tǒng)的鉬銻抗分光光度法[1]測定正磷酸鹽,手工操作繁瑣、重現(xiàn)性差,分析時間較長,不適用于樣品的批量連續(xù)分析.流動注射分析(FIA)[2]具有分析速度快、精密度高等特點,在環(huán)境水質(zhì)自動監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用[3-5].為適應(yīng)環(huán)境分析的需要,作者采用流動注射分析技術(shù),建立了一種正磷酸鹽的快速分析方法,并成功研制了測定正磷酸鹽的全自動分析儀.應(yīng)用該儀器對湖泊水、工業(yè)廢水等實際水樣的正磷酸鹽含量進(jìn)行測定和回收率實驗,取得了令人滿意的結(jié)果.

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

精密陶瓷恒流注射泵(DL-TCB-A),蠕動泵(DL-RDB-A),六通閥,四通閥(DL-6TXZF-A),流通池(DLGD-A)(以上均為江蘇德林環(huán)保技術(shù)有限公司產(chǎn)品);電磁閥(LVM112-5A-1,日本CKD公司);GT-32可編程控制器PLC(日本松下公司).所有的管路均采用聚四氟乙烯(PTFE)管;V-5600型可見分光光度計(上海元析儀器有限公司).

500 mg/L磷標(biāo)準(zhǔn)貯備液(以PO3-4計):稱取0.716 5 g預(yù)先在100～105℃干燥并已恒重過的磷酸二氫鉀,精確至0.2 mg,溶于約500 mL水中,定量轉(zhuǎn)移至1 L容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻,臨用前逐級稀釋.

鉬酸銨溶液(1 000 mL燒杯中置入20 g(N H4)6Mo7O24·4H2O、88 mL H2SO4(1∶1)、0.2 g酒石酸銻鉀(KSbC4H4O7·1/2H2O),加水溶解定容至1 000 mL);25 g/L抗壞血酸溶液.

以上所用試劑均為分析純,用水均為去離子水.

1.2 實驗方法

其次，政府?dāng)?shù)據(jù)開放對于經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展的實現(xiàn)比較有利。在現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展過程中，政府?dāng)?shù)據(jù)屬于十分重要的一種資源，在促使經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變方面具有十分重要的作用。在政府?dāng)?shù)據(jù)開放實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，可使傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行機(jī)制得以改變，促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)優(yōu)化及調(diào)整，使經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率及水平能夠得以有效提升，在此基礎(chǔ)上使社會經(jīng)濟(jì)價值得以有效提升，實現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)更好發(fā)展。另外，社會公眾能夠?qū)φ_數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，對數(shù)據(jù)潛在價值進(jìn)行挖掘，可使數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，可使數(shù)據(jù)價值被更好開發(fā)及利用，使經(jīng)濟(jì)增值創(chuàng)新得以實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上得到更好經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù) GB/T6913-2008分光光度法的實驗原理,建立了水中正磷酸鹽流動注射全自動在線分析法,設(shè)計了正磷酸鹽流動注射自動在線監(jiān)測儀,用可編程控制器PLC控制各部件,并接收和存儲數(shù)據(jù).分析流程見圖1.按圖1所示流路,采用管內(nèi)徑1 mm,外徑3 mm的聚四氟乙烯管連接流路.開啟陶瓷泵、蠕動泵進(jìn)樣,待基線穩(wěn)定后,測定反應(yīng)的吸光度,以峰高記數(shù)定量.

圖1 正磷酸鹽流動注射全自動在線分析儀流程圖Fig.1 Schematic diagram of the FIA system for orthophosphate determination

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件的優(yōu)化

2.1.1 顯色劑濃度的選擇

鉬酸銨溶液作為顯色劑,其質(zhì)量濃度對顯色效果有明顯影響.實驗表明,當(dāng)鉬酸銨溶液質(zhì)量濃度達(dá)20g/L,硫酸88 mL/L時,吸光度趨于穩(wěn)定,加入適當(dāng)過量的酒石酸銻鉀能提高顯色反應(yīng)的速率,試驗選擇0.2 g/L的酒石酸銻鉀.

2.1.2 載流液濃度的選擇

抗壞血酸作為氧化劑,其質(zhì)量濃度對還原磷鉬鹽銻絡(luò)合物有明顯影響.實驗表明,當(dāng)抗壞血酸濃度達(dá)到25 g/L時,吸光度趨于穩(wěn)定,在710 nm處有最大吸光度.

2.1.3 水樣環(huán)、顯色劑環(huán)長的選擇

水樣環(huán)和顯色劑環(huán)的長度對反應(yīng)有明顯影響,實驗結(jié)果如圖2和圖3所示.當(dāng)水樣環(huán)長度取10 cm時,吸光度達(dá)最大.顯色劑環(huán)為兩段,分別在水樣的兩端,為使反應(yīng)比例相同,取相同長度,當(dāng)同取15 cm時效果最佳.

圖2 水樣環(huán)長對吸光度的影響Fig.2 Effect of the length of water sample loop on absorbance

圖3 顯色劑環(huán)長對吸光度的影響Fig.3 Effect of the length of reagent loop on absorbance

2.1.4 反應(yīng)管長度的選擇

反應(yīng)管是樣品在載流液中反應(yīng)并混合分散的必要場所,因而其長度對反應(yīng)的影響尤為明顯.反應(yīng)管過長會導(dǎo)致體系分散度增加,容易出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象,過短可能導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物流出反應(yīng)管,而檢測不到信號.實驗結(jié)果如圖4所示,實驗表明,當(dāng)反應(yīng)管長取2.0 m時,吸光度值最大.

圖4 反應(yīng)管長度對吸光度的影響Fig.4 Effect of the length of the reaction tube on absorbance

2.1.5 載流流速的選擇

檢測流速在流動注射分析中是比較重要的試驗參數(shù).流速過大會導(dǎo)致反應(yīng)不夠充分;流速過小,會導(dǎo)致體系的分散度較大,不但增加反應(yīng)時間,還會使體系的吸光度變小.在泵速分別為1.0 mL/min、2.0 mL/min、2.5 mL/min、3.0 mL/min、4.0 mL/min 的實驗條件下 ,當(dāng)取3.0 mL/min時,吸光度趨于穩(wěn)定,效果最佳.

2.2 方法的工作曲線、檢出限、精密度

在選定的實驗條件下,測定 PO3-4含量為0 mg/L、3.0 mg/L 、6.0 mg/L 、9.0 mg/L 、12.0 mg/L 、15.0 mg/L等的標(biāo)準(zhǔn)溶液,吸光度A與 PO3-4含量在0～15.0 mg/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系.回歸方程為:A=0.033 74B+0.014 03(式中A為吸光度,B為PO3-4的質(zhì)量濃度,mg/L).相關(guān)系數(shù) r為0.999 3.

按實驗方法對PO3-4的質(zhì)量濃度為5 mg/L磷標(biāo)準(zhǔn)溶液測定11次的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.75%.

對試劑空白進(jìn)行11次平行測定,按3倍空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差計算出本方法的檢出限為1μg/L.

2.3 樣品測定與加標(biāo)回收試驗

從不同地方分別取環(huán)境水樣,用快速濾紙過濾備用,過濾時間不超過10 min,棄去開始的10 mL濾液.按實驗方法測定,測定結(jié)果及加標(biāo)回收率見表1(標(biāo)準(zhǔn)溶液中PO3-4的質(zhì)量濃度為0.5 mg/L).

表1 水樣中PO3-4的測定結(jié)果Table 1 The concentration of PO3-4 in the water sample

3 結(jié)論

本實驗將GB/T6913-2008分光光度法在線化,成功研制了測定正磷酸鹽的全自動分析儀.方法在0～15.0 mg/L范圍內(nèi)吸光度與質(zhì)量濃度呈良好線性關(guān)系,應(yīng)用該儀器對湖泊水、工業(yè)廢水水樣的正磷酸鹽含量進(jìn)行測定和回收率實驗,取得了令人滿意的結(jié)果.為環(huán)境工作者提供了一種簡單快捷的監(jiān)測方法.

[1]國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002:246-248.

[2]方肇倫.流動注射分析法[M].北京:科學(xué)出版社,1999:8.

[3]王慶霞,蘇苓,張海濤.流動注射分光光度法測定工業(yè)廢水中正磷酸鹽[J].化學(xué)工程師,2006,11(134):30-31.

[4]BENSON R L,TMONG YB,MCKELVIE I D,et al.Monitoring of dissolved reactive phosphorus in wastewaters by flow injection analysis,Part 1.Method development and validation[J].Water Research,1996,30:1959-1964.

[5]范世華,MULL ER H W,SCHWEIZER B,等.微波在線消解流動注射光度分析方法測定環(huán)境廢水中總磷[J].冶金分析,2003,23(2):1-4.

On-line automatic determination of orthophosphate in wastewater by flow injection spectrophotometry

ZHENG Li-jing1,HONG Ling-cheng1,YANG Wei1,WANG Lin-qin2

(1.Institute of Environmental Science and Engineering,Hehai University,N anjing210098,Jiangsu,China;
2.Delin Environmental Instrument Co Ltd,N anjing211103,Jiangsu,China)

O 652.2

A

1008-1011(2011)01-0066-03

2010-09-14.

鄭立靜(1984-),女,碩士生.研究方向:水環(huán)境全自動在線監(jiān)測.E-mail:zaishuiyifang2006@163.com.