王燕楓， 楊 清

（江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心， 江蘇 南京 210036）

0 引言

在水和廢水的監(jiān)測中，CODCr標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)之一。可以從環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采購中心直接購買，也可以按國標(biāo)法[1]用基準(zhǔn)的或優(yōu)級純的鄰苯二甲酸氫鉀自行配制[2-4]。在水和廢水的在線監(jiān)測中[5-8]，CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液是CODCr在線監(jiān)測儀校準(zhǔn)、調(diào)試、運行維護工作[9-10]中使用量較大且不可或缺的。為了確保自配的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量，配置后必須進行嚴(yán)格的驗證檢測[11-12]。按常規(guī)，采用回流消解的國標(biāo)法是唯一正確的驗證檢測方法[13-15]。但國標(biāo)法消解回流時間長，并造成化學(xué)試劑（濃H2SO4+Ag2SO4）、水、電、人工等浪費。 因此作者根據(jù)CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液是由單一的鄰苯二甲酸氫鉀溶于水而制備，且鄰苯二甲酸氫鉀溶液在紫外區(qū)具有特征的吸收光譜這一特性，經(jīng)過反復(fù)試驗，建立了用紫外分光光度法驗證測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的新方法。該方法不需耗費水、電以及H2SO4，K2Cr2O4等試劑，十分簡便、快速且線性范圍寬、精密度高、準(zhǔn)確度好。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

1.1.1 儀器

UV-1780型紫外可見分光光度計，日本島津，波長范圍：190～1 100 nm；波長準(zhǔn)確度：±0.3 nm。

按國標(biāo)法要求的消解回流裝置：即可控硅調(diào)節(jié)的聯(lián)式電爐，標(biāo)準(zhǔn)磨口250 mL錐形瓶，40 cm球形冷凝管等組裝的全玻璃回流裝置。

25 mL或50 mL酸式滴定管。50 mL比色管或容量瓶。

1.1.2 試劑

《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）“化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法”所需的整套試劑。

鄰苯二甲酸氫鉀(優(yōu)級純),用于制備CODCr標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液或直接稱取一定量溶于水制備所需濃度的CODCr標(biāo)準(zhǔn)使用液。配制方法是根據(jù)將鄰苯二甲酸完全氧化的CODCr質(zhì)量比為1.176 g/g,如制備質(zhì)量濃度1 mg/mL的CODCr標(biāo)準(zhǔn)儲備液1 000 mL：稱取在105～110℃干燥2 h的鄰苯二甲酸氫鉀0.850 3 g溶于水，轉(zhuǎn)入容量瓶，用水稀釋定容至1 000 mL。用此標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制紫外分光光度法所需的不同濃度的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2 試驗方法

方法1：根據(jù)相關(guān)文獻[1]用消解回流法驗證測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度。 要點：①ρ（CODCr）〉50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液用高濃度試劑進行消解回流測定；ρ（CODCr）〈50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液用低濃度試劑進行消解回流測定；②消解回流總體積為60 mL，回流時間2 h。

方法2：取適量質(zhì)量濃度為1 mg/mL的CODCr標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液稀釋配制質(zhì)量濃度25～500 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，用UV-1780紫外可見分光光度計測定標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度（A），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并求出曲線的回歸方程和相關(guān)系數(shù)。然后測定自配的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出相應(yīng)的CODCr值，與配置值或消解回流法驗證值比對。

2 結(jié)果與討論

2.1 鄰苯二甲酸氫鉀的吸收光譜

用UV-1780對鄰苯二甲酸溶液進行全區(qū)域（190～1 100 nm）掃描，其結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 190～1100 nm區(qū)間鄰苯二甲酸氫鉀的吸收光譜

圖2 190～310 nm區(qū)間鄰苯二甲酸氫鉀的吸收光譜

由圖1、圖2可以看出，用于制備CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的鄰苯二甲酸氫鉀在 190～310 nm紫外區(qū)有特征吸收光譜。

2.2 測定波長的選擇

選擇測定波長應(yīng)滿足如下2個條件：①在該波長處，被測定物質(zhì)應(yīng)有適宜的檢測靈敏度；②在用該波長檢測時，有一個吸光度穩(wěn)定的區(qū)間，按最低要求，在波長精度范圍內(nèi)，吸光值穩(wěn)定。根據(jù)以上2個條件，從圖2上可清楚地看到，可供選擇的波段262.2～266.0 nm和278.4～281.6 nm都可能選為測定波長。通過進一步的篩選，即分別用263.6 nm和279.8 nm測定1組CODCr標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度，繪制工作曲線，求出曲線方程和方程的斜率（b）、截距（a）以及相關(guān)系數(shù)（r），見表 1。對比發(fā)現(xiàn)用λ=263.6 nm的波長檢測時，標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距〈0.005，線性相關(guān)系數(shù)達0.999 9或1.000 0，而用λ=279.8 nm時，其標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距〉0.005，線性相關(guān)系數(shù)只有2個9，故確定λ=263.6 nm為測定波長。

表1 263.6 nm和279.8 nm波長測定結(jié)果

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

λ=263.6 nm標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制過程中制備CODCr標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，并于λ=263.6 nm處測定其A，具體見表2。減空白后以CODCr值為橫坐標(biāo)，A263.6為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出曲線的回歸方程，同時得出斜率b=0.003 5，截距a=0.003 9和線性相關(guān)系數(shù)r=1.000。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

2.4 檢出限、測定下限，最佳測定范圍和摩爾吸光系數(shù)

分光光度法的檢出限有幾種測定和計算方法[2]。最簡便的方法就是將產(chǎn)生0.010吸光度的溶液濃度作為被測物的檢測限。本文根據(jù)線性回歸方程，y=0.0035x+0.0039，則檢出限，DL=(0.010-0.003 9)/0.003 5=1.74 mg/L。測定下限為3.3倍的DL，即：3.3×1.74=5.74 mg/L。在分光光度計的使用中，A一般控制在2.0以下，以獲得較好的線性。根據(jù)表2可以看出，當(dāng)由鄰苯二鉀酸氫鉀配置的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度小于500 mg/L時，A都在2.0以下。因此本方法的最佳測定范圍應(yīng)該是5.7～500 mg/L。

根據(jù)比爾定律，A=εdc（c為濃度，d為介質(zhì)層厚度），當(dāng) λ =263.6nm 時，ε=856.3。

2.5 精密度實驗

UV-1780紫外可見分光光度計對同濃度的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定具有優(yōu)異的重現(xiàn)性。1 d內(nèi)每隔1 h對同一CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液進行8次平行測定，結(jié)果都是相同的吸光值。這是應(yīng)用消解回流的國標(biāo)法測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度時所無法做到的。不僅是批內(nèi)，即使是批間，該儀器的檢測重現(xiàn)性也同樣好。作者對同一CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液，每天檢測1次，共測了5 d，僅有2 d在吸光值的出現(xiàn)過非常小的波動。用UV-1780 測定 CODCr標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(ρ=1 mg/mL)配制的6個平行樣，檢測結(jié)果見表3。而用于國標(biāo)法測定的是同一濃度的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液進行6次平行測定的結(jié)果。

精密度試驗表明：UV法在測定低、高濃度的CODCr時，都能繪出優(yōu)異的重現(xiàn)性，這是國標(biāo)法不可能達到的，尤其在測定低濃度CODCr時，由于受多種因素的影響，國標(biāo)法的精密度一般較差。

表3 精密度試驗結(jié)果

2.6 準(zhǔn)確度試驗

2.6.1 CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

由于環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所啟用GSB 073161—2014新標(biāo)準(zhǔn)后，采用了其他基準(zhǔn)物質(zhì)配制CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液，見圖3。

圖3 按GSB 07-3161—2014新標(biāo)準(zhǔn)配制的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液在190～310 nm區(qū)間的吸收光譜

為了驗證用鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制備的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液與按新標(biāo)準(zhǔn)制備的有證CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液無顯著差異，我們請有豐富實驗室工作經(jīng)驗的高級工程師負責(zé)制備了低、中、高3種與有證標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度相同的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液和用于測定的K2Cr2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液，另請3位實驗室工程師級的分析工作者同時按相同的條件，對同一濃度的2種CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液(自配和有證)用國標(biāo)法各進行6次平行測定，計算平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差，對測定結(jié)果進行t檢驗[2]，從而給出自配標(biāo)準(zhǔn)溶液的可靠性。

對 ρ（CODCr）=59.5± 4.6 mg/L的有證標(biāo)準(zhǔn)溶液和自配相同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定結(jié)果見表4。

表4 自配和有證標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定結(jié)果

根據(jù)t檢驗規(guī)定，t計算〈t表，即表示測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值無顯著性差異，這也說明用鄰苯二甲酸氫鉀配制的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液與購置的有證標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度值、不確定度區(qū)間不存在顯著性差異。因此用鄰苯二甲酸氫鉀配制的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液可以作為紫外分光光度法準(zhǔn)確度試驗的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

按上述方法對自配的CODCr值與有證標(biāo)準(zhǔn) (批號 2001105，ρ（CODCr） =142 mg/L；批號 2001104，ρ（CODCr）=243 mg/L)相同的2個標(biāo)準(zhǔn)溶液進行測定，并進行t檢驗，證實自配標(biāo)準(zhǔn)溶液與有證標(biāo)準(zhǔn)溶液無顯著差異，可用于紫外分光光度法的準(zhǔn)確度實驗。

2.6.2 紫外分光光度法的準(zhǔn)確度試驗

分別用紫外分光光度法和消解回流法對上述制備的低、中、高3種濃度的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液進行測定，結(jié)果見表5。

表5 紫外分光光度法和消解回流法測定結(jié)果

準(zhǔn)確度實驗表明，紫外分光光度用于測定用鄰苯二甲酸氫鉀制備的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液，不僅精密度高，而且準(zhǔn)確度也很好，這是用消解回流的國標(biāo)很難達到的。

2.7 紫外光度法標(biāo)準(zhǔn)曲線的穩(wěn)定性

紫外分光光度用于驗證測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，還有一重要的特點，即制備的標(biāo)準(zhǔn)曲線十分穩(wěn)定。作者從2016年5月開始對標(biāo)準(zhǔn)曲線的穩(wěn)定性進行試驗，每月重新配制標(biāo)準(zhǔn)系列，測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，連續(xù)6個月的測定結(jié)果見表6。

表6 標(biāo)準(zhǔn)曲線穩(wěn)定性試驗

表6的結(jié)果顯示，紫外光度法測定由鄰苯二甲酸氫鉀制備的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液，其標(biāo)準(zhǔn)曲線具有很好的穩(wěn)定性，連續(xù)6個月的檢查，未發(fā)現(xiàn)顯著差異。

2.8 紫外光度法與國標(biāo)法的對比

紫外光度法和國標(biāo)法全方位的對比總結(jié)見表7。對比分析結(jié)果表明紫外光度法在驗證測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液方面優(yōu)勢明顯。

表7 驗證測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液紫外光度法與國標(biāo)法的比較

3 結(jié)論

（1）用于制備CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的鄰苯二甲酸氫鉀，在紫外區(qū)(190～310 nm)有特征吸收光譜。根據(jù)其光譜特征，可選擇263.6 nm為測定波長，用于驗證測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度。

（2）建立了用紫外分光光度法測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的新方法。該方法的檢出限為1.74 mg/L，測定下限5.7 mg/L，最佳測定范圍5.7～500 mg/L。

（3）紫外分光光度法相比消解回流的國標(biāo)法或其他消解回流法，具有國標(biāo)法無可比擬的優(yōu)越性。紫外法測定的精密度高，對低、高濃度的樣品具有同樣好的平行測定重現(xiàn)性，標(biāo)準(zhǔn)偏差幾乎為0。紫外法還具有很好的測定準(zhǔn)確度，相對誤差〈1%。這些優(yōu)越性也是用254 nm為測定波長的紫外分光光度法所難以達到的。

（4）紫外法用于驗證測定CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，大大降低檢測成本。該法不消耗濃H2SO4、硫酸亞鐵銨、K2Cr2O4以及貴重的Ag2SO4等試劑，不耗費冷卻水、電等資源，只需1臺紫外分光光度計，1～2 min即可完成一個樣品的測定，耗時僅是消解回流測定法的1%。是一個節(jié)能環(huán)保的好方法。

（5）近1年來紫外法在江蘇省污染源自動監(jiān)控現(xiàn)場檢查工作中發(fā)揮了重要作用。用于驗證測定實驗室自配的CODCr標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，方便快速，測定準(zhǔn)確，績效顯著。