邢書才,岳亞萍,趙彥輝，王偉，郭偉臣

(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所 國家環(huán)境保護(hù)污染物計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

甲醛對人體有較大危害，已被世界衛(wèi)生組織確定為致癌致畸物質(zhì)[1]，是環(huán)境污染重點(diǎn)監(jiān)測物質(zhì)。分光光度法測定水體中的甲醛，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法有《4-氨基-3-聯(lián)氨-5-巰基-1，2，4-三氮雜茂分光光度法》(簡稱AHMT法)、《水質(zhì) 甲醛的測定 乙酰丙酮分光光度法》(簡稱乙酰丙酮法)和《甲醛的測定 變色酸分光光度法》(簡稱變色酸法)[2-4]。檢測分析中，幾種分析方法的技術(shù)參數(shù)差別較大，不同方法的選擇會對檢測分析產(chǎn)生不同的影響。以往文獻(xiàn)，在涉及方法應(yīng)用和改進(jìn)方面已有一些報道[5-15]，但未見有方法的綜合比對和方法評價方面的研究。本研究對3種方法技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究和論述，提出方法的選擇性指導(dǎo)意見。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL，CAS50-00-0)，由AccuStandard公司提供；甲醛標(biāo)準(zhǔn)使用液(1.00 μg/mL，10.00 μg/mL，由甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋而成) ；水中甲醛標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(編號 GSB 07-1179-2000)，由環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所提供；硫酸：ρ(H2SO4)=1.84 g/mL(保證試劑)；硫酸溶液：c(1/2H2SO4)=1 mol/L；硫酸溶液：c(1/2H2SO4)=6 mol/L；鹽酸：ρ(HCl)=1.19 g/mL(保證試劑)；鹽酸[c(HCl)=0.5 mol/L] ；乙酸銨、冰乙酸、乙酰丙酮、變色酸、氫氧化鉀、高碘酸鉀均為分析純；4-氨基-3-聯(lián)氨-5-巰基-1，2，4-三氮雜茂(AHMT),分析純。

Cary 300 UV-Vis 型紫外可見分光光度計(jì)；10,25 mL成套具塞比色管(德國默克公司)；LT-381型恒溫水浴槽。

1.2 溶液配制

1.2.1 EDTA-2Na-KOH溶液(100 g/L) 稱取EDTA-2Na 10.0 g，用5 mol/L的KOH溶液溶解并稀釋至100 mL。

1.2.2 KIO4溶液(15 g/L) 稱取KIO41.5 g于燒杯中，加入0.2 mol/L的KOH溶液，在水浴上加熱溶解后稀釋至100 mL。

1.2.3 乙酰丙酮溶液 稱取乙酸銨50 g溶于100 mL水中，加入冰乙酸6 mL,乙酰丙酮0.5 mL，混合均勻。

1.2.4 變色酸溶液(20 g/L) 稱取2 g變色酸溶于水，稀釋至100 mL，臨用前現(xiàn)配。

1.2.5 AHMT溶液(5 g/L) 稱取0.25 g AHMT，溶于鹽酸[c(HCl)=0.5 mol/L]中，并稀釋至50 mL。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 校準(zhǔn)曲線的繪制

1.3.1.1 乙酰丙酮光度法制備校準(zhǔn)曲線 以甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液制備工作標(biāo)準(zhǔn)，參照《水質(zhì)甲醛的測定乙酰丙酮分光光度法》(HJ 601—2011)的測試要求，配制校準(zhǔn)系列并分析測試，由測試數(shù)據(jù)繪制校準(zhǔn)曲線。

測定方法為取10.00 μg/mL的甲醛標(biāo)準(zhǔn)使用液0,0.50,1.00,3.00,5.00,8.00 mL于25 mL具塞比色管中，加純水至25 mL刻度線，分別加入乙酰丙酮溶液2.50 mL后搖勻。在(60±2) ℃水浴上加熱15 min后冷卻至室溫，于414 nm波長處，用10 mm比色皿，以純水為參比測定吸光度。

1.3.1.2 變色酸光度法制備校準(zhǔn)曲線 參照《甲醛的測定變色酸分光光度法》(水和廢水監(jiān)測分析方法第四版)進(jìn)行分析測定。為比對實(shí)驗(yàn)需要，將其中的20 mm比色皿改為10 mm 比色皿。

測定方法為在6支25 mL具塞比色管中，分別加入(10.00 μg/mL)甲醛標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00,0.10,0.30,0.50,0.70,1.00 mL，補(bǔ)水至3.0 mL。分別加入變色酸溶液(20 g/L)0.5 mL，搖勻，沿壁緩緩加入硫酸6.0 mL，搖勻。將比色管放入沸水浴中20 min，取出冷卻，用水稀釋至刻度。于570 nm處，用10 nm比色皿，以水為參比，測定吸光度。

1.3.1.3 AHMT光度法制備校準(zhǔn)曲線 參照《4-氨基-3聯(lián)氨-5-巰基-1,2,4-三氮雜茂(AHMT)分光光度法》(GB/T 5750.10—2006)進(jìn)行分析測試。

測定方法為取0,0.25,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00 mL甲醛標(biāo)準(zhǔn)使用液(1 μg/mL)于10 mL比色管，純水定容至5.0 mL刻度。各加入EDTA-2Na-KOH溶液2.0 mL和AHMT溶液2.0 mL后混勻，室溫下放置20 min。加入KIO4溶液0.5 mL振搖30 s，放置5 min。在550 nm波長處，純水為參比，用10 mm比色皿測量吸光度。

1.3.2 樣品的測定

1.3.2.1 用乙酰丙酮光度法測定樣品 取適量樣品(甲醛含量不超過80 μg，體積不超過25 mL)，參照校準(zhǔn)曲線測定步驟進(jìn)行測定。

1.3.2.2 用變色酸光度法測定樣品 取適量樣品(甲醛含量不超過10.0 μg)，以下參照校準(zhǔn)曲線測定步驟進(jìn)行測定。

1.3.2.3 用AHMT光度法測定樣品 取5 mL樣品(甲醛含量不超過5.0 μg)于10 mL比色管，參照校準(zhǔn)曲線測定步驟進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 校準(zhǔn)曲線的測定結(jié)果

根據(jù)測定結(jié)果，繪制3種方法的校準(zhǔn)曲線,結(jié)果見圖1～圖3。

圖1 校準(zhǔn)曲線(乙酰丙酮法)Fig.1 The calibration curve of acetylacetone spectrophotometry

圖2 校準(zhǔn)曲線(變色酸法)Fig.2 The calibration curve of chromotropic acid spectrophotometry

圖3 校準(zhǔn)曲線(AHMT法)Fig.3 The calibration curve of AHMT spectrophotometry

為避免偶然性，圖1、圖2、圖3所示3種分光光度法的校準(zhǔn)曲線，是經(jīng)多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)得到的近似結(jié)果，每個方法連續(xù)3 d重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表1)按靈敏度取中間值進(jìn)行比對。

表1 校準(zhǔn)曲線測定結(jié)果Table 1 The determination result of calibration curve

由圖1～圖3進(jìn)行分析可知，乙酰丙酮法、變色酸法和AHMT法，3種方法校準(zhǔn)曲線的回歸系數(shù)(R2)分別為0.999 7,0.999 1和0.999 8。其中AHMT法校準(zhǔn)曲線的質(zhì)量好，精密度高。變色酸法校準(zhǔn)曲線的質(zhì)量稍差，精密度略低；在校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)的分布上也缺乏合理性：低濃度區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)較少，且密度??；高濃度區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)分散，不利于提高校準(zhǔn)曲線的精密度。相比之下，AHMT法在測定下限附近低濃度區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)多而密集，在測定上限高濃度區(qū)域，與另外兩種方法相比，標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)相對密集程度較高，標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)的設(shè)置，基本符合兩端密中間疏的規(guī)則，符合方法學(xué)要求。

2.2 分析方法靈敏度的對比

由3種測定水中甲醛分光光度法的校準(zhǔn)曲線，可計(jì)算出每種方法的校準(zhǔn)曲線斜率、摩爾吸光系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)見表2。

表2 方法靈敏度參數(shù)Table 2 The sensitivity parameters of analysis method

由表2所列校準(zhǔn)曲線斜率的數(shù)據(jù)可知，分析方法靈敏度從高到低的順序?yàn)?AHMT 法﹥變色酸法﹥乙酰丙酮法，AHMT 法的靈敏度參數(shù)，分別是變色酸法和乙酰丙酮法的1.7倍和4.5倍。從摩爾吸光系數(shù)的數(shù)據(jù)分析，AHMT 法的摩爾吸光系數(shù)最大，比變色酸法高1.4倍，比乙酰丙酮法高3.3倍。兩種技術(shù)參數(shù)都表明，在 3 種方法中，AHMT 法的靈敏度最高。

2.3 檢出限和定量限的比對

分析方法的檢出限和定量限，可由《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2010)[16]的規(guī)定方法(0.01/b)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 檢出限和定量限比對Table 3 The comparison of detection limit and quantitative detection limit

由表3可知，乙酰丙酮法、變色酸法、AHMT法，檢出限分別為0.047，0.017，0.010 mg/L；其中AHMT法，無論檢出限還是定量限都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他兩種分析方法，比變色酸法低了近50%，在量值上相差了近1倍；比乙酰丙酮法低了近80% ，在量值上相差了近4倍?？梢夾HMT法在檢出限和定量限技術(shù)指標(biāo)上，明顯優(yōu)于變色酸法和乙酰丙酮法。

2.4 有效測定范圍的比對

分析方法的有效測定范圍，是指在測定誤差滿足預(yù)定要求的前提下，特定方法的測定下限(定量限)至測定上限之間的濃度范圍。3種分光光度法的有效測定范圍指標(biāo)列于表4。

試劑空白的大小直接影響到比色的本底背景，也直接反映到校準(zhǔn)曲線的截距上，是影響截距的主要因素之一，使整個分析校準(zhǔn)的測定平臺上移，最終影響分析方法的測定范圍。AHMT 法的試劑空白在0.02～0.03之間，上述校準(zhǔn)曲線的截距為 0.026 相對稍大，但絕對值仍屬較小，以水為參比是可以接受的,對測定范圍的影響不大。由表4可知，乙酰丙酮法的測定上限最高，為 3.2 mg/L,但該方法的測定下限較高，為 0.20 mg/L,比變色酸法測定下限(0.040 mg/L)高4倍，比AHMT 法測定下限(0.025 mg/L)高7倍，也從另一個方面反映出乙酰丙酮法的測定靈敏度較低。由于坐標(biāo)系的差異，給不同分析方法的測定范圍的比較帶來不便。本研究用測定上限與測定下限的比值(測定上限/測定下限)大小，來比較不同分析方法測定范圍的寬窄。乙酰丙酮法、變色酸法和AHMT 法，3 種方法的比值分別為(3.2/0.20=16)、(0.40/0.040=10)和(0.50/0.025=20)。由此可見，AHMT 法的有效測定范圍在 3 種分析方法中最寬。

表4 分析方法的測定范圍Table 4 The determination range of analytical method

2.5 3種方法在實(shí)驗(yàn)效率上的比對

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法要求，乙酰丙酮法和變色酸法，在分析測定中都有水浴加熱步驟。乙酰丙酮光度法需要在(60±2) ℃水浴中加熱15 min，然后冷卻至室溫；變色酸光度法需要在沸水浴中加熱20 min，然后冷卻至室溫。兩種分析方法從加熱開始至冷卻至室溫，都相對需要較長時間，使整個實(shí)驗(yàn)周期加長。僅此一方面，無需水浴加熱的AHMT 法，就比其他兩種分光光度法，在時間成本上可減少1倍左右。

2.6 3種方法的精密度比對

按3種方法的測定下限制備實(shí)驗(yàn)樣品，乙酰丙酮法濃度為 0.200 mg/L、變色酸法濃度為 0.070 0 mg/L、AHMT法濃度為 0.040 0 mg/L，分別進(jìn)行測定(n=6),用以評估方法的精密度，測定結(jié)果見表5。

表5 精密度檢測結(jié)果Table 5 The determination result of precision

由表5可知，6次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.006 6,0.007 4和0.005 1。表明 3 種方法的精度均較好，其中AHMT 法樣品的濃度最低，但測定結(jié)果的精密度很好。

2.7 3種方法的準(zhǔn)確度比對

用3種分光光度法分別對甲醛標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定(n=6)，以檢驗(yàn)分析方法的準(zhǔn)確度。檢測結(jié)果見表6。同時以人造板生產(chǎn)廢水為實(shí)際樣品進(jìn)行測定，并進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。加標(biāo)實(shí)驗(yàn)取樣及測定方法：乙酰丙酮法移取廢水樣品20.00 mL，加入2.75 mg/L的甲醛標(biāo)液5.00 mL，以下按原分析方法測定；變色酸法移取廢水樣品10.00 mL，加入1.00 mg/L的甲醛標(biāo)液2.50 mL，按方法步驟測定；AHMT法移取廢水樣品5.00 mL，加入1.00 mg/L的甲醛標(biāo)液1.00 mL，按分析方法測定。測定結(jié)果見表 7、表 8。

表6 準(zhǔn)確度檢測結(jié)果Table 6 Testing result of accuracy

表7 實(shí)際樣品測定結(jié)果Table 7 Determination result of actual samples

表8 回收率測定結(jié)果Table 8 Experimental results of standard addition

由表 6可知，乙酰丙酮法、變色酸法、AHMT 法的測定均值分別為0.408，0.410，0.405 mg/L 。用3種分析方法的測定均值與標(biāo)準(zhǔn)值 0.401 mg/L進(jìn)行t 檢驗(yàn)，t 檢驗(yàn)值分別為2.06，2.42 和 1.44，均小于臨界值 2.45 ，說明3種分光光度法的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值無顯著性差異。其中AHMT 法的測定值的偏差最小。由表7可知，樣品測定結(jié)果的一致性尚好，其中AHMT 法的偏差較小。表 8 中回收率測定結(jié)果表明，AHMT 法的回收率相對良好。

同時，從分析方法的抗干擾性上，相較于其他方法，AHMT 法具有在大量乙醛、丙醛、丁醛、苯乙醛等多種醛類物質(zhì)存在下不干擾測定的特點(diǎn)[2]。

3 結(jié)論

乙酰丙酮分光光度法、變色酸分光光度法和 4-氨基-3-聯(lián)氨-5-巰基-1，2，4-三氮雜茂(AHMT)分光光度法，是現(xiàn)行實(shí)施測定水中甲醛的3種標(biāo)準(zhǔn)分析方法。以往在3種分析方法的應(yīng)用中，缺乏指導(dǎo)性意見。本研究以3種分光光度法為研究對象，按照方法學(xué)的技術(shù)要求，對3種分析方法在校準(zhǔn)曲線的精密度、線性質(zhì)量、測定靈敏度、方法的檢出限和定量限、有效測定范圍、方法的實(shí)驗(yàn)效率方面，進(jìn)行深入的研究與論證。以實(shí)際樣品和有證標(biāo)準(zhǔn)樣品的分析測定，檢查和比對3種分析方法的精密度和準(zhǔn)確度，根據(jù)比對研究結(jié)果，對3種分析方法進(jìn)行評價。比對結(jié)果表明，在上述測定水中甲醛的3種分光光度法中，《 4-氨基-3-聯(lián)氨-5-巰基-1，2，4-三氮雜茂分光光度法》的綜合技術(shù)指標(biāo)最佳，最為突出的特點(diǎn)是該分析方法的特異性和選擇性好，在大量乙醛、丙醛、丁醛、苯乙醛等醛類共存的條件不干擾測定，是測定水中甲醛的優(yōu)選測定方法。