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摘要：目的：比较挥发酚全自动测定仪、自动液液萃取仪和手工萃取法在水质挥发酚测定过程中的差异，为水质监测提供参考依据。方法：水样蒸馏后，根据 HJ 503-2009分别采用挥发酚全自动测定仪、自动液液萃取仪和手工萃取方法对真值为9.66±0.69μg/L的挥发酚环境标准样品进行分析测定，同时对挥发酚全自动测定仪和自动液液萃取仪进行连续7次空白实验计算方法检出限。结论：挥发酚全自动分析仪和自动液液萃取仪准确度、精密度和检出限均能满足国标要求，可应用于环境水样中挥发酚的测定。挥发酚全自动测定仪全程密闭环保、自动完成萃取、洗涤和比色等操作，适合大批量样品的分析测定；自动液液萃取仪更加适合小批量样品的水质挥发酚分析测定。
关键词： 挥发酚自动测定仪； 自动液液萃取仪; 手工萃取
Comparison of Determination of Volatile Phenol in Water by Volatile Phenol Automatic Analyzer, automatic liquid-liquid extractor and traditional Manual method
Abstract: Purpose: Comparison of Determination of Volatile Phenol in Water by Volatile Phenol automatic analyzer, automatic liquid-liquid extractor and traditional manual method can provide reference in water monitoring. Method: After distilled, volatile phenol environmental standard samples with true value of 9.66±0.69μg/L were analyzed and determined by volatile phenol automatic analyzer, automatic liquid-liquid extractor and traditional manual method according to HJ 503-2009， caculating the detection limit by 7 times of continuous blank test . Conclusion: Volatile phenol automatic analyzer and automatic liquid-liquid extractor can obtain better accuracy and precision，and the detection limit also fit the national standard. Volatile phenol automatic analyzer uses integrated technology to realize the functions of automatic color adding, automatic extraction, on-line automatic separation and detection, automatic cleaning and automatic recovery of dissolution, so it is more suitable to analyze a large sum of samples, and the automatic liquid-liquid extractor can be applied to small scale of water quality analysis .
keyword: Volatile Phenol Automatic Analyzer; automatic liquid-liquid extractor; manual extraction
1 前言
挥发酚具有很强的毒性，危害性极大，能够溶于水，属于水质监测常规监测项目。随着工业化和城市化的速度加快，挥发酚作为一种常见的有机污染物，广泛存在于工业废水、生活污水、以及农药和染料的使用中，对水体质量和自然生态系统构成严重威胁。
酚类根据能否与水蒸汽一同蒸发出来，分为挥发酚和不挥发酚，通常认为沸点在230℃以下的酚类为挥发酚，属于一元酚[1]。水体中酚的主要污染源有炼油、煤气洗涤、炼焦、合成氨、造纸、木材防腐和化工行业的工业废水[2]。
酚类属于高毒物质，可使蛋白质凝固，酚及其衍生物对人体和水生生物毒性很大，被列为最常见和最严重的环境污染物之一 [3] 。水中挥发酚达到一定浓度时可影响水生动植物的生存。人体摄入一定量酚时，会出现急性中毒症状；长期饮用被酚污染的水，可引起头昏、出疹、瘙痒、贫血及各种神经系统症状。水中含低浓度酚0.1~0.2mg/L时，可使生长鱼的肉有异味；大于5mg/L时，鱼中毒死亡。含酚浓度高的废水不宜用于农田灌溉，否则会使农作物枯死或减产[4]。含苯酚的废水对自然环境的危害非常严重，挥发酚作为反映地表水水环境质量的重要因子，属于河流、湖泊和饮用水水源地等的水环境监测的必测项目[5]。因此，准确测定水中的挥发酚具有重要的意义。
挥发酚现行的检测方法有4-氨基安替比林分光光度法、溴化容量法、流动注射分析法、气相色谱法、液相色谱法等[6-10]，其中国标方法HJ 503-2009《水质挥发酚的测定 4- 氨基安替比林分光光度法》是现在用的最广泛的分析方法，原理简单，仪器价格相对便宜。但该方法操作步骤较为繁琐，水样需要经过预蒸馏、显色、手工萃取等步骤后，才能利用分光光度计进行吸光度的测定。实验过程中有大量手工操作，试剂提纯、试剂加入顺序、萃取过程等均可能引入系统误差[11-13]，随着仪器分析技术逐渐向一体化、自动化方向发展，因而自动液液萃取仪、挥发酚全自动分析仪等设备被研究投入用于挥发酚的测定过程中[14-15]。
本文主要研究了挥发酚全自动测定仪、自动液液萃取仪与传统手工萃取法在挥发酚测定过程中的差异性，为实际水样中挥发酚的检测提供依据。
2 检测方法
2.1方法依据
依据环境标准HJ 503-2009《水质 挥发酚的测定4-氨基安替比林分光光度法 》[16]。
2.2 方法原理
用蒸馏法使挥发性酚类化合物蒸馏出，并与干扰物质和固定剂分离。由于酚类化合物的挥发速度是随馏出液的体积变化而变化的，因此，馏出液体积必须与试样体积相等。
被馏出的酚类化合物，在pH(10.0±0.2）介质中，在铁氰化钾存在下，与4-氨基安替比林反应生成橙红色的安替比林染料，用三氯甲烷萃取后，在460nm波长下测定吸光度[15]。
2.3 仪器和试剂
主要仪器：挥发酚全自动测定仪OL2030 （上海昂林科学仪器股份有限公司）、自动液液萃取仪STC-302B（济南盛泰电子科技有限公司）、智能一体化蒸馏仪ST106-3RW（济南盛泰电子科技有限公司）、紫外可见分光光度计TU-1810D （北京谱析通用仪器责任有限公司）
主要试剂：4-氨基安替比林、氯化铵、氨水、铁氰化钾、硅镁吸附剂（60-100目）、三氯甲烷，均为国药集团化学试剂有限公司，实验室自制无酚水。
3 实验操作步骤
3.1 4-氨基安替比林的提纯
根据HJ 503-2009《水质 挥发酚的测定 4- 氨基安替比林分光光度法》规定，采用分光光度法测定地表水中的挥发酚时，4- 氨基安替比林的纯度对实验结果有重要影响。因此，在开展试验前需要对 4- 氨基安替比林进行提纯并进行空白值检验，确保空白测定吸光值低于 0.080。本次研究采用是按照HJ 503-2009《水质挥发酚的测定 4- 氨基安替比林分光光度法》中附录 B 中的方法使用硅镁吸附剂对 4- 氨基安替比林进行过滤、提纯。
将100mL配制好的4-氨基安替比林溶液（2g/100mL水）置于烧杯中，加入10g硅镁吸附剂（弗罗里硅土，60～100目，600°C烘制4h），用玻璃棒充分搅拌，静置片刻，将溶液在中速定量滤纸上过滤，收集滤液，置于棕色试剂瓶内，于4°C下保存。在实际操作过程中，由于现售的4-氨基安替比林通常品质不太好， 有微微淡红色， 一般4-氨基安替比林的称样量可增加到2-2.5g每100毫升水。当用10g硅镁吸附剂对4-氨基安替比林溶液进行提纯处理不能满足空白实验要求时， 可酌情增加提纯次数。
3.2 标准使用液的配制
选用酚标准溶液标准值1000mg/L，相对不确定度2%（k=2）。由环境保护部标准样品研究所提供，标准号GSB07-1281-2000，批号102317。
准确量取10.00mL酚的标准贮备液（1000mg/L）用无酚水稀释至100mL，配成酚标准中间液10.0mg/L（使用时当天配制)； 量取10.00mL酚标准中间液用无酚水稀释至100mL配制成酚标准使用液1.00mg/L（配制后2h内使用）。
3.3 标准曲线的绘制
挥发酚全自动分析仪：分别取1μg/mL 的酚标准使用液0mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL和10.0mL放至样品杯中，再加水至250mL，上全自动挥发酚测定仪，由萃取仪自动添加完成20mL NH4Cl缓冲溶液（20g/L）、15mL经提纯处理的4-氨基安替比林溶液（2g/L）和15mL铁氰化钾溶液（8g/L），充分混匀后，仪器自动加入10mL三氯甲烷，在线自动萃取分离比色。以挥发酚的质量为横坐标，以扣除空白后吸光度为纵坐标，得到标准曲线，见表1。
表1 挥发酚全自动萃取测定仪标准系列
Tab.1 The volatile phenol automatic analyzer standard series
标准物质含量（μg） | 0.00 | 0.25 | 0.50 | 1.00 | 3.00 | 5.00 | 7.00 | 10.00 |
吸光值 | 0.065 | 0.081 | 0.093 | 0.114 | 0.222 | 0.328 | 0.441 | 0.604 |
减空白后吸光值 | 0.000 | 0.016 | 0.027 | 0.049 | 0.157 | 0.263 | 0.376 | 0.539 |
回归方程 | y=0.0538x-0.0015 相关系数r=0.9998 | |||||||
自动液液萃取仪：分别取1μg/mL 的酚标准使用液0mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL和10.0mL放至样品杯中，再加水至250mL，分别加入2.0mL NH4Cl缓冲溶液（200g/L）、1.5mL经提纯处理的 4-氨基安替比林溶液（20g/L）和15mL铁氰化钾溶液（80g/L），充分混匀显色后，加入10mL三氯甲烷使用自动液液萃取仪（萃取功率30W，萃取时间2min）自动萃取后，用干脱脂棉或滤纸拭干分液漏斗颈管内壁，于颈管内塞一小团干脱脂棉或滤纸，将三氯甲烷层通过干脱脂棉团或滤纸，弃去最初滤出的数滴萃取液后，将余下三氯甲烷直接放入光程为30mm的比色皿中于分光光度计460nm波长下比色测定吸光值。以挥发酚的质量为横坐标，以扣除空白后吸光度为纵坐标，得到标准曲线，见表2。
表2 自动液液萃取仪测定挥发酚标准系列
Tab.2 The automatic liquid-liquid extractor standard series
标准物质含量（μg） | 0.00 | 0.25 | 0.50 | 1.00 | 3.00 | 5.00 | 7.00 | 10.00 |
吸光值 | 0.067 | 0.091 | 0.098 | 0.118 | 0.255 | 0.384 | 0.487 | 0.672 |
减空白后吸光值 | 0.000 | 0.024 | 0.031 | 0.051 | 0.188 | 0.317 | 0.420 | 0.605 |
回归方程 | y=0.0605x+0.0021 相关系数r=0.9993 | |||||||
传统手动法萃取：按照国标HJ 503-2009操作步骤分别取1μg/mL 的酚标准使用液0.00mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL和10.0mL放至分液漏斗中，再加水至250mL，再加2.0mLNH4Cl缓冲溶液（200g/L）、1.5mL 4-氨基安替比林溶液（20g/L）和15mL铁氰化钾溶液（80g/L），充分混匀后，显色10min后，加入10mL三氯甲烷手动萃取2min后显色步骤同自动液液萃取仪萃取法，得到标准曲线，见表3。
表3 传统手动萃取法测定标准系列
Tab.3 The traditional manual method standard series
标准物质含量（μg） | 0.00 | 0.25 | 0.50 | 1.00 | 3.00 | 5.00 | 7.00 | 10.00 |
吸光值 | 0.072 | 0.093 | 0.104 | 0.137 | 0.238 | 0.346 | 0.462 | 0.641 |
减空白后吸光值 | 0.000 | 0.021 | 0.032 | 0.065 | 0.166 | 0.274 | 0.390 | 0.569 |
回归方程 | y=0.0559x+0.0028 相关系数r=0.9996 | |||||||
由表1、表2、表3可知，以挥发酚的质量为横坐标，以扣除空白后的吸光值为纵坐标进行曲线回归，三种方法都能呈现良好的线性，校准曲线回归方程相关系数均能达到0.999以上。
4 检出限的计算
根据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》（HJ168-2010），取实验用无酚水重复进行 7次空白试验，按照样品分析的全部步骤，使用全自动挥发酚测定仪，自动液液萃取仪器重复测定7次空白试验，将各测定结果换算成样品中的浓度，计算7次平行测定的标准偏差，按下式计算方法的检出限，并按4倍检出限计算测定下限[17]。
MDL=t(n-1,0.99)×S
式中：MDL——挥发酚的检出限；
N——平行测定的次数；
t——自由度为 n-1，置信度为 99%时的 t 分布, 查表可得；
S——n次平行测定的标准偏差。
表4 全自动萃取法空白实验测定结果
Tab.4 The results of blank test by the volatile phenol automatic analyzer
平行测定次数 | 吸光值 | 计算浓度（mg/L) |
1 | 0.065 | 0.00506 |
2 | 0.063 | 0.00491 |
3 | 0.065 | 0.00506 |
4 | 0.063 | 0.00491 |
5 | 0.062 | 0.00483 |
6 | 0.063 | 0.00491 |
7 | 0.065 | 0.00506 |
|
| 0.00496 |
S |
| 0.000093 |
表5 自动液液萃取法空白实验测定结果
Tab.5 The results of blank test by the automatic liquid-liquid extractor
平行测定次数 | 吸光值 | 计算浓度（mg/L) |
1 | 0.067 | 0.00494 |
2 | 0.068 | 0.00501 |
3 | 0.068 | 0.00501 |
4 | 0.068 | 0.00501 |
5 | 0.066 | 0.00486 |
6 | 0.068 | 0.00501 |
7 | 0.066 | 0.00486 |
| --- | 0.00496 |
S |
| 0.000071 |
在n=7的情况下，t(n-1,0.99)查表可得t=3.143，根据公式1,及表4、表5的数据，通过计算可知全自动萃取法测定挥发酚的检出限0.00022mg/L，自动液液萃取法测定挥发酚的检出限为0.00029mg/L，这两种方法测定的检出限均小于国家标准方法HJ 503-2009的检出限（0.0003mg/L），满足国家标准要求。
5 准确度和精密度试验
选取编号分别为200361（9.66±0.69μg/L）的环境标准样品进行测量，按照标准方法稀释后，通过全自动挥发酚测定仪、自动液液萃取仪和传统手工萃取法重复测量6次，得到数据结果见表6。
表6 标准样品测定结果 （单位：mg/L）
Tab.6 The results of determination for standard sample
平行测定 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 平均值 | 相对 偏差（%） | 相对标准偏差（%） |
全自动萃取法 | 8.98 | 8.77 | 9.05 | 9.39 | 9.35 | 9.16 | 9.12 | 0.23 | 2.5 |
半自动萃取法 | 9.71 | 9.74 | 9.27 | 9.39 | 9.68 | 9.94 | 9.62 | 0.25 | 2.5 |
传统手工萃取法 | 9.03 | 9.53 | 9.32 | 9.16 | 9.98 | 9.79 | 9.47 | 0.37 | 3.9 |
由表6可知，挥发酚全自动测定仪和自动液液萃取仪测定标准样品的6次测定值均在样品浓度范围内，重复性良好，其测定结果的相对标准偏差均达到2.5%，优于国标手工萃取法（相对标准偏差为3.9%）。
6 实验数据分析
通过以上实验分析，可以发现全自动挥发酚测定仪、自动液液萃取仪的测定结果准确性好，重复性实验精密度高，优于国标的手工萃取测定方法；两种方法测得的检出限及测定下限满足国标要求，均可用于环境样品中挥发酚的测定。
7 结语
挥发酚自动测定分析仪和自动液液萃取仪均能满足国标方法的测定要求。挥发酚自动测定仪是在密闭的操作室中全自动完成缓冲溶液、显色剂和萃取剂的加入，自动萃取、分离和比色，很大程度上简化了实验操作过程，减少了氯仿在萃取时的挥发，减少人工操作存在的不稳定性，节省了分析时间，隔绝了氯仿等挥发性有毒物质对实验人员的身体健康影响，适用于日常的大批量样品分析测定；而自动液液萃取仪，它是手工加入缓冲溶液、显色剂及氯仿，然后由设备自动萃取后分析人员接取氯仿层进行手工比色，同国标方法相比，减少了分析过程中的繁重手工萃取工作， 避免了手工萃取操作的不稳定性，仪器自动萃取力度和程度更加一致，在实验室预算有限的情况下，自动液液萃取仪也是一个较好地选择，相比挥发酚全自动测定仪也更加适合小批量的样品分析。
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