鄧茂，張永江，黃曉容，王明勝，肖艷平，姚靖，劉蓉，王文芳

1.重慶化工職業(yè)學(xué)院 環(huán)境與質(zhì)量檢測學(xué)院，重慶 長壽 401220；2.重慶市黔江區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 黔江 409003；3.重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，重慶 401147；4.重慶市江津區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 江津 402260

水質(zhì)中的硫化物可與人體細(xì)胞色素、氧化酶等物質(zhì)中的二硫鍵(—S—S—)作用，影響細(xì)胞氧化過程，造成細(xì)胞組織缺氧，危害人類身體健康．同時(shí)水中硫化氫也會(huì)消耗水中氧氣，導(dǎo)致水生生物因缺氧而死亡[1-2]．但溫泉中適量的硫化物，有助于身體健康，如以沐浴和健康理療為主的溫泉旅游，符合新興大眾理念，深受人們喜歡[3]．因此，準(zhǔn)確、快速測定水環(huán)境樣品中硫化物含量對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義[4-5]．目前，水質(zhì)中硫化物的測定方法主要包括亞甲藍(lán)分光光度法[6]、氣相分子吸收光譜法[7]和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法[8]．亞甲藍(lán)分光光度法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求不高，普通實(shí)驗(yàn)室即可進(jìn)行，該方法易于推廣使用，然而由于實(shí)驗(yàn)前處理操作繁瑣，導(dǎo)致該方法的實(shí)驗(yàn)回收率不高且重復(fù)性較差[9]．氣相分子吸收光譜法的實(shí)驗(yàn)原理為在5%～10%磷酸介質(zhì)中將試樣中的硫化物瞬間轉(zhuǎn)變成H2S，用氮?dú)鈱⒃摎怏w載入氣相分子吸收光譜儀的吸光管中，在202.6 nm波長處測得的吸光度與硫化物的濃度遵守朗伯比爾定律[7]．流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法原理與亞甲藍(lán)分光光度法化學(xué)反應(yīng)原理相同，在封閉的管路中，將一定體積的試樣注入連續(xù)流動(dòng)的載液中，試樣與試劑在化學(xué)反應(yīng)模塊中按特定的順序和比例混合、反應(yīng)，在非完全反應(yīng)的條件下，進(jìn)入流動(dòng)檢測池進(jìn)行光度檢測[8]．同時(shí)，流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法更簡便，分析速度更快，具有儀器自動(dòng)處理的優(yōu)點(diǎn)[10-12]．研究環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域亞甲藍(lán)分光光度、氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光度法測定水質(zhì)中的硫化物含量，開展3種不同方法的比對(duì)研究，可為實(shí)驗(yàn)室開展水質(zhì)中硫化物項(xiàng)目分析測試方法選擇提供科學(xué)支撐．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

紫外可見分光光度計(jì)(日本島津，UV2600)；全自動(dòng)硫化物前處理儀(北京斯珀特，HS-4A)．乙酸鋅、乙酸鈉、抗壞血酸、乙二胺四乙酸二鈉、N-二甲基對(duì)苯二胺、硫酸鐵銨等所用試劑均為分析純，氫氧化鈉、硫酸、磷酸等所用試劑為優(yōu)級(jí)純．

氣相分子吸收光譜儀(蘇州北裕，GMA3212)．乙酸鋅、乙酸鈉、等所用試劑均為分析純．氫氧化鈉、硫酸、鹽酸和磷酸等所用試劑為優(yōu)級(jí)純．

連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀(德國SEAL，AA100)．乙酸鋅、乙酸鈉、抗壞血酸、乙二胺四乙酸二鈉、氫氧化鈉、N-二甲基對(duì)苯二胺、三氯化鐵等所用試劑均為分析純．氫氧化鈉、硫酸、鹽酸和磷酸等所用試劑為優(yōu)級(jí)純．

硫化物標(biāo)準(zhǔn)溶液和標(biāo)準(zhǔn)樣品均購于生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，硫化物標(biāo)準(zhǔn)溶液(100±5)mg/L(國標(biāo)號(hào)GSB 07-2733-2019，批號(hào) 104421)．硫化物標(biāo)準(zhǔn)樣品(1.72±0.15)mg/L(國標(biāo)號(hào)GSB 07-1373-2001，批號(hào)205540)．實(shí)驗(yàn)用為水電阻率18.25 MΩ·cm的去離子水．

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 亞甲藍(lán)分光光度法[6]

取100 mL混勻的水樣，或適量樣品加水稀釋至200 mL，迅速轉(zhuǎn)移至500 mL反應(yīng)瓶中，再加入5 mL抗氧化劑溶液，輕輕搖動(dòng)．量取20.0 mL乙酸鋅-乙酸鈉溶液于100 mL吸收比色管中作為吸收液，導(dǎo)氣管下端插入吸收液液面之下，以保證吸收完全．連接好裝置，關(guān)閉加酸分液漏斗活塞，在分液漏斗中加入10 mL鹽酸溶液，開啟氮?dú)?，調(diào)整氮?dú)饬髁恐?00 mL/min．5 min后，開啟水浴裝置使溫度升至60～70 ℃．打開活塞，緩慢注入10 mL鹽酸于反應(yīng)瓶中，關(guān)閉加酸分液漏斗活塞．連續(xù)吹氣30 min，關(guān)閉氣源．?dāng)嚅_導(dǎo)氣管，用少量水沖洗導(dǎo)氣管，沖洗液并入吸收液中，加水至約60 mL．沿比色管壁緩慢加入10 mL N，N-二甲基對(duì)苯二胺溶液，立即密塞并緩慢倒轉(zhuǎn)一次．拔塞開小口加1 mL硫酸鐵銨溶液，立即密塞并充分搖勻．放置10 min后，用水定容至標(biāo)線，搖勻．使用10 mm比色皿，以水作參比，在波長665 nm處測量吸光度．

1.2.2 氣相分子吸收光譜法[7]

氣相分子吸收光譜儀測定參數(shù)設(shè)置：輸入氮?dú)鈮毫?.30 MPa，載氣量為120 mL/min，燈電流為0.8 mA，工作波長為202.6 nm，樣品泵轉(zhuǎn)速為50 r/min，試劑泵速為25 r/min，測量時(shí)間為15 s，延遲時(shí)間為30 s，讀數(shù)方式為峰高．測定步驟：按儀器規(guī)定的順序開機(jī)后，將待測樣品放置在自動(dòng)進(jìn)樣器上，按照與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的條件進(jìn)行樣品的測定，記錄信號(hào)值(峰高)．

1.2.3 流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法[8]

連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀測定參數(shù)設(shè)置：取樣速率為60個(gè)/h；進(jìn)樣與清洗時(shí)間比為3∶1；基線為10%；主峰為75%．測定步驟：按儀器規(guī)定的順序開機(jī)后，以純水代替所有試劑，檢查整個(gè)分析流路的密閉性及液體流動(dòng)的順暢性．待基線穩(wěn)定后(約 20 min)，系統(tǒng)開始泵入試劑，待基線再次穩(wěn)定后調(diào)整基線．量取約10 mL待測樣品進(jìn)行測定，記錄信號(hào)值(峰面積)．

2 結(jié)果與討論

2.1 方法檢出限及方法測定下限

按照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168-2020)[13]附錄A的要求，對(duì)濃度值或含量為估計(jì)方法檢出限值2～5倍的樣品進(jìn)行n≥7次平行測定，計(jì)算檢出限，方法測定下限以4倍檢出限計(jì)．配制硫化物標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為0.02 mg/L的樣品，按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測試，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見表1．

由表1所知，亞甲藍(lán)分光光度法、氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定水中硫化物檢出限分別為0.009，0.003，0.004 mg/L，均低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[14]基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類(≤0.05 mg/L)限值要求．其中氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法能夠滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)[15]地下水質(zhì)量常規(guī)指標(biāo)Ⅰ類(≤0.005 mg/L)限值要求．亞甲藍(lán)分光光度法方法由于人工操作，重復(fù)性不好等因素，導(dǎo)致檢出限不能滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)檢測要求．

表1 3種方法檢出限及測定下限

2.2 方法精密度

準(zhǔn)確配置高中低3組硫化物標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別用亞甲藍(lán)分光光度法、氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法各測定7次，結(jié)果見表2．由表2可知，亞甲藍(lán)分光光度法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.0%～10.0%，氣相分子吸收光譜法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.9%～5.2%，流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.6%～0.7%．氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于6%，二者重現(xiàn)性相當(dāng)，均要優(yōu)于亞甲藍(lán)分光光度法．

表2 3種方法精密度

2.3 方法準(zhǔn)確度

選用生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所研制的標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別采用3種分析方法進(jìn)行測定，每個(gè)樣品平行測定7次，測定值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，結(jié)果見表3．亞甲藍(lán)分光光度法測定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為-3.4%，氣相分子吸收光譜法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.4%，流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為-0.4%．氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均遠(yuǎn)小于亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差．

表3 3種方法標(biāo)準(zhǔn)樣品測試比對(duì)結(jié)果

2.4 方法回收率

選取地表水、地下水和生活污水水樣進(jìn)行加標(biāo)分析，其加標(biāo)量為0.03 mg/L，對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行加標(biāo)回收率計(jì)算，結(jié)果詳見表4．亞甲藍(lán)分光光度法加標(biāo)回收率為73.3%～83.3%，氣相分子吸收光譜法加標(biāo)回收率為93.3%～96.7%，流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法加標(biāo)回收率為90.0%～93.3%．氣相分子吸收光譜和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度測定硫化物的加標(biāo)回收率均在90%以上．

表4 3種方法對(duì)實(shí)際水樣分析比對(duì)結(jié)果

2.5 比對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果評(píng)價(jià)

《化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制 比對(duì)試驗(yàn)》(RB/T 208-2016)[16]規(guī)定，對(duì)于任何形式的比對(duì)試驗(yàn)，當(dāng)每組檢測的平行測量次數(shù)n較多(n≥6)時(shí)，可先對(duì)兩組比對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行F檢驗(yàn)，判斷兩個(gè)均值的精密度差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．若差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即為兩組測定結(jié)果等精度，繼續(xù)t檢驗(yàn)，對(duì)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)．

按照《化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制比對(duì)試驗(yàn)》(RB/T 208-2016)[16]要求，顯著性水平α=0.05，對(duì)表5比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)．亞甲藍(lán)分光光度法和氣相分子吸收光譜法測定硫化物統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果：F=2.778，查表得F0.05(6，6)=4.284，F(xiàn)=2.778<4.284，說明亞甲藍(lán)分光光度法和氣相分子吸收光譜法測定硫化物的結(jié)果精密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．t=6.806，查表得t0.05(12)=2.179，t=6.806>2.179，說明亞甲藍(lán)分光光度法和氣相分子吸收光譜法測定硫化物的結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明比對(duì)結(jié)果不滿意．

表5 3種方法對(duì)小南海水樣分析比對(duì)結(jié)果

氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果：F=1.562，查表得F0.05(6，6)=4.284，F(xiàn)=1.562<4.284，說明氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物的結(jié)果精密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．t=1.377，查表得t0.05(12)=2.179，t=1.377<2.179，說明氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物的結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明比對(duì)結(jié)果滿意．

亞甲藍(lán)分光光度法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果：F=1.778，查表得F0.05(6，6)=4.284，F(xiàn)=1.778<4.284，說明亞甲藍(lán)分光光度法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物的結(jié)果精密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．t=5.292，查表得t0.05(12)=2.179，t=5.292>2.179，說明亞甲藍(lán)分光光度法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定硫化物的結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明比對(duì)結(jié)果不滿意．

2.6 不確定度評(píng)定比對(duì)

為進(jìn)行測定實(shí)際樣品的差異性比較，分析購買的硫化物標(biāo)準(zhǔn)樣品，并參考《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》(CNAS GL006：2019)[17]，對(duì)亞甲藍(lán)分光光度法、氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法測定水質(zhì)中的硫化物含量的不確定度進(jìn)行評(píng)定．置信概率為95%時(shí)，包含因子k=2，實(shí)際樣品及不確定度分別為：亞甲藍(lán)分光光度法(GB/T 16489-1996)的結(jié)果為(1.66±0.17)mg/L，氣相分子吸收光譜法(HJ/T 200-2005)的結(jié)果為(1.73±0.15)mg/L，流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法(HJ 824-2017)的結(jié)果為(1.71±0.12)mg/L．有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值為(1.72±0.12)mg/L，3種方法分析結(jié)果均在證書認(rèn)定值范圍內(nèi)．

不確定度分量的比對(duì)見圖1．影響水質(zhì)中硫化物含量的不確定度主要來源有標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置、樣品前處理、樣品重復(fù)測定以及校準(zhǔn)曲線的擬合等過程．影響亞甲藍(lán)分光光度法(GB/T 16489-1996)不確定度的主要環(huán)節(jié)為樣品前處理，原因可能為酸化吹氣吸收法在前處理過程中樣品有損失，回收率不高；影響氣相分子吸收光譜法(HJ/T 200-2005)不確定度的主要環(huán)節(jié)為校準(zhǔn)曲線擬合，原因可能為曲線擬合過程中未達(dá)到儀器的最佳狀態(tài)或者硫化物濃度梯度配置不合理；影響流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法(HJ 824-2017)不確定度的主要環(huán)節(jié)為標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置，影響因素有標(biāo)準(zhǔn)溶液純度、玻璃器皿的精度和溫度等．

圖1 不確定度分量的比對(duì)

3 結(jié)論

亞甲藍(lán)分光光度法(GB/T 16489-1996)、氣相分子吸收光譜法(HJ/T 200-2005)和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法(HJ 824-2017)比較研究結(jié)果經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)表明，氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．亞甲藍(lán)分光光度法與氣相分子吸收光譜法和流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

亞甲藍(lán)分光光度法測定水中硫化物因所需儀器設(shè)備簡單，在環(huán)境監(jiān)測中得到廣泛的應(yīng)用，但是整個(gè)操作過程繁瑣，樣品前處理復(fù)雜，回收率不高，重現(xiàn)性較差．流動(dòng)注射亞甲藍(lán)分光光度法與氣相分子吸收光譜法自動(dòng)化程度高，分析時(shí)間短，靈敏度、精密度和準(zhǔn)確度均優(yōu)于亞甲藍(lán)光度法．