单位波长吸光度改变量-分光光度法优化后用于减小浊度对废水中Cr(Ⅵ)检测结果的影响

吴鉴原，赖永忠，陆国永，郭 岩

汕头市环境保护监测站，广东 汕头 515041

单位波长吸光度改变量-分光光度法优化后用于减小浊度对废水中Cr(Ⅵ)检测结果的影响

吴鉴原，赖永忠，陆国永，郭 岩

汕头市环境保护监测站，广东 汕头 515041

对基于单位波长吸光度变化幅度与被测物浓度间关系的单位波长吸光度改变量-分光光度法进行了优化，使其在减小样品浊度对检测结果影响方面的效果得到进一步提高，以获得更高准确度的检测结果。以570～590 nm拟合波长段为例，筛选不同的参比波长段，筛选依据主要为模拟浊度梯度样品的检测结果、回收率及其RSD。结果表明，当参比波长段分别为540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm和540～570 nm时，可获得非常好的方法检出限(1.0～1.6 μg/L)，加标样品结果具有良好的准确度(回收率为79.8%～111%)、精密度(RSD为0.15%～32%)。

分光光度法；浊度；单位波长吸光度改变量；Cr(Ⅵ)；优化

日常工作中发现，样品浊度给监测结果带来正干扰，部分未检出的样品，因水样浊度问题而导致监测结果为有检出。因此，消除或减小浊度干扰非常重要，常见减小浊度影响的方法有碱性硫酸锌共沉淀法[1-2]、浊度补偿法[3-5]、离心沉淀法[2]、过滤法[5-6]、双波长法[6-7]、三波长法[6,8]、多波长法[5]、蒸馏法[9]、萃取法[10-11]等，其中双波长法、三波长法、多波长法，相对于其他方法具有简单的优势，无需增加样品前处理步骤和样品数量，适合较多样品的快速检测。

郭岩等[5]建立了单位波长吸光度改变量-分光光度法(ACW-S法)，并成功用废水中Cr(VI)的监测，与标准检测方法中所用单波长法相比，ACW-S法具有抗浊度干扰能力强的优势，对于含一定浊度的实际环境水样，具有更好的准确度，适用于常见废水样品的直接检测，而无需样品前处理。其主要分析步骤为选择吸收峰范围内的某段波长和对应的吸光度，对波长和吸光度进行线性拟合得到拟合直线斜率，此斜率与一定浓度范围内的Cr(VI)成线性关系，以此定量原理用于分光光度法的定量分析。虽然ACW-S法具有较强的抗浊度干扰能力，但其抗浊度干扰能力需进一步加强，以获得更好的准确度，本研究对其进行了优化，对参比波长段进行了筛选。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

UV-2450型紫外/可见分光光度计(日本)，具有光谱扫描功能。Cr(Ⅵ)标准使用液：逐级稀释100 mg/L Cr(Ⅵ)标准溶液，得1.00 mg/L标准使用液。

显色液：称取0.200 g二苯碳酰二肼，溶入50 mL分析纯丙酮，溶解后，再加入50 mL纯水中，混匀。显色液装入棕色玻璃试剂瓶中，于阴凉处存放。使用时，每25mL样品添加显色液0.50 mL。

混合酸：50%的H2SO4、50%H3PO4等体积混合而成；使用时，每25 mL样品添加混合酸0.50 mL。

所用试剂二苯碳酰二肼、H2SO4、H3PO4、HCl、NaOH等均为国产分析纯试剂。

1.2 实验方法

标准曲线测定：取适量Cr(Ⅵ)标准使用液于25 mL比色管内，用纯水定容至刻度，得到Cr(Ⅵ)浓度分别为0.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100、200、300 μg/L的标准曲线浓度系列，顺序加入混合酸和显色液；混匀显色5min后测定吸收光谱(波长范围400～750 nm)(30 mm比色皿)，参比溶液为纯水。

水样测定：水样测定采用单波长法、ACW-S法，每个调节pH至中性的样品，充分混匀后取25 mL于25 mL比色管中，其余步骤与标准曲线系列检测步骤相同。25 mL水样经显色后，部分用于直接检测，部分经中速滤纸过滤，滤液检测结果用于衡量直接检测样品所用定量方法的准确度。

1.3 抗浊度能力测试

为了探讨Cr(Ⅵ)测定方法在不同浊度水样中的抗浊度能力，取天然浑浊样品，经适量纯水稀释后得到含不同浊度梯度水平的水样，稀释倍数分别为2、4、10倍，浊度大小以显色后样品在750 nm处吸光度A750的大小进行衡量。不同浊度水样，按水样测定步骤进行检测，同时分析Cr(Ⅵ)加标浓度分别为10.0、20.0 μg/L的回收率，检测方法为单波长法、ACW-S法。

1.4 数据分析

平均值间的差异显著性利用Excel软件中的“单因素方差分析”功能进行分析，显著性水平为0.05。

2 结果与讨论

2.1 定量原理

图1为ACW-S法定量原理示意图。由图1可见，随着Cr(Ⅵ)浓度递增，在吸收峰范围内，某波长段波长与对应吸光度的线性拟合曲线斜率(即为单位波长的吸光度改变量)绝对值呈递增趋势[5]。

1～6实曲线表示Cr(Ⅵ)浓度分别为10.0、20.0、50.0、100、200、300 μg/L吸收光谱；7～12虚直线为某波长段与对应吸光度线性拟合曲线。

2.2 参考波长段的筛选

文献[5]报道了ACW-S法适用于六价铬检测的拟合波长段有570～590 nm等共13段；本研究中，则以570～590 nm作为检测波长段的ACW-S法为例，探讨不同参比波长段在减小浊度干扰中的效果。参比波长段的选择范围为吸收峰左侧波长段(540～660 nm)，为减少工作量，研究只对其中部分波长段组合进行研究。参比波长段选择规则参照文献[5]中检测波长段的选择规则，以5的整数倍波长作为起始波长和结束波长，波长跨度主要为6、11、16、21、26、31、36、41个波长。例如，参比波长段为540～545 nm、540～550 nm、540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm、540～575 nm、540～580 nm时，这些波长段的开始和结束波长均为5的整数倍，每个波长段所含波长个数分别为6、11、16、21、26、31、36、41个。

筛选实验对象为含不同浊度梯度(样品显色后在750 nm处吸光度介于0.037～0.371)的模拟水样，以这些水样的加标回收率介于70%～130%(加标浓度10.0、20.0 μg/L)、回收率RSD≤30%为筛选条件，同时检测结果应为未经优化ACW-S法所得结果的50%以内。结果表明，符合筛选条件的参比波长段有570～590 nm、540～550 nm、540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm 6段，后续实验则对这6段参比波长段的ACW-S法实用性进行探讨。

2.3 标准曲线、方法检出限、标准样品检测

Cr(Ⅵ)标准曲线浓度配制范围为0～300 μg/L，所得方法拟合曲线均有非常好的线性关系(r>0.999 0)；540～550 nm为参比波长的除外，其余方法对应方法检出限介于0.8～1.7 μg/L，5.0 μg/L标准点水样检测结果RSD介于4.8%～12%(表1)。以540～550 nm为参比波长段的ACW-S法，因测定低浓度标准点样品时，所得结果RSD>30%，因此后续实验中不讨论此参比波长段。

表1 Cr(Ⅵ)标准曲线、标准点、标准样品分析结果

注：“ACW-S法”表示单位波长吸光度改变量-分光光度法，“单波长法”表示未经浊度预处理的国家标准检测方法，“—”表示无参比波长或参比波长段，下同；统计7个5.0 μg/L标准点水样测得值的标准偏差(s)，s的3.143倍作为方法检出限。

对“水质 六价铬”标准样品(批号：203342，保证值：71.5±4.3 μg/L)进行检测，所有ACW-S法结果介于69.2～70.2 μg/L，单波长法结果为71.6 μg/L(表1)，所有方法所得结果RSD介于0.44%～2.9%。说明这些方法用于检测基体简单的样品时，具有非常好的精密度。

2.5 环境水样检测

2.5.1 污水处理厂进出水检测

分别选择汕头市两个典型的污水处理厂(A厂、B厂)进水和出水进行分析，其中A厂主要处理工业废水，B厂处理废水则主要为生活污水，由于A厂进水的基体过于复杂，含有除浊度外的干扰，导致不能正常显色，因此未在讨论范围。其他检测结果见表2、表3，其中表2为B厂进水分析结果，表3为A厂、B厂出水分析结果。

表2 污水处理厂进水中Cr(Ⅵ)浓度检测结果(n=3)

注：a、b分别表示加标浓度为10.0、20.0 μg/L，下同。

表2中，B厂进水采用单波长法检测时，结果为29.7 μg/L，加标回收率为43.5%～55.4%；而未经校正和经校正ACW-S法结果为4.5 μg/L和未检出(-1.4～0.2 μg/L)，均显著小于单波长法结果(P<0.05)；参比波长段为540～555 nm的ACW-S法所得结果显著小于未经校正的ACW-S法(P<0.05)，另外3组参比波长段所得结果则无显著差异(P>0.05)。经校正ACW-S法在污水处理厂进水监测中，本底样品和部分加标样品检测结果RSD绝对值较大，推测为样品所含较大颗粒物所致，他们的存在使水样在参比波长段的吸收光谱呈明显锯齿状，导致拟合直线斜率重复性较差，从而影响方法的重复性。因此，建议对含明显颗粒物的样品，经适当沉淀后再行检测。

表3 污水处理厂出水中Cr(Ⅵ)浓度检测结果(n=3)

由表3可知，对于浊度较大的A厂出水，经参比波长校正ACW-S法所得结果介于2.4～2.7 μg/L，非常接近方法检出限(1.0～1.6 μg/L)，显著低于未经参比波长校正的ACW-S法(7.2 μg/L)和单波长法(19.1 μg/L)(P<0.05)。对于B厂出水，因其浊度较低，所有ACW-S法结果均在方法检出限附近，校正前后结果间无显著性差异(P>0.05)，但所有ACW-S法结果(1.5～2.1 μg/L)均显著低于单波长法结果(5.7 μg/L)(P<0.05)。

B厂进水加标样品，所有ACW-S所得加标回收率和对应RSD分别介于79.8%～94.4%、2.4%～32%；A厂、B厂出水加标样品，所有ACW-S所得加标回收率和对应RSD分别介于88.8%～107%、0.67%～16%，说明样品无明显负干扰，试验过程的精密度良好、数据可靠。这些样品采用单波长法所得结果已为明显检出水平，但实验中发现，样品显色后并无紫红色特征产物生成，因此检测结果应为未检出。可见经参比波长段校正的ACW-S法，用于污水处理厂废水中Cr(Ⅵ)检测时，具有更高的准确度。

2.5.2 工业废水检测

选择外观为微浊的工业废水作为检测对象，同时检测其加标回收率(加标浓度为100 μg/L)，以检验经优化后ACW-S法的准确度。因废水含有Cr(Ⅵ)，为衡量研究方法的准确度，显色后部分样品经中速滤纸过滤，校正后ACW-S法检测滤液所得结果作为其他方法准确度的衡量标准。结果如表4所示。所有方法所得废水结果RSD介于0.15%～1.9%，回收率介于93.5%～111%，说明样品无明显负干扰，且试验过程精密度非常好、数据可靠。

表4 微浊工业废水中Cr(Ⅵ)浓度检测结果(n=3)

注：加标浓度为100 μg/L，25 mL样品显色后经充分混匀，部分用于直接检测，部分经中速滤纸过滤获得滤液，滤液用于检测。

由表4可以看出，具有肉眼可见浊度的微浊样品，显色后单波长法直接测得Cr(Ⅵ)浓度为172.7 μg/L，滤液中则含138.3 μg/L，可见样品所含浊度导致结果偏高34.4 μg/L，增加了19.9%。然而，显色后样品经中速滤纸过滤后，滤液在750 nm后的吸光度仍有0.010～0.012，可见过滤并不能完全消除产生浊度的干扰物。显色后滤液采用未经参比波长段校正的ACW-S法测得133.9 μg/L，校正后ACW-S法所得结果介于131.1～132.0 μg/L，ACW-S法校正前后所得结果间无显著性差异(P>0.05)，而所有ACW-S法所得结果均显著低于单波长法结果(138.3 μg/L，P<0.05)。

当样品直接检测时，未经校正的ACW-S法测得135.6 μg/L，显著高于校正后的ACW-S法结果(125.8～126.3 μg/L，P<0.05)，与滤液采用未经校正ACW-S法所得结果133.9 μg/L间无显著差异(P>0.05)。在直接测定结果与滤液结果间，相同参比波长段结果间均存在显著性差异(P<0.05)，相对于滤液中结果，直接检测结果均值低了3.66%～4.70%，以5%作为相对误差的允许限值进行评价，经参比波长段校正后ACW-S法的准确度是可靠的。

3 结语

环境水体日常监测中，可能因带有轻微的颜色和浊度而导致Cr(Ⅵ)结果偏高，在不含Cr(Ⅵ)的废水中，上述正干扰将导致监测结果出现定性失误。与标准监测方法所用的单波长-分光光度法相比，文献[5]建立的单位波长吸光度改变量-分光光度法(ACW-S法)用于监测环境废水中Cr(Ⅵ)，具有更好的准确度和精确度，特别是针对有一定浊度的环境水样。本研究对ACW-S法进行优化，因文献[5]报道的适用于ACW-S法的检测波长段较多，因此只对570～590 nm检测波长段进行探讨，筛选了用于进一步扣除浊度影响的参比波长段(540～555 nm、540～560 nm、540～565 nm、540～570 nm)。结果表明，经参比波长段校正后的ACW-S法具有更高的准确度，适合推广使用。当实际样品浊度过高时，可经适当沉淀或稀释后，再用优化后的ACW-S法进行定量分析。

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Effect Elimination of Turbidity on Cr(Ⅵ) in Waste Water by Optimized Absorbance Change per Wavelength Spectrophotometry

WU Jianyuan，LAI Yongzhong，LU Guoyong，GUO Yan

Shantou Environmental Monitoring Station，Shantou 515041，China

In the rise or fall band of absorption peaks of analyte or its reaction products, the relationship between analyte concentration and absorbance change per wavelength was established to determine analyte by absorbance change per wavelength spectrophotometry. This method was optimized to eliminate the effect of turbidity on Cr(Ⅵ) in waste water, and get better accuracy of dectecion results. The range of wavelengths at 570-590 nm, was used as measuring wavelength range, and reference wavelength ranges were screened based on better precision and accuracy of simulated samples with different turbidities. Results showed that 540-555 nm, 540-560 nm, 540-565 nm, and 540-570 nm could be used as reference wavelength ranges, and optimal detect limits were 1.0-1.6 μg/L. Recoveries andRSDof wastewaters spiked with 10.0 and 20.0 μg/L Cr(Ⅵ) were 79.8%-111% and 0.15%-32%.

spectrophotometry；turbidity；absorbance change per wavelength；Cr(Ⅵ)；optimization

2015-09-12；

2015-10-22

吴鉴原(1981-)，男，广东南澳县人，大学本科，工程师。

赖永忠

X830.2

A

1002-6002(2016)06- 0095- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.15