铬天青 S 分光光度法测定生活饮用水中铝的方法探讨

前言：铝元素作为地壳中含量最多的金属元素，广泛存在于土壤、矿石、水体等环境介质中。我国自来水处理过程中广泛使用含铝化合物作为沉淀剂，铝盐类混凝剂能够使悬浮颗粒沉淀，有效地降低水质浊度，因此导致大量的铝离子进入生活饮用水中，使生活饮用水中铝含量升高。随着科学的发展,人们认识到铝可使人体产生慢性毒性 ,铝进入人体后在大脑中蓄积，会造成神经系统的损伤，使记忆力下降。生活饮用水是人体摄入铝的主要途径之一，所以检测生活饮用水中铝意义重大。开展生活用水的铝含量检测，可以很好地监测饮用水当中的铝含量，以避免对人体造成严重的影响。在监测到铝含量超标的情况下，可以进行针对性的处理，以保障人民群众的健康。生活饮用水中铝的测定方法有分光光度法 ﹑电感耦合等离子体光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪等，是目前常用测定水中铝的方法，但仪器方法 都需要大型的仪器支持。铬天青 S 分光光度法是国标法 GB /T5009.6-2006 中第一法，由于其成本低廉、 不需要昂贵的设备等优势被基层实验室广泛运用。本文拟将运用不同规格比色皿比色测定铝含量数据进行对比，多方面分析两者在水质铝检测中的优劣势，旨在为水生态保护和生活饮用水安全等领域中铝的 检测提供科学依据。

目的：测定生活饮用水中铝的方法有很多，其中铬天青S分光光度法因其成本低廉最为常用，国标法使用2cm比色皿进行比色，现新方法提出运用与国标法不同规格比色皿进行生活饮用水中铝的测定。方法：国标GB/T5750.6-2006 铬天青 S 分光光度法中运用2cm比色皿进行比色，由于某些实验室 设备不足，无2cm比色皿，现对此做出相应改进，增加1cm 比色皿进行比色。通过验证新方法与原方 法测定结果的差异，以及新方法测量结果的准确性，判断改进后方法的可适用性。结果：新方法使用 1cm比色皿进行比色，在浓度范围内线性良好,相关系数 r≥0.9990,精密度RSD4.51%，回收率90.0%～113.5%，准确度测试结果均与真值接近，各项指标均符合测定要求。结论：在使用铬天青 S 分光光度法检测生活饮用水中铝元素时，如在实验室缺少 2 cm 比色皿时，可临时使用 1 cm 比色皿代替 2 cm 比色皿进行比色。

原理：铬天青S分光光度法的原理是在pH 6.7～7的条件下，铝在溴代十六烷基吡啶（CPB）和聚乙二醇 辛基苯醚（OP）的存在下与铬天青S发生反应生成蓝绿色的四元胶束，用紫外—可见分光光度计比色定量。

仪器：

紫外可见分光光度计

电子天平

50 mL 具塞比色管

酸度计

移液器

烧杯

量筒等

注：所有玻璃器皿使用前均应使用 10%硝酸浸泡并用蒸馏水冲洗干净，晾干备用。

试剂：

① 铝标准使用液 100 mg/L(购自中国计量科学研究院)，临用时稀释至 1 mg/L。

② 铬天青 S 溶液 （1 g /L）：称取 0.1 g 铬天青 S 溶于 100 mL 无水乙醇溶液（1+1）中，并混匀。

③ 乳化剂 OP 溶液： 加 3 mL 乳化剂 OP 溶于 100 mL 纯水中。

④ 溴代十六烷基吡啶溶液（3 g /L）：称取取 0.3 g 溴代十 六烷基吡啶（CPB），加 15 mL 无水乙醇溶解，并稀释至 100 mL。

⑤乙二胺—盐酸缓冲液（pH 6.7～7） 取无水乙二胺 30 mL，加纯水 60 mL，冷却后缓缓加入 57 mL 盐酸，混匀，如 pH 不在 6.7～7.0 范围内， 则用盐酸或乙二胺溶液（1+2）调节。

⑥ 氨水（1+6） 取 10 mL 氨水加入 60 mL 水。

⑦ 硝酸溶液（0.5 mol/L）。

⑧ 对硝基酚乙醇溶液（1.0 g/L）：称取 0.1 g 对硝基酚，溶于 100 mL 95%乙醇中。

实验步骤：

取25 mL水样于50 mL比色管中，另取50mL比色管8支，分别加入铝标准使用液0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 和 5.0mL，加纯水至25 mL。向各管中依次加入 1滴对硝基酚溶液摇匀，滴加氨水溶液至浅黄色，然后加硝酸溶液滴至黄色消失，再多加2滴。加 3.0 mL 铭天青S溶液，混匀后加入1.0 mL乳化剂OP溶液、2.0mL CPB 溶液、3.0mL 缓冲液，加纯水稀释至50mL,混匀,放置30min。 于波长620nm 处,分别用1cm、2cm 比色血以试剂空白作为参比,测量吸光度。以吸光度为纵坐标，浓度为 横坐标绘制标准曲线，从曲线上查出水样管中铝的浓度，并计算其含量。

实验结果：

不同规格比色皿标准曲线对比

不同规格比色皿对铝离子的测定结果不同，国标法使用 2 cm 比色皿进行比色，现探讨 1 cm 比色皿 比色对结果的影响。本次实验在线性范围内选取 8 个浓度点连续三天进行测定，扣除试剂空白值后，以 吸光度值为纵坐标，以浓度值为横坐标，绘制校准曲线并计算相关系数，按规定相关系数原则上应大于 等于 0.999，由表 1～3 可以看出，国标法运用 2 cm 比色皿进行比色分结果更加稳定，相关系数均符合 要求，新方法中使用 1 cm 比色皿进行比色时相关系数勉强能满足大于等于 0.999 的要求。国标法测定 标准曲线计算结果见表 1，新方法测定标准曲线计算结果见表 2 所示，回归方程与相关系数见表 3。

精密度试验

配置浓度为 0.04 mg/L 的标准样品分别用两种方法平行测定 6 次，测定吸光度值，计算其相对标准 偏差（RSD），对比两种方法的精密度。结果国标法 RSD 为 2.82%。新方法 RSD 为 4.51%，由此可见国标 法精密度更高一些，但两种方法精密度均符合要求。 见表 4。

加标回收试验

对空白样品及已知铝含量的自来水中加入已知不同含量铝标准品进行加标回收试验,分别用 1 cm 和 2 cm 比色皿进行比色，测得国标法回收率 92.0%～111.0%，新方法回收率 90.0%～113.5%，实验结果良好， 两种方法测定结果均符合要求。见表 5～6。

准确度测定

取中国计量研究院的有证标准样品，按步骤稀释分别用两种比色皿进行平行测定，由于标准曲线上 限为 0.200 mg/L，而测定盲样时由于不确定其含量，因此可以尝试分别加入 25、10、5 mL 或者其他适 当体积，以便保证盲样浓度在曲线范围之内。由于本标准样品已经获知其标准值及不确定度，经计算 取 10 mL 最为合适，结果所示两种比色皿测得结果均在真值不确定度范围内。见表 7。

表7准确度测定结果

 

比色皿规格	标准值（mg/L）	测定次数	测定值
1cm	0.284±0.023	1	0.306
1cm	0.284±0.023	2	0.295
2cm	0.284±0.023	1	0.302
2cm	0.284±0.023	2	0.298

 

质量控制

质量控制在保障生活饮用水质量方面发挥着重要的作用，要对水质分析的质量进行控制，就需要将 过程中的每一个环节的操作都控制到位。① 本法所用玻璃器皿均需 10%硝酸浸泡处理，再用去离子水 冲洗，确保所有容器洁净。因为自来水使用含铝化合物进行沉淀处理，铝容易吸附在玻璃仪器上，对吸 光值影响很大,得不到正确的结果。② 铝元素存在多种形态，其中只有 Al3+ 能与铬天青 S 发生反应显 色，为避免测定结果偏低应多加 2 滴硝酸并混匀。③ 加入乳化剂 OP 和 CPB 后会起泡影响定容，应缓慢 加入。④ pH 值对溶液的吸光度影响很大[11],pH 不同铬天青 S 可与铝反应生成不同比例的螯合物，显色 不同，其最大吸收波长也不同， 因此 pH 对测定结果有影响，所以应该严格控制 pH 范围。乙二胺—盐 酸缓冲溶液配置过程须有耐心，防止溶液过热沸腾，可少量多次加入浓盐酸，以确保 pH 在所需范围内。 测定过程中必须给与以上几个关键环节足够的重视，以保正检测过程的高效性和检测结果的准确性。

结论

本文通过试验研究、探讨，聚焦于准确度、精密度、加标回收率和准确度，论证了采用1cm比色 皿比色测定水中铝元素和国标法的差异，实验结果显示：国标法使用2cm比色皿比色时线性相关系数均≥0.9990，加标回收率90%～116%，准确度也在正常范围内，新方法增加的使用1cm比色皿进行比 色线性相关系数也能满足≥0.9990的要求，且其他实验结果均在标准范围内，精密度良好，加标回收率90%～116%，质控品测试结果均与真值接近，符合测定要求。综上所述，在使用铬天青S分光光度法检 测生活饮用水中铝元素时，如在实验室缺少2cm比色皿时，可临时使用 1cm比色皿代替2cm 比色皿 进行比色。

审核编辑 黄宇