（环境工程专业论文）连续流动分析法对水中微量挥发酚的测定研究.pdf

浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 糊一躲1 彤蝴一附棚；日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑江太堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝婆太堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文储签名八1 翩躲乡秘方 导师签名：歹。绝子 印 签字日期：矽，记年，乏月弓日 签字日期：妒f 年fy 月j日 致谢 面对本篇论文的顺利完成，我感到十分欣慰和喜悦。常说人的生都在一i 断 学刊和追求，以期实现自我价值的最人化。l 过而立之年的我，同顾自己的求学 之路，小乏困难和艰辛，但终归是快乐的和仃成就感的，现谨向这些年来给了我 关心、支持和鼓励的良师益友和我的亲人们致以最高的敬意! 凶先，我要感谢我的导师徐新华教授。在学位论文研刿阶段，我可以说得到 了徐老师再方面无微彳i 全的关心和指导，特别是导师近来身体自恙，却仍然悉心 指导我的学列和研究，令我十分感动。导师广博的学识、严谨的作风，是我学列 的榜样，在此谨向徐老师表示由衷的敬意和感谢! 第，我要感谢实验室的同门们，特别是盛田田、张珍、徐江三侮，没行你 们的帮助，本篇论文4 i 可能那么顺利的完成，再致谢意! 第三，我要感谢上海宝中盈仪器仪表有限公司，特别是王晓文、杨永亮先生， 你们对a a 3 仪器操作方面的宝贵经验在本次实验一i 一给予了我莫人的帮助，并促使 我结合自己的经验整理成文，并写入本文第四章节，再次感谢! 最后，对参加本论文评阅、答辩和对本论文提出宝贵意见的所有专家和老师 们表示最由衷的感谢，感谢你们为我付出的时间和辛勤的劳动! 叶辉 o 年十月 摘要 挥发酚是指在蒸馏过程中能随水蒸气一起挥发出来的一类酚，是当前水环境 主要的污染物质之一。它具有高毒性，对人、鱼类和农作物都有较大危害。对它 进行快速准确地测定是环境监测领域的一大研究热点。本文综述了当前国内外对 挥发酚的主要检测手段，指出了现有分析方法中存在的主要问题。在对比分析三 种常用的流动分析方法后，选择了气泡隔断片段连续流动分析法( c f a ) 测定挥 发酚。c f a 法具有良好线性( f 0 9 9 9 9 ) ，较低的检出限( 0 2 3 2 9 9 l 1 ) 。相对标 准偏差小于0 5 5 3 ，相对误差小于0 1 8 5 ，样品加标回收率在9 1 0 9 9 8 之间， 分析速率n - j j z - 蔓2 4 个h 。相较于传统h j 5 0 3 法，准确度和i 精密度更高，分析速度更 快，样品和试剂用量更少，环境污染更小。文章还对c f a 法分析过程l 卜i 的注意事 项进行了总结。 关键词：挥发酚连续流动c f a 注意事项 a b s t r a c t v o l a t i l ep h e n o li sr e f e r st ot h et h i n gt h a tc a nb ev o l a t i l eo u tt o g e t h e rw i t ht h e s t e a mi nt h ed i s t i l l a t i o n p r o c e s s ，a n d i t i st h ec u r r e n tm a i np o l l u t i o ni nw a t e r e n v i r o n m e n t i th a sh i g ht o x i c i t y , a n dd o e sv e r yh a r mt op e o p l e ，f i s ha n dc r o p s t h e r a p i da n da c c u r a t ed e t e r m i n a t i o no fv o l a t i l ep h e n o li sah o ts p o to fr e s e a r c hi nt h e e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gf i e l d t h i sa r t i c l er e v i e w e dt h em a i na n a l y t i c a lm e t h o d so f v o l a t i l ep h e n o li nb o t hd o m e s t i ca n df o r e i g nc o u n t r i e s ，a n dp o i n t e do u tt h em a i n p r o b l e m se x i s t i n gi n c u r r e n t m e t h o d s t h r o u g h t h e c o m p a r i s o na m o n gt h r e e c o m m o n l yu s e df l o wa n a l y s i sm e t h o d s ，w ef i n a l l yc h o s eb u b b l ep a a i t i o nf r a g m e n t s c o n t i n u o u sf l o wa n a l y s i s ( c f a ) t od e t e c tv o l a t i l ep h e n 0 1 t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e c f am e t h o dh a sb e r e rl i n e a r ( r = 0 9 9 9 9 ) a n dl o w e rd e t e c t i o nl i m i t ( 0 2 3 2 1 t t g l - 1 ) t h a n o t h e rt w om e t h o d s i no u re s t a b l i s h e dm e t h o d s ，t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o nw a s l e s st h a n0 5 5 3 ，t h er e l a t i v ee r r o rw a sl e s st h a n0 18 5 t h es p i k e dr e c o v e r i e sw e r e b e t w e e n91 0 0 o 9 9 8 ，a n da n a l y s i ss p e e dc a nr e a c h2 4p e rh o u r c o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o n a lh j 5 0 3m e t h o d ，i th a sh i g h e ra c c u r a c ya n dp r e c i s i o n ，f a s t e ra n a l y s i ss p e e d ， b u tl e s ss a m p l ea n dr e a g e n td o s a g e ，a n dl e s se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n m a t t e r ss h o u l d a r o u s ea t t e n t i o ni nt h ep r o c e s so fc f aa n a l y s i sa r ea l s os u m m a r i z e di nt h i sp a p e r k e y w o r d s ：v o l a t i l ep h e n o l ，c o n t i n u o u sf l o w , c f a ，m a t t e r sn e e d i n ga t t e n t i o n 目次 致谢i 摘要i i i 文献综述 1 1 酚的来源和污染现状一1 1 2 挥发酚的危害与污染特性1 1 3 挥发酚测定的主要方法及存在的问题2 1 4 流动分析法的机理和特点一6 1 5 常用的流动分析法7 1 6 选题思路l l 1 7 本章小结1 2 2c f a 法测定挥发酚的实验准备1 3 2 1 实验原理1 3 2 2 样品的采集和保存1 3 2 3 样品干扰及消除1 3 2 4 主要实验仪器1 3 2 5 主要实验试剂1 6 2 , 6 实验流程与仪器参数1 7 2 7 本章小结1 8 3c f a 法测定挥发酚的实验结果1 9 3 1 校准曲线1 9 3 2 检出限1 9 3 3 精密度2 0 3 , 4 准确度2 l 3 5 加标回收2 2 3 6 试剂消耗情况2 3 3 7c f a 法在酚污染应急事故中的实际应用2 4 3 8 本章小结2 5 4c f a 连续流动分析注意事项2 6 4 1 样品部分2 6 4 2 试剂部分2 6 4 3 在线蒸馏部分2 7 4 4 流通池( 比色池) 部分2 7 4 5 蠕动泵部分2 7 4 6 样品峰部分2 7 4 7 基线部分2 7 4 8 检测灵敏度不高的情况2 7 4 9 样品重现性不好的情况2 7 l v 4 1 0d r i f t 峰出现漂移的情况 4 1 1 稳态时出现波动的情况 4 1 2 校准曲线部分 4 1 3 本章小结 5 结论和建议 2 7 一2 7 2 7 2 7 5 1 结论2 7 5 2 建议2 7 参考文献2 7 作者简介2 7 v 爻献综述 1 文献综述 1 1 酚的来源和污染现状 苯环或稠环上连有羟基的化合物简称酚，根据连接的羟基数量，有一元酚多 元酚之分。而根据沸点高低不同，又有挥发酚和不挥发酚之分，以2 3 0 。c 为界， 在其之上的称为不挥发酚，在其之下的称为挥发酚。一般的一元酚除对硝基苯酚， 都是挥发性酚，如苯酚、氯基酚、硝基酚、甲基酚、二甲基酚等；另外的多元酚 基本都是非挥发性酚。在我国的水环境质量标准中，挥发酚是指在蒸馏过程中能 随水蒸气一起挥发出来的一类酚【1 1 。 在自然环境中，酚类分布非常普遍，特别是某些植物体内会产生像丁香酚、 漆酚等几种酚。在当前的工业生产过程中，如煤气洗涤、造纸、木材防腐、氨合 成以及炼油炼焦等化工等领域也会产生含酚废物 2 】，例如生产焦炭，每炼一吨焦 炭相应带来0 2 0 3m 3 的含酚废水。另外，在许多城市污水系统中，粪便发生分 解也会产生酚类，这是城市水体酚类污染的重要来源【3 j 。 根据国家环保部2 0 1 0 年2 月公布的第一次全国污染源普查公报 4 】结果，工 业废水中产生挥发酚量为1 2 3 8 万吨，厂区排1 2 1 排放挥发酚量为o 7 5 万吨，其中排 入实际环境水体有0 7 0 万吨；重点流域的挥发酚工业源排量为1 9 3 8 6 3 吨，居于主 要污染物排量的第四位；公报中还按照行业分类，公布了几个重点行业的挥发酚 排放量，如石油和核燃料加工、化学品制造、金属加工、造纸、电力燃气及水制 造业，年排放量分别为5 1 1 0 6 8 吨、8 6 1 8 2 吨、7 1 7 7 2 吨、3 4 6 0 4 吨和1 9 4 4 1 吨。 1 2 挥发酚的危害与污染特性 挥发酚属于原生质毒，高毒性，具有凝固蛋白质的作用，因此有较好的除菌 效能，理论上对一切生命体都有毒害作用。酚能溶于水，且易透皮吸收，如果皮 肤大量接触会引起急性中毒；如果长期饮用含酚水，会导致人出现各种如瘙痒、 丘疹、头晕、贫血及其他神经系统问题，如果摄入过量也可引起急性中毒5 | 。此 外，人可以经由呼吸道吸入酚蒸汽，若吸入的是高浓度蒸气，在不做任何挽救措施 浙汀大学硕：j 学伊论文 史献综述 的情况下，会麻痹人的中枢神经，使人因呼吸障碍而在3 8 h 内而死亡；若长期吸 入低浓度蒸汽，会引起慢性积累中毒。水中含有低浓度的酚类时，会使有些鱼类 的洄游过程受到影响，进而影响鱼类的繁殖；当水中酚类浓度的达到0 1 - 0 2 m g l 。1 时，鱼肉无法食用；达到6 5 9 3m 扩l 一时，会破坏鱼类的呼吸系统和脾脏，导 致死亡，严重的话会引起该水域鱼类绝迹【6 | 。如果农田灌溉使用酚含量较高的废 水，则易导致减产【7 1 。若饮用水源地进水e e 酚的含量高于0 0 2m g l ，在自来水厂 j 争水工艺的氯气消毒阶段会产生氯酚臭【8 。 由于诸如2 一氯基酚( 2 c p ) 、2 , 4 二氯苯酚( 2 ，4 d c p ) 、2 ，4 ，6 三氯苯酚( 2 ，4 ，6 t c p ) 等有机酚类化合物一般较难降解、使用广泛、毒性较大、有生物累积性、并对人 类和生物有致癌、致畸、致突变的特性，因此中国国家环保部和美国环保署( e p a ) 均将它们作为“环境优先控制污染物”对待，并放入“环境激素黑名单”中。 1 3 挥发酚测定的主要方法及存在的问题 由于挥发酚检测的特殊性，导致一般检测过程比较复杂，近年来国家水质检 测标准中对挥发酚检测限的要求也越来越高。目前主要的测定方法有光度法、气 相色谱法、溴化容量法、紫外光谱法、薄层色谱法、液相色谱法等 ，以下对这 些方法的原理和利弊做简要说明： 1 3 1 4 氨基安替比林光度法 4 一氨基安替比林光度法测定挥发酚稳定可靠，灵敏度高，是当前国内外检测 机构广泛使用的一种方法。该方法的原理是：通过对样品进行加热蒸馏，分离馏 出挥发酚类物质，并在此蒸馏过程中保证馏出液体积等同于样品体积，因为挥发 酚的馏出速度跟馏出液体积相关。馏出的挥发酚类物质，在溶液p h 为1 0 左右的 条件下，同铁氰化钾和4 氨基安替比林反应，最终产生红色的安替比林染料。当 测定的是地表水、地下水和饮用水水样时，一般采用萃取法，即用三氯甲烷萃取， 在4 6 0n m 波长下测定吸光度，检出限为0 0 0 0 3m g l ，测定下限为0 0 0 1m g l ， 测定上限为0 0 4m g l _ ；当测定的为工业废水和生活污水水样时，一般采用直接 法，即显色后，在3 0m i n 内，于5 1 0n m 波长测定吸光度，检出限为0 0 1m g l ， 测定下限为0 0 4 m g l ，测定上限为2 5 0m g l 。该方法灵敏度高、精确度高， 浙汀大学硕上学位论文 史献综述 重复性好，但在测定过程中易受几个实验条件影响： 首先，常温下水样采集后应于4 小时内测定，否则需要加入磷酸和硫酸铜，防 止水中微生物分解挥发酚类，并在5 1 0 。c 的条件下冷藏，2 4 h 内完成测定。 第二，4 氨基安替比林的质量直接影响空白试验的吸光度值和测定结果的精 密度，一般需要进行提纯，使方法的检出限、精密度和准确度符合要求。传统上 采用苯或者活性炭进行提纯，用苯进行提纯毒性较大，且浪费大量试剂，而用活 性炭进行提纯的效果并不理想。新国标方法( h j 5 0 3 2 0 0 9 ) f 9 中新定义了用硅镁 型吸附剂进行提纯的方法：取适量6 0 1 0 0 目的硅镁型吸附剂，预先在6 0 0 。c 的高 温下烘4 h ，冷却备用，然后在洁净干燥的烧杯中，加入4 氨基安替比林溶液 1 0 0 m l ，再加入已烘好的硅镁型吸附剂1 0 9 ，玻棒搅拌后静置，用中速定量滤纸 过滤，将得到的滤液存放入棕色玻璃试剂瓶后4 。c 以下冷藏保存。 第三，水样的蒸馏操作是否正确同样会影响检测的结果的准确性。要保证整 套蒸馏装置的气密没有问题，要保持馏出液的导管在容器底部以防止气体直接逸 失，还要控制好电炉温度，防止爆沸损失，最后蒸馏过程快结束时，更要控制温 度，避免蒸干液体。 4 氨基安替比林光度法的蒸馏富集这步操作较复杂，且消耗的样品试剂量 大，一般情况下4 氨基安替比林还需要进行纯化，因此在进行大批量的水样分析时 比较难开展，有较大局限。 1 3 2 气相色谱法 用该法测定挥发酚，一般先对样品进行溴化反应，再用抗坏血酸还原多余的 溴，之后对衍生化后的样品进行萃取，最后用气相色谱测定。 刘娟l l o 】将工业废水的p h 调节至4 5 左右，然后用溴对样品进行衍生化反应， 再用抗坏血酸作为还原剂，通过反应消耗掉余下的单质溴，分离萃取阶段使用效 果较好的混合萃取剂，最后用气相色谱仪进行频谱分析；用该法测定苯酚、几种 甲酚及二元和三元酚，回收率在8 6 0 9 8 1 ，r s d 在4 5 7 3 。 秦樊鑫等】同样也是用溴对样品进行衍生化反应，然后用环己烷分离萃取， 萃取液用气相色谱仪进行分析。使用该方法测定苯酚的线性范围为 0 0 0 8 8 0 岭l 一，检出限为8 4n g l 一；邻甲酚的线性范围为o 0 1 0 1 0 0 9 9 l ，检出 浙汀大学硕一l 学何沦丈丈献综述 限为。10 6n g l 一；间甲酚的线性范围为0 0 18 10 0 9 9 l ，检出限为1 9n g l 一；对甲 酚的线性范围为o 0 1 2 1 0 0 9 9 l ，检出限为1 2 8n g l ，使用该方法的实际回收率 在8 7 9 1 之间，相对标准偏差在4 0 7 o 之间。 气相色谱法测定挥发酚的方法，由于涉及到使用衍生化试剂和萃取试剂，具 有较大毒性，并且整个操作过程比较繁琐，导致这方面的应用受到一定的限制。 1 3 3 溴化容量法 用溴化容量法检测挥发酚，主要原理是通过蒸馏将挥发酚馏出( 同样的，挥 发酚挥发速度随馏出体积变化，要保证馏出液体积等同于蒸馏样品体积) ，由于 溶液中存在过量的溴单质，酚的苯环上的氢被取代而变成三溴酚，三溴酚羟基上 的氢再被溴单质取代变成溴代三溴酚，而后者以及多余的溴单质又能将碘化钾还 原成碘单质，最后用标定好的硫代硫酸钠溶液去滴定碘单质的量，并根据硫代硫 酸钠的消耗量来计算游离碘的量，最终计算出挥发酚的量【坦】。 溴化容量法具体的反应流程如式1 1 1 6 所示。 5 k b r + k b r 0 3 + 6 h c l 一3 b r ，+ 6 k c l + 3 h 2 0 ( 1 1 ) 0 h o b r 叭b p 一咚：m t c - 3 ) 矗r 蠡。 b r 、f )o h 2 1 i c l b r1 7 气；i 批_ 2 k i b r 一：t rb r 1 | l r u2 k c l ( 1 4 ) 、扩。 、。筘。 b r拇f b r 2 + 2 k i _ 2 k b r + 1 2 ( 1 5 ) 2 n a 2 s 2 0 3 + 1 2 - * 2 n a i + n a 2 $ 4 0 6 ( 1 6 ) 溴化容量法去干扰的方法和4 氨基安替比林光度法类似，由于使用的是滴定 法，因此要正确进行滴定操作，保证终点的准确【1 3 1 。 溴化容量法对挥发酚的检出限为0 1 m g l ，测定范围为 o 1 m g l - 1 - 4 5 0 m g l 一 眨】，适合高浓度含酚废水的检测。此外，该方法由于要进行 ” 黼搦 酐 渊企 眦 一 n - 骗 印囝 浙i t 大学颁上学位论文史献综述 溴化滴定，速度较慢，操作过于繁琐。 1 3 4 紫外光谱法 使用紫外光谱法来测定挥发酚方面的应用不是太多，其中以张志贵等【1 4 1 提 出探索思路最为典型：用浓磷酸对采集的水样进行固定，然后为了防止水样中的 各种离子产生干扰，用三氯甲烷和乙醚对水样进行萃取，使样品中的挥发酚部分 转移至乙醚中，然后直接加入无水硫酸钠除去多余的水分，最终用乙醚定容，检 测波长是2 6 9 n m 。该方法克服了4 氨基安替比林光度法需要预蒸馏，关键试剂要 提纯等缺点，提高了检测上限，方法测定范围达到o 4 0 9 1 2 0 m g l ，速度也比国 标法中的直接法更快，但主要还是适用于高浓度含酚废水的检测。 1 3 5 薄层色谱法 曹晓峰等【1 5 1 研究了薄层色谱法中对氯代二甲苯酚的分离条件，将2 体积的苯 和3 体积的氯仿相混合，作为展开剂，使用g f 2 5 4 薄层板，用薄层色谱来检测3 ，5 二甲基对氯苯酚的量。根据其研究结果，在浓度为0 1 8 5 8 9 l - l _ 7 4 3 2 0 9 l 一范围内 线性良好，r = 0 9 9 9 4 ，并成功使用此方法检测了市场上在售的消毒液和氯代二甲 苯酚类合成过程中的中间体，结果令人满意。 沈静等【陋1 为了检测棉籽油中游离棉酚的含量，使用了瑞士卡玛薄层色谱系 统，集成了自动点样仪、展开仪和扫描仪，并用硅胶g 高效薄层板，以5 0 体积甲 苯、8 体积甲酸乙酯、1 5 体积甲酸和l 体积丁酮混合溶液作为为展开剂，用三氯 化锑氯仿饱和溶液来显色，使用双波长紫外反射检测法，即e 9 7 5 0 n m 波长作参比， 在5 5 0 n m 下检测，测定结果是在0 0 8 0 1 2 8 嵋范围内线性良好，r = 0 9 9 4 9 ，回收率在 9 1 5 一1 0 0 2 之间、 同样的，薄层色谱法也是主要适合测定高浓度的含酚废水，由于分析速度慢、 操作复杂，已逐渐被其他方法所代替，目前主要应用于棉酚含量的测定1 7 】。 1 3 6 液相色谱法 目前使用液相色谱和高效液相色谱法测定苯酚及其衍生物方面的研究较多， 例如柳雅君等【1 8 1 用高效液相色谱检测苯酚含量，2 0 9 l 的进样量，使用 浙汀大学硕i j 学位论文 史献综述 d i a m o n s i l c 1 8 9 谱柱( 3 0 。c ) ，载液为水、甲醇混合溶液( 1 0 m l - m i n 一) ，在2 5 4 n m 波长下进行测定。得到的结果是苯酚溶液在2 2 0 9 9 m l l 浓度范围内具有良好线 性，r 值为0 9 9 9 6 ，相对标准偏差为0 8 1 ，平均回收率9 9 7 。张胜利等【l9 】用高 效液相色谱测定苯酚和5 种氯化苯酚，结果具有良好线性，检出限分别为0 0 1 m g l - l 0 0 2m g l - 10 0 2m g l 一、0 0 2m g l - 10 0 2m g l - l0 0 2m g l ，r s d 0 8 ， 样品加标回收率达至j 9 6 0 1 0 2 。严平等 2 0 1 用高效液相色谱检测苯酚、邻苯二 酚、间苯二酚和对苯醌，载液为1 ：1 的水、甲醇混合溶液，流速为0 5 m l m i n ， 结果在2 1 0 m g l 1 浓度范围内具有良好线性，四种待检物检测的相对标准偏差为 o 4 1 6 ，它们的回收率达到9 5 3 1 0 1 6 ，检出限为0 0 7 3 5 0 1 2 9 8 m g l ， 因此该方法适用于对苯酚和苯酚分解产物进行分离测定。张根林等【2 1 用p d a 作 紫外检测，用高效液相色谱测定棉秆水解产物中的苯酚含量，载液为水和甲醇混 合液，结果在o 0 1 2 0 0 m g l 1 浓度范围内具有良好线性，检出限达到o 0 0 5 m g l 一， 回收率在9 0 6 1 0 0 5 z n ，相对标准偏差在1 1 2 5 之间。李英等【2 2 】模拟了苯 酚和4 叔丁基苯酚在食物中的迁移，并使用高效液相色谱测定，结果苯酚和4 一叔 丁基苯酚在4 中模拟介质中回收率在9 2 8 1 0 4 0 之间，相对标准偏差在 0 2 6 6 1 之间，最低测定限为0 0 0 5m g l 。 此外还有通过使用比较高效的液液萃取，再用高效液相色谱测定的，例如 汜- 4 4 - 石场等2 3 1 用离子液体高效液相色谱来检测水中酚类化合物，确定了在p h 为5 左右的6 0 m l 水相萃取4 0 m i n 的最佳条件下，离子液体对苯酚等5 种酚的富集达到9 倍1 5 l 倍，检出限达到0 3 2 0 l a g l ，实样加标检测的回收率达n 8 7 9 一1 0 9 9 。 高效液相色谱对挥发酚类物质的分析应用较广泛，但对于复杂基质的样品和 浓度极低的样品灵敏度不高，在分析前需要进行预处理。 传统的固相萃取、液液萃取方法耗时长且消耗大量的有毒有机溶剂，目前新 型的预处理方法是液液微萃取，具有使用有机溶剂少、操作相对简便、富集因子 高等优点 2 4 】。 1 4 流动分析法的机理和特点 溶液化学分析( 即湿法分析) 至今已有2 0 0 多年的历史，是分析化学中最基 本和最为经典的分析方法。这些分析方法多采用手工操作完成，因此费时、费力、 浙汀大学颁上学位沦文 史献综述 分析速度慢，而且分析结果常常受到操作者主观因素的影响。另一方面，在实验 室完成一次分离、分析所需要的分析设备种类多、体干只大、试样和试剂消耗量很 大、难于操作，且不便于进行现场分析。为此，人们尝试研究并发展了一系列自 动分析方法及装置，包括流动分析法。 流动分析技术目前在医学化验分析、水文水质监测、工业实验室分析等方面 已经得到比较广泛的应用，而环境监测领域和高校实验室研究这块则刚刚处于起 步阶段，但是基于流动分析技术巨大的优势，可以预见到今后良好的应用前景。 1 5 常用的流动分析法 1 5 1 流动注射分析法( f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s f i a ) f i a 流动注射分析是一种现代分析技术，主要工作原理是系统由不使用任何 分隔技术的载流驱动，往载流中注入样品或试剂片段，即使片段反应未达到稳态， 但由于每个片段在系统内停留的时间和条件都是严格控制的，因此得到的信息也 是一致的，可以据此来得到相关的浓度数据。 图1 1 是一个简单的f i a 分析系统分析流程示意图，可以看到样品从进入系统 到分析结束的时间少于l m i n ，这是f i a 分析法最大的特点和优势所在。 图1 1f i a 分析系统示意图 f i a 系统由于分析速度极快，所以基线稳定的速度也非常快，是一种检测洁 j 争水样中简单化学成分的经济型解决方案。由于此系统中的管路一般设计得较 浙汀大学颁，1 学何沦近迎献综述 细，因此对于污水样品需要先进行过滤，否则容易发生堵塞，导致该方法在环境 监测领域中的应用具有较大的局限性。 1 5 2 连续流动分析法( c o n t i n u o u sf l o wa n a l y s i s ，c f a ) c f a 连续流动分析系统是由高精度蠕动泵驱动，按照事先设定好的顺序，将 样品和试剂精准地注入到化学反应模块中，同时在模块中注入均一的空气泡将 每个样品分割成2 0 3 0 个相同的样品片段，分割的样品片段和试剂在反应模块中充 分混合反应，最后用比色计进行比色，由软件记录样品吸收，并根据标线算出样 品浓度的一整套完整的分析系统。图1 2 是一个简单的c f a 分析系统流程示意图， c f a 系统整体用蠕动泵驱动，在系统中引入气泡隔断，并在反应圈内进行充分混 合反应，通过检测器得到检测数据。气泡的引入是c f a 分析系统的重要特点，也 是c f a 分析结果稳定性的保证。 妒一；f ” 窘动迸样器 蒿横凄螨动袋 磬气 戴 翅醉 越 图1 2c f a 分析系统示意图 c f a 连续流动分析系统的几个主要特点： 1 ) 通过使用不同内径的蠕动泵泵管来精确控制试剂与样品加入的量并控制它们 之间的比例。图1 3 是一张c f a 系统中蠕动泵和泵管配合使用的照片，每一个蠕动 泵有十几至二十几个泵管位，泵管一般使用具有较好弹性并耐酸碱腐蚀的强化硅 胶管； 图1 3c f a 系统蠕动泵和泵管实物照片 孵j 霪 ：i 一壤 j 雾、一鬟 冁 藿 疆禽 鬻：i 赣 折江大学顾上学位沦文 义献综述 2 ) 引入玻璃延时反应圈，使样品和试剂之间充分混合，完全反应。图1 4 是c f a 系 统中玻j 禹延时反应圈实物照片，玻璃反应圈具有稳是可靠，基本无吸附，清洗万 便等特点： 图1 4 c f a 系统中使用的玻璃延时反应圈实物照片 3 ) c f a 的第三个重要特点是气泡的引入。一般每两秒在系统中注入一个气泡，使 得一个样品包括2 0 3 0 个片断，每一片段被测量1 0 0 次，即每一个样品会被测量 2 0 0 0 - 3 0 0 0 次，这样带来的好处有：可以反应完全，不用担心扩散和带过；清 洁流动系统内表面；维持每一个样品片段的均匀一致性；帮助每一片段内部 混合，如图1 5 所示，样品和试剂片段在管路内流动时，受到管壁效应的作用，在 管壁内产生内环流，使得样品和试剂充分混合反应： 图1 5 样品试剂片段在c f a 系统管路内流动示意图 能清楚指示系统故障源头；反应过程中产生的小气泡能轻易融入大气泡中， 不会产生乱峰；降低流速和减少试剂消耗；保证保证极低检出限和良好的重 复性；保证反应环境的小变化不会影响结果。 4 ) 反应完全后吸光度在一定时间内是稳定的，这是c f a 连续流动分析系统一个很 重要的特征，是c f a 灵敏度和稳定性的来源。如图1 6 所示，在分析过程中，反应 折汀大学颁j i 学伊沦史疋献综述 条件、样品和试剂的流速、试剂的浓度、室内温度和反应温度可能会发生变化， 但由于样品和标准物质经过同样的过程并达到稳态，通过多个片段多次测量的手 段，最后肯定能够得到一段稳定状态的样品的吸光度，反应在峰形上就是一个稳 定的吸收平台，所以这些环境条件的变化几乎不会对分析结果的准确性产生影响。 图1 6c f a 系统的稳态效应示意图 由于f i a 分析法对于反应过程较为复杂或反应时间较长的测定应用上有较大 的局限性，因k l c f a 片段流技术这方面更胜一筹。从当前的技术条件来看，c f a 分析技术相对于f i a 技术灵敏度更高，峰高具有稳态，抗干扰能力强，可完成复杂 的化学反应过程，容易判断系统故障，可去除脏物质，检测极限更低等优点。此 外c f a 相对f i a 分析系统来说整体更加稳定，试剂消耗量小得多，多参数测量更 容易，管路不容易堵塞，分析速度较快。 1 5 3 自动间断分析法( a u t od i s c o n n e c t e da n a l y s i s ，a d a ) 自动间断化学分析是将比色分析法自动化的一种分析手段，它完全模拟人工 比色法，将样品、试剂和显色剂加入比色皿中反应，其浓度与颜色成正比关系， 经比色计检测透光强度，得到相应的峰值吸光度，再通过标准曲线计算得到相应 的浓度。所有步骤通过进样臂和电脑控制，充分实现机械化和智能化。它将各个 样品反应显色时间通过程序设置完全一致化，减少由于反应显色时间的不等而造 成的比色问题，减少人员误差，提高分析结果准确率。该分析技术适合样品参数 多、数量多的情况下的分析工作。图1 7 是德国s e a l 公司最新的a q 2 + 型a d a 分析 艾献综述 仪的内部照片，由于当前诸多领域水质分析的特殊需求，a d a 分析技术也得到 较快的发展。 鬻 图1 7 德国s e a l 公司a q 2 + 型a d a 分析仪 a d a l 学分析仪主要用于各种水样一次测定，如氨氮、硝酸盐、硬度、碱 度、六价铬、亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等。 a d a 化学分析的技术优势主要有：对每一个样品可选择多个参数，且所 有的参数样品测试通过软件编排，不用更换试剂、反应模块、反应圈等；无需 基线稳定过程；没有带过现象；样品可自动预稀释或对超标样品再稀释并重 新测量；系统不会堵塞；可无人值守快速分析，结束后自动清洗系统和旁路。 a d a f 匕学分析相对于连续流动技术的缺点有：不能进行在线消化，蒸馏， 萃取，高温加热，在线过滤等复杂处理，应用受到极大限制；对样品悬浮物容 忍度较小；由于反应是在开口情况下完成，检测限比较高，重复性没有连续流 动技术好：对单一分析项目分析速度没有连续流动分析技术快， 1 6 选题思路 2 0 11 年6 月，杭新景高速公路杭州建德段发生汽车追尾事故，引发苯酚泄漏， 从槽罐车漏出的苯酚被暴雨冲入新安江，直接威胁下游几百万居民的饮水安全。 省市两级环境监测系统启动应急预案，进行应急处置【2 5 - 2 7 1 ，并布设8 个断面2 4 小 浙汀大学硕l 学伊沦文 丈献综述 时不间断进行挥发酚监测，分析频次之高在以往是绝无仅有的。然而事实上，目 前国内测定水中挥发酚的方法主要采用水质挥发酚的测定4 氨基安替比林分光 光度法) ) 2 8 1 。该方法对待测样品需蒸馏预处理，对于含量低的样品还需萃取比 色，操作繁琐，样品分析周期较长，通常分析一批样品需耗时一个半小时左右， 当存在大量的待测样品时，要及时得到数据有较大难度，同时实验人员连续工作 易产生疲劳，影响分析结果的准确性。因此，必须探索和开发新型快速的挥发酚 检测方法，以满足连续大批量样品测定的需求。 目前挥发酚的测定方法主要是光度法、气相色谱法、溴化容量法、紫外光谱 法、薄层色谱法、液相色谱法等。4 氨基安替比林光度法是目前国际上广泛使用 的标准检测方法；气相色谱法需要对样品进行澳衍生化反应，萃取后测定；溴化 容量法、紫外光谱法、薄层色谱法适用于浓度较高的含酚废水的分析，另存在操 作步骤繁琐、速度慢、精度低、样品用量多等缺点；高效液相色谱对于复杂基质 的样品和浓度极低的样品灵敏度不高，在分析前需要进行预处理，耗时且有毒性。 近年来，连续流动分析法测定水中的挥发酚开始得到发展 2 9 - 3 9 】。该方法基于 目前国际通用的标准方法一氨基安替比林光度法，叉结合了连续流动分析的 优势，具有准确度和精密度高( 采用1 0 0 c m 光程比色计) ，分析速度i 夹( 2 4 样h i ) ，操 作简单( 使用在线蒸馏装置和循环冷却水) 、试样和试剂用量少( f a m e 计) ，不使用 氯仿，对实验人员毒害小，不易对环境造成二次污染等优点【4 0 1 。因此，本文重 点研究使用具有长光程比色池的连续流动分析系统，来检测水中微量的挥发酚的 方法，对该方法检出限、精密度、准确度、加标回收率等方面进行了考察f 4 l 】 4 2 l ， 并将该方法与传统的国标方法( h j 5 0 3 2 0 0 9 ) 进行了比对。 1 7 本章小结 本章主要是对挥发酚进行的文献综述，首先阐述了挥发酚的来源和污染现 状、挥发酚的危害与污染特性，接着列举了目前测定挥发酚的几种主要方法 ( 4 - a a p 光度法，紫外光谱法，溴化容量法，气相、液相、薄层色谱法等) 以及 这些方法存在的问题，最后分析了连续流动分析法的机理和特点并通过比较三种 常用的流动分析法( f i a 、c f a 、a d a ) 的优缺点，确定了c f a 气泡隔断片段连 续流动分析法是目前分析测定挥发酚的理想选择。 浙汀大学颁上学位论文c f a 法测定挥发酚的实验准备 2c f a 法测定挥发酚的实验准备 2 1 实验原理 水样在酸性条件下通过在线恒温蒸馏器蒸馏，馏出的挥发酚类与碱性铁氰化 钾和4 氨基安替比林反应生成红色反应产物，最后在5 0 5 n m 波长下对该产物进行 检测来最终测定水样中挥发酚的含量。 2 2 样品的采集和保存 样品采集时，用淀粉碘化钾试纸检测样品中有无游离氯等氧化剂的存在。 若试纸变蓝，应及时加入过量硫酸亚铁去除。样品采集量应大于5 0 0 m l ，贮于硬 质玻璃瓶中。样品采集后应立即测定。不能立即测定的水样，可以用以下几种方 法保存：在4 。c 下冷藏，2 4 h 内测定【9 1 ；加入磷酸和硫酸铜，在4 。c 条件下冷 藏，3 d 内测定； 3 v , 人n a o h ，在低于2 0 。c 条件下保存，7 d 内测定4 3 】。 2 3 样品干扰及消除 c f a 法检测挥发酚时的一些干扰物质和消除办法如下：氧化剂，可加入硫 酸亚铁去除；硫化物，可加入磷酸酸化，搅拌曝气除去硫化氢；还原物质， 将样品用硫酸酸化后用乙醚萃取，再用氢氧化钠溶液反萃取，水浴加热除乙醚， 最后用水稀释至原取样体积，并用水做空白进行试验。油类，样品静置分离出 浮油后，按照步骤操作；苯胺类，可在酸性条件下预蒸馏分离9 1 。 2 4 主要实验仪器 1 ) 在线超声混匀自动进样器。见图2 1 ，该套系统由美n b l t e c 公司制造，并由 u x 0 5 0 b ( 超声头) 、h s u 2 0 2 0 ( 超声机械装置) 、r a s 8 0 0 0 ( 圆盘进样器) 三 部分组成；此套设备能对样品进行超声乳化，将悬浮颗粒物粉碎到非常小的目数， 折；t 犬学颁1 。 f ，沦殳c f a 法测定挥发酚的。j j 验滞矫 图2 1b l t e c 公司在线超声混匀自动进样器 并从沙粒上剥离，使沙粒沉降到底部而不被吸入系统。这样一方面防止进样系统 堵塞，另一方面防止高硬度的悬浮沙粒进入系统刺破蠕动泵管，甚至破坏蠕动泵 滚轴，更重要的是使得样品呈乳化状态，进样均匀具有代表性； 2 ) 恒温在线蒸馏装置m c 。见图2 2 ，该套系统由德国j u l a b o 公司制造，加热部 分使用硅油浴，可以为挥发酚蒸馏提供快速恒定的加热温度；蒸馏部分使用结构 紧凑的玻璃蒸馏装置和冷凝装置，效果良好； 图2 2j u l a b o 公司恒温在线蒸馏装置外观和内部构造 弋 h#i 折汀。大学硕上学位论文 3 ) a u t o a n a l y z e r 3 ( 简称a a 3 ) 高精度双光束比色计。见图2 - 3 ，该比色计由德国 b r a n + l u e b b e 公司制造，使用单通道双光束，而其最新产品已经叫以具备四 通道，结构更加紧凑，提高分析效率； 图2 3a a 3 高精度双光束比色计内部构造 4 ) a a 3 高精度蠕动泵。见图2 4 ，该设备也是由德i 雪b r a n + l u e b b e e a 司制造， 能稳定可靠地提供实验中需要的试剂和样品泵入量，在实际使用中有超过5 天连 续工作的纪录； 1 1 2 4a a 3 高精度蠕动泵外观和内部构造 5 ) l w c c 一2 1 0 0 型长光程流通池。图2 5 是其内部构造图，由美国w p l 公司制造，使 用1 0 0 c m 长的光纤，太大提高检测灵敏度； 折汀大学颁上学伊i 令文 c f a 土测定挥发酚的。葵验滞挤 n 2 5l w c c 2 1