分光光度法測定水合肼分析方法的優化性研究

邢書才，楊永，岳亞萍

(環境保護部標準樣品研究所 國家環境保護污染物計量和標準樣品研究重點實驗室，北京 100029)

《水質 肼的測定 對二甲氨基苯甲醛分光光度法》(HJ 674—2013)[1]，是現行實施的標準分析方法。在實際應用中，發現該方法在測定下限、測定范圍，校準曲線的設置，被測樣品取樣方式的科學性等方面存在問題，影響應用測定的質量。以往相關測定實驗研究，主要為分析方法的應用和不確定度評定等方面[2-8]，少有涉及測定方法及其問題改進性研究方面的報道。針對水中水合肼測定分光光度法中存在的問題，本工作按照光譜分析的技術要求，對校準曲線進行優化性配置，拓寬了測定范圍，在實驗取樣方式等方面改良，對顯色條件重新研究和選擇，糾正了有悖計量規則的取樣方式，提升了技術指標。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

鹽酸(ρ=1.19 g/mL)、乙醇、對二甲氨基苯甲醛、硫酸肼均為分析純。

Cary 300 UV-Vis型分光光度計；MS204TS型電子天平。

1.2 溶液配制

分別配制0.12，0.6 mol/L的鹽酸溶液。

1.2.1 對二甲氨基苯甲醛溶液(18.2 g/L) 取4.0 g對二甲氨基苯甲醛溶于200 mL乙醇中，加入濃鹽酸20 mL后混勻。

1.2.2 肼標準貯備液(以肼計100 mg/L) 稱取0.203 0 g硫酸肼于小燒杯，用5 mL濃鹽酸溶解后移入500 mL容量瓶，以純水定至標線混勻。

1.2.3 肼標準使用液 以肼標準貯備液逐步稀釋配成1.00，0.20 mg/L。

1.3 實驗方法

1.3.1.1 制備校準曲線 取5支50 mL具塞比色管，分別加入肼標準溶液(1.00 mg/L)0，0.50，1.00，1.50，2.00，3.00 mL，用0.12 mol/L的鹽酸定至50 mL，準確加入對二甲氨基苯甲醛溶液10.0 mL后混勻，放置20 min后用50 mm 比色皿，以水為參比，在458 nm 波長處測量吸光度，繪制校準曲線。

1.3.1.2 樣品測定 在50 mL干燥的比色管中滴加水樣至50 mL標線。準確加入對二甲氨基苯甲醛溶液10.0 mL后混勻，放置20 min后用50 mm比色皿，以水為參比，在458 nm 波長處測量吸光度。

1.3.2 改進后的測定方法

1.3.2.1 制備校準曲線 分別加入濃度為0.20 mg/L的肼標準使用液0，0.25，0.50，1.00，2.00，4.00，6.00，7.00 mL于10 mL比色管中，加水至約7 mL，0.6 mol/L HCl各加0.50 mL，對二甲氨基苯甲醛溶液1.50 mL，加水至10 mL刻度，搖勻。20 min 后于波長458 nm 處，以水作參比，用3 cm比色皿，測定吸光度，繪制校準曲線。

1.3.2.2 樣品測定 吸取5.00 mL待測水樣于10 mL(含肼不超過 1.4 μg)具塞比色管中，檢查水樣pH值，如水樣不呈中性需用稀鹽酸或氫氧化鈉溶液，將水樣調到7左右，0.6 mol/L的鹽酸各加0.50 mL，加入1.50 mL對二甲氨基苯甲醛溶液，加水稀釋至10 mL標線，混勻，20 min 后用3 cm光程的比色皿于458 nm波長處測定吸光度，從校準曲線查出肼含量。

1.3.2.3 空白實驗 取5 mL去離子水代替水樣，按水樣相同的步驟進行空白測定。

2 結果與討論

2.1 校準曲線質量及測定范圍的比對和改進

分別按照1.3.1.1和1.3.2.1節的方法進行測定，圖1和圖 2為改進前后的校準曲線。

圖1 原方法校準曲線Fig.1 The calibration curve of quondam determination method

圖2 改進后方法的校準曲線Fig.2 The calibration curve of improved determination method

由圖1所繪(原分析方法)校準曲線分析，根據圖中標準點計算出方法的測定范圍為0.008 3～0.050 mg/L；測定下限為0.008 3 mg/L。依照《環境監測 分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168—2010)的技術要求[9]，經計算，實際檢出限應為0.001 1 mg/L，實際測定下限為0.004 5 mg/L，原方法中設定的測定下限0.008 3 mg/L距離實際測定下限較遠，相差近1倍左右，不利于低濃度樣品的檢測。再分析測定上限0.05 mg/L濃度點，由圖1可知，0.05 mg/L濃度點時吸光值為0.481，減去試劑空白0.038后，有效吸光值只有0.44；按方法學的相關要求，分光光度法吸光值測定上限達到0.7左右[10]較為適宜。從圖1反映出原測定方法的測定范圍過于狹窄，使分析測定受到限制。

從表2可以看出，艷紫根長極顯著高于其他品種，其次為玫瑰紅，第三為莫迪，黃石最短；黃石和莫迪根粗最粗，顯著高于其他品種，玫瑰紅根粗最低，顯著低于其他品種；根形大多為圓錐。

對圖2進行分析，經改進后的方法，測定范圍為0.004 7～0.14 mg/L。經計算，方法檢出限為0.001 2 mg/L，測定下限為0.004 7 mg/L，曲線的回歸系數R2=0.999 8，與原測定方法相比，精密度具有一致性的良好，線性質量高，方法的測定范圍比原測定方法擴寬了近 2 倍。

按照光譜分析的一般要求，測定上限吸光值一般不超過0.7左右，被檢定樣品的吸光值為0.4左右視為理想狀態[11]。由圖2可知，以 50 mm 比色皿所測得的校準曲線，雖線性良好，但測定上限幾個濃度點的吸光值都超過了1.0以上。因此，選用30 mm比色皿進行測定，試劑空白已降至0.022，以水為參比，測定范圍為0.007 9～0.14 mg/L(圖3)。

圖3 改進后的校準曲線Fig.3 The calibration curve of improved determination method

2.2 校準曲線標準點的設置

以標準曲線方式進行測定時，其校準曲線中的標準濃度點的設置是有特定要求的，應當是中間稀疏、兩端密集。對圖 1 進行分析可以清楚地看出校準曲線為等梯度設置，而在校準曲線的兩端密集設置標準濃度點。由改良后的圖 3 校準曲線可知，低濃度點設定在測定下限附近，在展寬測定范圍的同時有利于低濃度樣品的測定；標準濃度點在校準曲線兩端的密集設置，可有效保證提高曲線的精密度質量，有利于提高分析測試的質量[12-13]。

2.3 顯色體系的酸度

顯色體系的酸度對顯色基團的顏色反應有直接影響，原測定方法中顯色反應的酸度為0.12 mol/L的鹽酸，本研究對加入鹽酸的量進行了條件實驗，在10 mL 比色管中，加入含0.40 μg肼的肼標準溶液，分別加入0.6 mol/L的鹽酸0.25，0.50，1.00，2.00，3.00，4.00 mL，各加入對二甲氨基苯甲醛溶液1.5 mL，加水至10 mL刻度，搖勻。20 min后于波長458 nm處，以水作參比，用3 cm比色皿，測定吸光度，測定結果見圖4。

由圖4可知，0.25 mL和1.00 mL時，吸光值大且基本不變，隨著酸度增大，吸光值逐漸降低，以此選擇10 mL體積中加入0.6 mol/L 的鹽酸0.50 mL，以此作為顯色反應的酸度。

圖4 鹽酸加入量對吸光度的影響Fig.4 The effect on the absorbance by adding amount of muriatic acid

2.4 顯色劑用量的選擇

取含 0.40 μg肼的肼標準溶液于10 mL比色管中，按1.3.2.2節實驗方法，其他條件不變，只改變顯色劑用量，用30 mm比色皿，以水為參比，吸光度測定結果見圖5。

圖5 顯色劑用量對吸光值的影響Fig.5 The effect on the absorbance by adding amount of chromogenic reagent1.試劑空白對水；2.顯色絡合物對水

由圖5中的測定結果可知，吸光值大的區域是在加入顯色劑1.0～2.5 mL區間，選擇加入顯色劑(18.2 g/L的對二甲氨基苯甲醛溶液)1.5 mL作為體系顯色劑的加入量。

2.5 樣品測定取樣量的問題與改進

在原分析方法中，被測樣品的量取主要存在兩方面的問題。一是制備校準曲線中標準溶液的量取方式和精度，與被測樣品的量取方式和精度不一致。標準溶液的量取是用移液管移取，量取液體的精度可達到小數點第2位；而被測樣品的量取是把被測水樣向50 mL比色管中轉移，滴加至50 mL標線，不用移液管量取。所帶來的問題，首先比色管是反應器皿，不是量具，50 mL比色管的刻度標線，其體積精度無法與50 mL移液管相比，體積精度相去甚遠，無法保證量取樣品的準確性，進而使分析測試的質量受到影響。

二是在樣品的取液量上存在問題，直接取樣50 mL。這種取樣方式的不妥之處，在于沒有考慮到樣品的濃度問題，分析方法有其自身的測定范圍，應在被測成分不高于測定上限的前提下，濃度高的樣品，取樣量宜小；濃度低的樣品，取樣量要大(絕對含量不超過3 μg)，取樣量的大小，若能使取樣量含有的被測成分達到校準曲線的中部左右，則更加有利于樣品的準確測定，是相對理想的一種測定狀態。原分析方法中采用一律取樣50 mL的方式，不符合定量分析的基本原則，是不妥當的取樣處理方式。

基于上述兩方面的問題，將原分析方法中樣品的取樣方式改為用移液管移取，同時，為了減少實驗室污染[11]，提倡微量法實驗，將50 mL的比色管改為10 mL，將測定體系的溶液體積由60 mL改為10 mL，實驗分析產生的廢液量較改進前減少了80%以上。

2.6 精密度和準確度測定

制備高、中、低3個濃度的樣品，進行精密度檢查。3個樣品的濃度分別為0.12，0.07，0.014 mg/L[9]。按1.3.2節改進后的測定方法進行測定，檢驗方法的精密度。用水合肼標準樣品進行方法的準確度檢驗(n=6)，并同原測定方法比對分析。檢驗結果見表1、表2。

表1 精密度測定結果Table 1 The determination result of precision

表2 準確度測定結果Table 2 The determination result of accuracy

對表1數據進行分析，高、中、低3個濃度的樣品，測定值與配制值一致性良好，相對標準偏差≤3.0%，表明方法的精密度符合要求。對表2數據進行統計，用原方法和改進方法測定結果與標準值進行t檢驗，t檢驗結果分別為2.20和1.65，小于查表值(t(0.05，5)=2.45)，說明測定結果準確。用原方法和改進方法的測定結果進行t檢驗，t實驗=1.90，小于查表值(t(0.05，10)=2.23)，表明測定結果有一致性。其中改進方法測定結果與標準值的吻合度更高，相對偏差更小。

3 結論

分析方法是儀器分析中得到準確測定結果的基礎，分析方法科學嚴謹，保證分析數據的正確可靠，是對分析方法的基本要求。本工作對《水質 肼的測定 對二甲氨基苯甲醛分光光度法》(HJ 674—2013)的測定條件進行了優化研究。通過實際測定數據，對方法的檢出限、測定下限和測定范圍，校準曲線制備，被測樣品取樣量的科學性等方面進行論證分析，在優化測定條件的基礎上，對測定顯色的酸度條件進行選擇；重新選擇了靈敏度高的酸度條件；確認了顯色劑的適宜用量。實驗方法的微量化，使得實驗產生的廢液只有原方法的 20%，符合綠色分析方法的要求。改進后的實驗方法，不僅降低了測定下限，擴寬了測定范圍；方法簡便易于操作，適于不同水體中樣品的分析測定。