生活飲用水用聚合氯化鋁中鐵的測定方法比較研究

黃美玲， 謝莎莎

(惠州市水質檢測綜合服務有限公司， 廣東 惠州 516003)

聚合氯化鋁(PAC)是一種多羥基、多核絡合體的陽離子型無機高分子絮凝劑，廣泛應用于飲用水的凈化處理，其質量直接影響飲用水安全[1-5]，相關標準也要求聚合氯化鋁中鐵含量不大于0.2%[6]。

目前，國內生活飲用水用聚合氯化鋁中鐵的測定方法只有《水處理劑鐵含量測定方法通則》(GB/T 22596—2008)[7]。該方法中有些實驗條件已不能滿足準確測得聚合氯化鋁中鐵的含量的要求。關于原子吸收法測定鐵的報道有很多[8-13]，但未見在生活飲用水用聚合氯化鋁中應用。本文通過對比試驗，優化鄰菲羅啉分光光度法實驗條件并摸索原子吸收法測定生活飲用水用聚合氯化鋁中鐵含量的條件，以期為實驗室對生活飲用水用聚合氯化鋁中鐵的測定方法的選擇提供理論依據和參考。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：VARIAN AA240FS原子吸收分光光度計、723型可見分光光度計、1 cm玻璃比色皿、100 mL比色管。

主要試劑：1,10-菲羅啉AR、鹽酸GR、硝酸GR、抗壞血酸AR、無水乙酸鈉AR、冰乙酸、鐵標準溶液(GBW08616，1 000 mg/L)。

2 樣品的測定

2.1 樣品制備

方法一：稱取聚合氯化鋁液體約10 g或固體約3.3 g于250 mL燒杯中，加入100 mL水和適量鹽酸，置于電加熱板上微沸約1～15 min，冷卻后轉移至500 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。

方法二：稱取聚合氯化鋁液體約10 g或固體約3.3 g于250 mL燒杯中，加入30 mL水和5 mL硝酸，蓋上表面皿煮沸1 min，冷卻后轉移至250 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。

空白試驗：在測定試液的同時，用制備試液的全部試劑和相同量制備空白溶液并稀釋至相同體積，移取與測定試液時取同樣體積的試劑空白溶液進行空白試驗。

2.2 標準溶液的配制

將鐵標準溶液(1 000 mg/L)用純水稀釋成濃度為100 mg/L的鐵標準使用溶液，再配制相應的標準系列。分光光度法標準系列所對應的鐵含量分別為：0.05，0.10，0.20，0.30，0.40和0.50 mg；原子吸收法標準溶液系列濃度分別為0.10，0.20，0.40，0.80和1.00 mg/L。

2.3 加標樣品的制備

稱取1#、2#兩組樣品進行加標回收率分析。稱取液體試樣約10 g，分別加入2.50和5.00 mg的鐵標液，按照優化后方法一的步驟制備加標試液。

2.4 樣品測定

2.4.1鄰菲羅啉分光光度法

取一定量(10或20 mL)按照2.1所制備的試液和標液于100 mL比色管中，另取同樣體積的試劑空白溶液加水至60 mL，用氨水溶液(1+1)或鹽酸溶液(1+1)調至pH值為2(用精密pH試紙檢查)。加入1 mL濃度為100 g/L的抗壞血酸溶液，然后加入20 mL pH值為4.5的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(18 g乙酸鈉和9.8 mL冰乙酸溶解于水中并稀釋至1 L)和5 mL濃度為2 g/L的1,10-菲羅啉溶液用水稀釋至刻度，搖勻。放置20 min后，于510 nm波長處，用1 cm比色皿，以純水作參比測量其吸光度，繪制標準曲線。

2.4.2火焰原子吸收光譜法

直接將標準系列和制備好的樣品適當稀釋，在波長248.3 nm處測吸光度，繪制標準曲線。

3 結果與分析

3.1 標準曲線

由表1可看出，2種方法的線性關系均表現較好。

表1 2種方法的標準曲線對比

3.2 酸化解聚條件的影響

聚合氯化鋁由多個氯化鋁配位形成，在酸化條件下可以解聚形成離子態。從表2可以看出，加入鹽酸體積為4 mL以上時，解聚后試液顏色有一個明顯變化，由黃棕轉變為黃綠色，pH值也低于4，說明解聚完全，鐵元素都處于離子態。從鐵含量測定結果看，分光光度法受解聚程度影響很大，原子吸收法基本不受影響。解聚不完全時三價鐵處于膠體狀態，在分光光度法中很難被抗壞血酸還原成二價鐵，故使最終的檢測結果偏低；原子吸收法中試液中化合態或離子態的鐵都可原子化，故不受酸用量影響。

表2 解聚用鹽酸用量對鐵測定結果的影響

續表2 (Continue)

考慮到成本因素和確保解聚完全，確定分光光度法(方法一)解聚時鹽酸最優用量為5 mL；原子吸收法不受酸用量的影響，故1 mL已足夠。

3.3 不同酸解聚的影響

聚合氯化鋁解聚用的酸一般采用鹽酸或硝酸。按照方法一(鹽酸最佳用量為5 mL)和方法二用2種酸解聚進行了對比試驗。由表3可見，鹽酸解聚后2種方法測得結果一致，但用硝酸解聚時分光光度法測得的結果偏低。這是因為硝酸有氧化性，會消耗部分抗壞血酸，樣品中的三價鐵未完全轉化為二價鐵；而原子吸收法基本不受影響。故分光光度法用鹽酸解聚最佳，原子吸收法使用2種酸解聚均可。

表3 不同酸解聚后的測定結果

3.4 調節pH的酸用量的影響

分光光度法中，在加抗壞血酸之前要加入酸調節pH至明顯酸性以破壞膠態鐵，使其轉化成鐵離子，以順利被抗壞血酸還原成二價鐵。但酸用量要合適，若酸化過量，加入緩沖溶液后就無法將pH值調控在4～6。從表4可以看出，當1+1鹽酸加入量達到700 μL以上時，緩沖液已無法調節pH值為4～6以保證顯色劑與二價鐵離子在最佳酸度范圍反應，使得結果偏低，而且酸化過量越多，鐵含量測得的負偏差越大。

表4 不同體積1+1鹽酸溶液調節pH值后的測定結果

3.5 解聚時間的影響

按照方法一和樣品測定步驟制備并測定某一樣品，比較解聚時間對測定結果的影響。由表5可見，煮沸1，5和15 min時測得鐵含量差異不大，說明樣品質量約為10 g，加入5 mL鹽酸解聚，煮沸1 min已足夠使樣品完全解聚，無需按照《水處理劑鐵含量測定方法通則》(GB/T 22596—2008)所要求的煮沸15 min。

因此，考慮節省試驗時間和滿足試驗要求的雙重目的，解聚時煮沸1 min即可。

表5 解聚時間對測定結果的影響

3.6 精密度

取一樣品按優化后的試驗方法進行精密度試驗，結果見表6。分光光度法的相對標準偏差為0.35%，原子吸收法為0.48%。2種方法的相對標準偏差均小于1%，均表現出良好的精密性，適用于生活飲用水用聚合氯化鋁中鐵的檢測。

表6 兩種方法的精密度比對結果

3.7 加標回收率

移取制備好的加標液10 mL按2.4.1，以及稀釋50倍加標樣品按2.4.2測定鐵含量，結果見表7。分光光度法的加標回收率為94.0%～98.0%，原子吸收法為96.0%～106%。結果顯示，2種方法準確度較高，加標回收率均在合理范圍內，無顯著性差異。

表7 加標回收率比對結果

4 結論

① 實驗得出樣品制備的最佳條件為：分光光度法鹽酸用量5 mL，微沸約1 min；原子吸收法不受酸用量的影響，考慮節約試劑，鹽酸用量1 mL，微沸約1 min即可。硝酸解聚法只適合于原子吸收法。

② 從大體上看，兩種方法測出的結果無顯著性差異。但分光光度法試驗條件限制較多，解聚時鹽酸用量要確保足夠，加入還原劑前pH值的調節至關重要，過程繁瑣，耗時較長，試驗過程中耗用試劑較多，用量較大，對環境和人體的危害也比較大。而原子吸收法干擾較少，操作簡便，準確度和精密度都較好，耗能少，對環境較為友好，值得推廣使用。