仪器分析论文：饮用水检测方法简介

时间：2021-06-11 15:28:23 论文我要投稿

仪器分析论文：饮用水检测方法简介

　　论文摘要：由于水源污染物的项目繁多，类型复杂，使得传统的饮用水检测指标（GB5749-1985）不能完全代表安全的饮用水标准。本文针对现行的《生活饮用水卫生标准》，简要介绍了饮用水常规检测指标所涉及的分析仪器方法，主要包括有：原子吸收法、离子色谱法、TOC仪、气/液相色谱法等。

仪器分析论文：饮用水检测方法简介

　　论文关键词：饮用水,检测,仪器分析

　　前言

　　随着人们健康意识的增强,人们对饮用水品质的要求也越来越高。以环境为代价的工业发展，致使水源污染日趋严重,传统的饮用水检测指标不能完全代表安全的饮用水标准，这引起了相关部门的高度重视。人们对饮用水安全性的要求主要体现在饮用水中化学物质的安全性。我国的供水企业八十年代起开始重视有机污染物及消毒副产物等指标。目前，我国已组织卫生和水质等方面的专家,根据世界卫生组织的要求并结合我国的具体情况制定了GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》,它是我国现行评价水质安全卫生的法规性文件。该标准包括感观性状指标、一般化学性指标、毒理学指标、细菌学指标及放射性指标等106项内容，

　　本文主要从饮用水化学性指标考虑。结合目前主要使用的仪器分析进行了简要介绍。

　　1.饮用水常规检测指标分类

　　主要可分为几大类：

　　（1）无机物指标：如金属离子、阴离子等；

　　（2）总有机物指标：如TOC、COD、BOD、UV等；

　　（3）有机物指标：如苯类、硝基苯、苯胺等；

　　（4）消毒副产物：如三卤甲烷、卤乙酸主要有一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸等；

　　（5）内分泌干扰物：如邻苯二甲酸酯化合物；

　　（6）农药类：如滴滴涕、六六六等。

　　2.主要分析方法及使用仪器

　　2.1金属离子检测

　　金属离子如砷、镉、铬、铅、汞、硒、铝、铁、锰、铜、锌，主要可采用原子吸收、原子荧光、离子色谱等方法。

　　2.1.1原子吸收法

　　主要用来分析铁、锰、铜、锌等金属。

　　原子吸收光谱分析仪器的原理是通过火焰、石墨炉等将待测元素在高温或是化学反应作用下变成原子蒸气,由光源灯辐射出待测元素的特征光,在通过待测元素的原子蒸气时发生光谱吸收,透射光的强度与被测元素浓度成反比,在仪器光路系统中,透射光信号经光栅分光,将待测元素的吸收线与其他谱线分开。经过光电转换器,将光信号转换成电信号,最终在显示待测样品中微量及超微量的多种金属和类金属元素的含量和浓度。

　　澄清的水样可直接进行测定;悬浮物较多的水样,水样需要经过预处理，主要可采用盐酸-硝酸消化处理。每升酸化水样中加入5mL硝酸，混匀后取定量水样,每100mL水样加5mL盐酸，然后在电热板上加热15min，冷却至室温后过滤（通过孔径0.45μm滤膜）,最后用纯水稀释至一定体积。

　　原子吸收光谱法的特点是：1.灵敏度高（火焰法：1ng/ml，石墨炉100-0.01pg)；2.准确度好（火焰法：RSD，石墨炉:3-5%）3.选择性高（可测元素达70个，相互干扰很小）；缺点：不能多元素同时分析。

　　2.1.2原子荧光法

　　主要用来测定水样中的砷、镉、汞、硒、铅等金属。

　　原子荧光法原理是利用基态原子吸收具有特征波长的光源辐射后,被激发到高能态,然后去激发某一较低能态(常为基态)而发射出特征波长的原子荧光,原子荧光是光致发光，也是二次发光，当激发光源停止照射之后，再发射过程立即停止。原子荧光测定是通过待测元素的原子蒸汽在辐射能激发下产生的荧光发射强度，来确定待测元素含量的'方法。

　　原子荧光的优点：1.谱线简单，干扰少；2.灵敏度高（较原子吸收法），检出限低；3.分析校准曲线线性范围宽，可达3-5个数量级；4.适用于多元素分析。

　　2.2非金属离子检测

　　非金属离子：如F、Cl、NO、SO、BrO，可采用离子色谱法检测。

　　离子色谱法原理是当样品溶液进入离子色谱仪后,由于待测阴离子对低容量强碱性阴离子交换树脂(交换柱)的相对亲和力不同而彼此分开。被分离的阴离子随淋洗液流经强酸性阳离子树脂(抑制柱)时,被转化为相应的高电导酸,淋洗液组分(碳酸钠-碳酸氢钠)则转变成电导率很低的碳酸(清除背景电导),用电导检测器测定转变为相应酸型的阴离子,与标准溶液比较,根据保留时间、峰高或峰面积来分别定性、定量。

　　离子色谱仪对被测水样的构成要求较高,样品必须经可靠的预处理才能进样,一般有色或浑浊的水样可离心沉淀后过0.45μm滤膜进样。复杂的水样应预先除去杂质并调整pH值为6.5～8.0,pH值过大或过小都将改变淋洗液的背景电导和淋洗强度,导致基线漂移和影响组份峰形及分离度，可加入固体碳酸钠、酚酞指示水样处理终点,以去除样品中对淋洗液不稳定的物质,再以活性碳吸附水样有机物及酚酞,离心分离后,经微孔滤膜过滤后进样。

　　离子色谱的优点是选择性好、灵敏度高、快速简便,可用于地表水中多种阴离子的同时分析。

　　2.3总有机物检测

　　总有机物指标主要有COD、TOC、UV。COD表示化学需氧量，在地表水中含量较低，易产生较大偏差，通常可采用TOC（总有机碳）来表征水体中的总有机物含量，UV则主要代表含芳香烃类的有机物。在此主要介绍TOC测定法。

　　测定TOC的原理是基于把不同形式的有机碳(OC)通过氧化转化为易定量测定的CO,利用CO与TOC间碳含量的对应关系,从而对水溶液中TOC进行定量测定。方法通常分为直接测定法和间接测定法。直接测定法一般是通过将无机碳(IC)除去后测定全碳(TC)的方法。TC的测定可采用干法氧化和湿法氧化将其转化为CO后进行定量。

　　2.3.1干法氧化

　　干法氧化即燃烧法,液体样可直接注入燃烧管,也可在燃烧前进行蒸发。在高温和固态催化剂作用下，含碳有机物和无机物被氧化分解成二氧化碳，用非色散红外光度法测定二氧化碳浓度。当温度高于1000℃~1100℃时,O可使样品中的OC被氧化。温度较低时,要使氧化反应彻底进行就需要催化炉。目前,大多数干法氧化采用950℃的高温加催化剂,少数采用680℃加催化剂。680℃能延长石英管的使用期限,改善重复性。

　　干法氧化的特点是检出率较高,氧化能力强,操作简单、快速。

　　2.3.2湿法氧化

　　湿法氧化采用不同的氧化剂、消解时间和反应温度来氧化OC，一般是在紫外催化和过硫酸盐溶液中，含碳有机物和无机物被氧化分解成二氧化碳，用非色散红外光度法测定二氧化碳浓度，从而确定TC浓度。氧化剂的种类很多,但使用最多的是过硫酸钠和过硫酸铵。

　　KSO通常用于水样中可溶性有机碳(DOC)的测定,在加入过硫酸盐前必须去除无机碳,因为需要测定反应生成CO2的量。高浓度的Cl将干扰反应,导致所测得的DOC量偏低,这可以通过使用较高浓度的过硫酸盐或延长反应时间来解决,也可以加入Hg来络合Cl。但随着温度的增加,过硫酸盐也会像重铬酸盐一样分解,且分解速率比氧化速率快。因此,为了缩短有机物与过硫酸盐的反应时间,应该增加氧化剂的浓度而不应升高温度。

　　湿法氧化的特点是准确度高、进样量大、灵敏度高、安全性能好,但费时，在间接测定法中,TOC是通过TC减去IC得到,将所有的碳氧化得到TC,IC则是通过测定样品经酸分解的CO2量得到的。

　　2.4消毒副产物检测

　　消毒副产物：如三卤甲烷、卤乙酸主要有一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸等。主要可采用气相色谱(gaschromatography,GC)、液相色谱(liquidchromatography,LC)、电喷雾离子化-质谱(electrosprayionization-massspectrometry,ESI-MS)、毛细管电泳(capillaryelectrophoresis,CE)

　　2.4.1气相色谱(gaschromatography,GC)

　　较低浓度卤乙酸的极性比较强,这种特性决定了不能直接采用GC进行分析,必须采用衍生化前处理技术,选用灵敏度高且选择性好的检测器。卤素原子具有很强的电负性,电子捕获检测器(ECD)是比较理想的检测器。先将卤乙酸衍生成甲酯后,采用GC-ECD进行检测,方法检测限达到了μg/L，所以萃取衍生后采用GC-ECD测定成为首选的标准方法。除使用ECD外,质谱也可作为GC分析的检测器。Sarrion[1]等用硫酸二甲酯作为衍生化试剂,采用顶空固相微萃取气相色谱-离子阱质谱法(GC-MS)测定HAAs,检出限为0.01～0.45μg/L。

　　2.4.2液相色谱(liquidchromatography,LC)

　　液相色谱技术测定卤乙酸不需要衍生化处理,它包括离子交换色谱、离子排斥色谱和离子对反相液相色谱等方法。

　　卤乙酸在水中几乎完全电离,因此,可以通过离子交换原理实现分离,利用抑制或非抑制电导检测器进行检测。虽然离子色谱法不需复杂的前处理,但由于电导检测器是通用型检测器,饮用水中的一些常见阴离子(浓度水平为mg/L级)会产生严重的基体干扰。检测限和灵敏度均低于气相色谱法。孙迎雪等[]将水样固相萃取富集后,经净化小柱去除常见阴离子干扰,大体积进样、梯度淋洗离子色谱分析,提高了检出限,减弱了硝酸根对二氯乙酸的干扰,对5种HAAs(一氯乙酸、一溴乙酸、二氯乙酸、二溴乙酸和三氯乙酸)的检出限范围(除了一溴乙酸)为0.38～1.69μg/L。

　　2.4.3电喷雾离子化-质谱

　　电喷雾离子化-质谱技术不仅具有很高的灵敏度,而且还具有很好的选择性,且可以方便地和多种分离技术联合使用。通过与液相色谱分离系统联用,对卤乙酸分析可得到满意的结果,检测限接近或优于GC-ECD,并已成功用于实际样品的分析,只需要少量样品用有机溶剂萃取或固相萃取后即可测定。ESI-MS由于具有灵敏度高、选择性好、前处理简单等优点,在卤乙酸分析中具有最大的优势,但由于成本较高,限制了ESI-MS在应用领域的推广。

　　2.4.4毛细管电泳技术

　　毛细管电泳技术是利用卤乙酸根的离子特性,即HAAs在外加电场作用下发生电泳而进行分离,通过紫外或二极管阵列检测器进行检测。CE不需要将HAAs衍生处理,但由于检测限较高(1～10mg/L),所以样品必需预浓缩(通常采用液-液萃取或固相萃取)。CE使用的工作溶液是电解质水溶液,预浓缩后的卤乙酸必需从有机相转移到水相(通常做法是蒸干溶剂后用水溶解)。通过上述两步预浓缩,方法检测限有所提高。同时,由于该方法的灵敏度和选择性不高,所以该方法仅限于研究性工作。

　　2.5内分泌干扰物检测

　　内分泌干扰物如：邻苯二甲酸酯化合物(又名酞酸酯类,PhthalateAcidEsters,PAEs)是一种环境激素类物质。

　　张冬梅采用甲基叔丁基醚萃取剂进行液液微萃取，再利用氢火焰离子化检测器气相色谱法，该方法的检测下限可以达到1μg/L。

　　2.6有机氯农药检测

　　有机氯农药(OCPs)：主要采用GC-ECD法、GC/MS联用技术与HPLC法等，王旭东[4]等采用C18固相萃取小柱,对配制的模拟水样进行萃取、富集,并与GC/MS联用,对5种有机氯农药(OCPs)进行了测定,RSD为1.8%~8.28%,方法检出限为0.02~0.25μg/L。

　　结论

　　由于饮用水源水中污染物浓度较低，所以常规检测存在一定的缺陷，需要不断摸索新的方法并进行完善，提高检出限，以期获得较为准确的检测值。

　　参考文献

　　1 Sarrion MN, Santos FJ, Galceran MT. In situ derivatization /solid-phasemicroextraction for the determination of haloaceticacids in water[J].Anal Chem, 2000, 72: 4865- 4873.

　　2 孙迎雪,黄建军, 顾平. 固相萃取-离子色谱法测定水中的痕量卤代乙酸[J]. 色谱, 2006, 24( 3) : 298- 301.

　　3 张冬梅,陈忠林等. 液液微萃取气相色谱测定水中邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯[J],中国给水排水,2009,25(12):83-86.

　　4 王旭东,宋姚.固相萃取气质联用测定水中痕量有机氯农药[J],中国给水排水,2009,25(12):79-83.

　　5 张悦,张晓健,陈超,王欢等。城市供水系统应急净水技术指导手册(试行)

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