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气相色谱仪在测定水质中黄磷的应用

罗清莉 廖雪梅 黄亮

广东省韶关生态环境监测中心站,广东韶关,512000

摘要: 气相色谱仪测定水质中黄磷,方法准确可靠,具有普遍适用性,易于推广使用。通过火焰光度检测器FPD气相色谱仪检测,保留时间定性,外标法定量,进行水质中黄磷的测定确定方法可行适用性。结果表明:黄磷的线性关系良好,相关系数r﹥0.999;方法检出限和测定下限分别为0.05μg/L和0.20μg/L,远低于国家标准GB3838-2002限值;加标回收率为92.7%~98.6%;样品相对标准偏差为5.2%,准确度和精密度均满足方法HJ 701-2014质控要求。
关键词: 黄磷;水质;气相色谱仪;火焰光度检测器;生态环境
DOI:10.12721/ccn.2023.157086
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黄磷又称白磷,白色固体,质软,有剧毒,中毒剂量为15mg,致死量为50mg。误服白磷后很快产生严重的胃肠道刺激腐蚀症状。大量摄入可因全身出血、呕血、便血和循环系统衰竭而死。若病人暂时得以存活,亦可由于肝、肾、心血管功能不全而慢慢死去。皮肤被磷灼伤面积达7%以上时,可引起严重的急性溶血性贫血,以至死于急性肾功能衰竭。长期吸入磷蒸气,可导致气管炎、肺炎及严重的骨骼损害。白磷虽然危险,但也有很多用途。在工业上用白磷制备高纯度的磷酸。利用白磷易燃产生烟和雾,在军事上常用来制烟幕弹、燃烧弹。还可用白磷制造赤磷、三硫化四磷、有机磷酸酯、燃烧弹、杀鼠剂等[1-3]。黄磷对人体健康及生态环境伤害极大,我们有必要对生态环境中的黄磷进行检测。《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)把黄磷作为地表水质量评价与管理,规定其限值为0.003mg/L[4];《渔业水质标准》(GB 11607-89)规定黄磷限值为0.001 mg/L。目前,测定水质中黄磷的方法有《水和废水监测分析方法》(第四版)气相色谱法和《集中式生活饮用水地表水源地监测项目标准》分光光度法,其中第四版中气相色谱法需要现场萃取,显然不太方便,而分光光度法检出限0.003mg/L(取样100mL)达不到渔业水质标准0.001mg/L的要求。因此,笔者根据环境保护部发布的《水质 黄磷的测定 气相色谱法》(HJ 701-2014)行业标准对水质中黄磷进行测定,确认方法可行性和适用性,以满足生态环境监测需求。

1材料与方法

1.1 试剂  甲苯(C7H8):色谱纯;氯化钠(NaCl):400℃下焙烧2h,密封保存于干燥器中;乙醇溶液(C2H5OH);精制黄磷(P4):纯度≥95.0%;黄磷标准储备液:1749mg/L,自配;黄磷标准使用液:p=17.49mg/L;载气:氮气,纯度≥99.99%;燃气:氢气,纯度≥99.99%;助燃气:无油压缩空气,经5A分子筛净化。

1.2 仪器设备  岛津GC-2010仪器:配备火焰光度检测器(FPD);进样方式:分流进样,分流比5:1;程序升温:80℃(保持2.50min)接着以30℃/min的速率升到150℃(保持1min);进样口温度:230℃;检测器温度:250℃;气体流速:4mL/min;氢气:30mL/min;空气:400mL/min;尾吹气:30mL/min;进样量:1.0µL。

1.3其他设备耗材  色谱柱:DB-5 15m×0.5µm×0.53mm;分液漏斗:500mL;微量注射器:10μL,100μL;容量瓶:25mL,100mL棕色容量瓶;净化柱:硅镁型吸附剂,500mg/6mL,市售。

1.3 样品采集、保存及制备

1.3.1 样品采集和保存  参照HJ/T91和HJ/T164的相关规定采集样品。采集样品时,应将样品沿样品瓶壁缓慢流入,充满500mL棕色玻璃瓶,盖紧瓶盖并倒置检查瓶内是否存在气泡。若样品瓶中有气泡,应重新采集。样品在4℃下避光保存,可保存7天[5]

1.3.2 试样制备  量取250mL样品于500mL分液漏斗中,加入10.0mL甲苯,拧紧盖塞,振荡4min,放气,静置5~10min,分层后弃去下层水相,收集萃取液,待净化。用10mL甲苯活化净化柱,弃去,待柱上留有约1mL甲苯时,将萃取液转移至净化柱中,再用少量甲苯洗涤装萃取液的容器,一并加到柱上,并用5mL的甲苯以2mL/min的速度淋洗净化柱,收集流出液于接收管中。用甲苯定容至25mL,待测。

1.3.3 注意事项  对于成分比较复杂的样品,如果萃取过程中出现乳化现象时,可通过氯化钠盐析、搅动、离心、冷冻或用玻璃棉等方式破乳;较为清洁的地下水、地表水、生活污水的萃取液可不经净化,直接注入气相色谱仪进行分析。

1.3.4 空白试样的制备  实验室空白:用实验用水代替样品,按照样品制备步骤制备空白试样。全程序空白:采样前在实验室将一份空白试剂水放入样品瓶中密封,将其带到现场。与采样的样品瓶同时开盖和密封,随样品运回实验室,按样品制备步骤制备全程序空白试样,用于检查样品采集到分析全过程是否受到污染。

1.4 结果计算  样品中黄磷p(µg/L或mg/L)的浓度,按照以下公式进行计算。7.png;式中:P为样品中黄磷的质量浓度,µg/L(或mg/L);P1为由校准曲线计算所得黄磷的质量浓度,µg/L(或mg/L);P0为由校准曲线计算所得空白试样黄磷的质量浓度,µg/L(或mg/L);V1为水样体积,mL;V2为甲苯萃取液体积及经净化后甲苯定容体积,mL。

2 结果与分析

2.1标准曲线  分别量取适量黄磷标准使用液至5个1.0mL小瓶中,加入1mL甲苯,混匀。使用火焰光度检测器(FPD)时,定性色谱图见图2,配制标准系列浓度为3.498µg/L、17.49µg/L、87.45µg/L、349.8µg/L、699.6µg/L,如表1。然后参照色谱条件依次从低浓度到高浓度进行分析。以峰面积为纵坐标,质量浓度为横坐标,绘制标准曲线如图1。标准曲线的浓度范围从3.75µg/L至699.6µg/L,黄磷的相关系数为0.9995,线性方程为Y =8745.6X+28399。   

表1 黄磷标准使用液配制表1.png2.png图1  黄磷的标准工作曲线3.png图2  黄磷的标准色谱图

2.2方法检出限和测定下限  向7个250mL的空白样品中加入黄磷标准使用液1.0mL,加标浓度约为0.070µg/L,按照试样的测定进行7次重复测定。根据HJ 168-2020中方法检出限的一般确定方法计算方法检出限,检出限0.05µg/L,测定下限为0.20µg/L,结果见表2。

表2 黄磷检出限和测定下限的测定结果4.png2.3 方法精密度  分别量取6个250mL地表水样品于500mL分液漏斗中,加入黄磷标准使用液6.0mL,加标浓度为0.4198mg/L,按照试样的测定重复测定6次计算平均值、相对标准偏差,结果见表3。

表3黄磷精密度的测定和计算5.png2.4 实际样品测试的准确度  量取250mL地表水和生活污水样品于500mL分液漏斗中,分别加入黄磷标准使用液1.0µL和6.0µL,加标浓度为0.070mg/L和0.4198mg/L按照试样的测定进行测定,计算加标回收率,结果见表4。

表4 黄磷回收率测定结果6.png3 结论与讨论

依据《水质 黄磷的测定 气相色谱法》HJ 701-2014方法测定。以甲苯萃取水样中的黄磷,萃取液经色谱柱分离后,用火焰光度检测器(FPD)检测,根据保留时间定性,外标法定量。测定水中黄磷标准溶液的方法精密度为5.2%;测定地表水中黄磷的加标回收率为98.6%;测定生活污水中黄磷的加标回收率为92.7%;方法检出限0.05μg/L,测定下限为0.20μg/L。气相色谱法测定水质中黄磷的方法精密度和准确度测试结果均稳定,空白分析都低于方法检出限,满足HJ 701-2014方法要求,方法检出限远低于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中黄磷限值0.003mg/L及《渔业水质标准》(GB 11607-89)中黄磷限值0.001mg/L的要求。由此可见,气相色谱法HJ 701-2014测定水中黄磷方法准确可靠,满足生态环境监测需求。

参考文献

[1]范力.气相色谱法分析水中的黄磷研究[J].环境科学与管理,2013,38(07):152-154.

[2]边振涛,刘静静,王源瑞,赵坤.气相色谱法测定水环境试样中黄磷的方法研究[J].甘肃冶金,2020,42(03):109-110.

[3]陆亮,钟钦,吴鹏.气相色谱法和分光光度法测定水中的黄磷方法比较研究[J].环境科学与管理,2017,42(04):119-122.

[4]国家环境保护总局,国家质量监督检验检疫总局.地表水环境质量标准: GB 3838—2002[S].北京: 中国标准出版社,2002.

[5]环境保护部.水质 黄磷的测定 气相色谱法: HJ 701—2014[S].北京: 中国环境科学出版社,2014.