高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)分析儀自動測定水樣的優(yōu)勢

王曉東，王磊，陳文娟，陳麗麗

（1.開封市環(huán)境監(jiān)測站，河南 開封 475000 2.上海儀樂智能儀器有限公司，上海 201114）

高錳酸鹽指數(shù)，是反映水體中有機(jī)污染物和還原性無機(jī)物質(zhì)污染程度綜合指標(biāo)的常規(guī)監(jiān)測項(xiàng)目[1]?，F(xiàn)行檢測方法為《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測定》（GB 11892—1989）[2]。該方法所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性良好，精密度較高，但有如下劣勢：1）輔助設(shè)備較多，操作繁瑣，耗時(shí)較長；2）操作具有危險(xiǎn)系數(shù)，需加入硫酸溶液，高溫加液并滴定；3）實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)苛，要嚴(yán)格控制每個(gè)樣品的反應(yīng)溫度、時(shí)間和滴定溫度，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和精密度；4）滴定終點(diǎn)判斷的準(zhǔn)確性、終點(diǎn)顏色深淺的一致性直接決定測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和精密性，實(shí)驗(yàn)對分析人員的技術(shù)水平和熟練程度要求較高；5）水浴鍋孔位少，分析多個(gè)樣品時(shí)需補(bǔ)水，重新升溫，樣品間反應(yīng)條件穩(wěn)定性較差，難以實(shí)現(xiàn)批量監(jiān)測。

對于當(dāng)前日益繁重的水質(zhì)監(jiān)測狀況，監(jiān)測實(shí)現(xiàn)自動化、批量化尤為必要[3]。儀器分析固然有其自動化的優(yōu)點(diǎn)，但其真正的實(shí)用性是否高，分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精密度能否得到保證、能否代替人工操作、能否延續(xù)傳統(tǒng)容量法的優(yōu)點(diǎn)，這些都有待確認(rèn)。本文將對國標(biāo)容量法與儀器分析法展開對比分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

1.1.1 儀器

智能機(jī)器人滴定分析微系統(tǒng)（TS-3300）、六聯(lián)水浴鍋、250mL錐形瓶、25mL酸式滴定管、定時(shí)鐘。

1.1.2 試劑

高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（0.1mol/L）、高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液（0.01mol/L）、草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（0.1mol/L）、草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用溶液（0.01mol/L）、（1+3）硫酸溶液。

1.2 測定方法

1.2.1 國標(biāo)容量法

吸取混勻水樣100mL于250mL錐形瓶中，加入5mL（1+3）硫酸溶液，0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液10mL，搖勻，沸水浴加熱30min。取出錐形瓶，趁熱加入0.01mol/L草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用溶液10mL，搖勻，立即用0.01mol/L高錳酸鉀溶液滴定至顯微紅色，記錄消耗高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液的體積。將上述已滴定完畢的溶液加熱至約80℃，準(zhǔn)確加入草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用溶液10mL，再用0.01mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液滴定至顯微紅色。記錄消耗高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液的體積，按公式求出高錳酸鹽指數(shù)值。

1.2.2 儀器分析法

儀器由計(jì)算機(jī)（配有軟件系統(tǒng)）、儀器主機(jī)、自動加液系統(tǒng)、恒溫加熱系統(tǒng)及自動滴定系統(tǒng)組成，運(yùn)行程序見表1。取待測試的溶液放置在樣品臺，可放置48個(gè)樣品。登錄軟件，選擇樣品位，點(diǎn)擊“開始分析”，智能機(jī)械臂按程序開始自動取放樣品：樣品移至控溫位；滿足加溫條件后，移入滴定位進(jìn)行自動滴定，智能判別滴定終點(diǎn)；滴定后界面顯示數(shù)值；樣品被放入樣品位原位置。所有測試結(jié)果直接保存在電腦中。每個(gè)樣品檢測間隔時(shí)間約為7min。

表1 智能機(jī)器人滴定分析微系統(tǒng)的運(yùn)行

2 結(jié)果

2.1 精密度對比

取同批次配置的質(zhì)量濃度為5.0mg/L的樣品，分別采用國標(biāo)容量法與儀器分析法平行測定6次，結(jié)果見表2。由表2可知，采用儀器分析法測試的精密度要優(yōu)于國標(biāo)容量法，儀器滴定終點(diǎn)識別能力優(yōu)于人眼辨色能力，測定的平行性更好。

表2 高錳酸鹽指數(shù)測定結(jié)果

2.2 準(zhǔn)確度對比

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品比對分析

選用不同濃度的高錳酸鹽指數(shù)質(zhì)控樣，采用兩種滴定手段分別測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4，儀器分析法測試的質(zhì)控樣結(jié)果誤差要小于用國標(biāo)容量法測定的質(zhì)控樣結(jié)果，計(jì)算結(jié)果更接近于真值，準(zhǔn)確度要高。同時(shí)，質(zhì)控樣結(jié)果精密度優(yōu)于國標(biāo)容量法測定，精密度較好。

表3 高錳酸鹽指數(shù)203155測定結(jié)果

表4 高錳酸鹽指數(shù)203161測定結(jié)果

2.2.2 實(shí)際水樣比對分析

實(shí)際水樣比質(zhì)控樣成分更加復(fù)雜，所以對比兩種方法來測定實(shí)際水樣的高錳酸鹽指數(shù)是必要的。選取高中低不同濃度的環(huán)境水樣進(jìn)行分析比對，測定結(jié)果見表5，兩種方法測定低濃度實(shí)際樣品的相對偏差在15%以內(nèi)，中濃度實(shí)際水樣的相對偏差在10%以內(nèi)，高濃度實(shí)際水樣的相對偏差在5%以內(nèi)，所以采用儀器分析法替代國標(biāo)容量法測定實(shí)際水樣高錳酸鹽指數(shù)是可行的。

表5 實(shí)際樣品的測定結(jié)果比對

綜上，相比于國標(biāo)容量法，采用儀器分析法進(jìn)行水樣高錳酸鹽指數(shù)測定時(shí)，其恒溫加熱系統(tǒng)能更好地控制溫度，保證反應(yīng)條件的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性要好，精密度要高；儀器滴定分析系統(tǒng)采用光學(xué)原理滴定分析，由顏色變化自動判斷滴定終點(diǎn)，避免由人眼觀察滴定終點(diǎn)而引入的主觀誤差，測定結(jié)果的準(zhǔn)確度要高。由儀器代替人工進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，避免人與危險(xiǎn)化學(xué)品接觸，自動完成加液、加熱、滴定，降低人為因素對結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)批量全自動檢測，提高了分析效率。

3 結(jié)論

通過質(zhì)控樣精密度、準(zhǔn)確度和實(shí)際水樣的監(jiān)測對比，使用儀器分析法進(jìn)行監(jiān)測高錳酸鹽指數(shù)，既能提高水樣分析的準(zhǔn)確度和精確度，又能克服國標(biāo)容量法耗時(shí)長、操作不便、工作強(qiáng)度大、易引入主觀誤差和造成二次污染的不足，實(shí)現(xiàn)水樣批量全自動檢測，極大提高分析效率，對于當(dāng)前日益繁重的水質(zhì)監(jiān)測狀況，智能化手段十分必要，該方法是分析水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的有效手段。