酚試劑分光光度法

目前民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染物檢測(cè)甲醛的方法為《公共場(chǎng)所空氣中甲醛測(cè)定方法》GB/T18204.26，稱為酚試劑分光光度法。今天，小編就對(duì)酚試劑分光光度法測(cè)定室內(nèi)甲醛的方法進(jìn)行介紹。

1、酚試劑分光光度法的主要原理和方法分析

酚試劑，又被稱作MBTH。在采集樣品之前先配制好酚試劑吸收液。用大氣采樣器對(duì)目標(biāo)建筑物室內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行樣品采集。室內(nèi)空氣中的甲醛與酚試劑反應(yīng)生成嗪，嗪在酸性溶液中被高鐵離子氧化形成藍(lán)綠色化合物，根據(jù)顏色深淺，比色定量。

 酚試劑分光光度法其優(yōu)勢(shì)在于檢測(cè)過(guò)程中，操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)的靈敏度較高。但其缺點(diǎn)是對(duì)酚試劑的選擇要求較高，市面上很多酚試劑的穩(wěn)定性不好，在儲(chǔ)存期間或者試驗(yàn)時(shí)容易分解，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成很大影響。而且酚試劑還容易受到濕度和溫度等因數(shù)影響。

2、酚試劑分光光度法檢測(cè)的主要流程

2.1 選擇合理的試劑和儀器

在檢測(cè)過(guò)程中，需要選擇合理的試劑和儀器，以保證檢測(cè)工作能夠順利進(jìn)行。在選擇儀器時(shí)，通常選擇的是可見(jiàn)分光光度計(jì)。此外，選擇合適酚試劑尤為重要，實(shí)驗(yàn)室條件允許盡量采用進(jìn)口酚試劑如美國(guó)、德國(guó)產(chǎn)的。實(shí)驗(yàn)室用水要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的電導(dǎo)率、pH等測(cè)試合格的蒸餾水。

在配制溶液過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，從而保證選取的試劑具有科學(xué)性和合理性。

①對(duì)于吸收溶液，在配制吸收溶液時(shí)，先稱取0.10g的酚試劑，然后將稱取的酚試劑加入到水中，當(dāng)酚試劑溶解后，將溶液倒入100mL具塞量筒中，此溶液為吸收原液，在冰箱中可保存3d。

②在配置吸溶液時(shí)，檢測(cè)人員需要量取吸收原液，所量取的劑量是5mL，再將95mL的水加入到其中，此為吸收液。

③配制1%的硫酸鐵胺溶液。在配制該溶液過(guò)程中，檢測(cè)人員要稱取1.0g的硫酸鐵銨溶液，然后量取0.1摩爾每升的鹽酸溶液，使得硫酸鐵胺溶液能夠被溶解，將其稀釋成為100mL。

④甲醛標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液的配制。在配制溶液時(shí)，要量取2.8mL濃度為36～38%的甲醛溶液，將溶液倒入1L的容量瓶?jī)?nèi)，然后加入水，使其達(dá)到相應(yīng)的刻度。對(duì)于1mL的甲醛標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液，其相當(dāng)于1mg的甲醛，溶液的正確濃度應(yīng)當(dāng)采用碘量法來(lái)標(biāo)定。

⑤甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。通常情況下，在臨用甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，需要用水將甲醛標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液稀釋成每1.00mL溶液含有1.00mg的甲醛溶液，立刻量取10mL的該溶液，將其放入到100mL的容量瓶中，再放入5mL的吸收原液，通過(guò)采取用水定容的方法，確保溶液為100mL。對(duì)于該溶液而言，1.00mL的該溶液含有1mg甲醛，當(dāng)將溶液放置30min以后，用來(lái)配置標(biāo)準(zhǔn)色列管，甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液穩(wěn)定時(shí)間能夠達(dá)到24h。

2.2 采集樣品

甲醛吸收液現(xiàn)配現(xiàn)用。用大氣采樣器進(jìn)行樣品采集，選取合適容量的大氣泡吸收管，裝5mL的酚試劑吸收液。采樣速度為0.5L/min采集20min，檢測(cè)人員要記錄檢測(cè)時(shí)的大氣壓力和溫度，樣品采集后24h內(nèi)完成分析。

2.3 繪制標(biāo)準(zhǔn)的曲線

在運(yùn)用酚試劑分光光度法檢測(cè)室內(nèi)甲醛過(guò)程中，需要準(zhǔn)備9支容量為10mL的具塞比色管，檢測(cè)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照表1中的制備標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行配制。在9支試管中都加入1%的硫酸鐵胺溶液，將溶液予以搖至均勻，將其放置15min，15min以后測(cè)量溶液的吸光度。在繪制標(biāo)準(zhǔn)的曲線期間，橫坐標(biāo)代表的是甲醛含量，縱坐標(biāo)代表的是吸光度，然后結(jié)合圖像計(jì)算回歸線的斜率。

 在運(yùn)用酚試劑分光光度法檢測(cè)室內(nèi)空氣中甲醛濃度時(shí)，由于在配置藥劑時(shí)存在誤差，要采用標(biāo)準(zhǔn)甲醛溶液與藥劑配合使用，進(jìn)而繪制規(guī)范的甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線，能夠?qū)崿F(xiàn)校準(zhǔn)所配制的藥劑。在檢測(cè)時(shí)，將分光光度計(jì)波長(zhǎng)設(shè)定為630nm，保證檢測(cè)時(shí)溫度在20.0℃±2，濕度不超過(guò)75%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有溫濕度控制設(shè)備，如氣溫較低時(shí)可以適當(dāng)延長(zhǎng)顯色時(shí)間，使其顯色反應(yīng)進(jìn)行完全。

3、酚試劑分光光度法在室內(nèi)甲醛檢測(cè)中的分析

3.1 加標(biāo)回收率的實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)備兩份已知濃度為0.50μg/ml和1.00μg/ml的甲醛樣品。分別將0.30μg和0.5μg以及1.00μg的甲醛溶液加入其中，對(duì)含量進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算回收率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，可以計(jì)算出兩組加標(biāo)水平的甲醛回收率如表2所示，由此可以看出，回收率在95～105%范圍內(nèi)，在加標(biāo)水平下，甲醛的回收率在96～99%之間。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)高濃度樣品試驗(yàn)的偏差實(shí)驗(yàn)

由于吸光光度法工作原理是基于不同物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光波具有選擇性吸收的能力而建立起來(lái)的分析方法。根據(jù)研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)溶液在吸收分光光度計(jì)中發(fā)射出的特征波長(zhǎng)后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)器對(duì)光信號(hào)處理后得到的吸光度與其物質(zhì)溶液的濃度存在一定的關(guān)系：

　　A=Kbc

　　式中：

　　A：吸光度

　　b：比色皿長(zhǎng)度

　　c：溶液濃度

　　K：常數(shù)

　　當(dāng)入射光波長(zhǎng)、吸光溶液的性質(zhì)和溫度一定時(shí)，A與b、c成正比。

所以，我們利用特定波長(zhǎng)的單色光（通常用最大吸收波長(zhǎng)的入射光）照射不同濃度的某一溶液時(shí)，所得的吸光度大小應(yīng)與溶液濃度呈線性關(guān)系，故可利用該線性關(guān)系通過(guò)計(jì)算或查標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)求得未知溶液的濃度。

根據(jù)朗伯-比爾定律和和色譜檢測(cè)原理，隨著濃度的增加響應(yīng)值也會(huì)隨之增加，是一種正向相關(guān)，而且無(wú)論濃度增加為多大，所產(chǎn)生的響應(yīng)值都不會(huì)低于濃度比其低產(chǎn)生的響應(yīng)值。所以，響應(yīng)曲線應(yīng)該是單調(diào)的、與濃度呈正相關(guān)的、無(wú)拐點(diǎn)的一條曲線。由此可以得出相關(guān)曲線的兩種基本形態(tài)。

在我們?nèi)粘５膶?shí)驗(yàn)分析中，由于檢測(cè)器的限制，實(shí)際上得到的相應(yīng)曲線，只能是“凸型”的，下面只討論這種形態(tài)的相應(yīng)曲線。這種凸型曲線，用數(shù)學(xué)表述的特點(diǎn)是，一階導(dǎo)數(shù)大于0，二階導(dǎo)數(shù)小于0。對(duì)于這點(diǎn)的感性理解就是，凸型曲線的代表的函數(shù)是增函數(shù)，斜率在初始點(diǎn)最大之后依次遞減，直到斜率無(wú)限接近0。

根據(jù)規(guī)范甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線制備系列要求，采用甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為100㎎/L）配制三條甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線，由得出的標(biāo)準(zhǔn)曲線可以看出，在甲醛樣品濃度為0.00㎎/L～2.00㎎/L這個(gè)范圍里，濃度值和吸光度呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，任意一個(gè)濃度值，都可以得出一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的吸光度。正因?yàn)闈舛扰c吸光度呈線性關(guān)系，我們可以從分光光度計(jì)測(cè)出樣品的吸光度來(lái)?yè)Q算樣品的濃度。（甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線配制系列見(jiàn)表1）

經(jīng)盲樣（甲醛標(biāo)準(zhǔn)樣品編號(hào)：204518；標(biāo)定值：1.72㎎/L；不確定度為：0.13及甲醛標(biāo)準(zhǔn)樣品編號(hào)：204522；標(biāo)定值：0.715㎎/L；不確定度為：0.041）測(cè)試后，三條甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線均滿足甲醛濃度檢測(cè)試驗(yàn)分析要求。其曲線分別為：

　　甲醛1#曲線:y=0.3756x+0.1323；R2=0.9997

　　甲醛2#曲線:y=0.3923x+0.0144；R2=0.9998

　　甲醛3#曲線:y=0.3667x+0.0151；R2=0.9996

　　準(zhǔn)備三個(gè)已知濃度為3.00㎎/L、5㎎/L、10㎎/L的樣品。用分光光度計(jì)進(jìn)行吸光度的檢測(cè)，代入上述甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線得出對(duì)應(yīng)的濃度值，結(jié)果見(jiàn)表3

式中：

　　C  空氣中的甲醛濃度㎎/m?

　　m  樣品中得甲醛質(zhì)量μg

　　標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的采樣體積 L

　　由公式分析可知室內(nèi)環(huán)境空氣中的甲醛含量的不確定度主要來(lái)自于采樣過(guò)程中甲醛含量的分析。其中標(biāo)準(zhǔn)采樣體積不確定度包括：采樣體積的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。采樣試驗(yàn)過(guò)程時(shí)的溫度、壓力。樣品中甲醛含量的分析不確定度來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)樣品、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作、儀器示值、樣品稀釋等引入的不確定度。

　　當(dāng)我們對(duì)酚試劑分光光度法測(cè)定室內(nèi)環(huán)境甲醛濃度試驗(yàn)進(jìn)行不確定度評(píng)定時(shí)，準(zhǔn)確性和重復(fù)性、溫度、壓力、樣品稀釋可以根據(jù)不確定度A類評(píng)定中的貝塞爾法，在重復(fù)性條件下對(duì)被測(cè)量X作n（n≥10）次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)，得到單次測(cè)量的不確定度。將得到的單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s（xk）計(jì)算其n次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果的平均值實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差作為其測(cè)量結(jié)果的最佳估計(jì)值。但當(dāng)測(cè)量次數(shù)較少時(shí)，對(duì)于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，使用極差法會(huì)比貝塞爾法更合適。

　　而實(shí)驗(yàn)儀器最大偏差、標(biāo)準(zhǔn)樣品、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作、儀器示值、樣品稀釋等引入的不確定度可以根據(jù)不確定度B類評(píng)定。信息來(lái)源于檢定證書或校準(zhǔn)證書，其他資料或手冊(cè)。根據(jù)證書或者資料上得到的擴(kuò)展不確定度Up及對(duì)應(yīng)的置信概率p計(jì)算相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。根據(jù)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059-1999指出，若證書未指出被測(cè)量分布，一般被測(cè)量X的分布為正態(tài)分布。但正態(tài)分布置信概率p對(duì)應(yīng)的包含因子kp值最大，因此得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度最小。所以，當(dāng)遇到未知被測(cè)量分布時(shí)，選擇包含因子kp值較小的分布，如矩形分布或三角分布比較合適。

　　最后通過(guò)疊加各個(gè)分量不確定度來(lái)合成不確定度，計(jì)算出自由度及該實(shí)驗(yàn)室此酚試劑分光光度法測(cè)定室內(nèi)環(huán)境甲醛濃度試驗(yàn)的擴(kuò)展不確定度。如要再考慮如電壓、試驗(yàn)環(huán)境等因數(shù)引入的不確定度，可通過(guò)建立包含黑箱模型的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行不確定度評(píng)定。

4、結(jié)束語(yǔ)-總結(jié)

綜上所述，為了酚試劑分光光度法測(cè)定室內(nèi)甲醛濃度試驗(yàn)結(jié)果更穩(wěn)定可靠，首先要控制好實(shí)驗(yàn)室的溫濕度。溫度過(guò)低或者濕度過(guò)大會(huì)對(duì)分光光度計(jì)里面的光路檢測(cè)系統(tǒng)有所影響。在溫度偏低時(shí)樣品顯色時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，讓顯色反應(yīng)進(jìn)行完全。對(duì)于高濃度樣品宜進(jìn)行稀釋處理，不然的出數(shù)據(jù)將會(huì)偏低。做好試驗(yàn)過(guò)程記錄，如溫濕度、氣壓記錄；試劑、藥品配制記錄等。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)可以逐一排查，也可以為試驗(yàn)的不確定度評(píng)定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

實(shí)踐表明，酚試劑分光光度法測(cè)定室內(nèi)環(huán)境空氣甲醛含量具有穩(wěn)定性好，結(jié)果可靠，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能滿足室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)試驗(yàn)操作的要求。因此，酚試劑分光光度法應(yīng)在檢測(cè)行業(yè)中得到廣泛的推廣與應(yīng)用，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)人類美好的生存環(huán)境做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。