【流动注射分析在水体有机物监测中的应用】
流动注射分析(FIA)是丹麦J．Ruzicka和E．H．Hansen于1975年提出的一种自动化分析技术。该技术具有分析速度快、精确度高、重视性好以及设备投资和操作费用低、适用性强等特点，因而为广大分析工作者所接受。FIA在水质监测领域也有广泛应用，其测定项目以无机离子居多，对有机物的流动注射分析报道较少。人们对各类水体中的有机污染愈来愈重视，监测项目和监测频率亦大量增加，但有机污染物种类多、浓度低，所得分析结果的精确度并不都能令人满意。在这方面，FIA技术却具有其他分析方法不可比拟的优越性，尤其是FIA的样品在线预处理技术，更是为人们所推崇。
化学需氧量(COD)是目前水质监测中最重要的指标之一，常用分析方法有酸性高锰酸钾法和重铬酸钾法。这两种方法均要耗用大量试剂和电力，而且步骤繁琐，需时较长，数据成本较高。采用FIA技术则可以改变这种状况。伊永隆史等(1982)首先开发了酸性高锰酸钾法测定化学需氧量的全自动FIA方法：通过自动进样阀注入30μL样品，与A液(0．001mol／L高锰酸钾溶液)和B液(含10%硫酸和20%磷酸)混合后进入置于100℃恒温油浴中的50cm聚四氟乙烯反应旋管中，反应约30min后进入分光光度计于525nm波长测定，其进样速率为每小时7、8个样，检测范围5～200mg／L，变异系数0．6%，高达200mg／L的氯离子对测定无干扰。在上述工作的基础上，他们又提出了重铬酸钾法测定化学需氧量的FIA方法，其流动注射体系采用典型的双通道合并带技术，将100μL样品通过进样阀注入到水载流中，与0．002mol／L重铬酸钾－硫酸(1∶1)溶液混合，然后通过置于120℃恒温油浴中的50cm聚四氟乙烯反应旋管，经过约20min氧化消解后，进入分光光度检测器。其测定原理是基于在445nm波长测定反应剩余的重铬酸根的吸光度，从而间接测得水样的化学需氧量。在所选测定条件下，进样速率为15个样／h。检测下限为5mg／L。经对7种不同类型的水样进行对照测定，表明该方法的测定结果与常规方法获得的结果有很好的相关性，且精确度优于常规方法。K．Zachriah等(1989)提出了用化学固定化多酚氧化酶(酪氨酸酶)－连续流动注射分析测定水中苯酚的方法，并分别以分光光度计和电流分析仪为检测器进行了测定。其反应原理为：
用分光光度检测器时，在420nm波长测定Fe(CN)63－的吸光度；用电流分析检测器时，是用一支经改良的碳糊电极在适当电位下测量下述反应所产生的电流：
Fe(CN)63－+e－→Fe(CN)64－
该方法采用两种注射体系：单通道体系以0．1mol／L磷酸盐缓冲液为载液，样品用空气饱和后与0．002mol／LK4〔Fe(CN)6〕等体积混合，然后进样；双通道体系仍以磷酸盐缓冲溶液为载液，用空气饱和的样品注入后，再与另一通道的K4〔Fe(CN)6〕溶液合并。光度法测定时，单通道体系的灵敏度高于双通道体系，但空白值高，噪音大，所以检测下限反而高于双能道体系。酚反应旋管长度为60cm时，单通道和双通道体系的检测下限分别为6和3mg／L。电流分析法可缩短酚反应旋管长度，用20cm反应旋管即可获得满意结果，检测下限为0．018mg／L。J．Moller等根据经曲的4－氨基安替比林－氯仿萃取分光光度法的原理，设计了用氯仿连续萃取酚与4－氨基安替比林形成有色产物的FIA体系，既节省试剂又缩短了反应时间，效果很好。F．Canete等(1988)用常规和微分流动注射循环伏安法分别或同时测定了饮用水、井水、泉水和河水中的苯酚、愈创木酚(邻甲氧基苯酚)和2，4－二氯酚，微分法同时测定的原理是基于这3种酚半波电位的不同(分别为577、365和651mV)，由于苯酚和2，4－二氯酚的半波电位比较接近，其微分峰相互重叠，所以需解两个联立方程方能求出这两种物质的含量。该方法使用碳糊工作电极、银－氯化银参考电极和玻碳辅助电极，以0．1%氯化钾溶液为载液。其流动注射体系以0．1%氯化钾溶液为支持电解质。其流坳注射体系以0．1%氯化钾溶液为载液，注入150μL样品后，通过25cm长的混合管进入装有上述3个电极的流通池进行测定，进样速率为60个样／h，微分法同时测定时的线性范围(mg／L)：苯酚、愈创木酚0．02～0．38；2，4－二氯酚0．03～0．43。由于样品从注射到进入检测器这段管路中无化学反应发生，所以该方法的动注射体系非常简单。水中阴离表面活性剂的测定方法是以亚甲蓝分光光度法为主。S．Motomizu等(1988)用溶剂萃取－流动注射分光光度法测定了自来水和河水中的阴离子表面活性剂，流动注射体系用三通道合并带技术，以蒸馏水为载液，注入样品后先与显色剂〔由5×10－5mol／L亚甲蓝、0．1mol／L硫酸钠和0．1mol／L醋酸盐缓冲液(pH5)组成〕混合，在反应旋管中生成离子缔合物，然后与另一通道中的邻二氯苯混合，在萃取旋管中连续萃取，最后通过一个装有0．8μm孔径聚四氟乙烯多孔膜的相分离器，将水相与有机相分开，有机相进入分光光度检测器，于658nm波长测量吸光度。其进样速率为20个样／h，进样量为300μL时，十二烷基硫酸钠的检测范围为0．005～8．7mg／L。进样量为100μL时测定上限可提高至20．2mg／L。M．del Valle等(1988)也用连续流动萃取－亚甲蓝分光光法测定了水中的阴离子表面活性剂(亚甲蓝活性物质)，与前述方法不同的是采用了四通道合并带体系：将样品与亚甲蓝溶液(pH2)混合，再与含10%甲醇的氯仿混合，萃取后经相分离器分离，将70μL有机萃取液注入氯仿载流中，进入分光光度检测器，于600nm波长测量吸光度，十二烷基硫酸钠检测范围为0．04～3．5mg／L。S．Motomizu等(1987)还提出过另外一种连续流动萃取分光光度法：将样品注入水载流中，然后与含有5×10－5mol／L1－烷基－4－(4－二烷基氨基苯偶氮)吡啶盐、0．001mol／LEDTA、0．1mol／L硫酸钠和0．1mol／L醋酸盐缓冲溶液(pH5)的显色剂混合，再与有机萃取剂混合进行连续萃取，通过多孔聚乙烯膜相分离器后，在564nm波长测定有机相的吸光度。方法的检测下限为10nmol／L，进样量分另为300和100μL时，检测上限分别为2和30μnmol／L，变异系数1．5%(n=10)。该法曾用于测定河水中阴离子表面活性剂。钱锡兴等(1989)设计以阴离子洗涤剂选择电极(AD电极)为检测器的FIA方法，进样速率高达80～100个样／h，检测范围4～100mg／L，适用于工业废水中阴离子表面活性剂的快速测定。关于水中有机磷类物质的FIA测定方法报道较多，常用的有磷钼蓝分光光度法、高效液相色谱法和酶化学法。L．D．Mckelvie(1989)对常规磷钼蓝分光光度法的样品消化步骤进行了改进，将高温消化改为光催化氧化。方法采用四通道合并带流动注射体系，以蒸馏水为载液，注入样品后首先与碱性过硫酸钾溶液(40g／L过硫酸钾，34g／L硼氢化钠)混合，随即进入紫外光消化器，发生光氧化反应，将溶解有机磷氧化成活性磷，然后依次与酸性钼酸铵溶液(8．1×10－3mol／L钼酸铵，0．63mol／L硫酸)和氯化亚锡溶液(8．9×10－4mol／L氯化亚锡，0．015mol／L硫酸肼，0．5mol／L硫酸)混合，经反应旋管进入分光光度检测器，于690nm波长测定磷钼蓝的吸光度。磷的测定范围0．01～4gm／L，进样速率为72个样／h，当磷浓芳小于0．1mg／L时，进样速率采用50个样／h。高效液相色谱法是测定水中农药残留物最常用的方法之一。A．Farran等(1988)采用双通道合并带技术，将样品与庚烷混合，在萃取旋管中将有机磷农药萃取至庚烷相中，然后通过装有0．5μm孔径聚四氟乙烯多孔膜的相分离器分离，有机相进入高效液相色谱，用紫外检测器于220nm波长测定，进样速率为15个样／h。用该法测定了水中肟硫磷和谷硫磷，检测限分别为0．09和0．04mg／L，肟硫磷在萃取率为33%时，线性范围为0．5～4mg／L。他们(1990)还在类似的体系中分别以液相色谱－紫外光度计和液相色谱－质谱计为检测器测定了河水中的有机磷农药及其降解产物2，4，5－三氯苯酚和对硝基苯酚以及氯化苯氧基酸类物质2，4－D、2，5－T和2，4，5－三氯苯氧基丁酸。在水相和有机相(庚烷)的体积比为6∶1的条件下，氯化苯氧基酸类物质的萃取率为100%；有机磷农药及其降解产物2，4，5－三氯苯酚的萃取率为60%；对硝基苯酚的萃取率为10%。用液相色谱－紫外光度检测器时，工作波长220nm，检测下限：氯化苯氧基酸类物质为0．2ng，有机磷农药及2，4，5－三氯苯酚为0．4ng。R．Kindervater等(1990)根据农药中的抑制剂对乙酰胆碱酯酶的抑制作用，用酶化学法测定了饮用水中的农药羰基呋喃和马拉松，检测下限为0．5μg／L。流动注射体系采用四通道合并带技术，该方法的特点是将乙酰胆碱酯酶固定在经5%戊二醛活化过的磁粉上，与样品混合后进入磁反应器，然后进入检测器测量发生抑制作用后的酶活性，进而得到抑制剂(农药)的含量。用液相色谱－分光光度检测器时，在405nm波长测定反应的黄色产物硫代硝基苯甲酸；用液相色谱－电流检测器时，在700mV电位下测量胆碱氧化－还原反应的电流。在其他有机物的分析测定方面。S．Dong等(1987)用快速荧光流动注射分析法测定大气水分中的甲醛，首先在每毫升样品中加入100．1mol／L过氧化氢溶液，然后与10μL1mol／LEDTA2mol／L氢氧化钠溶液混合，最后与荧光试剂(2mol／L醋酸铵，0．25mol／L醋酸和0．1mol／L2，4－戊二酮)混合，并在95℃恒温槽中加热约25s后于荧光检测器中测定甲醛和荧光试剂生成的3，5－二乙酰－1，4－二氢化二甲基吡啶，方法的检测下限为10pmol甲醛，线性范围可至100μg／L。加入过氧化氢后可完全消除S(Ⅳ)的影响，共存的其他金属离子和阴离子无干扰。该方法曾用于雾水中甲醛的测定。J．S．Lancaster等(1987)在若丹明B存在下借次氯酸钠氧化三乙胺的反应，用化学发光检测器测定了水和海水中的三乙胺，测定范围0．01～10mmol／L。该法是采用三通道合并带FIA体系，以0．1mol／L硼酸缓冲溶液(H+浓度10－11mol／L)为载液，注入50μL样品后依次与0．001mol／L若丹明B液和1．64×10－3mol／L氯酸钠溶液混合，然后经反应旋管进入检测器测定。如采用双通道体系，只需将硼酸缓冲液和若丹明B溶液合并即可。该方法也可用于三甲胺和三丙胺等叔胺的测定。水中常见离子Al3+、Cr3+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+和Pb2+无明显干扰。G．K．－C．Low等(1990)研究了以超纯除氧水(电导水于0．05μs)为载液，用单通道流动注射体系－电导检测器测定水中有机污染物的方法。该系统的主要装置是一个光催化反应器：在内径为0．9mm的聚四氟乙烯管内壁涂一层二氧化钛膜，然后置于20W近紫外灯光的照射之中，样品通过反应器时，水中溶解氧通过光催化作用将有机物氧化为二氧化碳，然后进入电导检测器测定，该法已分别用于甲醇、乙醇、甲醛、环氧乙烷和单细胞藻类的测定，进样量为20μL时。甲醇和甲醛的检测限分别为10nmol／L和15nmol／L，8mol／L甲醇在5h内12次测定结果的相对标准偏差为1．5%。该方法也可用于其他有机物的测定，用待测物的标准溶液进行参照即可。FIA作为一种可靠耐用的湿化学自动化分析技术，其自动化程度、分析速度、极低的操作费用和极好的重现性都是一般分析技术难以比拟的，尤其是样品在线预处理技术更显示出FIA旺盛的生命力，充分展示了FIA在自动化分析领域里的应用前景。在水中有机物监测领域中应用FIA技术，不仅可以简化分析步骤、降低数据成本、提高分析结果的精确度和可靠性，而且对于逐步实现环境监测自动化、强化环境管理都具有重要意义。(仪征化纤联合公司王红丹撰)