流量分析装置を使用した飲料水中の揮発性フェノール、シアン化物、陰イオン界面活性剤、アンモニアの同時測定

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この研究では、流量分析装置を使用して飲料水中の揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤およびアンモニア態窒素を同時に測定する方法が開発されました。サンプルは最初に 145°C で蒸留されました。次に、留出物中のフェノールが塩基性フェリシアン化物および 4-アミノアンチピリンと反応して赤色錯体を形成し、これは 505 nm で比色測定されます。次に、留出物中のシアン化物がクロラミン T と反応してシアン塩化物を形成し、これがピリジンカルボン酸と青色の錯体を形成します。これは 630 nm で比色測定されます。アニオン性界面活性剤は塩基性メチレンブルーと反応して化合物を形成し、これをクロロホルムで抽出し、酸性メチレンブルーで洗浄して妨害物質を除去します。クロロホルム中の青色化合物は、660 nm で比色分析により測定されました。波長 660 nm のアルカリ環境では、アンモニアがジクロロイソシアヌル酸中のサリチル酸塩および塩素と反応して、37 °C でインドフェノール ブルーを形成します。2 ~ 100 μg/l の範囲の揮発性フェノールおよびシアン化物の質量濃度では、相対標準偏差はそれぞれ 0.75 ~ 6.10% および 0.36 ~ 5.41% であり、回収率は 96.2 ~ 103.6% および 96.0 ~ 102.4% でした。 。%。線形相関係数 ≥ 0.9999、検出限界 1.2 μg/L および 0.9 μg/L。相対標準偏差は 0.27 ~ 4.86% および 0.33 ~ 5.39%、回収率は 93.7 ~ 107.0% および 94.4 ~ 101.7% でした。陰イオン界面活性剤とアンモニア性窒素の質量濃度で10~1000μg/l。線形相関係数は 0.9995 および 0.9999 で、検出限界はそれぞれ 10.7 μg/l および 7.3 μg/l でした。国の標準的な方法と比較して統計的な差異はありませんでした。この方法は時間と労力を節約し、検出限界が低く、精度と精度が高く、汚染が少なく、大量のサンプルの分析と測定により適しています。
揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤、およびアンモニア態窒素 1 は、飲料水中の官能的、物理的、半金属元素のマーカーです。フェノール化合物は多くの用途にとって基本的な化学構成要素ですが、フェノールとその同族体は有毒でもあり、生分解が困難です。これらは多くの工業プロセス中に放出され、一般的な環境汚染物質となっています2,3。毒性の高いフェノール性物質は、皮膚や呼吸器を通じて体内に吸収される可能性があります。そのほとんどは人体に入った後、解毒の過程で毒性を失い、尿中に排泄されます。しかし、体の正常な解毒能力を超えると、過剰な成分がさまざまな臓器や組織に蓄積し、慢性中毒、頭痛、発疹、皮膚のかゆみ、精神不安、貧血、およびさまざまな神経症状を引き起こす可能性があります4、5、6、7。シアン化物は非常に有害ですが、自然界に広く存在します。多くの食品や植物にはシアン化物が含まれており、一部の細菌、菌類、藻類によって生成される可能性があります8,9。シャンプーやボディウォッシュなどの洗い流す製品には、消費者が求める優れた泡立ちや泡質を与えるため、洗浄を容易にするために陰イオン界面活性剤がよく使用されます。しかし、多くの界面活性剤は皮膚を刺激する可能性があります10,11。飲料水、地下水、地表水および廃水には、アンモニア性窒素 (NH3-N) として知られる遊離アンモニア (NH3) およびアンモニウム塩 (NH4+) の形で窒素が含まれています。微生物による家庭廃水中の窒素含有有機物の分解生成物は、主にコークスや合成アンモニアなどの工業廃水に由来しており、これらは水中のアンモニア性窒素の一部を形成します12、13、14。分光測光法 15、16、17、クロマトグラフィー 18、19、20、21、フローインジェクション 15、22、23、24 などの多くの方法を使用して、水中のこれら 4 つの汚染物質を測定できます。他の方法と比較して、分光測光法が最も一般的です1。この研究では、4 つのデュアルチャネル モジュールを使用して、揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤、および硫化物を同時に評価しました。
AA500 連続流量分析装置 (SEAL、ドイツ)、SL252 電子天秤 (上海明橋電子計器工場、中国)、および Milli-Q 超純水メーター (Merck Millipore、米国) を使用しました。この研究で使用された化学薬品はすべて分析グレードのものであり、すべての実験では脱イオン水が使用されました。塩酸、硫酸、リン酸、ホウ酸、クロロホルム、エタノール、四ホウ酸ナトリウム、イソニコチン酸、および 4-アミノアンチピリンは、Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. (中国) から購入しました。Triton X-100、水酸化ナトリウムおよび塩化カリウムは、天津ダマオ化学試薬工場 (中国) から購入しました。フェリシアン化カリウム、ニトロプルシドナトリウム、サリチル酸ナトリウム、および N,N-ジメチルホルムアミドは、天津天利化学試薬有限公司 (中国) から提供されました。リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、ピラゾロンおよびメチレンブルー三水和物は、Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. (中国) から購入しました。クエン酸三ナトリウム二水和物、ポリオキシエチレンラウリルエーテルおよびジクロロイソシアヌル酸ナトリウムは、Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd. (中国) から購入しました。揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤、およびアンモニア性窒素水の標準溶液は、中国計量研究所から購入しました。
蒸留試薬: 160 ml のリン酸を脱イオン水で 1000 ml に希釈します。緩衝液の予備: 9 g のホウ酸、5 g の水酸化ナトリウム、および 10 g の塩化カリウムを秤量し、脱イオン水で 1000 ml に希釈します。吸収試薬 (毎週更新): ストックバッファー 200 ml を正確に測定し、50% Triton X-100 (v/v、Triton X-100/エタノール) 1 ml を加え、0.45 μm フィルター膜で濾過した後に使用します。フェリシアン化カリウム (毎週更新): フェリシアン化カリウム 0.15 g を秤量し、200 ml の予備緩衝液に溶解し、1 ml の 50% Triton X-100 を加え、使用前に 0.45 μm フィルター膜で濾過します。4-アミノアンチピリン (毎週更新): 4-アミノアンチピリン 0.2 g を秤量し、ストックバッファー 200 ml に溶解し、50% Triton X-100 1 ml を加え、0.45 μm フィルター膜で濾過します。
蒸留試薬:揮発性フェノール。緩衝液:リン酸二水素カリウム 3 g、リン酸水素二ナトリウム 15 g、およびクエン酸三ナトリウム二水和物 3 g を秤量し、脱イオン水で 1000 ml に希釈します。次に、50% Triton X-100 を 2 ml 加えます。クロラミン T: 0.2 g のクロラミン T を秤量し、脱イオン水で 200 ml に希釈します。発色試薬: 発色試薬 A: ピラゾロン 1.5 g を N,N-ジメチルホルムアミド 20 ml に完全に溶解します。現像液 B: 3.5 g のヒソニコチン酸と 6 ml の 5 M NaOH を 100 ml の脱イオン水に溶解します。使用前に現像液 A と現像液 B を混合し、NaOH 溶液または HCl 溶液で pH を 7.0 に調整し、脱イオン水で 200 ml に希釈し、後で使用するために濾過します。
緩衝液: 四ホウ酸ナトリウム 10 g と水酸化ナトリウム 2 g を脱イオン水に溶解し、1000 ml に希釈します。0.025% メチレンブルー溶液: 0.05 g のメチレンブルー三水和物を脱イオン水に溶解し、200 ml にします。メチレンブルーストックバッファー (毎日更新): 20 ml の 0.025% メチレンブルー溶液をストックバッファーで 100 ml に希釈します。分液ロートに移し、クロロホルム20mlで洗浄し、用いたクロロホルムを捨て、新しいクロロホルムでクロロホルム層の赤色が消えるまで洗浄(通常3回)し、濾過する。塩基性メチレンブルー: ろ過したメチレンブルー原液 60 ml を原液 200 ml に希釈し、エタノール 20 ml を加え、よく混合し、脱気します。酸性メチレンブルー: 0.025% メチレンブルー溶液 2 ml を脱イオン水約 150 ml に加え、1% H2SO4 1.0 ml を加え、脱イオン水で 200 ml に希釈します。次に、エタノール 80 ml を加え、よく混合し、脱気します。
20% ポリオキシエチレンラウリルエーテル溶液: ポリオキシエチレンラウリルエーテル 20 g を量り、脱イオン水で 1000 ml に希釈します。緩衝液: クエン酸三ナトリウム 20 g を量り、脱イオン水で 500 ml に希釈し、20% ポリオキシエチレンラウリル エーテル 1.0 ml を加えます。サリチル酸ナトリウム溶液 (毎週更新): サリチル酸ナトリウム 20 g と亜硝酸フェリシアン化カリウム 0.5 g を秤量し、500 ml の脱イオン水に溶解します。ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム溶液(毎週更新):水酸化ナトリウム 10 g とジクロロイソシアヌル酸ナトリウム 1.5 g を秤量し、脱イオン水 500 ml に溶解します。
揮発性フェノールおよびシアン化物標準は、 0.01 M 水酸化ナトリウム溶液。アニオン性界面活性剤とアンモニア態窒素標準物質は、脱イオン水を使用して調製されました 0 μg/L、10 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、250 μg/L、500 μg/L、750 μg/L、および 1000 mcg/L 。解決。
冷却サイクルタンクを始動し、次にコンピューター、サンプラー、AA500 ホストの電源を (順番に) オンにし、配管が正しく接続されていることを確認し、エアホースをエアバルブに挿入し、ペリスタルティックポンプのプレッシャープレートを閉じます。試薬配管の途中できれいな水の中に入れます。ソフトウェアを実行し、対応するチャンネルウィンドウをアクティブにして、接続パイプがしっかりと接続されているか、隙間や空気漏れがないかを確認します。漏れがない場合は、適切な試薬を吸引します。チャネル ウィンドウのベースラインが安定したら、検出と分析のために指定されたメソッド ファイルを選択して実行します。装置条件を表 1 に示します。
フェノールとシアン化物を測定するためのこの自動化された方法では、サンプルは最初に 145 °C で蒸留されます。次に、留出物中のフェノールが塩基性フェリシアン化物および 4-アミノアンチピリンと反応して赤色錯体を形成し、これは 505 nm で比色測定されます。次に、留出物中のシアン化物がクロラミン T と反応してシアノクロリドを形成し、ピリジンカルボン酸と青色の錯体を形成します。これは 630 nm で比色測定されます。アニオン性界面活性剤は塩基性メチレンブルーと反応して化合物を形成し、これをクロロホルムで抽出し、相分離器で分離します。次いで、クロロホルム相を酸性メチレンブルーで洗浄して妨害物質を除去し、第2の相分離器で再度分離した。クロロホルム中の青色化合物の660 nmでの比色定量。ベルテロ反応に基づいて、アンモニアは、アルカリ性媒体中で 37 °C でジクロロイソシアヌル酸中のサリチル酸および塩素と反応して、インドフェノール ブルーを形成します。反応ではニトロプルシドナトリウムを触媒として使用し、得られた色を660 nmで測定しました。この方法の原理を図 1 に示します。
揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤、アンモニア性窒素を測定するための連続サンプリング法の概略図。
揮発性フェノールおよびシアン化物の濃度は 2 ~ 100 μg/l、線形相関係数 1.000、回帰式 y = (3.888331E + 005)x + (9.938599E + 003) の範囲でした。シアン化物の相関係数は 1.000、回帰式は y = (3.551656E + 005)x + (9.951319E + 003) です。アニオン性界面活性剤は、10 ~ 1000 μg/L の範囲でアンモニア態窒素濃度に対して良好な直線依存性を示します。アニオン性界面活性剤とアンモニア性窒素の相関係数は、それぞれ 0.9995 と 0.9999 でした。回帰式: それぞれ、y = (2.181170E + 004)x + (1.144847E + 004) および y = (2.375085E + 004)x + (9.631056E + 003)。対照サンプルを 11 回連続測定し、この方法の検出限界を標準曲線の傾きごとの対照サンプルの 3 標準偏差で割りました。揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤、およびアンモニア性窒素の検出限界は、それぞれ 1.2 μg/l、0.9 μg/l、10.7 μg/l、および 7.3 μg/l でした。検出限界は国家標準法よりも低いです。詳細については表 2 を参照してください。
微量の分析対象物を含まない高、中、および低標準溶液を水サンプルに添加します。日中および日中の回復と精度は、7 回の連続測定後に計算されました。表3に示すように、日中および日中の揮発性フェノール抽出率はそれぞれ98.0〜103.6%および96.2〜102.0%であり、相対標準偏差は0.75〜2.80%および1.27〜6.10%でした。日中および日中のシアン化物回収率はそれぞれ 101.0 ~ 102.0% および 96.0 ~ 102.4% であり、相対標準偏差はそれぞれ 0.36 ~ 2.26% および 2.36 ~ 5.41% でした。さらに、陰イオン界面活性剤の日中および日中の抽出率は、それぞれ 94.3 ~ 107.0% および 93.7 ~ 101.6% であり、相対標準偏差は 0.27 ~ 0.96% および 4.44 ~ 4.86% でした。最後に、日内および日中のアンモニア態窒素回収率はそれぞれ 98.0 ~ 101.7% および 94.4 ~ 97.8% で、相対標準偏差はそれぞれ 0.33 ~ 3.13% および 4.45 ~ 5.39% でした。表 3 に示すように。
分光測光法 15、16、17 やクロマトグラフィー 25、26 などの多くの試験方法を使用して、水中の 4 つの汚染物質を測定できます。化学分光測光法は、これらの汚染物質を検出するために新しく研究された方法であり、国家基準 27、28、29、30、31 で要求されています。蒸留や抽出などの手順が必要であり、感度と精度が不十分で長いプロセスが必要になります。精度が良い、悪い。有機化学物質の広範囲にわたる使用は、実験者に健康被害をもたらす可能性があります。クロマトグラフィーは高速、簡単、効率的で、検出限界は低いですが、4 つの化合物を同時に検出することはできません。ただし、非平衡動的条件は、連続フロー分光光度法を使用した化学分析で使用されます。連続フロー分光光度法は、サンプル溶液の流動間隔におけるガスの連続流に基づいており、混合ループによる反応を完了させながら適切な比率および順序で試薬を追加します。分光光度計で検出し、事前に気泡を除去します。発見プロセスは自動化されているため、サンプルは比較的閉鎖的な環境でオンラインで蒸留および取得されます。この方法により、作業効率が大幅に向上し、検出時間がさらに短縮され、操作が簡素化され、試薬の汚染が減少し、メソッドの感度と検出限界が向上します。
アニオン性界面活性剤とアンモニア性窒素は、組み合わせた試験製品に 250 μg/L の濃度で含まれていました。標準物質を使用して、揮発性フェノールおよびシアン化物を 10 μg/L の濃度の被験物質に換算します。分析・検出には国家標準法と本法を用いた(6回の並行実験)。2 つの方法の結果は、独立した t 検定を使用して比較されました。表 4 に示すように、2 つの方法間に有意差はありませんでした (P > 0.05)。
この研究では、連続フロー分析装置を使用して、揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤、アンモニア態窒素の同時分析と検出を行いました。テスト結果は、連続フロー分析装置で使用されるサンプル量が国家標準法よりも少ないことを示しています。また、検出限界が低く、試薬の使用量が 80% 削減され、個々のサンプルに必要な処理時間が短縮され、発がん性のあるクロロホルムの使用量が大幅に減少します。オンライン処理は統合され、自動化されています。連続フローにより試薬とサンプルが自動的に吸引され、混合回路で混合され、自動的に加熱、抽出され、比色計で計数されます。実験プロセスは閉鎖システムで実行されるため、分析時間が短縮され、環境汚染が軽減され、実験者の安全が確保されます。手動蒸留や抽出などの複雑な操作手順は必要ありません22,32。ただし、機器の配管と付属品は比較的複雑で、テスト結果はシステムが不安定になりやすい多くの要因の影響を受けます。結果の精度を向上させ、実験への干渉を防ぐために実行できる重要な手順がいくつかあります。(1) 揮発性フェノールおよびシアン化物を測定する際には、溶液の pH 値を考慮する必要があります。蒸留コイルに入る前に、pH は約 2 でなければなりません。pH > 3 では、芳香族アミンも留去される可能性があり、4-アミノアンチピリンとの反応でエラーが発生する可能性があります。また、pH > 2.5 では、K3[Fe(CN)6] の回収率は 90% 未満になります。塩分含有量が 10 g/l を超えるサンプルは蒸留コイルを詰まらせ、問題を引き起こす可能性があります。この場合、サンプルの塩分含有量を減らすために真水を追加する必要があります33。(2) 以下の要因がアニオン性界面活性剤の識別に影響を与える可能性があります。 カチオン性化学物質はアニオン性界面活性剤と強いイオンペアを形成する可能性があります。以下の物質が存在すると、結果に偏りが生じる可能性があります。 フミン酸濃度が 20 mg/l を超える場合。高い界面活性を持つ化合物 (例: 他の界面活性剤) > 50 mg/l;強い還元力を持つ物質(SO32-、S2O32-、OCl-)。着色された分子を形成する物質で、あらゆる試薬とともにクロロホルムに可溶です。廃水中の一部の無機アニオン(塩化物、臭化物、硝酸塩)34,35。(3) アンモニア性窒素を計算する場合、低分子量アミンはアンモニアとの反応が類似しており、結果がより高くなるため、それらを考慮する必要があります。すべての試薬溶液を添加した後、反応混合物の pH が 12.6 未満になると、干渉が発生する可能性があります。酸性度の高い緩衝サンプルでは、​​この問題が発生する傾向があります。高濃度で水酸化物として沈殿する金属イオンも再現性の低下につながる可能性があります 36,37。
その結果、飲料水中の揮発性フェノール、シアン化物、アニオン性界面活性剤およびアンモニア性窒素を同時に測定するための連続フロー分析法は、良好な直線性、低い検出限界、良好な精度および回収率を有することが示された。国の標準的な方法と大きな違いはありません。この方法は、大量の水サンプルの分析と測定に、高速、高感度、正確で使いやすい方法を提供します。特に4成分を同時に検出する場合に適しており、検出効率が大幅に向上します。
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投稿日時: 2023 年 2 月 22 日