
建立亚砷酸、硫酸铈铵溶液浓度与2016年版尿碘检测标准方法通用的水中碘砷铈催化分光光度测定方法,并满足宽范围的水碘检测需求。
以二氯异氰尿酸钠溶液在室温下消除还原性物质干扰作为水样前处理,使用2016年版尿碘检测标准方法中的0.025 mol/L亚砷酸溶液及0.025 mol/L硫酸铈铵溶液,建立不同范围水碘的砷铈催化分光光度测定法(简称本方法)。检验不同含碘量范围(0~ 100、0~ 400、0~ 800 μg/L)标准曲线的线性关系及线性范围,样品测定的检测限、精密度、准确度。
砷铈反应在15 ℃~ 30 ℃范围内,选择任一稳定的温度及固定的反应时间都有碘质量浓度(C)与测定吸光度值(A)的定量关系(C= a+ blgA)。在不同含碘量范围(0~ 100、0~ 400、0~ 800 μg/L)内,标准曲线线性相关系数绝对值均> 0.999 0;对应水碘检测限分别为0.3、1.2、2.2 μg/L(取样量分别为0.80、0.20、0.10 ml);取低、中、高3个含碘量水样,平行测定6次,变异系数(CV)均< 1.0%;平均加碘标回收率分别为97.6%、100.4%和102.4%,范围分别为95.8%~ 98.7%、98.3% ~ 103.7%和98.5%~ 104.5%;在不同含碘量标准曲线范围内测定水碘标准物质GBW09113c、GBW09114a和GBW09114c,测定结果与给定值的相对误差均< 3.0%,均在给定值的不确定度范围内。
本方法检测线性范围宽,有较高的精密度、准确度和抗干扰能力,重现性较好,并且操作简单易行,减少了废液含砷量,减少了环境污染,适宜不同范围的水碘测定。
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目前,在我国普通实验室对饮用水中碘含量的测定,应用的方法主要有两种,一是《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)中的硫酸铈催化分光光度法[1],其测定水碘的标准曲线线性范围为0~ 10、0~ 100 μg/L;二是国家碘缺乏病参照实验室推荐应用的"适合缺碘及高碘地区的水碘检测方法"[2],其测定水碘的标准曲线线性范围为0~ 10、0~ 100、0~ 600 μg/L。前者水碘测定线性范围较窄,且需以硫酸亚铁铵为砷铈反应终止剂,再以硫氰酸钾为显色剂做比色定量,存在试剂种类多、操作步骤多、显色不稳定等不足。后者对3组不同含碘范围的水样需对应配制不同浓度的亚砷酸溶液和硫酸铈铵溶液来进行测定,且配制亚砷酸溶液的三氧化二砷(As2O3)用量较大。另外,方法中低碘范围水样需采用过硫酸铵在100 ℃消化20 min进行前处理,以消除还原性物质干扰,而此消化操作较繁琐。为满足宽范围水碘的检测及减少有毒试剂亚砷酸溶液的使用量,作者建立了0~ 100、0~ 400、0~ 800 μg/L 3组浓度范围的饮用水碘含量的砷铈催化分光光度测定法(以下简称本方法)。本方法使用与2016年版尿碘检测标准方法及血清碘测定标准方法[3,4]相同浓度的亚砷酸溶液和硫酸铈铵溶液,适合推广应用,现将具体内容报告如下。
以二氯异氰尿酸钠(C3Cl2N3NaO3)溶液的有效氯在室温下消除还原性物质干扰,利用碘对砷铈氧化还原反应的催化作用(H3AsO3+ 2Ce4++ H2O → H3AsO4+ 2Ce3++ 2H+),反应中黄色的Ce4+被还原成无色的Ce3+,样品液中的含碘量越高,该反应速度越快,所剩余的Ce4+则越少。控制砷铈反应的温度和时间,在400 nm波长下测定体系中剩余的Ce4+吸光度(A)值,求出含碘量。
722型数显光栅分光光度计(山东高密彩虹分析仪器有限公司);SLSC-30型超级恒温水浴箱(南京顺流仪器有限公司);Mettler XS105万分之一电子天平(德国Mettler公司);Mill-Q超纯水系统(美国Millipore公司);定量移液器(德国Eppendorf公司);玻璃试管(15 × 120 mm);秒表。
As2O3、四水硫酸铈铵[Ce(NH4)4(SO4)4·4H2O]、C3Cl2N3NaO3均为分析纯;硫酸(H2SO4,ρ20 ℃= 1.84 g/ml)、氯化钠(NaCl)、氢氧化钠(NaOH)均为优级纯。碘酸钾(KIO3,国家标准物质GBW06110);实验用纯水符合GB/T 6682-2008中二级水规格。
按2016年版尿碘测定标准方法相同配制[3]。
该溶液组成与2016年版尿碘测定标准方法相同,但改进配制方法:称取2.5 g As2O3、3.0 g NaOH置于1 L烧杯中,加纯水约30 ml,搅拌至完全溶解(约需10 min),再向烧杯中加纯水约500 ml,并加入NaCl 40.0 g,搅拌至完全溶解,再缓慢加入2.5 mol/L硫酸溶液200 ml,冷至室温后,用纯水稀释至1 000 ml,储于棕色瓶,室温放置可保存6个月。
称取0.100 g C3Cl2N3NaO3,加约300 ml纯水,完全溶解后,加入2.5 mol/L硫酸溶液50 ml,再用纯水稀释至500 ml,该试剂临用时现配,注意要先用纯水完全溶解后再加硫酸溶液。
①碘标准储备液(碘100 μg/ml):按2016年版尿碘测定标准方法相同配制[3]。②碘标准中间溶液Ⅰ(碘2 μg/ml):吸取10.00 ml碘标准储备液置于500 ml容量瓶中,用纯水稀释定容。③碘标准中间溶液Ⅱ(碘10 μg/ml):吸取10.00 ml碘标准储备液置于100 ml容量瓶中,用纯水稀释定容。④碘标准使用系列溶液Ⅰ:吸取碘标准中间溶液Ⅰ0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 ml分别置于100 ml容量瓶中,用纯水稀释定容,此系列溶液的含碘量分别为0、10、20、40、60、80、100 μg/L。⑤碘标准使用系列溶液Ⅱ:吸取碘标准中间溶液Ⅱ 0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 ml分别置于100 ml容量瓶中,用纯水稀释定容,此系列溶液的含碘量分别为0、50、100、200、300、400 μg/L。⑥碘标准使用系列溶液Ⅲ:吸取碘标准中间溶液Ⅱ 0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、6.00、8.00 ml分别置于100 ml容量瓶中,用纯水稀释定容,此系列溶液的含碘量分别为0、100、200、300、400、600、800 μg/L。
水样来自厦门市翔安区高水碘区域(新店镇前炳村及其周边村)的不同水井水。水碘标准物质为国家一级标准物-水中碘成分分析标准物质(GBW09113c、GBW09114a和GBW09114c),来自国家碘缺乏病参照实验室。
分别取碘标准使用系列溶液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及水样置于玻璃试管中,再加入C3Cl2N3NaO3溶液,混匀,放置10 min后,加入3.0 ml亚砷酸溶液,混匀,于温度均匀稳定的室温水浴或控温水浴(可在15 ℃~ 30 ℃范围的某一温度,波动不超过± 0.3 ℃)中放置15 min,使其温度达到平衡,将标准系列管按碘浓度由高至低顺序排列。秒表计时,依顺序每管间隔30 s向各管准确加入硫酸铈铵溶液,立即混匀后放回同一水浴。待第一管的A值达到0.10~ 0.15时,依顺序每管间隔30 s于400 nm波长下,用1 cm比色杯,以纯水作参比,测定各管的A值。标准曲线的碘质量浓度[C(μg/L)]与A值的回归方程为C= a+ blgA,计算标准曲线的回归方程,将样品管的A值代入此方程,求出所测样品的含碘量(μg/L)。见表1。

不同范围水碘的测定操作结果
不同范围水碘的测定操作结果
| 水碘范围(μg/L) | 标准使用系列溶液(ml) | 水样(ml) | 200 mg/L二氯异氰尿酸钠用量(ml) | 0.025 mol/L亚砷酸用量(ml) | 0.025 mol/L硫酸铈铵溶液用量(ml) | 反应温度(℃) | 反应时间(min) | 波长(nm) | 比色杯(cm) | 标准曲线A值范围 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 ~ 100 | 0.80 | 0.80 | 0.20 | 3.0 | 0.30 | 23.5 | 25 | 400 | 1 | 0.13 ~ 1.20 |
| 0 ~ 400 | 0.20 | 0.20 | 0.10 | 3.0 | 0.40 | 23.7 | 28 | 400 | 1 | 0.10 ~ 1.60 |
| 0 ~ 800 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 3.0 | 0.40 | 23.8 | 27 | 400 | 1 | 0.11 ~ 1.70 |
注:A为吸光度值
①本方法检测线性范围及检测限实验:检验3种不同含碘量范围标准曲线的线性关系,并在不同线性范围内各平行测定标准曲线0管12份次,按检测限由空白值的3倍标准差计算,于标准曲线上求出对应碘含量为方法检测限。②样品测定精密度实验:分别在3种标准曲线范围内各取含碘量不同的水样3份,各进行6次平行样测定,计算变异系数(CV)。③样品加标回收实验:分别在3种标准曲线范围内各取含碘量不同的水样(0~ 100、0~ 400、0~ 800 μg/L范围分别取3、5、2份)进行加标回收率实验,本底和加标回收实验均为3次平行测定。④对水碘标准物质的测定:在3种标准曲线范围内测定不同质量浓度的国家水碘标准物质,进行3次平行样测定,计算与给定值的相对误差(RD)。⑤干扰实验:以饮用水水质中几种常见物质进行干扰实验,配制外加含碘量为80 μg/L的干扰物溶液,进行每次3个平行样、2次重复测定。
采用Excel 2007软件进行数据分析。
0~ 100、0~ 400和0~ 800 μg/L不同含碘量范围的标准曲线检测结果见表2,回归方程相关系数(r)分别为-1.000 0、-0.999 9、-0.999 8。分别平行测定不同含碘量范围标准曲线0管各12份次,得到A值分别为1.238 ± 0.003、1.659 ± 0.004、1.736 ± 0.005,方法检测限分别对应为0.3(取样量为0.80 ml)、1.2(取样量为0.20 ml)、2.2 μg/L(取样量为0.10 ml)。在不同反应温度及时间条件下测得0~ 100 μg/L标准曲线各点的A值见表3,回归方程r值分别为-0.999 9、-1.000 0、-1.000 0。

不同含碘量范围的标准曲线检测结果
不同含碘量范围的标准曲线检测结果
| 碘含量(μg/L) | A值a | 碘含量(μg/L) | A值b | 碘含量(μg/L) | A值c |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1.199 | 0 | 1.660 | 0 | 1.733 |
| 20 | 0.779 | 50 | 1.204 | 100 | 1.268 |
| 40 | 0.503 | 100 | 0.855 | 200 | 0.900 |
| 60 | 0.321 | 200 | 0.422 | 300 | 0.629 |
| 80 | 0.204 | 300 | 0.208 | 400 | 0.446 |
| 100 | 0.130 | 400 | 0.104 | 600 | 0.223 |
| 800 | 0.107 |
注:A为吸光度值;a含碘量范围为0~ 100 μg/L,反应条件为23.5 ℃ 25 min;b含碘量范围为0~ 400 μg/L,反应条件为23.7 ℃ 28 min;c含碘量范围为0~ 800 μg/L,反应条件为23.8 ℃ 27 min

不同反应温度及时间条件下0~ 100 μg/L标准曲线A值
不同反应温度及时间条件下0~ 100 μg/L标准曲线A值
| 含碘量(μg/L) | A值 | ||
|---|---|---|---|
| 15.0 ℃ 30 min | 25.0 ℃ 23 min | 30.0 ℃ 18 min | |
| 0 | 1.320 | 1.233 | 1.145 |
| 20 | 0.828 | 0.799 | 0.739 |
| 40 | 0.516 | 0.515 | 0.478 |
| 60 | 0.318 | 0.331 | 0.304 |
| 80 | 0.198 | 0.210 | 0.194 |
| 100 | 0.119 | 0.134 | 0.123 |
注:A为吸光度值
3种碘标准曲线范围内样品检测CV值均< 1.0%,见表4。

测定不同含碘量水样的精密度实验结果
测定不同含碘量水样的精密度实验结果
| 标准曲线含碘量范围(μg/L) | 水样 | 测定值(μg/L) | ± s (μg/L) | 变异系数(CV,%) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||||
| 0 ~ 100 | 1 | 9.3 | 9.5 | 9.3 | 9.3 | 9.3 | 9.5 | 9.3 ± 0.1 | 0.9 |
| 2 | 23.4 | 23.3 | 23.4 | 23.5 | 23.6 | 23.3 | 23.4 ± 0.1 | 0.5 | |
| 3 | 70.2 | 70.0 | 70.2 | 70.0 | 70.2 | 69.8 | 70.1 ± 0.1 | 0.2 | |
| 0 ~ 400 | 4 | 152.0 | 151.3 | 150.1 | 151.5 | 150.8 | 152.0 | 151.3 ± 0.8 | 0.5 |
| 5 | 168.1 | 169.2 | 169.0 | 169.0 | 168.7 | 166.8 | 168.5 ± 0.9 | 0.5 | |
| 6 | 258.0 | 257.0 | 257.5 | 258.6 | 257.5 | 259.1 | 257.9 ± 0.8 | 0.3 | |
| 0 ~ 800 | 7 | 459.7 | 468.8 | 466.3 | 466.3 | 467.9 | 468.8 | 466.3 ± 3.4 | 0.7 |
| 8 | 636.3 | 628.8 | 627.3 | 628.8 | 630.3 | 636.3 | 631.3 ± 4.0 | 0.6 | |
| 9 | 831.3 | 828.4 | 831.3 | 825.5 | 828.4 | 825.5 | 828.4 ± 2.6 | 0.3 | |
3种标准曲线范围内10个不同含碘量水样,加入碘标准20.0~ 200.0 μg/L,得平均回收率分别为97.6%、100.4%和102.4%,加标回收率范围分别为95.8%~ 98.7%、98.3%~ 103.7%和98.5%~ 104.5%,见表5。

加标回收率实验结果(n= 3)
加标回收率实验结果(n= 3)
| 标准曲线含碘量范围(μg/L) | 本底值(μg/ L) | 加标浓度(μg/ L) | 实测值(,μg/ L) | 平均回收率(%) | 回收率范围(%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 ~ 100 | 9.3 | 20 | 28.8 | 97.1 | 95.8 ~ 98.3 |
| 19.8 | 50 | 68.7 | 97.7 | 96.7 ~ 98.4 | |
| 23.6 | 20 | 43.2 | 98.0 | 97.2 ~ 98.7 | |
| 0 ~ 400 | 151.3 | 50 | 200.7 | 98.8 | 98.8 ~ 98.8 |
| 168.5 | 100 | 271.8 | 103.3 | 103.1 ~ 103.7 | |
| 257.9 | 100 | 359.0 | 101.1 | 99.7 ~ 101.8 | |
| 224.5 | 80 | 303.2 | 98.3 | 98.3 ~ 98.3 | |
| 282.2 | 80 | 362.7 | 100.6 | 100.6 ~ 100.6 | |
| 0 ~ 800 | 466.3 | 200 | 673.0 | 103.3 | 101.9 ~ 104.5 |
| 631.3 | 200 | 834.3 | 101.5 | 98.5 ~ 103.0 |
在3种标准曲线范围内分别测定国家水碘标准物质,各测定结果值均在给定值的不确定度范围内,与给定值的RD均< 3.0%,见表6。

对水碘标准物测定结果
对水碘标准物测定结果
| 标准曲线含碘量范围(μg/L) | 水碘标准物 | 给定值±不确定度(μg/L) | 测定次数 | ±s (μg/L) | 相对误差(RD,% ) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 ~ 100 | GBW09113c | 8.1 ± 1.2 | 11 | 8.2 ± 0.5 | 0.9 |
| GBW09114a | 60 ± 6 | 12 | 60.1 ± 2.3 | 0.2 | |
| GBW09114c | 60 ± 6 | 12 | 59.4 ± 0.7 | -1.0 | |
| 0 ~ 400 | GBW09114c | 60 ± 6 | 3 | 58.8 ± 0.2 | -2.0 |
| 0 ~ 800 | GBW09114c | 60 ± 6 | 3 | 60.8 ± 0.2 | 1.3 |
对含碘80 μg/L的水溶液,当1 L中含有钠离子(Na+)400 mg/L,钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)各200 mg/L,硫酸根离子(SO42-)800 mg/L,硝酸根离子(NO3-)600 mg/L,氯离子(Cl-)600 mg/L,硫氰酸根离子(SCN-)4.0 mg/L,铁离子(Fe2+)1.0 mg/L,锰离子(Mn2+)0.3 mg/L,铜离子(Cu2+)0.2 mg/L,葡萄糖(代替化学耗氧量成分)10.0 mg/L,苯酚0.5 mg/L时,本方法测定结果均值为(79.3 ± 0.3)μg/L(n= 6),表明本方法有较强的抗干扰能力。
生活饮用水的含碘量能够反映当地的基础碘营养水平。自然界的水碘从每升几微克到上千微克,在不同地区甚至同一地区中差异很大。我国有多省分布有高水碘地区[5,6,7],近年来,我国进一步加强了高碘危害防治工作,加强了对水源性高碘地区水碘的调查检测。采用现行的《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)中的硫酸铈催化分光光度测定方法难于应对中、高水碘地区的调查检测,水碘测定需要有更宽线性范围的检测方法。为适应宽范围水碘检测的需求,并在应用砷铈催化光度法中减少亚砷酸溶液使用带来含砷废液排放对环境污染,作者研究建立了本方法。应用本方法,可使对水碘、尿碘、血清碘的监测检验都使用相同的亚砷酸溶液和硫酸铈铵溶液[3,4],亚砷酸用量为低砷量。以0~ 100 μg/L标准曲线范围的水碘测定为例,本方法的亚砷酸试剂用量及硫酸铈铵溶液用量低于文献[2]方法的1/3,减少了含砷废液对环境的污染,可适用于大部分地区的水碘测定。
SCN-在砷铈反应中有类似碘离子的作用机制,SCN-较快被Ce4+氧化成(SCN)2,(SCN)2又较快被AsO33-还原成SCN-,构成对砷铈反应的催化作用,但其催化灵敏度比碘离子低得多。作者发现,未做前处理的水样中若含有SCN- 2.0 mg/L,于25 ℃下进行的砷铈反应,可产生相当于约50 μg/L碘量的正干扰,对于30 ℃下进行的砷铈反应,可产生> 100 μg/L碘量的正干扰。因此,以砷铈催化光度法测定碘的水样有必要做前处理消除可能存在的SCN-干扰。
本实验曾试用以适量酸性高锰酸钾溶液室温下做水样前处理,其虽可消除水样中SCN-及其他还原性物质的干扰,但加亚砷酸溶液后在测定体系存在的Mn2+有明显加快砷铈反应作用,致使适宜吸光度测定的砷铈反应时间显著缩短,不利于批量样品测定。试用酸性重铬酸钾溶液室温下做水样前处理,其不能消除SCN-的干扰。实验比较了以含强氧化性有效氯的氯胺T、C3Cl2N3NaO3、三氯异氰尿酸对水样前处理的消除干扰效果,选择采用C3Cl2N3NaO3。C3Cl2N3NaO3分子中有2个+ 1价活性氯,为含60%有效氯的化合物,固体性质稳定且有效氯含量稳定,易溶于水产生强氧化性的次氯酸,以其适量的酸性溶液加到水样,可在室温下快速氧化分解消除水样中SCN-和其他还原性干扰物。此消除水样中干扰物的前处理方法简单易操作。加200 mg/L C3Cl2N3NaO3溶液0.2 ml,理论上可消除0.80 ml水样中8.5 mg/L的SCN-。本方法中0.2 ml 200 mg/LC3Cl2N3NaO3溶液的氧化计量仅为3.0 ml 0.025 mol/L亚砷酸溶液的还原计量的1/222,由此使亚砷酸浓度的微量变化不影响测定体系的砷铈反应,且可有效消除干扰。
在本方法中,亚砷酸溶液和硫酸铈铵溶液试剂、光度测定条件都与2016年版尿碘检测标准方法相同,此条件下,其碘催化砷铈反应的化学动力学特性与2016年版尿碘检测标准方法相似[8],符合化学一级反应特征,在较宽的反应温度和时间范围内选择任一稳定的温度及固定的反应时间,都存在碘质量浓度C(μg/L)与A对数值间线性关系(C= a+ blgA)。本方法大幅降低了砷铈反应的反应物亚砷和高铈浓度,这使得砷铈反应进行较慢而更平稳,可使吸光度的测定更加准确,也可减少测定过程中温度波动或测定时间操作偏离所引起的测定误差[8]。因此,本方法测定水碘有较灵敏的检测限和很好的标准曲线线性相关系数,提高了水碘测定的精密度和准确度。
本方法砷铈试剂与尿碘检测标准方法通用,水样前处理简便易操作,测定水碘线性范围宽,精密度及准确度优良,适宜推广应用。
无

± s (μg/L)
±s (μg/L)



















