COD检测仪,无论是采用快速消解管(预制试剂管)还是传统方法,其基本原理都是利用强氧化剂(如重铬酸钾)在强酸和高温下氧化水样中的有机物,然后通过测量反应前后重铬酸根离子 或生成的三价铬离子的颜色变化来计算COD值。整个过程涉及化学反应、光学测量和人工操作,因此影响因素众多,可以系统地归纳为以下五大方面:
水样本身的复杂性是最大的不确定性来源。
影响:这是COD测量中最主要、最常见的干扰。氯离子能被重铬酸钾氧化,产生正偏差(测量结果偏高)。
控制方法:在消解前,按比例投加硫酸汞。汞离子会与氯离子形成非常稳定且难电离的氯化汞络合物,从而掩蔽氯离子,阻止其参与氧化还原反应。国标规定,硫酸汞与氯离子的质量比应大于10:1。
影响:
光学干扰:悬浮颗粒会散射和吸收光线,导致吸光度读数异常增高,造成结果严重偏高。
取样不均:若水样中悬浮物不均匀,每次吸取的样品代表性差,导致测量结果重复性极差。
消解不彻底:大颗粒有机物可能在有限的消解时间内无法被完全氧化。
控制方法:根据标准和样品特性决定。对于需要测定总COD的样品,应先将水样充分摇匀或使用匀质器打碎,确保取样的均匀性。对于测定溶解性COD的样品,则需要通过离心或使用0.45μm滤膜过滤去除悬浮物。
影响:水样中的亚硝酸根 、硫离子、二价铁离子、二价锰离子等还原性物质也会消耗氧化剂,导致COD测量结果偏高。
控制方法:对于亚硝酸根的干扰,可以加入氨基磺酸来消除。对于其他干扰离子,通常在常规检测中其浓度较低,影响可忽略;若浓度过高,则需进行专门的预处理。
影响:待测水样的COD浓度必须与所选试剂的量程相匹配。
浓度过高:会导致氧化剂(重铬酸钾)不足,无法完全氧化有机物,结果反而会严重偏低。同时,测量出的吸光度会超出仪器的线性范围。
浓度过低:测量信号微弱,微小的误差都会被放大,导致结果不准确,相对误差大。
控制方法:对高浓度水样进行精确稀释;对低浓度水样,选用相应量程的低浓度试剂。
操作人员的每一个步骤都会直接影响最终结果的准确性。
影响:移液管或移液枪的准确性和清洁度至关重要。体积不准直接导致进入反应体系的有机物总量错误。交叉污染会引入额外的有机物或干扰物质。
控制方法:使用经过校准的A级移液管或移液枪;每次使用前后要用纯水和待测水样润洗;避免枪头/吸管接触其他物质。
消解温度:标准规定消解温度为 165±1℃ (快速法) 或 150±2℃ (回流法)。温度过低,反应不完全,结果偏低;温度过高,可能导致挥发性有机物的损失,且对仪器和试剂管有安全隐患。
消解时间:必须严格遵守。快速法通常为1520分钟。时间不足,氧化不完全,结果偏低;时间过长通常影响不大,但没有必要。
混合均匀:加入样品后,必须立即盖紧盖子并充分颠倒混匀,确保样品、催化剂(硫酸银)、掩蔽剂(硫酸汞)和氧化剂充分接触。
冷却:消解后的试剂管必须充分冷却至室温。热溶液的吸光度不稳定,且直接放入仪器会因温差起雾,严重干扰光学测量,甚至损坏仪器。
擦拭:放入比色槽前,必须用干净、柔软的无尘布或纸巾擦拭比色管外壁,特别是光路通过的区域,去除指纹、污渍和液滴。
摇匀:冷却后,管内可能会有冷凝水或物质分层,测量前应再次颠倒混匀,确保溶液均一。
放置方向:每次测量时,比色管的放置方向应保持一致,以消除管壁微小划痕或厚度不均造成的光学差异。
及时性:混匀后应在规定时间内完成读数,避免因时间过长导致部分悬浮物沉降。
影响:所用试剂(重铬酸钾、硫酸、硫酸汞、硫酸银等)和实验用水(应为去离子水或蒸馏水)中若含有有机物杂质,会导致空白值偏高,从而影响低浓度样品的准确性。
控制方法:使用优级纯或更高纯度的试剂;定期检查空白试剂的吸光度,确保其在合格范围内。
影响:预制试剂管都有保质期。过期的试剂可能会因为密封不严、水分进入或化学成分变化而失效,导致结果严重偏低或无反应。
控制方法:在有效期内使用,并按照要求避光、干燥保存。
影响:仪器是通过内置或用户自建的校准曲线(吸光度浓度关系)来计算结果的。曲线的准确性、线性度和时效性是准确测量的基础。随着光源老化、元器件性能变化,曲线会发生漂移。
控制方法:
定期使用新配制的、覆盖量程范围的标准溶液对仪器进行校准或验证。
检查校准曲线的线性相关系数 ($R^2$),通常要求大于0.999。
影响:光源灯泡会老化,导致光强减弱、不稳定;检测器性能也可能下降。这会导致仪器读数漂移、重复性变差。
控制方法:定期进行仪器维护保养,必要时更换光源等核心部件。
影响:仪器必须在正确的特征吸收波长下进行测量(例如,测$Cr^{3+}$ 在~610nm,测$Cr_2O_7^{2}$ 在~440nm)。波长偏移会导致测量灵敏度下降和结果偏差。
控制方法:通过标准滤光片或标准溶液定期检查仪器的波长准确性。
影响:每次测量样品前,都需要用空白试剂管进行“调零”。如果仪器零点漂移严重,会导致所有后续测量产生系统偏差。
控制方法:测量前必须进行调零。如果发现零点不稳定,需检查仪器状态或环境因素。
1. 环境光:测量时,必须盖好仪器的遮光盖,防止外部杂散光进入检测器,干扰测量。
2. 温度与湿度:过高或过低的室温可能影响仪器的电子元件性能。湿度过大可能导致电路板受潮。
3. 电源电压:不稳定的电源电压会引起光源光强波动,导致读数不稳定。建议为仪器配备稳压电源。
4. 振动:实验室操作台的振动可能会影响仪器的光学系统稳定性。
为了获得准确可靠的COD测量结果,必须进行全流程的质量控制:
分析前:了解水样特性,选择合适的量程和预处理方法(尤其是除氯)。
分析中:严格遵守操作规程,确保移液准确、消解条件(温度、时间)恒定、比色操作规范。
分析后:关注仪器状态,定期使用标准物质进行校准和验证,做好仪器维护。
试剂管理:使用在有效期内的高质量试剂,并妥善保存。
可以说,COD测量的准确性是“样品试剂操作仪器”四个环节共同作用的结果,任何一个环节的疏忽都可能导致最终数据的偏差。