用于灵敏测定饮用水、矿泉水、地下水和泉水中铁含量的快速光度法

Katrin Schwind, Gunter Decker

Analytix Reporter - 2期文章

饮用水的品质受到各种指南的监管，比如，欧盟理事会第98/83号指令^1,2和世卫指南。³制定这些标准的关键原则是要考虑健康危害与感官和技术理由。例如，饮用水中的铁浓度一般没有健康风险，^2,3但铁浓度升高后会生成氢氧化物，沉积在水管网中并使水变为褐色。⁴

为了保障澄清、无色的水质，各国都规定了各自的饮用水中的铁限值。欧盟指令限定的铁含量是0.2 mg/L Fe，²美国环保署的是0.3 mg/l Fe。⁵为防止铁在水管网中形成沉积物，铁含量不能超过0.02 mg/L。⁶为了确保符合规定限值，经常会对饮用水进行铁沉淀法处理。这种方法能基本上清除铁，将铁浓度降至很低的ppb范围。⁶

分析方法

痕量级的超灵敏铁含量分析法包括火焰原子吸收光谱法（火焰AAS，FAAS）和电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)。依照DIN EN ISO 38406-32标准，FAAS法按剂量的不同，检测范围在0.002–0.020 mg/L Fe之间。依照DIN EN ISO 11885标准，ICP-OES的定量限(LOQ)是0.002 mg/L Fe。^7,8我们实验室依照ICH Q2标准，通过电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)实现0.0007 mg/L Fe的定量限。

采用检测试剂盒测定铁含量（快速光度法）

快速光度法无需投入昂贵仪器就能实现快速灵敏的检测，是实用的替代方法。检测试剂盒常见的优点是分析简便而快速。选择试剂盒检测方法时要考虑应用、检测范围和预期准确度这些因素。对于铁检测来说，有两种灵敏的光度法可以选择。

按APHA 3500-Fe B和DIN 38406-1标准的邻菲啰啉分光光度法测铁时，检测下限低至0.01 mg/L，足够检测很多种样品。⁹

假如需要更低的LOQ，可选择三嗪法。此法中，所有铁离子都被还原为二价，在巯基乙酸缓冲液中与三嗪衍生物反应形成紫红色络合物，光度法测定含量。¹⁰选用100 mm比色皿和Prove 600紫外-可见分光光度仪，LOQ可低至0.0025 mg/L。鉴于大多数饮用水都经过去铁处理且天然含铁量低，最好采用更灵敏的三嗪法。Spectroquant^®铁含量检测试剂盒（货号114761）的合并检测范围是0.0025-5.00 mg/L Fe。在Spectroquant^®光度仪中，已经预设检测方法，因而无需制作繁琐的校准曲线。

Spectroquant^®铁检测试剂盒的样品制备和性能

样品必须先用硝酸酸化，稳定铁离子，含碳酸的样品还要先在超声波水浴中脱气。详细程序见应用《水中铁的灵敏测定》。¹¹

ICP-MS法与Spectroquant^®铁检测法的比较

分别用Spectroquant^®检测试剂盒和ICP-MS法测定5份不同矿泉水样中的铁含量。所有水样的铁浓度均低于对应方法的LOQ（ICP-MS法0.0007 mg/L，Spectroquant^®检测试剂盒0.0025 mg/L）。

5份样品加入3种不同浓度的铁标样，光度法测定回收率。结果见表1和图1。

准确回收加入的铁标样浓度。所有实验的加标回收率范围为89%至99%，平均回收率95%。

表1. 加标后回收的铁含量。

矿泉水	标样浓度[mg/L Fe]	回收浓度[mg/L Fe]	回收率
Celtic 天然	0.0050	0.0050	99%
	0.0100	0.0089	89%
	0.0250	0.0239	96%
Justus Brunnen 气泡水	0.0050	0.0046	91%
	0.0100	0.0091	91%
	0.0250	0.0239	96%
Vitrex 天然	0.0050	0.0048	95%
	0.0100	0.0093	93%
	0.0250	0.0238	95%
Vittel 天然	0.0050	0.0046	91%
	0.0100	0.0095	95%
	0.0250	0.0241	97%
Volvic 天然	0.0050	0.0047	93%
	0.0100	0.0098	98%
	0.0250	0.0244	98%

图 1. 加标结果。

自定义校准曲线可实现更高的准确度。表2显示货号114761的预设方法（符合DIN 38402 A51和ISO 8466-1标准）和使用光度法检测试剂盒人工制作校准曲线（检测范围0.0005 – 0.0100 mg/l Fe）方法的性能比较。校准曲线见图2。

自定义校准曲线的变异系数是4.35%，比预设方法高3.3倍。这是因为自定义校准法中的浓度偏低，相对地标准偏差作用更强。从绝对值来看，自定义校准法的标准偏差和置信区间(P=95%)比预设法低13-14倍，说明它的错误率更低。

在加标法中使用这种自定义校准曲线后，回收率进一步提高，平均回收率升至101%，范围在95%和106%之间（表3）。

图 2. 0.0005–0.0100 mg/L Fe检测范围内的校准曲线。

表2. 检测性能比较

	预设法 0.0025 – 0.5000 mg/L Fe	自定义校准法 0.0005 – 0.0100 mg/L Fe
方法标准偏差[mg/L]	± 0.00328	± 0.00023
方法变异系数[%]	± 1.31	± 4.35
置信区间(P=95 %) [mg/L]	± 0.0079	± 0.0006

表3. 使用自定义校准法时，加标后回收的铁含量

矿泉水	加标 [mg/L Fe]	回收浓度 [mg/L Fe]	回收率
Celtic 天然	0.0050	0.0053	106%
	0.0100	0.0095	95%
	0.0250	0.0255	102%
Justus Brunnen 气泡水	0.0050	0.0049	97%
	0.0100	0.0097	97%
	0.0250	0.0255	102%
Vitrex 天然	0.0050	0.0051	102%
	0.0100	0.0099	99%
	0.0250	0.0254	102%
Vittel 天然	0.0050	0.0049	97%
	0.0100	0.0102	102%
	0.0250	0.0257	103%
Volvic 天然	0.0050	0.0050	99%
	0.0100	0.0105	105%
	0.0250	0.0261	104%

由于矿泉水的含铁量偏低，另外采用天然铁浓度较高（未经过任何水处理）的地下水和泉水样品开展实验。通过预设法检测。同时再次用ICP-MS法进行对照分析，验证检测结果。表4为两种方法的结果比较。

表4. 地下水和泉水铁含量分析——ICP-MS法和Spectroquant® 114761测铁法比较

地下水和泉水	ICP-MS	Spectroquant®114761测铁法
巴特柯尼希泉水	0.0047	0.0041
Höchst Himmelsleiter泉水	0.0043	0.0051
布赖滕布伦泉水	0.0022	< 0.0025
Vielbrunn泉水	0.0017	< 0.0025
Rai-Breitenbach泉水	0.0059	0.0051
本斯海姆地下水	2.70	2.71

Spectroquant^®测铁法获得的结果与ICP- MS法一致。本斯海姆地下水样由于含铁量极高(2.7 mg/L Fe)，不能使用原定程序，特选用10 mm比色皿检测。回收率为100%。这些结果表明，即使铁浓度极高，测铁法也能准确测定。

对于低铁的泉水样，检测结果的最大差值只有0.0008 mg/L。当光度法检出铁浓度低于LOQ时，同样获得ICP-MS法确认。

总结

Spectroquant^®铁含量检测试剂盒可作为出色的ICP或AAS替代方法，用于饮用水、矿泉水、地下水和泉水中铁的测定。检测结果与ICP-MS法相当，使用便捷。对于因资金原因不能购买ICP-OES或ICP-MS仪器的实验室，Spectroquant^®114761铁含量检测试剂盒可作为快捷、灵敏和准确的替代方法，测定饮用水、矿泉水、地下水和泉水中的铁含量。

用于检测的化学品、样品和仪器：

所有测量都使用Prove 600分光光度仪。对照实验使用Thermo Fisher Scientific HR-ICP质谱仪（Element 2方法）。

有关Spectroquant^®分光光度法分析产品线的更多信息，请访问SigmaAldrich.com/spectroquant