基于不同预处理方法对水质数据准确度的影响分析

引言

水质环境是综合性的复杂体系，随着水样的来源地不同，水样中所含组分也千差万别。一个待测的水样中往往包含着几十上百种组分，并且水样中污染组分的含量有高有低，并且存在的形式也有较大差异。在水样中，一种污染组分往往以多种形式存在，例如无极金属元素中的铬元素，有三价铬也有六价铬，还有铁元素，会以二价或者三价的形式存在，又如氮元素，会以铵态氮、硝态氮和亚硝态氮等无机氮的形式存在，也会以氨基酸、酰胺和尿素等有机氮的形式存在，而有机物中还存在着大量的手性对称和异构体，并且某些污染组分的共存会相互影响检测结果。因此，本文将围绕这三点对不同预处理方法对水质数据准确度的影响进行研究分析。

1. 准确度和精确度的再认识

准确度指的是测试结果与真实值的接近程度，而精确度指的是重复测量之间的接近程度。尽管精确的结果表明准确性，但它们可能不准确。因此，准确度将对结果起到关键决定的作用(如图1所示)。

2. 常用的预处理方法对数据准确度的影响分析

(1)过滤法

过滤法是最常用的预处理方法，其原理是在外力或者推动力的作用下，水质样品通过过滤介质时，样品中的固体和其他物质被过滤介质截留，达到分离提纯的目的。采用滤纸过滤的方法因其简单易操作，而广泛应用于实验室的水质分析预处理中。

有学者发现，当使用滤纸作为过滤介质时，过滤后的滤纸中约有0.25%的可溶物，并且在过滤过程中滤纸的平均失重为0.58%，滤纸中的截留物以及滤纸中溶解于水样的可溶物将会对结果的准确度产生影响，尤其是水样中含量较低的可溶物。而滤纸这一现象的发生可能是由于大部分滤纸的制造工艺采用的是亚氨造纸工艺法，这一工艺的缺陷是部分含氨氮的化合物在制造过程中会残留在滤纸的纤维结构中。通过滤纸预处理水质对水质数据准确性的影响，发现测定水样中氨氮含量时需用去氨水淋洗定性滤纸，同时不同品牌的滤纸去除其含有的氨氮物质需要淋洗的次数也存在差异，并且在实验室环境中滤纸的长时间暴露也会导致滤纸吸附过量的氨，进而影响测试结果，因此在实验室检测水质样品中氨氮含量时要注意滤纸对准确度的影响，换其他的预处理方式或者使用滤纸前将其淋洗处理可以提高测试数据的准确度，实验结果也表明在测定亚硝酸盐和硝酸盐氮以及六价铬时，滤纸的使用不会对实验结果的准确度造成显著影响[1]。

除了滤纸以外还有金属过滤器和板式过滤器等过滤方式，郭仁庆等人研究不同过滤孔径的金属过滤器对水样总磷总氮检测准确度的影响，结果发现使用150μm孔径的过滤器过滤后的水样，其总磷总氮测试值准确度较高，并且过滤时间合理。

(2)其他常见预处理方法

除了常用的过滤法以外，还有抽滤法、絮凝沉淀法、蒸馏法和离心法等方式对水样进行预处理，根据被测物质的不同以及实验条件的不同选择合适的预处理方法对提高检测结果的准确度起到关键作用。

常规监测时，含有泥沙的河流水样一般需要在现场静置30分钟，而感潮河流则需要更长的沉降时间或者其他的与处理方式才能达到分离沉降性和悬浮性固体的目的。胡笑妍[2]等人研究静置处理、筛网过滤、滤纸过滤和离心处理对测定感潮河流水样中总磷含量的准确度的影响，结果发现离心转速4000r/min，离心5min后的测定值与静置24h后检测的结果基本一致，较静置30分钟准确度有较大的提升。

(3)常见预处理方法的比较

前面介绍了静置法、过滤法、抽滤法、离心法、絮凝沉淀法和蒸馏法等方法进行水样预处理，并详细介绍了各方法对水样检测结果准确度的影响，现做总结如下表所示。

由上表可以发现，选择合适的预处理方法可以提高检测效率和检测结果的准确度，其中静置法和过滤法适合对预处理方式较简单的水样，过滤法应用较为广泛，但要分析过滤过程中截留物对检测结果的影响。当使用滤纸过滤时，要考虑滤纸对待测物质的影响，当使用金属过滤器等过滤装置时，要考虑筛板孔径的选择是否合适。当静置和过滤无法达到预处理分离目的时，可以使用抽滤法或者离心法强化分离效果。而对于成分复杂的水样，如工业废水和生活污水，则需要采用絮凝沉淀法和蒸馏法进行水样的预处理，依据后处理方式的不同，絮凝沉淀法又可以分为絮凝离心法和絮凝过滤法。在选择预处理方式时，要充分考虑被测物质的性质和预处理方式对其可能产生的影响。

3. 其他预处理方法对数据准确度的影响分析

汞是生物系统中毒性最大并且可累积的金属之一。有学者将纳米颗粒应用到水样的预处理中，提高测试效率的同时也提高了测试的准确度。通过水热反应合成碳包覆的Fe3O4纳米颗粒(Fe3O4/C)，用作固相萃取吸附剂，用于萃取水样中微量的多环芳烃。Fe3O4/C纳米颗粒具有较强的吸附能力和较大的比表面积，因此具有较高的吸附能力和提取效率，从1000mL水样品中提取多环芳烃仅需要50mg吸附剂，吸附迅速达到平衡并且分析物易于用乙腈洗脱。目前在萃取多环芳烃时盐度和pH值对其回收率有较大影响，而以Fe3O4/C纳米颗粒作为固相萃取吸附剂时可以避免萃取前对水样的繁琐调整。以加标样品的回收率来评估该方法的准确性，与传统萃取方式相比其回收率从76%提高到了99%，相对标准偏差从9.7%降低到0.8%，因此可以发现Fe3O4/C纳米颗粒可以明显地提高多环芳烃的检测效率和准确度。

在测试水样时，为了提高结果的准确度，往往需要对水样中的被检测物质进行预浓缩的预处理，有学者研究了阳离子表面活性剂对十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十六烷基氯化吡啶鎓(CPC)声磁纳米粒子的吸附以及该混合半纤维素固相萃取(SPE)方法在几种典型酚类化合物双酚A(BPA),4-叔辛基苯酚(4-PA)和4-叔辛基酚(4-OPT)的预浓缩中的应用。通过使用这种SPE方法提取几种环境水样品各800mL，可达到800的浓缩系数。在所选条件下，对BPA,4-OP和4-NP的检测限分别为12ng/L、29ng/L、34ng/L。通过对加标样品进行回收率测量来评估该方法的准确性，并将回收率从68%提高到了99%，相对标准偏差从7%降低到了2%，极大地提高了准确度。这种新的固相萃取方法的优点包括提取率高，突破量大，分析时间短并且吸附剂的易于制备。

4. 结语

随着科学技术的不断发展，对水质检测的准确度要求也越来越高，纵使随着科技的发展会有更多精密、精准的仪器应用到水质检测中来，但是水质样品的预处理仍然是保证水质数据准确度的根基。在掌握基础、常见预处理方法的同时，我们还应当针对特定的被测污染物，提出更加有效，更加合适的预处理方法，使检测结果准确可信。

摘要：本文详细介绍了水质检测中常用的预处理方法及适用范围，对基于不同预处理方法对水质数据准确度的影响进行了详细地研究与分析，并且介绍了几种针对特定污染物检测的特殊预处理方法，这些方法能有效地提高检测效率和检测的准确度，只有掌握了不同预处理方式对结果准确度的影响才能选择合适的预处理方式得到准确的检测结果。

关键词：预处理,水质检测,准确度

参考文献

[1] Chen B,Westerhoff P,Zhang L,et al.Application of Pretreatment Methods for Reliable Dissolved Organic Nitrogen Analysis in Water—A Review[J].Critical Reviews in Environmental Science and Technology,2015,45(3):249-276.

[2] 胡笑妍,周宁,杜波,等.典型感潮河流水质采样预处理方式研究[J].绿色科技,2017(18):114-116.