分光光度法測(cè)定高錳酸鹽指數(shù)的研究

王虎 路鳳祎 李世英

摘? 要：文章采用分光光度法對(duì)高錳酸鹽指數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，研究高錳酸鉀溶液使用量、反應(yīng)時(shí)間和pH對(duì)反應(yīng)的影響，最終確定實(shí)驗(yàn)流程為25mL樣品加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min后，加入5mL KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，繼續(xù)反應(yīng)10min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，計(jì)算得到樣品的高錳酸鹽指數(shù)。并使用本方法和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)分光光度法有較高的準(zhǔn)確性，為高錳酸鹽指數(shù)的檢測(cè)提供了一個(gè)新思路。

關(guān)鍵詞：高錳酸鹽指數(shù);分光光度;環(huán)境檢測(cè)

中圖分類號(hào)：X85? ?? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）26-0124-02

Abstract： In this paper， the permanganate index was detected by spectrophotometry， and the effects of the amount of potassium permanganate solution， reaction time and pH on the reaction were studied. Finally， the experimental process was determined as follows： the 25mL sample was added to the 5mL sulfuric acid solution， which was heated to 96℃～98℃， after 10minutes， 5mL KMnO4 standard solution was added， and when the reactionof 10 minutes was allowed， a fixed volume 50 mL was done with pure water after cooling， the absorbance was measured using a spectrophotometer， and the permanganate index of the sample was calculated. By comparing this method with the laboratory standard method， it is found that the spectrophotometry has higher accuracy， which provides a new idea for the detection of permanganate index.

Keywords： permanganate index; spectrophotometry; environmental detection

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展和城市化進(jìn)程的加大，水環(huán)境的污染日益嚴(yán)峻，有機(jī)污染物的普遍性和嚴(yán)重性對(duì)人類健康有直接和潛在的危害。高錳酸鹽指數(shù)是評(píng)價(jià)水體有機(jī)物和還原性物質(zhì)污染程度的綜合指標(biāo)，是生活飲用水的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目，在德國(guó)[1]、日本[2]等國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中，高錳酸鹽指數(shù)也是水體評(píng)價(jià)非常重要的指標(biāo)。

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法中采用草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法測(cè)定高錳酸鹽指數(shù)[3-4]。方法存在耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、試劑用量大、操作步驟多、分析人員勞動(dòng)強(qiáng)度高等缺點(diǎn)，且極易引入人為誤差，測(cè)試數(shù)據(jù)的重復(fù)性差。分光光度法具有快速簡(jiǎn)便、靈敏度高、試劑試樣量少等特點(diǎn)，易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、在線分析，被廣泛用于生命科學(xué)、材料科學(xué)以及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域[5]。本文采用分光光度法測(cè)定水中的高錳酸鹽指數(shù)，并與草酸鈉滴定方法比較，研究結(jié)果表明，該方法可以準(zhǔn)確測(cè)定高錳酸鹽指數(shù)，且具有快速簡(jiǎn)便、靈敏度高、精密度好、試劑試樣量少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種對(duì)環(huán)境友好的分析方法。

1 試劑及儀器

1.1 主要儀器

752N紫外-可見分光光度計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;HH-S6A六孔水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司;AL104分析天平，梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司;202電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司。

1.2 試劑配制

硫酸（H2SO4）ρ=1.84g/ml，優(yōu)級(jí)純

高錳酸鉀（KMnO4），優(yōu)級(jí)純

硫酸溶液：1+2（V/V）

高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)貯備液：濃度Cz（1/5KMnO4）約為0.1mol/L：稱取3.2g高錳酸鉀溶解于水并稀釋至1000mL。于90～95℃水浴中加熱此溶液兩小時(shí)，冷卻。存放兩天后，傾出清液，貯于棕色瓶中。

高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度Cs（1/5KMnO4）約為0.01mol/L：吸取100mL高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)貯備液于1000mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，混勻。此溶液在暗處可保存幾個(gè)月，使用當(dāng)天標(biāo)定其濃度。

2 理論依據(jù)

2.1 波長(zhǎng)選擇

移取KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液5mL到50mL比色管中，加水稀釋至50.00mL標(biāo)線，混勻后置于暗處5min。以二次蒸餾水為參比，用10mm比色皿，在紫外-可見分光光度計(jì)上，由480nm開始掃描至600nm，掃描的結(jié)果顯示測(cè)定KMnO4在525nm處有峰值，本實(shí)驗(yàn)選定525nm為測(cè)定波長(zhǎng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

采用酸性高錳酸鉀法[6]，高溫下酸介質(zhì)中用KMnO4的氧化性進(jìn)行測(cè)定。具體過程：取25mL樣品加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，然后加入5mL KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，再次等待10min，冷卻后使用純水定容50mL;使用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，進(jìn)行計(jì)算得到樣品的高錳酸鹽指數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 高錳酸鉀用量對(duì)結(jié)果的影響

移取25mL濃度為10mg/L的高錳酸鹽指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)溶液各加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，分別加入3mL、4mL、5mL、6mL KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，等待10min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度A1。使用純水代替標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)進(jìn)行測(cè)試，使用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度A2。如表1。

表1 高錳酸鉀用量對(duì)吸光度的影響

理論3ml高錳酸鹽指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)溶液也足以使標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)完全，但是根據(jù)表2結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著高錳酸鉀使用量的增加，吸光度的間距也越大，說明反應(yīng)越完全。當(dāng)高錳酸鉀用量到達(dá)5mL后再增加高錳酸鉀用量吸光度間距基本不再變化。

3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響

移取25mL濃度為10mg/L的高錳酸鹽指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)溶液各加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，加入5mL KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別等待5min、10min、15min、20min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，如表2。

隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度越來越大，但是當(dāng)時(shí)間超過10min達(dá)到15min時(shí)，溶液出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，20min后渾濁更明顯。說明10min是為最佳反應(yīng)時(shí)間，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)導(dǎo)致高錳酸鉀分解致使吸光度升高。

3.3 pH值對(duì)結(jié)果的影響

移取25mL濃度為10mg/L的高錳酸鹽指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)溶液分別加入2mL、3mL、4mL、5mL、6mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，加入5mL KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，等待10min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，如表3。

pH值對(duì)高錳酸鉀的氧化能力有直接影響，反應(yīng)過程中會(huì)生成中間產(chǎn)物MnO2，為絮狀物，會(huì)使吸光度升高，隨著pH值的升高，MnO2繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。pH值的增加減少M(fèi)nO2的生成使誤差更小。根據(jù)表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫酸溶液加到5mL時(shí)，溶液澄清，繼續(xù)增加用量確實(shí)會(huì)增加高錳酸鉀的氧化能力，變化已不明顯。

3.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

選用污水處理廠出口水樣品、水庫(kù)水樣品、地表水樣品分別使用本文檢測(cè)方法同標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室方法進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4。測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性良好。

4 結(jié)論

本文通過分光光度的方法完成對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的檢測(cè)，確定了方法的步驟和流程，并進(jìn)行驗(yàn)證。本方法可以有效避免實(shí)驗(yàn)室滴定方法中人為誤差大、靈敏度低和重現(xiàn)性差的情況。分光光度法具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并且本方法將實(shí)驗(yàn)量程擴(kuò)展到10mg/L。為后續(xù)高錳酸鹽指數(shù)的檢測(cè)方法以及儀器產(chǎn)品的研發(fā)提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]Verordnung über die Qualit？t von Wasser für den menschlichen Gebrauch. Ausfertigungsdatum（BGBII， S， 959）[S]. 2001.

[2]日本厚生勞動(dòng)省.日本飲用水水質(zhì)基準(zhǔn)（水道法に基づく水質(zhì)基準(zhǔn)に關(guān)する省令）[S].2004.

[3]中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.中國(guó)人民共和國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）[S].2006.

[4]中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)局.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測(cè)定（GB11892-89）[S].1989.

[5]大連理工大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室.無機(jī)化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6]李國(guó)剛.水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)在線自動(dòng)分析儀的發(fā)展現(xiàn)狀[J].干旱環(huán)境監(jiān)測(cè)，2000，14（3）：156-159.