氯酸鉀-甲苯胺藍催化褪色光度法測定痕量亞硝酸根的研究

劉秀萍

（晉中學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，山西 晉中 030600）

亞硝酸根對人體和環(huán)境有害，是水質(zhì)、環(huán)境和食品檢測的重要指標(biāo).近年來文獻報道測定亞硝酸根含量的方法，以催化動力學(xué)光度分析方法為最多[1-2]，方法的靈敏度高，儀器設(shè)備簡單，操作簡便，該方法大多選用溴酸鉀氧化體系，由于溴酸鉀氧化性強，往往干擾較多，相比之下，氯酸鉀氧化體系干擾較少，但目前研究報道較少.

甲苯胺藍屬于吩噻嗪類染，是一種應(yīng)用很廣的生化試劑，也是一種重要的氧化還原指示劑.作為分析監(jiān)測組分（指示劑），目前已被成功地應(yīng)用于Sn（II）、Cu（II）、Ru（III）、Ir（IV）、Co、I-、NO2-等的催化動力學(xué)測定[3-7]，文獻[7]是作者以甲苯胺藍為指示劑，溴酸鉀為氧化劑，利用NO2-對溴酸鉀氧化甲苯胺藍褪色的催化作用，建立的測定NO2-的新方法.在此研究的基礎(chǔ)上，本實驗選用氯酸鉀氧化甲苯胺藍體系，建立了測定NO2-含量的一種新方法.

實驗發(fā)現(xiàn)，在6 mol/L乙酸介質(zhì)中，痕量亞硝酸根對氯酸鉀氧化甲苯胺藍（Toliudine blu，簡稱TB）的褪色反應(yīng)具有明顯的催化作用，據(jù)此建立了測定痕量亞硝酸根的新的催化光度分析方法，方法的靈敏度和準(zhǔn)確度較高，可直接用于雨水及唾液等樣品中痕量亞硝酸根的測定，結(jié)果滿意.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

TU-1901雙光束紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），723型分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司），SYZ-A型石英亞沸高純蒸餾器（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司），PHS-3C型數(shù)字pH計（上海雷磁儀器廠），HH-Z4恒溫水浴鍋（鞏義市英峪予華儀器廠）.

1.000g/L亞硝酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取0.0750g NaNO2，用少量蒸餾水溶解，定量轉(zhuǎn)移至50 mL棕色容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，得1.000 g/L NO2-的貯備液，在冰箱4℃冷藏.臨用時稀釋為10.0 μg/mL工作液；0.3 mol/L KClO3溶液；6 mol/L HAc溶液：使用36%的乙酸試劑；6.0×10-4mol/L甲苯胺藍（TB）溶液：準(zhǔn)確稱取0.0449 g甲苯胺藍（TB），用少量水溶解，定量轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，得6.0×10-4mol/L的甲苯胺藍（TB）工作液.

所用試劑均為分析純，水為二次蒸餾水.

1.2 實驗方法

取兩支10 mL具塞比色管，分別向這兩支管中依次加入6 mol/L的HAc溶液3.0mL、0.3mol/L的KClO3溶液3.0 mL、6.0×10-4mol/L甲苯胺藍溶液0.2 mL，在一支管中加入不同量的亞硝酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液（條件實驗加4.0 μg NO2-）或處理好的試樣溶液,加水稀釋至刻度搖勻；另一支管中不加亞硝酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液，作為試劑空白.于80℃恒溫水浴條件下反應(yīng)15min，流水冷卻3 min終止反應(yīng).以二次蒸餾水作參比溶液，用1cm比色皿，在波長628nm處，分別測定催化體系和非催化體系的吸光度值A(chǔ)和A0，計算ΔA=A0-A.以CNO12（μg/mL）為橫坐標(biāo)，ΔA為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)樣品溶液的ΔA，由標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程計算得出樣品溶液中NO2-的含量.

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收光譜

配制不同組分的溶液3份，按1.2節(jié)方法在分光光度計上掃描得吸收光譜，見圖1.由圖1可知，曲線2與曲線1比較，吸收值A(chǔ)0與ATB幾乎不變，表明在HAc介質(zhì)中，KClO3氧化TB的褪色反應(yīng)速度極慢，氧化褪色反應(yīng)幾乎不能進行；曲線3與曲線2相比，吸收值A(chǔ)顯著下降，表明在HAc介質(zhì)中，NO2-作為催化劑對KClO3氧化TB的褪色反應(yīng)有較強的催化作用.催化及非催化體系的最大吸收波長均為628 nm，且兩體系的ΔA最大，測定靈敏度高，ΔA與CNO12具有良好的線性關(guān)系，故本實驗選擇628 nm作為測量波長.

2.2 反應(yīng)介質(zhì)的選擇及用量的影響

圖1 吸收光譜Fig.1 Absorption spectra

反應(yīng)介質(zhì)對反應(yīng)能否進行起著決定性的作用.分別在H3PO4、HAc、H2SO4和HCl等介質(zhì)中進行了實驗，實驗結(jié)果表明，在 H3PO4、H2SO4和 HCl介質(zhì)中，NO2-對KClO3氧化TB的褪色反應(yīng)幾乎沒有催化作用，而在HAc介質(zhì)中，NO2-對KClO3氧化TB的褪色有顯著的催化作用，所以選擇HAc為反應(yīng)介質(zhì).同時試驗了HAc用量的影響，如圖2所示，當(dāng)6 mol/L HAc用量在1.0—3.0 mL時，隨著HAc用量的增加，ΔA逐漸增大，表明催化反應(yīng)速率加大，當(dāng)HAc用量為3.0 mL時，ΔA值最大，催化反應(yīng)速率最大，當(dāng)用量大于3.0 mL時，ΔA逐漸減小，用量為4.0mL—5.0 mL時，ΔA變化較小，故本文選6 mol/LHAc用量3.0 mL為宜，溶液的酸度pH=2.1.

圖2 HAc用量的影響Fig.2 Effect of HAc

2.3 氧化劑KClO3用量的影響

氧化劑KClO3用量對催化褪色反應(yīng)速率有一定的影響，實驗結(jié)果表明，當(dāng)0.3mol/L KClO3用量在1.0～3.0mL時，ΔA值逐漸增大，在2.5～3.5mL時，ΔA值達最大且基本恒定，NO2-對體系有較強的催化作用，催化反應(yīng)速率較大，當(dāng)用量大于3.5mL時，ΔA值減小，非催化反應(yīng)速率也增大，故本實驗選用0.3mol/L KClO3用量為3.0mL.

2.4 指示劑TB用量的影響

TB是催化褪色反應(yīng)的指示劑，其用量多少決定褪色反應(yīng)的靈敏度和分析方法的準(zhǔn)確度.TB若用量不足，則較高濃度的NO2-不能被準(zhǔn)確測定，但用量過多，較低濃度的NO2-的催化褪色現(xiàn)象不明顯，低濃度NO2-就不能被準(zhǔn)確測定.按實驗方法，固定其它反應(yīng)條件，研究了TB用量對催化反應(yīng)速率的影響.在TB用量為0.1～0.15 mL范圍內(nèi)，隨著TB用量增加，ΔA值逐漸增大，在0.15～0.25 mL范圍內(nèi)，ΔA值最大且基本恒定，TB用量大于0.25 mL，ΔA值逐漸減小，故本實驗選擇加入6.0×10-4mol/L TB溶液0.2 mL.

2.5 反應(yīng)溫度的影響及反應(yīng)的表觀活化能

固定NO2-用量為4.0 μg，試驗了反應(yīng)溫度對催化反應(yīng)速率的影響，隨著反應(yīng)溫度的升高，催化反應(yīng)速率增大，在80～100℃范圍內(nèi)，催化反應(yīng)速率達到最大.因此選用80℃恒溫水浴，既易于操作，又保證該方法具有良好的靈敏度和選擇性.當(dāng)溫度在40～80℃范圍時，-lgΔA與溫度的倒數(shù)1/T呈良好的線性關(guān)系，以-lgΔA對溫度1/T×10-3作圖，得一直線，其線性回歸方程為：-lgΔA=758.5/T-1.3122，r=0.9922,表觀活化能Ea=2.303×8.314×758.5=14.52 kJ/mol.

2.6 反應(yīng)時間的影響及反應(yīng)速率常數(shù)

固定NO2-用量為4.0 μg，試驗了反應(yīng)時間對催化反應(yīng)速率的影響，當(dāng)反應(yīng)時間在5～15 min范圍內(nèi)時，隨時間的增加，催化反應(yīng)的速率增大，ΔA增大，當(dāng)反應(yīng)進行15 min時，催化反應(yīng)速率達到最大，反應(yīng)時間超過15 min時，ΔA值減小.故選反應(yīng)時間為15 min，用流水冷卻3 min終止反應(yīng).在反應(yīng)時間3～15 min范圍內(nèi)，分別測定吸光度A0、A，以lg A0/A對時間t作圖，得一直線，lg A0/A與時間t呈良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為：lg A0/A=0.0057t+0.0148，r=0.9990.反應(yīng)速率常數(shù)為k=0.0057÷60s=9.5×10-5s-1.

2.7 線性范圍和檢出限

按照實驗方法，取不同量的亞硝酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，分別測定吸光度A0、A，以ΔA對NO2-（μg/mL）作圖，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線,當(dāng)NO2-在0.05～0.4 μg/mL范圍內(nèi)，ΔA與NO2-之間呈良好的線性關(guān)系.其一元線性回歸方程為：ΔA=0.2144NO2-+0.0324，r=0.9955.根據(jù)11次空白試驗，可求得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD=0.19%，用3Sb法求出本法檢出限為4.1×10-3μg/mL.

2.8 共存離子的干擾

實驗測定了10 mL反應(yīng)液含4.0 μgNO2-時，下列常見共存離子在相對誤差不超過±5.0%的范圍內(nèi)的干擾情況.實驗表明，1000倍的Na+、NH4+、K+；600倍的Al3+、Ba2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ca2+、Hg2+、Mg2+；300倍的Mn2+、Cu2+、F-；200倍的Co2+、Ni2+；50倍的Fe3+；30倍的S2-、Hg2+、Hg22+；10倍的Cr3+；5倍的V（v）、I-；3倍的Br-；2倍的S2O32-等不干擾測定.

3 樣品分析

按實驗方法直接取一定量的試液于10mL比色管中，然后按標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制的相同步驟操作，測量出吸光度，可得亞硝酸根的含量.對所分析的樣品加入一定量的亞硝根標(biāo)準(zhǔn)溶液，進行回收試驗（n=6），結(jié)果見表1.

表1 樣品中亞硝酸根含量的測定結(jié)果（n=6）Tab.1 Determination results of nitrite in water samples(n=6)

[1]劉長增.鋅試劑-NO2--KBrO3催化體系測定痕量亞硝酸根[J].光譜學(xué)與光譜分析,2003,23(2)：348-350.

[2]唐清華,陳玉靜.雙波長催化光度法測定痕量亞硝酸根[J].分析科學(xué)學(xué)報,2010,26(3)：370-372.

[3]楊孝容,萬東海,李祖碧,等.甲苯胺藍指示反應(yīng)動力學(xué)光度法測定痕量釕[J].理化檢驗-化學(xué)分冊,2002,38(11)：549-551.

[4]侯能邦,陳吉書,李祖碧,等.甲苯胺藍—高碘酸鉀催化光度法測定銥[J].分析試驗室,2003,22(1)：51-53.

[5]韓長秀,張寶貴.甲苯胺藍催化光度法測定痕量鈷[J].分析科學(xué)學(xué)報,2006,22(3)：355-356.

[6]劉長久,張華.阻抑甲苯胺藍褪色指示反應(yīng)動力學(xué)法測定痕量碘[J].分析化學(xué),1998,26(2)：222-225.

[7]劉秀萍,孟美榮,張麗君.溴酸鉀氧化甲苯胺藍催化光度法測定痕量亞硝酸根[J].理化檢驗-化學(xué)分冊,2009,45(10)：1178-1179,1183.