改進的還原偶氮光度法同時快速測定水中硝基苯和苯胺

邢書才，田 衎，鞠 平

環(huán)境保護部標準樣品研究所 國家環(huán)境保護污染物計量和標準樣品研究重點實驗室，北京 100029

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改進的還原偶氮光度法同時快速測定水中硝基苯和苯胺

邢書才，田 衎，鞠 平

環(huán)境保護部標準樣品研究所 國家環(huán)境保護污染物計量和標準樣品研究重點實驗室，北京 100029

對測定方法進行了改進，建立了用還原-偶氮分光光度法同時快速測定水中硝基苯和苯胺的分析方法。根據(jù)實驗原理，對樣品前處理裝置進行了改進，實驗步驟得到了簡化，避免了樣品溶液過濾轉(zhuǎn)移過程造成樣品損失，使樣品前處理實驗效率提高了90%以上；改進后的測定方法不僅可快速測定樣品中硝基苯，還可同時測定樣品中苯胺；達到了用一種分析方法同時測定樣品中兩種污染物的目的。方法精密度測定結(jié)果，相對標準偏差(n=6,RSD)為1.9%～3.2%；對硝基苯、苯胺混合標準樣品以及實際廢水樣品進行了測定，并與原測定方法及苯胺國標測定方法進行了比對實驗；測定結(jié)果具有一致性。加標實驗回收率為96%～101%，表明方法準確可靠，可用于水和廢水中硝基苯或硝基苯和苯胺的同時測定。

還原偶氮光度法；硝基苯；苯胺；同時測定

硝基苯類作為一種劇毒性污染物質(zhì)，對環(huán)境的污染和對人體的危害性，已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注和重視。國內(nèi)和國際上已將硝基苯類列為優(yōu)先污染物監(jiān)測項目之一。還原-偶氮分光光度法測定水中硝基苯，是污水廢水污染監(jiān)測中一個重要的分析檢測方法[1]，具有快速簡捷、儀器簡單、靈敏度高、普及性強的特點；是硝基苯類有機化學(xué)污染物監(jiān)測不可缺少的檢測方法之一。在運用該方法進行實際分析檢測時，發(fā)現(xiàn)該方法在樣品氧化還原前處理過程中操作比較繁瑣，且易造成樣品損失。針對這個問題，本研究對氧化還原前處理裝置進行了改進，取消了前處理裝置，使樣品的氧化還原前處理和定容一步到位；簡化了操作，極大提高了實驗效率和樣品測定的準確性；并對原方法中缺少苯胺類空白試驗和樣品顯色酸度不一致進行了改進[2-16]。原測定方法只能測定樣品中的硝基苯；當需要同時測定水樣中苯胺時，則需要另行選用測定苯胺的方法[17-19]。由于還原-偶氮分光光度法測定水中硝基苯類，屬于將硝基苯轉(zhuǎn)變?yōu)楸桨泛筮M行測定的間接測定方法；根據(jù)這一實驗原理，本研究實現(xiàn)了用還原-偶氮分光光度法同時快速測定水中硝基苯和苯胺的目標；達到了用一個實驗方法完成兩個實驗測定的效果。通過對硝基苯、苯胺標準樣品以及實際廢水樣品的測定，表明改進后的方法合理可行，簡便快速，取得了滿意結(jié)果。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

U3410型紫外可見分光光度計，Mettler-AE-2240電子天平。

硝基苯標準溶液:100 mg/L。稱取硝基苯0.10 g(準確至0.1 mg)于已加無水乙醇10 mL的25 mL容量瓶中，移至1 L容量瓶中，用硫酸(1+99)溶液稀釋至刻度，搖勻，使用時稀釋至4.00 mg/L。苯胺標準溶液:100 mg/L(GSB 07-1231-200),使用時稀釋至2.50 mg/L。鹽酸，ρ=1.18 g/mL；高純鋅粉，99.99%；硫酸銅溶液:100 mg/L；氫氧化鈉溶液:100 mg/L；硫酸氫鉀溶液:200 mg/L；亞硝酸鈉溶液:50 mg/L；氨基磺酸銨溶液:25 mg/L；萘乙二胺鹽酸鹽溶液:20 mg/L；水質(zhì)硝基苯標準樣品，標準值：1.06±0.16(mg/L)。水質(zhì)苯胺、硝基苯混合標準樣品，標準值：硝基苯1.12±0.12(mg/L)，苯胺1.03±0.06(mg/L)。

1.2 實驗方法

1.2.1 (硝基苯類+苯胺類)總量的測定

取適量水樣于100 mL容量瓶中，加水至40 mL，加濃鹽酸4.00 mL、鋅粉1 g,100 mg/L的硫酸銅溶液4滴,搖勻,放置15 min。以純水定容至標線，混勻；轉(zhuǎn)移出約15 mL樣品備用。

吸取轉(zhuǎn)移出的樣品10.00 mL于25 mL比色管中，滴加100 mg/L的氫氧化鈉溶液至出現(xiàn)白色沉淀，加水至標線搖勻。加200 mg/L的硫酸氫鉀溶液1 mL混勻，待白色沉淀消失。加50 mg/L亞硝酸鈉溶液1滴，搖勻。放置3 min,加25 mg/L的氨基磺酸銨溶液0.5 mL后搖勻；放置3 min待氣泡除盡后，加入20 mg/L的萘乙二胺鹽酸鹽溶液1.00 mL，搖勻。30 min后，于545 nm處，10 mm比色皿，水為參比測量吸光度。

1.2.2 (硝基苯+苯胺)總量空白試驗

取40 mL純水于100 mL容量瓶中，加濃鹽酸4.00 mL、鋅粉1 g, 100 mg/L硫酸銅溶液4滴, 搖勻, 放置15 min。以純水定容至標線，混勻；轉(zhuǎn)移出約15 mL樣品備用。吸取轉(zhuǎn)移出的樣品10.00 mL于25 mL比色管中，以下操作同“1.2.1”小節(jié)中樣品的測定。

1.2.3 苯胺類的測定

取與“1.2.1”小節(jié)中相同量的水樣于100 mL容量瓶中，加水至40 mL、加濃鹽酸4.0 mL,100 mg/L的硫酸銅溶液4滴，純水定容至標線，混勻。取出10.00 mL樣品于25 mL比色管中，加入0.50 ml硝基苯類空白試驗液(含有Zn2+離子)，按照“1.2.1”小節(jié)中樣品相同的測定步驟進行測定。

1.2.4 苯胺類空白試驗

取40 mL純水于100 mL容量瓶中，以下操作同苯胺類的測定。

(硝基苯類+苯胺類)總量和苯胺類兩份水樣所測得的吸光值減去各自對應(yīng)的空白吸光值后的差值，為水樣中硝基苯類的吸光值。測定結(jié)果的計算如下：

式中：m1為(硝基苯類+苯胺類)總量與苯胺類吸光值減去各自對應(yīng)的空白吸光值后的差值，再在校準曲線上查得硝基苯含量；v為初始取樣體積。

C苯胺類(以苯胺計mg/L)=(m2×10/v)×1.322

式中：m2為苯胺類吸光值減去苯胺類空白吸光值后的差值，再在校準曲線上查得苯胺的含量；v為初始取樣體積；1.322為硝基苯還原轉(zhuǎn)化成苯胺的摩爾質(zhì)量比值。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理裝置改革

原測定方法硝基苯轉(zhuǎn)化為苯胺的還原反應(yīng)是在錐形瓶中進行，然后將樣品過濾、洗滌至容量瓶中定容后備用。基于此還原反應(yīng)平緩且不放熱；將錐形瓶還原裝置取消，改為在容量瓶中直接進行。由于取消了還原實驗裝置，使樣品的還原、過濾轉(zhuǎn)移及定容一步到位；省去了還原后樣品的轉(zhuǎn)移過程，樣品從先前的全部過濾變?yōu)橄榷ㄈ菰俑鶕?jù)樣品實際用量進行過濾。1份樣品的處理時間由改進前的20 min縮短到不到1 min，實驗效率提高了90%以上；同時也提高了樣品回收率。

對改進前后的方法進行加標回收率的對比分析，方法是取硝基苯標準樣品(認定值1.06 mg/L)10.00 mL做本底值(10.6 μg)，加標5.00 μg，進行6次平行測定。從表1可見，改進前后測定方法的回收率均值分別為95%、99%，RSD分別為1.9%、1.4%；說明改進實驗裝置后，避免了還原后樣品在洗滌、過濾、轉(zhuǎn)移過程中造成的樣品損失；使測定方法的加標回收率有較大提高。進而提高了樣品分析測定的準確度。

表1 改進前后回收率測定結(jié)果

2.2 校準曲線和檢出限

移取100 mg/L的硝基苯標準溶液4.00 mL于100 mL容量瓶中,加水至約40 mL，加濃鹽酸4.0 mL、鋅粉1 g, 100 mg/L的硫酸銅溶液4滴,搖勻,放置15 min。以純水定容至標線，混勻；過濾出30 mL溶液備用。相當硝基苯的含量為4.00 mg/L。

吸取上述溶液0、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、8.00、10.00 mL分別置于25 mL比色管中,不足10 mL的加水至約10 mL；滴加100 mg/L NaOH溶液至出現(xiàn)白色絮凝狀沉淀(pH約為5),加水至標線, 搖勻。加200 mg/L的KHSO4溶液1.00 mL混勻；待白色沉淀消失后，加50 mg/L的亞硝酸鈉溶液1滴,搖勻。放置3 min,加25 mg/L的氨基磺酸銨溶液0.50 mL,充分搖勻,放置3 min,待氣泡除盡后,加入20 mg/L的萘乙二胺鹽酸鹽1.00 mL搖勻。

放置30 min后,用10 mm比色皿,于545 nm波長處,以水為參比,測定吸光度。減去零濃度的空白吸光值后，繪制校準曲線。結(jié)果表明，質(zhì)量濃度在0～1.60 mg/L范圍內(nèi)線性良好, 線性回歸方程為y=1.333×10-2x+9.816×10-3，相關(guān)系數(shù)為0.999 8；檢出限為0.004 0 mg/L。苯胺檢出限為0.005 3 mg/L。

2.3 苯胺類空白試驗及樣品pH的一致性

當樣品中含有苯胺類時，需取2份樣品，一份測定(硝基苯+苯胺)總量；另一份不經(jīng)還原測定苯胺含量，測得的吸光值減去各自對應(yīng)的空白吸光值后的差值，為水樣中硝基苯類的吸光值。但在測定方法中只有(硝基苯+苯胺)總量的空白試驗，沒有苯胺類空白試驗；兩個空白試驗有著本質(zhì)上的不同，不可相互替代；否則會導(dǎo)致測定結(jié)果的偏差。本研究在原測定方法中增加了苯胺測定的空白試驗，從而使測定方法更加趨于合理。

在用分光光度法測定樣品時，測定體系的pH一般對顯色基團的顏色影響很大；整個測定體系pH的一致性，是保證測定準確性的重要因素。在原測定方法中，校準曲線及硝基苯類樣品經(jīng)氧化還原后，利用其中含有的鋅離子為代指示劑，調(diào)節(jié)pH；苯胺類測定，未經(jīng)氧化還原處理，其中不含鋅離子，調(diào)節(jié)pH缺乏可操作性。本研究采用在苯胺類樣品及其空白中加入0.50 mL硝基苯類空白試驗液的方法加以解決，引入鋅離子，使整個實驗體系調(diào)節(jié)pH的條件保持一致，從而保證測定的準確性。

2.4 用改進后的測定方法同時定量苯胺

苯胺類濃度含量的測定：將苯胺類吸光值減去苯胺類空白吸光值，代入校準曲線(“2.2”小節(jié))，計算出濃度含量后乘以系數(shù)1.322，即為苯胺實際濃度含量。

測定原理：還原-偶氮光度法測定硝基苯，屬于間接測定方法；其原理是在催化劑存在的酸性溶液中,用鋅粉產(chǎn)生初生態(tài)氫將硝基苯還原成苯胺,經(jīng)重氮偶合生成紫紅色染料,進行比色測定。還原過程為C6H5NO2+6[H]→C6H5NH2+2H2O。硝基苯還原成苯胺的摩爾比為1∶1，質(zhì)量比為1.322∶1。由于校準曲線的苯胺質(zhì)量是以轉(zhuǎn)化前的硝基苯質(zhì)量計量的，因此只需將苯胺類的測定值乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)1.322，即可得到苯胺的實際量值。

2.5 方法的精密度測定

按照精密度的測定要求[20]，在校準曲線的上下限范圍內(nèi)，按表2制備低、中、高3種濃度的混合標準溶液，重復(fù)測定6次。測定結(jié)果見表3。

表2 混合標準溶液 mg/L

表3 精密度測定結(jié)果

2.6 方法的準確度測定

用改進的測定方法對硝基苯、苯胺混合標準樣品進行測定，用以檢驗分析方法以及測量系統(tǒng)的準確度[20]。表4的測定值經(jīng)t檢驗后結(jié)果表明，硝基苯、苯胺的測定值與標準值一致性良好，說明改進后的測定方法測定準確度較高。

表4 改進后的方法對硝基苯、苯胺混合標準樣品測定結(jié)果 mg/L

2.7 實際廢水樣品及加標回收測定

為進一步驗證改進后分析方法的準確性和實用性，對工業(yè)實際廢水樣品進行測定和加標回收實驗。用改進方法測定樣品中硝基苯、苯胺，同時用原方法測定樣品中硝基苯，用《水質(zhì) 苯胺類化合物的測定N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法》(GB 11889—1989)測定苯胺，對比實驗測定結(jié)果見表5。加標回收實驗結(jié)果見表6。

表5 制藥廢水中硝基苯、苯胺的測定 mg/L

表6 加標回收實驗結(jié)果

用t檢驗法對不同方法的測定均值進行一致性檢驗，檢驗公式為

(1)

將表5中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)帶入公式(1)進行檢驗計算。對硝基苯類的測定，改進法與原方法比較，t實驗=2.56；對苯胺類的測定，改進法與標準方[17]法比較，t實驗=2.02。檢驗結(jié)果表明，t實驗均小于查表值2.78。說明改進法與原方法對硝基苯類的測定結(jié)果無顯著性差異；改進法與標準方法對苯胺類的測定結(jié)果也同樣具有一致性。

取廢水樣品10.00 mL,做加標回收實驗(n=6)；加標量為硝基苯8.00 μg、苯胺5.00 μg。實驗結(jié)果表明，相對標準偏差為1.7%～2.6%，回收率為96%～101%。

3 結(jié)論

對還原-偶氮光度法測定水中硝基苯類的分析方法進行了改良，取消了樣品還原前處理裝置，采用在容量瓶中直接將硝基苯類還原成苯胺的方法，使樣品的前處理、洗滌、轉(zhuǎn)移和定容一步完成；避免了樣品損失并提高了樣品回收率。同時根據(jù)原實驗方法原理，運用硝基苯與苯胺的轉(zhuǎn)化關(guān)系，實現(xiàn)了用一個分析方法同時測定兩種污染物的目的；使原本需要兩個實驗方法完成的工作，只用一個實驗即可完成。對改良后的分析方法按照標準分析方法的相關(guān)要求進行驗證，準確度和精密度良好，符合方法學(xué)要求。對實際制藥廢水樣品進行了測定，并用原測定方法以及苯胺國標法進行比對，測定結(jié)果具有一致性。

綜上所述，還原-偶氮光度法測定水中硝基苯類的方法，經(jīng)改進后測定思路明晰，新建立的同時測定混合樣品中苯胺的測定方式，具有操作簡單、快速準確的特點；可用于廢水中硝基苯以及硝基苯、苯胺混合樣品中硝基苯和苯胺的同時測定。

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Study on Rapid Determination of Nitrobenzene and Aniline in Water by an Improved Azo Photometric Method

XING Shu-cai，TIAN Kan，JYU Ping

Institute for Environmental Reference Materials of Ministry of Environmental Protection, State Environmental Protection Key Laboratory of Environmental Pollutant Metrology and Reference Materials Study，Beijing 100029，China

An reducing-azo photometric method is established for rapid, simultaneously determination of nitrobenzene and aniline in water, the improvement of pre-treating device based on experimental principles, which simplify the experiment procedure and avoid samples losses during solution filtration process, The pre-treating experimental efficiency increased by 90%. The improved method can be used to simultaneously determine of nitrobenzene and aniline. The precision of the method was determined by repeated (n=6) analysis, the RSDs were 1.9%-3.2%. The method was successfully applied to the simultaneously determination of nitrobenzene and aniline in standard reference material and real wastewater samples, the determined values are accordant with the results of national standard method. the results are satisfactory. The recoveries of the method were determined with the standard addition method, the results were 96%-101%. The results show that the improved method is accurate and reliable, can be used to simultaneously determine of nitrobenzene and aniline in water and wastewater.

reducing-azo photometric method；nitrobenzene;aniline；simultaneous determination

2015-03-20;

2015-04-28

國家標準化管理委員會2013國家標準制修訂項目(S2012043)

邢書才(1958-)，男，學(xué)士，高級工程師。

田 衎

X830.2

A

1002-6002(2015)03- 0150- 05