還原-偶氮光度法測定水中硝基苯優(yōu)化測定條件研究

邢書才，田衎

（環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，國家環(huán)境保護(hù)污染物計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029）

分析與監(jiān)測

還原-偶氮光度法測定水中硝基苯優(yōu)化測定條件研究

邢書才，田衎

（環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，國家環(huán)境保護(hù)污染物計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029）

對(duì)還原-偶氮分光光度法測定水中硝基苯類實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改革，研究并建立了分析測定的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。在此實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)測定方法中的顯色酸度、樣品空白等測定條件進(jìn)行了優(yōu)化和補(bǔ)充；增加了苯胺類樣品空白實(shí)驗(yàn)，解決了苯胺類樣品及空白樣品與體系酸度調(diào)節(jié)條件不一致的問題；同時(shí)拓寬了校準(zhǔn)曲線的測定范圍。硝基苯質(zhì)量濃度在0～1.6 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，方法檢出限為0.004 mg/L。用優(yōu)化改進(jìn)后的測定方法對(duì)水質(zhì)硝基苯標(biāo)準(zhǔn)樣品和實(shí)際廢水樣品進(jìn)行分析測定，樣品測定精密度（n=6）小于3%；加標(biāo)實(shí)驗(yàn)回收率達(dá)到96.4%～101.8%。

硝基苯；偶氮還原光度法；優(yōu)化；測定條件

硝基苯主要用于制藥、染料、化工及有機(jī)合成等方面，是重要的工業(yè)原料和中間體。硝基苯類具有較強(qiáng)的毒性，進(jìn)入人體后，可引起神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，造成貧血和肝臟腎臟等方面的病變。

在硝基苯的分析方法中，分光光度法測定水中硝基苯〔1〕，作為有機(jī)污染物監(jiān)測中一個(gè)重要分析檢測方法，具有普及性強(qiáng)、儀器簡單、靈敏度高等特點(diǎn)。方法自制定以來已經(jīng)實(shí)施使用了近30年。在運(yùn)用該方法進(jìn)行實(shí)際分析檢測時(shí)，顯示出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；同時(shí)缺少苯胺類空白實(shí)驗(yàn)，以及存在樣品顯色體系酸度不一致等問題。針對(duì)方法中的問題，筆者對(duì)樣品前處理步驟進(jìn)行了改良，省去了樣品前處理裝置，將樣品前處理的氧化還原過程及定容一步完成，操作得到了簡化，使實(shí)驗(yàn)效率和樣品測定的準(zhǔn)確性得到了很大提高。同時(shí)完善和改進(jìn)〔2-3〕了原分析方法中缺少苯胺類空白試驗(yàn)及測定體系顯色酸度不一致的問題。經(jīng)過對(duì)硝基苯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和工業(yè)廢水實(shí)際樣品的檢測，表明改革優(yōu)化后的測定方法合理可靠，快捷簡便，測定準(zhǔn)確，精密度符合方法學(xué)要求。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要儀器和試劑

硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，100 mg/L。稱取硝基苯（99.8%，Acros公司）0.100 0 g于已加無水乙醇（優(yōu)級(jí)純，國藥集團(tuán)）10 mL的25 mL容量瓶中，移至1 L容量瓶中，用（1+99）硫酸（MOS級(jí)，北京化學(xué)試劑研究所）溶液稀釋至刻度，搖勻，使用時(shí)稀釋至4.00 mg/L。鹽酸（MOS級(jí)，北京化學(xué)試劑研究所），ρ=1.18 g/mL；高純鋅粉（99.99%，國藥集團(tuán)）；硫酸銅溶液，100mg/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（優(yōu)級(jí)純，國藥集團(tuán)）；萘乙二胺鹽酸鹽（分析純，F(xiàn)luka公司）溶液，20mg/L；水質(zhì)硝基苯標(biāo)準(zhǔn)樣品（環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，國標(biāo)號(hào)GSBZ50035—1995批號(hào)204111、204112）。

紫外可見分光光度計(jì)（U3410型，日立公司）；電子天平（Mettler-AE-2240型，瑞士Mettler-Toledo公司）。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

（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4.00mL，鋅粉1g，硫酸銅溶液4滴，搖勻，放置15min。以純水定容至標(biāo)線，混勻；過濾出約15mL樣品備用。

吸取過濾出的樣品10.00 mL于25 mL比色管中，加入氫氧化鈉溶液至出現(xiàn)白色沉淀，加水至標(biāo)線搖勻。加硫酸氫鉀溶液1.00 mL混勻，待白色沉淀消失。加亞硝酸鈉溶液1滴，搖勻。放置3 min，加氨基磺酸銨溶液0.50 mL后搖勻；放置3 min待氣泡除盡后，加入的萘乙二胺鹽酸鹽溶液1.00mL，搖勻。30min后，用10 mm比色皿于545 nm波長處，以水為參比，測定吸光度。

（2）（硝基苯+苯胺）總量空白實(shí)驗(yàn)：取40 mL純水于100 mL容量瓶中，加濃鹽酸4.00 mL、鋅粉1 g、硫酸銅溶液4滴，搖勻，放置15 min。以純水定容至標(biāo)線，混勻；過濾出約15 mL樣品備用。吸取過濾出的樣品10.00 mL于25 mL比色管中，以下操作同樣品（1）的測定。

（3）苯胺類的測定：取與步驟（1）相同量的水樣于100mL容量瓶中，加水至40mL，加濃鹽酸4.00mL，純水定容至標(biāo)線，混勻。取出10.00mL樣品于25mL比色管中，加入0.50mL硝基苯類空白實(shí)驗(yàn)液（含有Zn2+離子），按照步驟（1）中樣品相同的測定步驟進(jìn)行測定。

（4）苯胺類空白實(shí)驗(yàn)：取40 mL純水于100 mL容量瓶中，以下操作同苯胺類的測定。

（1）和（3）兩份水樣所測得的吸光值減去各自對(duì)應(yīng)的空白吸光值后的差值，為水樣中硝基苯類的吸光值。

式中：C硝基苯類——硝基苯類的質(zhì)量濃度，mg/L；

m——（硝基苯類+苯胺類）總量與苯胺類吸光值減去各自對(duì)應(yīng)的空白吸光值后的差值，再在校準(zhǔn)曲線上查得的硝基苯含量，μg；V——初始取樣體積，mL。

2　結(jié)果與討論

2.1樣品還原裝置的改進(jìn)

硝基苯轉(zhuǎn)化為苯胺的還原過程，原方法是在錐形瓶中進(jìn)行，反應(yīng)完成后將樣品過濾、洗滌至容量瓶中定容后備用?；诖诉€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(jìn)行。由于取消了樣品還原裝置，使樣品還原及定容一步到位；省去了還原后樣品的洗滌、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(shí)際用量進(jìn)行過濾。1份樣品的處理時(shí)間由改進(jìn)前的20min縮短到改進(jìn)后的不到1 min。大大提高了實(shí)驗(yàn)效率，同時(shí)也使樣品回收率得到了提高

用改進(jìn)前后的方法進(jìn)行加標(biāo)回收率的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，方法是取204111批號(hào)硝基苯標(biāo)準(zhǔn)樣品（認(rèn)定值1.06 mg/L）10.00 mL做本底值（10.6 μg），加標(biāo)5.00 μg，分別進(jìn)行6次平行測定，結(jié)果如表1所示。

表1　改進(jìn)前后回收率測定結(jié)果

由表1可見，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，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，加標(biāo)回收率有較大提高，使分析方法的測定準(zhǔn)確度得到了提高。

2.2苯胺類空白試驗(yàn)及樣品pH的一致性

當(dāng)樣品中含有苯胺類時(shí)，需取兩份樣品，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(duì)應(yīng)空白吸光值后的差值，為水樣中硝基苯類的吸光值。但在原測定方法中只有（硝基苯+苯胺）總量的空白實(shí)驗(yàn)，沒有苯胺類空白實(shí)驗(yàn)；兩個(gè)空白實(shí)驗(yàn)有著本質(zhì)上的不同，不可相互替代；否則會(huì)導(dǎo)致測定結(jié)果的偏差。筆者在原測定方法中增加了苯胺測定的空白實(shí)驗(yàn)，使測定方法更加趨于合理。

分光光度法測定中，顯色基團(tuán)的顏色一般受到測定體系的pH影響很大。在實(shí)際測定中，測定體系整體pH的一致性是測定準(zhǔn)確性保證的重要因素。原測定方法pH調(diào)整方式，是在校準(zhǔn)系列、被測樣品經(jīng)過氧化還原處理后，利用自身溶液中含有的鋅離子為代指示劑，調(diào)節(jié)測定體系的pH。但是在苯胺類測定中，由于苯胺類樣品沒有經(jīng)過氧化還原前處理過程，不含有鋅離子，以此調(diào)節(jié)pH沒有可操作性。筆者的對(duì)策是在苯胺類樣品及其空白實(shí)驗(yàn)中加入0.50 mL硝基苯類空白實(shí)驗(yàn)液，引入鋅離子，從而使實(shí)驗(yàn)體系在pH調(diào)節(jié)條件上達(dá)到一致性。最終使測定準(zhǔn)確性得到保證。

2.3校準(zhǔn)曲線和檢出限

移取100 mg/L的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液4.00 mL于100mL容量瓶中，加水至約40mL，加濃鹽酸4.00mL，鋅粉1 g，硫酸銅溶液4滴，搖勻，放置15 min。以純水定容至標(biāo)線，混勻；過濾出約30 mL溶液備用。相當(dāng)硝基苯的質(zhì)量濃度為4.00 mg/L。

分別吸取上述溶液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NaOH溶液至出現(xiàn)白色絮凝狀沉淀（pH為5左右），加水至標(biāo)線，搖勻。加KHSO4溶液1.00 mL混勻；待白色沉淀消失后，加亞硝酸鈉溶液1滴，搖勻。放置3min，加氨基磺酸銨溶液0.50 mL，充分搖勻，放置3 min，待氣泡除盡后，加入萘乙二胺鹽酸鹽1.00 mL搖勻。靜置30 min后，在545nm處，用1cm比色皿，水為參比，測量吸光值。扣除試劑空白后，繪制校準(zhǔn)曲線〔4〕。測量結(jié)果表明，當(dāng)質(zhì)量濃度范圍在0～1.60 mg/L時(shí)，線性良好，回歸方程為y=1.333×10-2x+9.816×10-3，校準(zhǔn)曲線回歸系數(shù)r=0.9998；經(jīng)計(jì)算方法檢出限為0.0040mg/L。

2.4方法的精密度測定

參照分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則〔4〕和精密度的測定要求〔5〕，在校準(zhǔn)曲線的上限與下限范圍內(nèi)，采用高、中、低3種不同含量水平1.00、0.600、0.100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)試樣液，分別重復(fù)測定6次。測定結(jié)果表明，各濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液測定結(jié)果經(jīng)檢驗(yàn)與配制濃度具有一致性，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）小于4%。滿足方法學(xué)的要求。

2.5方法的準(zhǔn)確度測定

采用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行分析測定確認(rèn)準(zhǔn)確度的方法〔6〕。以改進(jìn)后的分析方法對(duì)硝基苯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（批號(hào)204112）進(jìn)行測定，用以驗(yàn)證改進(jìn)后測定方法的準(zhǔn)確度〔7〕，結(jié)果如表2所示。

表2　準(zhǔn)確度測定結(jié)果mg/L

由表2可見，硝基苯的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值一致性良好，說明改進(jìn)后的測定方法測定準(zhǔn)確度較高。

2.6實(shí)際廢水樣品及加標(biāo)回收的測定

為進(jìn)一步驗(yàn)證改進(jìn)后分析方法的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，對(duì)工業(yè)實(shí)際廢水樣品進(jìn)行了測定，并用改進(jìn)前原測定方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3　制藥廢水中硝基苯的測定mg/L

在進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表4　加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

t檢驗(yàn)法對(duì)不同方法的測定均值進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)公式為：

式中：X1、X2——改進(jìn)后、改進(jìn)前的測定均值；

S1、S2——改進(jìn)后、改進(jìn)前測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

n1、n2——改進(jìn)后、改進(jìn)前樣品的測定次數(shù)。

當(dāng)t實(shí)驗(yàn)小于tα（n1+n2-2）時(shí)，可認(rèn)為兩種分析方法的測定值沒有顯著性差異，否則認(rèn)為有顯著性差異。將表4中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)帶入公式（2）進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算。對(duì)實(shí)際廢水樣品中硝基苯類的測定，改進(jìn)法與原方法比較，t實(shí)驗(yàn)=2.56；小于查表值2.78。說明改進(jìn)法與原方法對(duì)硝基苯類的測定結(jié)果無顯著性差異，具有一致性。

取廢水樣品10.00 mL，做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)（n=6）；硝基苯本底值為6.81 μg，加標(biāo)量為8.00 μg。結(jié)果表明，RSD為2.1%，回收率為96.4%～101.8%。

3　結(jié)論

對(duì)還原-偶氮光度法檢測水中硝基苯類的分析方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用在容量瓶中直接將硝基苯類還原成苯胺的方法，使樣品的前處理過程、樣品的洗滌、轉(zhuǎn)移和定容一步完成。避免了由于樣品的轉(zhuǎn)移而造成的樣品損失因素，從而提高了回收率。優(yōu)化和完善了樣品的測定條件，同時(shí)拓寬了校準(zhǔn)曲線的測定范圍。按照標(biāo)準(zhǔn)分析方法的相關(guān)要求對(duì)改進(jìn)后的分析方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明準(zhǔn)確度良好，精密度符合方法學(xué)要求。同時(shí)對(duì)實(shí)際工業(yè)廢水樣品進(jìn)行檢測，并與原測定方法進(jìn)行比對(duì)，測定結(jié)果一致性良好。證明經(jīng)改進(jìn)后的測定方法，測定思路清晰，操作簡單快捷，準(zhǔn)確可靠；可用于水和廢水中硝基苯類的測定。

［1］國家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4版.北京：中國環(huán)境出版社，2002：467-470.

［2］袁衛(wèi)忠，黃桂榮，徐波.還原-偶氮光度法測定水中硝基苯類的改進(jìn)［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2014，28（1）：45-48.

［3］蟻煥鈿，張圓，何瀚濤.還原-偶氮光度法測定水中硝基苯類方法改進(jìn)［J］.福建分析測試，2013，22（5）：42-44.

［4］HJ 168—2010環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［5］中國環(huán)境監(jiān)測總站.環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊(cè)［M］.北京：化工出版社，1984：230-231.

Study on the reduction-azo photometric method for the optimization of determination conditions of nitrobenzene in water

Xing Shucai，Tian Kan
（Key Laboratory of State Environmental Pollutant Measurement and Standard Sample Study，Ministry of Environmental Protection，Institute of Standard Simples，Beijing 100029，China）

The experimental apparatus for the determination of nitrobenzene in water has been improved by reduction-azo photometric method，and the optimization conditions for analysis and determination have been studied and established.Based on this，the determination conditions，such as color acidity，sample blank，etc.in the determination methods are optimized and supplemented.In addition，the blank tests of aniline samples are added，and，as a result，the problem of inconsistency in acidity adjustment conditions between aniline samples and blank samples is solved.Meanwhile，the determination range of calibration curve is expanded.The linear relationship is good，when the nitrobenzene concentration is in the range of 0-1.6 mg/L，and the detection limit of this method is 0.004 mg/L. The optimized determination method is used for the analysis and determination of water quality of nitrobenzene standard samples and real wastewater samples.The precision of the method（n=6）is less than 3.0%.The recovery rate of standard tests reaches 96.4%-101.8%.

nitrobenzene；reducing-azo photometric method；optimization；determination conditions

X703.1

A

1005-829X（2016）05-0090-04

國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)2013國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目（S2012043）

邢書才（1958—），教授級(jí)高工。E-mail：854559360@qq. com。

2016-02-23（修改稿）