顯色條件和測量條件對水質(zhì)中硫化物測定的影響

摘 要：亞甲基藍(lán)分光光度法是測定硫化物的經(jīng)典方法，目前采用該原理的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在顯色條件和測量條件方面存在差異。為解決這一差異，試驗(yàn)探究了顯色劑加入方式、顯色劑用量、顯色溫度、顯色時(shí)間、測定波長和比色皿寬度對測定的影響。結(jié)果表明：將樣品定容后加入顯色劑，可減少液上空間對測定的影響；顯色劑用量為10 mL時(shí)，各質(zhì)量濃度點(diǎn)的吸光度更高；應(yīng)嚴(yán)格保證實(shí)際樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品的顯色溫度，宜控制在20 ℃左右；顯色10 min后即可進(jìn)行比色，宜在3 h內(nèi)完成比色；選擇665 nm作為測定波長具有更好的分辨率；測定低濃度樣品時(shí)，選用30 mm量程比色皿可有效提高測量精度。

關(guān)鍵詞：硫化物；顯色條件；測量條件

中圖分類號：S912"""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-6755（2025）02-0027-05

亞甲基藍(lán)分光光度法是測定硫化物含量的經(jīng)典方法，因其具有檢出限低、顯色穩(wěn)定、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水環(huán)境、化妝品、土壤和沉積物等介質(zhì)中硫化物含量的測定。方法原理為：在酸性條件下，通過加熱吹氣或蒸餾方式將樣品中的硫化物導(dǎo)入吸收液，生成的硫離子在硫酸鐵銨酸性溶液中與N，N二甲基對苯二胺反應(yīng)生成亞甲基藍(lán)，于一定波長處測定吸光度，硫化物含量與吸光度值成正比^[1-5]。目前國內(nèi)關(guān)于硫化物測定方法的研究，多是基于此原理對樣品的預(yù)處理方式不斷優(yōu)化改進(jìn)。如章琪等^[6]分別采用氫氧化鈉、乙酸鋅—乙酸鈉溶液作吸收液測定水中硫化物，結(jié)果顯示兩種吸收液均能滿足檢測需求，但氫氧化鈉溶液分析更穩(wěn)定，操作更簡單。李玉璞^[7]通過研究影響水中硫化物測定的幾個(gè)因素發(fā)現(xiàn)，固定的樣品應(yīng)在96 h內(nèi)測定，以鹽酸作為酸化劑效果優(yōu)于硫酸和磷酸，“酸化—蒸餾—吸收”法的回收率高于“酸化—吹氣—吸收”法。王煒等^[8]考察了餾出速率和餾出量對硫化物測定的影響，探索出最優(yōu)蒸餾條件，并采用該條件對多個(gè)土壤、沉積物和污泥樣品進(jìn)行了測定，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在4.4%～7.6%，加標(biāo)回收率在77.8%～91.2%，對不同樣品硫化物的測定具有廣泛適用性。本試驗(yàn)以《水質(zhì)硫化物的測定亞甲基藍(lán)分光光度法》（HJ 1226—2021）為基礎(chǔ)，參考其他現(xiàn)行國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及前人研究經(jīng)驗(yàn)，探討顯色時(shí)間、顯色溫度、顯色劑加入量及加入方式、比色皿寬度和測定波長對硫化物測定的影響，以期為實(shí)驗(yàn)室分析提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

雙光束紫外可見分光光度計(jì)（TU1950，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）、天平（BSA224S，賽多利斯）、電熱恒溫水浴鍋（DK98Ⅱ，天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.2 主要試劑

N，N二甲基對苯二胺鹽酸鹽溶液（2 g/L，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、硫酸鐵銨溶液（100 g/L，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、氫氧化鈉溶液（10 g/L，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、硫化物標(biāo)準(zhǔn)溶液（100.0 g/L，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所）、去離子水或等效純水。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 顯色劑加入方式對測定的影響

向100 mL比色管中加入20 mL氫氧化鈉吸收液，分別量取1.00、3.00、7.00 mL硫化物標(biāo)準(zhǔn)使用液（10.0 mg/L）于各比色管中，每個(gè)濃度樣品進(jìn)行6次平行測定，各濃度樣品均按照如下3種方式加入顯色劑。以10 mm比色皿作參比，在波長665 nm處測定每個(gè)樣品的吸光值，計(jì)算不同顯色劑加入方式下的各濃度樣品相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.3.1.1 方式1 向比色管中加入去離子水至約60 mL，沿比色管壁緩慢加入10 mL N，N二甲基對苯二胺溶液，立即蓋塞并緩慢倒轉(zhuǎn)一次。拔塞，沿比色管壁緩慢加入1 mL硫酸鐵銨溶液，立即蓋塞并充分搖勻。放置10 min，用去離子水定容至標(biāo)線，搖勻。

1.3.1.2 方式2 依次加入10 mL N，N二甲基對苯二胺溶液和1 mL硫酸鐵銨溶液，加水至標(biāo)線，混勻，10 min后測定吸光值。

1.3.1.3 方式3 加水定容至標(biāo)線，沿比色管壁緩慢加入10 mL N，N二甲基對苯二胺溶液，立即蓋塞并緩慢倒轉(zhuǎn)一次。拔塞，沿比色管壁緩慢加入1 mL硫酸鐵銨溶液，立即蓋塞并充分搖勻，10 min后測定吸光值。

1.3.2 顯色劑加入量對測定的影響

N，N二甲基對苯二胺用量影響硫化物測定的顯色反應(yīng)^[9]。在目前現(xiàn)行國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于該試劑的用量有所差異。本試驗(yàn)參照上述標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)研究，探究N，N二甲基對苯二胺溶液的不同加入量對標(biāo)準(zhǔn)系列斜率和相關(guān)系數(shù)的影響。具體方法為：配制3套質(zhì)量濃度為0、0.05、0.10、0.20、0.30、0.50、0.70 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列，按照方式3加入顯色劑，其中N，N二甲基對苯二胺溶液的加入量分別為5、7、10 mL。控制顯色溫度為20 ℃，以10 mm比色皿作參比，在波長665 nm處測定樣品吸光度，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 顯色溫度對測定的影響

配制6套質(zhì)量濃度為0、0.05、0.10、0.20、0.30、0.50、0.70 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列，利用空調(diào)或電熱恒溫水浴鍋，調(diào)控樣品顯色溫度分別為12、15、20、25、30、35 ℃，按照方式3加入顯色劑，以10 mm比色皿作參比，在波長665 nm處測定樣品吸光度，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。通過考察不同溫度條件下的標(biāo)準(zhǔn)系列斜率和相關(guān)系數(shù)，研究顯色溫度對測定的影響。

1.3.4 顯色時(shí)間對測定的影響

配制質(zhì)量濃度為0.10、0.30、0.70 mg/L的樣品，按照方式3加入顯色劑，控制顯色溫度為20 ℃，設(shè)置顯色時(shí)間分別為10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，在波長665 nm處測定樣品吸光度，觀察吸光值變化情況。

1.3.5 測定波長對測定的影響

現(xiàn)行采用亞甲基藍(lán)分光光度法原理測定硫化物含量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對于測定波長的選擇沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如650、665、670 nm。本文通過設(shè)置以下試驗(yàn)，探究了硫化物測定的最佳波長，具體方法為：配制質(zhì)量濃度為0、0.05、0.10、0.20、0.30、0.50、0.70 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列，按照方式3加入顯色劑，控制顯色溫度為20 ℃，分別在波長650、655、660、665、670 nm處測定樣品吸光度，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。同時(shí)以蒸餾水為參比，選取質(zhì)量濃度為0.30 mg/L的反應(yīng)液在640～680 nm波長下掃描吸收光譜圖，確定其最大吸收波長。

1.3.6 比色皿寬度對測定的影響

配制質(zhì)量濃度為0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列，按照方式3加入顯色劑，控制顯色溫度為20 ℃，在波長665 nm處，分別采用10 mm、30 mm比色皿測定樣品吸光度，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。以扣除空白值后與0.01吸光度相對應(yīng)的濃度值作為檢出限^[10]，確定兩種比色皿寬度下的方法檢出限。計(jì)算公式如下。

MDL=0.01/b

式中：MDL為方法檢出限，b為回歸直線斜率。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯色劑加入方式對測定結(jié)果的影響

如表1所示，三種顯色劑加入方式相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.56%～2.44%、0.78%～1.58%、0.69%～1.53%，無顯著性差異。然而由于顯色反應(yīng)是在酸性條件下進(jìn)行，樣品中部分硫離子揮發(fā)到液上空間會對亞甲基藍(lán)的生成量產(chǎn)生影響，采用方式3添加顯色劑，可使實(shí)際樣品與標(biāo)準(zhǔn)系列在顯色時(shí)液上空間體積較小且保持一致。此外，方式3條件下，由于增加了樣品的體積，可使更高濃度的樣品吸光值在0.2～0.7之間，從而擴(kuò)大了方法的檢測范圍。

2.2 顯色劑加入量對測定結(jié)果的影響

如表2所示，N，N二甲基對苯二胺溶液用量分別為5、7、10 mL時(shí)，所建立標(biāo)準(zhǔn)曲線線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)均在0.999以上。其中，N，N二甲基對苯二胺溶液用量為10 mL時(shí)，相同濃度樣品的吸光度最高。由于分光光度計(jì)吸光值在0.2～0.7范圍內(nèi)準(zhǔn)確度最高，當(dāng)顯色劑用量為10 mL時(shí)，樣品吸光度更接近該范圍，選用此用量能更好地滿足檢測需求。

2.3 顯色溫度對測定結(jié)果的影響

如表3所示，顯色溫度影響硫化物含量的測定。當(dāng)顯色溫度為15 ℃時(shí)，有較高吸光值，之后，隨著顯色溫度的升高，相同濃度硫化物的吸光度逐漸降低^[11]，這可能與溫度較高導(dǎo)致硫化物揮發(fā)有關(guān)。當(dāng)溫度為12 ℃時(shí)，硫化物吸光度也相對較低，說明溫度過低，顯色不完全^[12]。從相關(guān)系數(shù)來看，不同顯色溫度下建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線均呈現(xiàn)良好線性，在實(shí)際測定中應(yīng)借助空調(diào)或電熱恒溫水浴鍋嚴(yán)格保證實(shí)際樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品顯色溫度一致。建議顯色溫度控制在20 ℃左右，以獲得較高的吸光度。

2.4 顯色時(shí)間對測定結(jié)果的影響

如表4所示，采用亞甲基藍(lán)分光光度法測定硫化物時(shí)，顯色10 min即可進(jìn)行比色，且生成的亞甲基藍(lán)絡(luò)合物至少能穩(wěn)定3 h。

2.5 測定波長對測定結(jié)果的影響

對質(zhì)量濃度為0.30 mg/L的硫化物樣品在640～680 nm范圍內(nèi)進(jìn)行光譜掃描，結(jié)果如圖1所示，樣品在665 nm波長處有最大吸收峰。繼續(xù)考察不同波長下顯色液吸光度與硫化物濃度的線性關(guān)系變化，結(jié)果如表5所示。在650～670 nm波長下建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，表明上述波長均可作為亞甲基藍(lán)分光光度法的測定波長。其中，所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線在665 nm波長處斜率最高，根據(jù)斜率越高分辨率越高的理論，選擇665 nm作為測定波長具有更好的分辨率。

2.6 比色皿寬度對測定結(jié)果的影響

如表6所示，實(shí)驗(yàn)建立了低濃度樣品的標(biāo)準(zhǔn)曲線。當(dāng)選用10 mm比色皿進(jìn)行比色時(shí)，方法檢出限為0.01 mg/L，選用30 mm比色皿時(shí)，檢出限為0.003 mg/L，并且滿足大部分標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度在0.2～0.7范圍內(nèi)。因此，在進(jìn)行低濃度樣品測定時(shí)，通過選用30 mm的比色皿可有效提高方法的靈敏度和準(zhǔn)確度。

3 結(jié)論

硫化物廣泛存在于自然界中，人類的活動(dòng)也會產(chǎn)生硫化物，其含量高低已成為衡量環(huán)境質(zhì)量狀況的重要指標(biāo)。本文探究了影響亞甲基藍(lán)分光光度法測定的顯色條件和測量條件，結(jié)果表明：顯色時(shí)，預(yù)先將樣品定容到100 mL后，貼壁依次加入顯色劑可減少液上空間的影響；顯色劑加入量為10 mL時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)樣品具有更高的吸光度；顯色溫度影響顯色反應(yīng)，須嚴(yán)格保證實(shí)際樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品的顯色溫度一致，可將溫度控制在20 ℃左右，以獲得更高的吸光度；顯色10 min后即可進(jìn)行比色，亞甲基藍(lán)絡(luò)合物至少能穩(wěn)定3 h；當(dāng)測定波長為665 nm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線的各質(zhì)量濃度點(diǎn)吸光度最高，選擇665 nm作為測定波長具有更好的分辨率；測定低濃度樣品時(shí)，選用30 mm量程的比色皿，可有效提高方法的準(zhǔn)確度和靈敏度。

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The influence of colorimetric and measurement conditions on the determination of sulfides

SU Zhaojun^1，2，CUI Weiqi^1，2，ZHANG Kai^1，2，WANG Shanwu^1，2

（1.Binzhou Marine Development Research Institute，Binzhou 256600，China；2.Key Laboratory of Aquatic Seedling Breeding and Healthy Aquaculture in Binzhou City， Binzhou 256600，China）

Abstract：The methylene blue spectrophotometric method is a classic method for determining sulfides， but the current standards that use this principle have differences in color development and measurement conditions. To address this difference， experiments were conducted to investigate the effects of the method of adding color reagents， the amount of color reagents used， the color temperature， the color time， the measurement wavelength， and the width of the colorimetric dish on the measurement. The results showed that adding a color reagent after the sample was made to volume can reduce the influence of liquid space on the measurement. When the amount of color developer used is 10 mL， the absorbance at each concentration point is higher. The color development temperature between the actual sample and the standard sample should be strictly ensured， and should be controlled at around 20 ℃. After 10 minutes of color development， color comparison can be carried out， and it is recommended to complete the comparison within 3 hours; Choosing 665 nm as the measurement wavelength has better resolution. When measuring low concentration samples， using a 30 mm range colorimetric dish can effectively improve measurement accuracy.

Key words：sulfides; color rendering conditions; measurement conditions

（收稿日期：2024-11-04）