趙牧秋 史云峰

摘要：[目的] 建立水中苯胺濃度的6種重氮偶合分光光度測定法。[方法] 向含有苯胺的水樣中分別加入N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽、α-萘胺、α-萘酚、鄰甲氧基酚、8-羥基喹啉和變色酸，在亞硝酸鈉作用下發(fā)生重氮偶合反應(yīng)，采用分光光度法分別在545、540、495、450、480和510nm處進(jìn)行測定。[結(jié)果] 6種顯色體系在線性范圍分別為0~5.5、0~6.0、0~6.5、0~11.5、0~10.0和0~9.5mg/L，所得苯胺的回歸方程呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，檢出限分別為0.009、0.011、0.014、0.032、0.025和0.022mg/L；平均回收率在95.1~105.3%范圍內(nèi)；RSD在1.96~4.80%范圍內(nèi)。采用該6種方法與氣相色譜法測定水中苯胺濃度，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。[結(jié)論] 6種方法均簡單、快捷、準(zhǔn)確度高，可用于水中苯胺濃度的快速測定。

關(guān)鍵詞：苯胺 重氮偶合 分光光度法 亞硝酸鈉

Spectrophotometric Methods Based on Diazotion-coupling Reaction for the Determination of Aniline Concentration in Water

ZHAO Mu-qiu et al (College of Biological Science and Technology, Qiongzhou University, Hainan, Sanya 572022)

Abstract：[Objective] The aim was to establish six spectrophotometric methods for determining aniline concentration in water based on diazotion-coupling reaction. [Method] Aniline coupled with N-(1-naphthyl)-ethylenediamine, α-naphthyl amine, α-naphthol, guaiacol, 8-hydroxy- quinoline or chromotropic acid in sodium nitrite medium to form colored dye. [Result] The maximum absorption wavelength of resultant was 545、540、495、450、480 or 510nm, the linear range was 0-5.5, 0-6.0, 0-6.5, 0-11.5, 0-10.0 or 0-9.5mg/L, and the limit of detection was 0.009, 0.011, 0.014, 0.032, 0.025 or 0.022 mg/L, respectively. The rates of recovery were 95.1-105.3%, and RSDs were 1.96-4.80% respectively. Compared with gas chromatography, no significant difference presented using these 6 methods determining aniline concentration in waste water. [Conclusion] These six methods are simple and accurate and applicable to the determination of aniline concentration in water.

Key words Aniline：Diazotion-couplingSpectrophotometric MethodSodium Nitrite

苯胺作為重要的有機(jī)化工原料和精細(xì)化工中間體廣泛應(yīng)用于制藥、印染和紡織等行業(yè)，是一種具有芳香氣味的無色油狀液體 [1]。隨著工業(yè)的發(fā)展，越來越多的苯胺隨工業(yè)廢氣和污水進(jìn)入環(huán)境水體和農(nóng)業(yè)水體。因其毒性較大，對(duì)水體等生態(tài)環(huán)境和人類健康存在潛在威脅，已被列入我國環(huán)境優(yōu)先污染物名單[2]。苯胺是典型高鐵血紅蛋白的形成體，能使細(xì)胞失去攜氧功能，造成溶血性貧血，損害肝臟引起中毒性肝炎，甚至導(dǎo)致各種癌癥[3]。正因?yàn)楸桨穼?duì)人體的危害極大，所以環(huán)境中尤其是農(nóng)業(yè)用水中苯胺的殘余量引起人們的極大關(guān)注，水環(huán)境中的苯胺測定已被列入環(huán)境監(jiān)測的經(jīng)常性項(xiàng)目[4]。

水體中苯胺濃度的測定方法有光度法和電化學(xué)法。光度法主要包括分光光度法、熒光光度法[5]、流動(dòng)注射光度法[6]、醌亞胺光度法[7, 8]、阻抑動(dòng)力學(xué)光度法[9, 10]、催化光度法[6]和褪色光度法[11]等；電化學(xué)法主要有微分脈沖伏安法[12]、吸附溶出伏安法[13]、極譜法等。其中可見分光光度法由于操作簡便、穩(wěn)定性高、結(jié)果重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)主導(dǎo)地位。我國測定水中苯胺濃度的國家標(biāo)準(zhǔn)方法是萘乙二胺光度法，該法的檢測下限為0.03mg/L，線性范圍為0~1.6mg/L。該法線性范圍較窄、有副反應(yīng)發(fā)生，而且顯色易受溫度、時(shí)間等因素干擾，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性[14]。

為此，本研究利用亞硝酸鹽與苯胺發(fā)生重氮化反應(yīng)，再分別應(yīng)用N-（1-萘基）-乙二胺、α-萘胺、α-萘酚、鄰甲氧基酚、8-羥基喹啉和變色酸作為偶聯(lián)劑建立水中苯胺濃度測定的分光光度法，以期為水環(huán)境監(jiān)測者測定苯胺濃度提供線性范圍更寬、檢測限更低和更加準(zhǔn)確、精確、便捷的選擇。

1. 材料與方法

1.1 原理

在酸性環(huán)境下，苯胺可與亞硝酸根反應(yīng)生成重氮鹽，而后在堿性環(huán)境下與（萘）酚類化合物反應(yīng)生成偶氮化合物而顯色。萘胺類化合物如N-（1-萘基）-乙二胺和α-萘胺作為顯色劑時(shí)，形成的偶氮染料在強(qiáng)酸性環(huán)境時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化為季胺鹽類化合物，轉(zhuǎn)化后其最大吸收波長會(huì)紅移30~100nm，摩爾吸光系數(shù)增加20~50%。因此當(dāng)顯色劑為N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽和α-萘胺時(shí)不需加堿性緩沖液。

1.2 儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)主要使用Cary50型紫外-可見分光光度計(jì)、PHS-3B精密pH計(jì)和AEL200型電子分析天平等儀器。所用常規(guī)試劑均為分析純?cè)噭渲斜桨?、氨基磺酸銨（NH4SO3NH2）、氫氧化鈉（NaOH）、硼砂（Na2B4O7·10H2O）、α-萘胺、α-萘酚、鄰甲氧基酚和乙醇購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫酸氫鉀（KHSO4）、亞硝酸鈉（NaNO2）和變色酸購自天津市化學(xué)試劑三廠；N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽購自上海中秦化學(xué)試劑有限公司；8-羥基喹啉購自蘇州市貝斯特精細(xì)化工廠。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。

苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1.0g/L；苯胺標(biāo)準(zhǔn)使用液100mg/L（標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋10倍）；KHSO4溶液25g/L；NaNO2溶液2.5g/L；NH4SO3NH2溶液25g/L；pH 12.5的Na2B4O7-NaOH緩沖液（1.0mol/L NaOH溶液加入到飽和Na2B4O7·10H2O溶液中，調(diào)節(jié)至體系pH為12.5）；顯色劑N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽、α-萘胺、α-萘酚、鄰甲氧基酚、8-羥基喹啉和變色酸的乙醇溶液2g/L。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取樣品溶液10mL于25mL具塞比色管中（若樣品為堿性，用KHSO4溶液調(diào)節(jié)至中性），加入KHSO4溶液1.0mL，搖勻。將比色管放入冰水中，加入NaNO2溶液1mL，搖勻，放置5min。由冰水浴中取出比色管，加入NH4SO3NH2溶液1mL，充分振蕩約2min至氣泡除盡以消除NaNO2對(duì)測定的影響。加入顯色劑1mL，搖勻，加入Na2B4O7-NaOH緩沖液5mL（當(dāng)顯色劑為N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽和α-萘胺時(shí)不加緩沖液），用蒸餾水稀釋至刻度線，混合均勻靜置10min，用10mm比色皿以空白溶液作參比，在指定比色波長下，測定樣品溶液的吸光度。用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，確定樣品中苯胺的含量。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在25mL具塞比色管中分別加入0、2、4、6、8、10 mg/L的苯胺標(biāo)準(zhǔn)系列溶液10 mL，按1.3節(jié)的方法進(jìn)行檢測。以吸光度（A）對(duì)濃度（C）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2. 結(jié)果與分析

2.1 吸收光譜

含有苯胺濃度為2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水樣，按1.3實(shí)驗(yàn)方法顯色，得6種光度法顯色溶液各一份，用紫外可見分光光度計(jì)掃描，得到6種光度法的吸收光譜曲線（圖1）。由圖1可知，N-（1-萘基）-乙二胺、α-萘胺、α-萘酚、鄰甲氧基酚、8-羥基喹啉和變色酸與苯胺所形成的偶氮化合物的最大吸收波長分別位于545、540、495、450、480和510nm處。最大吸收所對(duì)應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)分別為3.25、3.00、2.97、2.37、2.48和2.53×104 L/mol·cm。

2.2 顯色反應(yīng)時(shí)間

含有苯胺濃度為2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水樣，按1.3實(shí)驗(yàn)方法顯色，得6種光度法顯色溶液各一份。添加顯色劑后立即測定體系吸光度，而后分別于添加顯色劑后0.5、1、5、10、20和50min測定體系吸光度。6種反應(yīng)體系吸光度隨時(shí)間的變化見圖2。由圖2可知，反應(yīng)5min體系吸光度即接近最大吸光度，因此本研究確定顯色時(shí)間為10min。另經(jīng)研究表明，N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽、α-萘胺、α-萘酚、鄰甲氧基酚、8-羥基喹啉和變色酸與苯胺所形成的偶氮化合物可分別穩(wěn)定24、24、12、24、2和10h。由此可知，除8-羥基喹啉顯色體系穩(wěn)定時(shí)間較短外，其他顯色體系均可在10h內(nèi)任意時(shí)段完成比色測定。

2.3體系pH對(duì)顯色反應(yīng)的影響

含有苯胺濃度為2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水樣，按1.3實(shí)驗(yàn)方法顯色（此實(shí)驗(yàn)不使用Na2B4O7-NaOH緩沖液，而通過添加不同體積的5mol/L的NaOH調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH），得6種光度法在不同pH時(shí)穩(wěn)定顯色溶液各一份。在不同pH下顯色反應(yīng)的吸光度變化如圖3所示。可見，N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽、α-萘胺、α-萘酚、鄰甲氧基酚、8-羥基喹啉和變色酸6種顯色體系分別在pH為<1.8、<2.0、>11.8、>9.2、>12.0和>12.0時(shí)有最大的吸光度，因此確定N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽和α-萘胺顯色體系不添加Na2B4O7-NaOH緩沖液，而其余需要堿性環(huán)境的顯色體系可通過添加5mL Na2B4O7-NaOH緩沖液將體系pH調(diào)整為12.0~12.5[15]。

2.4 線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

配制不同濃度的苯胺溶液，分別按1.3顯色方法顯色后，測定不同濃度苯胺溶液的吸光度，測得6種顯色體系的線性范圍、工作曲線方程及對(duì)應(yīng)的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2參見表1。由表1可知，6種方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性均較好，能滿足一般分析的要求。分別用6種方法的試劑空白重復(fù)10次實(shí)驗(yàn)，其檢測下限根據(jù)3倍測定空白標(biāo)準(zhǔn)偏差與斜率的比值（3δ/ k）計(jì)算得到[16]。

2.5 回收率和精密度

向空白水樣中添加低（0.2 mg/L）、中（1.0 mg/L）、高（5.0 mg/L）3個(gè)不同濃度的苯胺，應(yīng)用不同顯色體系進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。每個(gè)樣品平行測定8次，結(jié)果見表2。結(jié)果表明，6種方法的平均回收率分別為96.3%～100.6%、98.5%～102.1%、97.4%～105.3%、96.5%～102.8%、95.1%～99.3%、97.0%～101.5%，RSD為分別為2.76%～3.65%、2.24%～3.81%、2.60%～2.87%、3.23%～3.54%、1.96%～4.80%、2.55%～3.72%，表明6種方法均具有較高的準(zhǔn)確度和精密度。

2.6 共存離子的干擾

本實(shí)驗(yàn)對(duì)6種光度法都進(jìn)行了干擾測定，測定內(nèi)容為常見外來干擾離子及幾種常見有機(jī)化合物。在測定2.4mg/L苯胺時(shí)，相對(duì)誤差控制在±5%范圍內(nèi)。104倍量乙醇、甲醇、K+、Na+，103倍量苯、甲苯、丙酮、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Ba2+、Cr3+，100倍量Al3+、Hg2+、Pb2+、Ni2+，50倍量Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cd2+等不干擾測定。測定Ca2+、Mg2+、Ba2+時(shí)均以10%EDTA 1mL掩蔽，測定Fe3+時(shí)以10%酒石酸鉀鈉1mL掩蔽。

2.7 環(huán)境水樣的分析

分別以國標(biāo)法和上述6種分光光度法對(duì)兩種不同水樣中的苯胺進(jìn)行測定。水樣1和水樣2分別為某紡織廠處理前后的廢水，水樣取回經(jīng)過濾后采用1.3實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定，國標(biāo)法測定苯胺實(shí)驗(yàn)方法參見GB11889-89，結(jié)果列于表3。結(jié)果表明，6種分光光度法的測定結(jié)果同國標(biāo)法比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。由此可見，使用本研究的6種重氮偶合分光光度法測定水中苯胺濃度可得到滿意的結(jié)果。

3. 結(jié)論

本法所確立的六種檢測水中苯胺濃度的方法，其準(zhǔn)確度和精確度均可與GB11889-89《水質(zhì) 苯胺類化合物的測定》相比擬，并有線性范圍寬、便捷、迅速、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。水質(zhì)工作者在測定水中苯胺濃度時(shí)，可依據(jù)水中苯胺濃度范圍、要求的精確度、水樣數(shù)量等因素對(duì)方法進(jìn)行選擇。

參 考 文 獻(xiàn)

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