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陽離子表面活性劑締合微粒熒光光譜法測定水中溶解氧

2020-07-30 01:59:28張馳馬嬋盧奕彤
應(yīng)用化工 2020年6期
關(guān)鍵詞:羅丹明吸收光譜反應(yīng)時間

張馳,馬嬋,盧奕彤

(1.長安大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院,陜西 西安 710064;2.西安科技大學(xué) 測繪學(xué)院,陜西 西安 710054)

測定水中DO的常用方法有碘量滴定法(Winkler法)、電化學(xué)法和光學(xué)法等[1-3]。碘量法耗時長且繁瑣,滴定過程中可能造成讀數(shù)或終點判斷的誤差[4];電化學(xué)方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)測量,但維護費用昂貴、精確度低、不穩(wěn)定和易受干擾等問題[5],光學(xué)法不消耗氧氣,且抗干擾能力較強[6-7]。

熒光光譜技術(shù)由于其操作便捷,被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)檢測中,尤其是在無機物、有機物分析中有著非常廣泛的應(yīng)用[8]。熒光分光光度法測定水體中DO雖已有文獻報道,但多數(shù)是建立在直接測定Winkler法中所產(chǎn)生的單質(zhì)碘的基礎(chǔ)上,很少有報道用I3-和Rh6G締合來測定DO。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

碘化鉀、硫酸錳、碘酸鉀、硫酸、羅丹明6G、羅丹明B、羅丹明S均為分析純。

Cary Eclipse型熒光分光光度計(附1 cm適應(yīng)比色皿);TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計;SK2200HP超聲波反應(yīng)器。

1.2 實驗方法

將一定量的93.5 μmol/L KIO3溶液加入5 mL帶塞刻度試管中,依次加入150 μL 5.0 mmol/L KI溶液,150 μL 0.1 mol/L的硫酸錳溶液,20 μL 0.47 mol/L硫酸溶液,200 μL 0.5 mmol/L羅丹明6G,混合均勻,暗處放置30 min,使其充分反應(yīng),用水定容至2.0 mL,取反應(yīng)液于石英皿中,測定560 nm處熒光光譜的強度,不加碘化鉀作為空白I0,計算ΔI=I0-I。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光光譜

熒光光譜見圖1。

圖1 (a)KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G熒光光譜,(b) KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB熒光光譜Fig.1 (a) Fluorescence spectra of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G,(b) Fluorescence spectra of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB

Rh6G++I3-= Rh6G-I3

n(Rh6G-I3)=(Rh6G-I3)nparticle

在選定條件下,Rh6G-I3締合微粒的濃度與熒光分光光譜的強度呈良好的線性關(guān)系,據(jù)此可建立測定水中溶解氧的分析方法。

2.2 紫外吸收光譜

吸收光譜是驗證體系表面等離子體吸收是否存在的簡便技術(shù),體系的吸收光譜見圖2。

圖2 (a)KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G 體系的紫外吸收光譜,(b)KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB體系的紫外吸收光譜Fig.2 (a) UV absorption spectrum of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G system,(b) UV absorption spectrum of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB system

2.3 分析條件的優(yōu)化

2.3.1 KI濃度的影響 KI濃度對ΔI的影響見圖3。

圖3 KI濃度對ΔI的影響Fig.3 Effect of KI concentration on ΔI

由圖3可知,如果系統(tǒng)中沒有KI,則發(fā)光強度最高。當(dāng)KI、KIO3和MnSO4作用形成I3-,在H2SO4介質(zhì)條件下與Rh6G形成Rh6G-I3締合微粒,熒光光譜的強度顯著增強。系統(tǒng)中KI濃度越高,Rh6G-I3締合粒子越多,熒光強度越強,ΔI值越高。當(dāng)KI濃度超過0.375 mmol/L時,隨著熒光光譜強度減弱,ΔI也隨之降低。故采用KI的濃度為0.375 mmol/L 。

2.3.2 反應(yīng)時間的影響 反應(yīng)時間對ΔI的影響見圖4。

圖4 反應(yīng)時間對ΔI的影響Fig.4 Effect of reaction time on ΔI

由圖4可知,隨著反應(yīng)時間的延長,I3-和Rh6G的結(jié)合度增加,熒光強度增大,ΔI增大,當(dāng)反應(yīng)時間達到30 min時,I3-和Rh6G的結(jié)合基本完成,熒光強度不再發(fā)生變化,ΔI值開始穩(wěn)定。故采用反應(yīng)時間為30 min。

2.3.3 MnSO4濃度的影響 MnSO4的濃度對ΔI的影響見圖5。

圖5 MnSO4濃度對ΔI的影響Fig.5 Effect of MnSO4 concentration on ΔI

2.3.4 H2SO4濃度的影響 H2SO4的濃度對ΔI的影響見圖6。

圖6 H2SO4濃度對ΔI的影響Fig.6 Effect of H2SO4concentration on ΔI

由圖6可知,體系中不存在H2SO4時,Rh6G-I3締合粒子的光譜強度較小,ΔI值較小。加入H2SO4時,發(fā)光強度顯著增加,ΔI值顯著增加,H2SO4濃度達到5 mmol/L時,發(fā)光強度最強且ΔI達到最大值,發(fā)光強度值繼續(xù)上升,ΔI值逐漸下降。故采用濃度為5 mmol/L的H2SO4。

2.3.5 Rh6G濃度的影響 Rh6G的濃度對體系ΔI的影響見圖7。

圖7 Rh6G濃度對ΔI的影響Fig.7 Effect of Rh6G concentration on ΔI

由圖7可知,體系中不存在Rh6G時,熒光光譜的強度基本為0,ΔI的值較小,當(dāng)加入Rh6G時, 熒光強度增加,ΔI值增大,當(dāng)加入的 Rh6G為10 μmol/L 時,熒光光譜達到最大值,ΔI達到最大值,隨著Rh6G濃度繼續(xù)增加,熒光的強度逐漸減小,ΔI的值也隨之減小。故采用Rh6G濃度為 10 μmol/L。

2.4 共存物的影響

共存離子對系統(tǒng)的干擾見圖8。

圖8 共存物對體系的干擾Fig.8 Interference of coexisting substances on the system

由圖8可知,當(dāng)KI濃度為23.4 mmol/L時,相對誤差在±5%內(nèi),10 mmol/L 的Ca2+、Al3+、Fe3+、Cd2+、50 μmol/L的Ba2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+,100 μmol/L 的Co2+,11.7 mmol/L 的L-天冬氨酸、L-纈氨酸24.1 mmol/L 的L-苯硫氨酸、23.4 mmol/L 的L-苯丙氨酸,對KIO3的測定無干擾,25 μmol/L的Hg+,23.4 μmol/L的L-賴氨酸、DL-甲硫氨酸,對KIO3的測定仍有干擾??偟膩碚f,有很多離子不干擾實驗,對實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性影響不大,說明該方法具有良好的選擇性。

2.5 線性關(guān)系

在最佳實驗條件下,分別取不同濃度的KIO3進行測試,并以熒光光譜光強度ΔI對其濃度C進行分析,結(jié)果見表1。

表1 陽離子熒光染料體系熒光光譜分析特性的比較Table 1 Comparison of fluorescence spectrum analysis characteristics of cationic fluorescent dye system

由表1可知,KIO3的濃度在(0.116 9~3.51) μmol/L范圍內(nèi)ΔI呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,回歸方程為ΔI= 12.699C-4.786 9,相關(guān)系數(shù)為R2=0.994 5。

2.6 分析應(yīng)用

從桂林兩江四湖水系分區(qū)采取10個樣品(采集地點見表2),按照實驗方法測定樣品中DO的含量,每種樣品平行測定4次,取平均值,結(jié)果見表3,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在1.42%~2.93%。

表2 樣品采集分布點Table 2 Sample collection and distribution points

表3 樣品中DO測定結(jié)果Table 3 DO determination results in samples

3 結(jié)束語

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