張 田

（濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物與化學(xué)工程系，山東濟(jì)寧 272100）

0 引言

選擇分光光度法進(jìn)行水中甲醛含量測(cè)定，原理便是將甲醇氧化為甲醛，在通過(guò)羥醛縮合反應(yīng)來(lái)生成顯色化合物，這樣便能夠在可見(jiàn)光條件下利用分光光度法完成測(cè)定。其中，變色酸分光光度法的抗干擾性比較強(qiáng)，同時(shí)具有良好的反應(yīng)特異性，實(shí)際測(cè)定靈敏度比較高，且成本較低，用于水中甲醇測(cè)定優(yōu)勢(shì)比較明顯。

1 甲醇特性分析

甲醇結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，具有無(wú)色、易揮發(fā)物理特性，是生產(chǎn)生活中常用的有機(jī)溶劑，易溶于水。急性甲醇中毒輕者可出現(xiàn)頭痛、乏力、嗜睡、眩暈及輕度意識(shí)障礙等癥狀，重者會(huì)出現(xiàn)昏迷、癲癇樣抽搐等，對(duì)人體視神經(jīng)產(chǎn)生損傷。同時(shí)，甲醇也是重要的化工生產(chǎn)原料，主要用于甲醛制備，在有機(jī)合成工業(yè)中常用于甲基化劑和溶劑，也可以用于制造農(nóng)藥、醫(yī)藥。甲醇易溶于水，如果水中甲醇含量超標(biāo)直接排放，將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大的損害，抑制水中微生物的生長(zhǎng)繁殖，以及可通過(guò)土壤對(duì)地下水產(chǎn)生污染，因此是水體質(zhì)量監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)之一[1]。

2 水中甲醇測(cè)定方法比較

目前，要實(shí)現(xiàn)甲醇測(cè)定，可以選擇的方法比較多，常見(jiàn)的如氣相色譜法、液相色譜法以及分光光度法等，且不同方法所適用的條件不同。例如氣相色譜法更適用于成分復(fù)雜的生產(chǎn)廢水測(cè)定，利用其自身的分離特點(diǎn)，得到可靠性比較高的測(cè)定結(jié)果。相比來(lái)講，色譜填充柱雖然使用范圍也比較廣，但是因?yàn)槠湓谑褂靡约氨４孢^(guò)程中因?yàn)槲剿趾苋菀资セ钚?，以及在使用前后還需要對(duì)其進(jìn)行活化處理，操作比較麻煩。以及因?yàn)槭杷蕴攸c(diǎn)，水會(huì)先于大部分的有機(jī)化合物從色譜柱中流出，干擾使得基線上漂，降低了甲醛測(cè)定結(jié)果的精確性。再有就是所需設(shè)備儀器的成本投入較高，不適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)[2]。相比來(lái)講，變色酸分光光度法無(wú)論是抗干擾能力還是靈敏度方面均具有更大的優(yōu)勢(shì)，且所需成本較低，更適用于實(shí)際操作使用。但是結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在應(yīng)用變色酸分光光度法進(jìn)行水中甲醇測(cè)定時(shí)，溫度、時(shí)間等因素會(huì)對(duì)最終測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生一定的干擾[3]。比如，難以精確計(jì)算化學(xué)反應(yīng)后的甲醛和甲酸含量，一旦甲醛含量太低，則容易影響到測(cè)定結(jié)果的精確性。所以，為確保分光光度法測(cè)定水中甲醇結(jié)果的精確性，還應(yīng)在結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件做進(jìn)一步的優(yōu)化控制，確定最佳反應(yīng)條件，得到可靠的檢測(cè)結(jié)果。

3 應(yīng)用分光光度法測(cè)定水中甲醇實(shí)驗(yàn)

3.1 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)條件

3.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

儀器：可見(jiàn)分光光度計(jì)（光度精度：±0.2%T）、恒溫水浴鍋（雙列四孔）。試劑：高錳酸鉀、硫酸、偏重亞硫酸鈉、變色酸、高純度BIOBASICINC。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)原理

酸性條件下利用高錳酸鉀將甲醇氧化成甲醛：5CH3OH+2KMnO4+4H3PO4→5HCHO+2MnHPO4+2KH2PO4+8H2O。

甲醇被氧化后，利用偏重亞硫酸鈉將過(guò)剩且未與變色酸產(chǎn)生反應(yīng)的高錳酸鉀除去：

Na2SO4+H2O→2NaHSO3

5NaHSO3+2KMnO4+4H3PO4→2KH2PO4+2MnHPO4+5Na HSO4+3H2O

甲醛與變色酸反應(yīng)生成紫紅色絡(luò)合物（圖1）：

圖1 紫紅色絡(luò)合物

通過(guò)甲醛與變色酸反應(yīng)生成紫色化合物的吸光度結(jié)果，完成試樣甲醇含量的計(jì)算。

3.1.3 試劑與溶液

1）甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 g/L）。共吸取0.7913 g/mL甲醇1.26 mL，然后將其添加到100 mL容量瓶?jī)?nèi)，并向容量瓶中繼續(xù)添加適量的蒸餾水來(lái)進(jìn)行稀釋至刻度位置，最后將混合液充分搖勻混合。

2）甲醇標(biāo)準(zhǔn)使用液。分別來(lái)準(zhǔn)確吸取甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10.0 mL、15.0 mL、20.0 mL、25.0 mL以及30.0 mL，然后分別將其置入到100 mL的容量瓶?jī)?nèi)，然后向其中加入適量的蒸餾水稀釋到刻度，將混合液搖勻[4]。此時(shí)可得到濃度分別為0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L以及3 000 mg/L的甲醇溶液。

3）磷酸-高錳酸鉀溶液。準(zhǔn)確稱(chēng)取高錳酸鉀3.0 g，然后溶于15 mL的85%磷酸與70 mL水中，進(jìn)行充分混合后，添加適量的水稀釋到100 mL。

4 ）變色酸溶液。準(zhǔn)確稱(chēng)取變色酸二鈉鹽（C10H6O8S2Na2）0.2 g，置入燒杯后加入10 mL的水，以及緩慢加入90 mL 98%的硫酸，進(jìn)行充分搖勻，注意要現(xiàn)用現(xiàn)配[5]。

5）偏重亞硫酸鈉溶液。選擇適量的水早100 mL的容量瓶中將10.0 g的偏重亞硫酸鈉完全溶解，并加水稀釋到的刻度后充分混勻。

3.1.4 實(shí)驗(yàn)方法

分別吸取2 mL的不同濃度甲醇標(biāo)準(zhǔn)液與試劑空白，然后將其置入到25 mL的比色管中，將少量的磷酸-高錳酸鉀溶液繼續(xù)加入到比色管內(nèi)，確保能夠充分反應(yīng)。在以滴加的方式向其中加入偏重亞硫酸鈉，直到產(chǎn)生的紫色恰好退去，搖勻后沿著管壁緩慢加入10 mL的變色酸溶液，加塞進(jìn)行充分搖勻，對(duì)其進(jìn)行水浴加熱一定時(shí)間后取出，冷卻到室溫。選用1 cm的比色管，置于570 mm處，利用樣品空白調(diào)零，對(duì)甲醇溶液的吸光度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。

3.1.5 計(jì)算結(jié)果

水樣內(nèi)甲醇質(zhì)量濃度計(jì)算公式：

C=m/Vw

式中，C表示甲醇質(zhì)量濃度（mg/L）；

m表示甲醇質(zhì)量（mg）；

Vw表示水樣體積（L）。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 最大吸收波長(zhǎng)

分別選擇質(zhì)量濃度為50 mg/L、100 mg/L以及150 mg/L的甲醇溶液，通過(guò)測(cè)定不同波長(zhǎng)下的吸光度，確定波長(zhǎng)與吸光度之間的關(guān)系。結(jié)果顯示所選三個(gè)不同質(zhì)量濃度的甲醇溶液均在570 nm處存在最大吸光度，表示此波長(zhǎng)摩爾吸收系數(shù)值最大，靈敏度最高。以及在此較小波長(zhǎng)范圍內(nèi)，吸光度不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變化，進(jìn)而不會(huì)導(dǎo)致比爾定律偏離，得到較高可靠度的測(cè)定結(jié)果，因此進(jìn)行水中甲醇測(cè)定時(shí)，可以選擇570 nm作為吸收波長(zhǎng)。

3.2.2 高錳酸鉀用量

各選擇質(zhì)量濃度為30 mg/L和60 mg/L的甲醇溶液2.0 mL，對(duì)不同高錳酸鉀用量條件下的吸光度進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)結(jié)果可知，隨著所用高錳酸鉀用量的增多，顯色反應(yīng)吸光度會(huì)出現(xiàn)一個(gè)極大值，即2.0 mL的添加量可以得到最佳的甲醇氧化效果。因?yàn)楦咤i酸鉀屬于強(qiáng)氧化劑，增加用量可以促使甲醇過(guò)量氧化，反應(yīng)體系內(nèi)的甲醛濃度降低，與變色酸反應(yīng)所生成紫紅色絡(luò)合物總量減少，吸光度降低，因此最終試驗(yàn)以2.0 mL的添加量為宜。

3.2.3 高錳酸鉀氧化時(shí)間

各選擇質(zhì)量濃度為30 mg/L和60 mg/L的甲醇溶液2.0 mL，對(duì)不同磷酸-高錳酸鉀氧化時(shí)間條件下的吸光度進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)比對(duì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在氧化時(shí)間為5 min時(shí)具有最佳效果，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，甲醇氧化所生成的甲醛將會(huì)繼續(xù)進(jìn)行氧化反應(yīng)并生成甲酸，紫色化合物總量會(huì)減少，而影響到吸光度，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果與實(shí)際情況相比偏低，以5 min為最佳氧化時(shí)間。

3.2.4 最佳顯色溫度

通過(guò)圖2可知，在顯色溫度未達(dá)到68℃的條件下，顯色反應(yīng)吸光度會(huì)隨著溫度升高而增大；在溫度達(dá)到68～74℃時(shí)，吸光度出現(xiàn)最高狀態(tài)；在顯色溫度超過(guò)74℃后，顯色吸光度會(huì)隨著溫度升高而降低。即當(dāng)溫度超過(guò)一定限值后，會(huì)促使紫色絡(luò)合物受熱分解，進(jìn)而吸光度降低，以70℃為最佳顯色反應(yīng)溫度。

圖2 最佳顯色時(shí)間選擇

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用吸光光度法來(lái)進(jìn)行水中甲醇測(cè)量，相比其他方法不僅成本低、操作簡(jiǎn)單，且具有較高的靈敏度[6]。為進(jìn)一步提高檢測(cè)結(jié)果的精確性，需要合理確定各項(xiàng)反應(yīng)條件，達(dá)到最佳測(cè)定效果。