重氮偶合分光光度法測定水中苯胺的研究

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，采用分光光度法分別在545、540、495、450、480和510nm處進行測定。[結果] 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；RSD在1.96~4.80%范圍內。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)計學意義。[結論] 6種方法均簡單、快捷、準確度高，可用于水中苯胺濃度的快速測定。

關鍵詞：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化工原料和精細化工中間體廣泛應用于制藥、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)廢氣和污水進入環(huán)境水體和農業(yè)水體。因其毒性較大，對水體等生態(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，甚至導致各種癌癥[3]。正因為苯胺對人體的危害極大，所以環(huán)境中尤其是農業(yè)用水中苯胺的殘余量引起人們的極大關注，水環(huán)境中的苯胺測定已被列入環(huán)境監(jiān)測的經(jīng)常性項目[4]。

水體中苯胺濃度的測定方法有光度法和電化學法。光度法主要包括分光光度法、熒光光度法[5]、流動注射光度法[6]、醌亞胺光度法[7, 8]、阻抑動力學光度法[9, 10]、催化光度法[6]和褪色光度法[11]等；電化學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、結果重現(xiàn)性好等優(yōu)點占據(jù)主導地位。我國測定水中苯胺濃度的國家標準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、有副反應發(fā)生，而且顯色易受溫度、時間等因素干擾，影響結果的準確性和精確性[14]。

為此，本研究利用亞硝酸鹽與苯胺發(fā)生重氮化反應，再分別應用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生成重氮鹽，而后在堿性環(huán)境下與（萘）酚類化合物反應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，形成的偶氮染料在強酸性環(huán)境時會轉化為季胺鹽類化合物，轉化后其最大吸收波長會紅移30~100nm，摩爾吸光系數(shù)增加20~50%。因此當顯色劑為N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽和α-萘胺時不需加堿性緩沖液。

1.2 儀器與試劑

實驗主要使用Cary50型紫外-可見分光光度計、PHS-3B精密pH計和AEL200型電子分析天平等儀器。所用常規(guī)試劑均為分析純試劑，其中苯胺、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化學試劑有限公司；硫酸氫鉀（KHSO4）、亞硝酸鈉（NaNO2）和變色酸購自天津市化學試劑三廠；N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽購自上海中秦化學試劑有限公司；8-羥基喹啉購自蘇州市貝斯特精細化工廠。實驗用水均為二次蒸餾水。

苯胺標準儲備液1.0g/L；苯胺標準使用液100mg/L（標準儲備液稀釋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 實驗方法

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對測定的影響。加入顯色劑1mL，搖勻，加入Na2B4O7-NaOH緩沖液5mL（當顯色劑為N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽和α-萘胺時不加緩沖液），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。用標準曲線法，確定樣品中苯胺的含量。

1.4 標準曲線的繪制

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

2. 結果與分析

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實驗方法顯色，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。最大吸收所對應的摩爾吸光系數(shù)分別為3.25、3.00、2.97、2.37、2.48和2.53×104 L/mol·cm。

2.2 顯色反應時間

含有苯胺濃度為2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水樣，按1.3實驗方法顯色，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種反應體系吸光度隨時間的變化見圖2。由圖2可知，反應5min體系吸光度即接近最大吸光度，因此本研究確定顯色時間為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)定時間較短外，其他顯色體系均可在10h內任意時段完成比色測定。

2.3體系pH對顯色反應的影響

含有苯胺濃度為2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水樣，按1.3實驗方法顯色（此實驗不使用Na2B4O7-NaOH緩沖液，而通過添加不同體積的5mol/L的NaOH調節(jié)反應體系pH），得6種光度法在不同pH時穩(wěn)定顯色溶液各一份。在不同pH下顯色反應的吸光度變化如圖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調整為12.0~12.5[15]。

2.4 線性范圍、標準曲線和檢出限

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、工作曲線方程及對應的復相關系數(shù)R2參見表1。由表1可知，6種方法的標準曲線線性均較好，能滿足一般分析的要求。分別用6種方法的試劑空白重復10次實驗，其檢測下限根據(jù)3倍測定空白標準偏差與斜率的比值（3δ/ k）計算得到[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個不同濃度的苯胺，應用不同顯色體系進行加標回收試驗。每個樣品平行測定8次，結果見表2。結果表明，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確度和精密度。

2.6 共存離子的干擾

本實驗對6種光度法都進行了干擾測定，測定內容為常見外來干擾離子及幾種常見有機化合物。在測定2.4mg/L苯胺時，相對誤差控制在±5%范圍內。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+時均以10%EDTA 1mL掩蔽，測定Fe3+時以10%酒石酸鉀鈉1mL掩蔽。

2.7 環(huán)境水樣的分析

分別以國標法和上述6種分光光度法對兩種不同水樣中的苯胺進行測定。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實驗方法進行測定，國標法測定苯胺實驗方法參見GB11889-89，結果列于表3。結果表明，6種分光光度法的測定結果同國標法比較差異均無統(tǒng)計學意義（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果。

3. 結論

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

參 考 文 獻

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