國標法測定水中苯胺類化合物的不足與改進

李會平，李賽男，李明華，王小燕

(青島科技大學化學與分子工程學院，山東 青島 266042)

苯胺是重要的化工原料，對人和生物危害極大，其含量是環境監測的重要指標，環境水中苯胺的測定是環境化學專業學生重要的實驗內容。苯胺測定方法主要有分光光度法[1,2]，熒光法[3]，色譜法[4-6]等，其中國標法最經典。在實驗教學中發現，該方法雖然靈敏度高，檢測限低，但存在如下問題：(1)顯色劑N-(1-萘基)乙二胺溶液濃度大，難于溶解，致使溶液渾濁，試劑空白值高，散射嚴重；(2)苯胺標準溶液用0.05 mol·L-1硫酸配制，導致后續的酸度調節操作難于標準化；(3)高濃度的苯胺儲備液(約5000 m·gL-1)直接稀釋為10 m·gL-1的苯胺使用液，稀釋倍數太大而引起的操作誤差；(4)重氮化反應及顯色反應的酸度范圍，直接影響反應時間和吸光度值，是最重要的實驗條件之一。在國標法中用固體KHSO4調節標準溶液酸度，操作繁瑣，且用固體KHSO4和無水Na2CO3調節水樣酸度，可能導致水樣鹽度增大，使結果偏低[7]。以上諸因素導致國標法操作復雜、分析時間長、試劑空白值高、測定精密度和準確度差。

針對以上問題，分別從標樣配制和稀釋方法改進、酸度調節劑改變和操作方法標準化、顯色劑配制方法和用量優化等方面，對國標法測定水中苯胺類化合物進行了探索和改進。簡化了實驗操作，降低了試劑空白、提高了實驗精密度。并用改進后的方法測定了印染廢水中苯胺的含量，通過精密度及回收率實驗，并與國標法比較，評價了本實驗方法。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

(1)儀器：Cary 60型紫外可見分光光度計(安捷倫)，分析天平(梅特勒)，PB-10型酸度計(賽特利斯)，磁力攪拌器，1 cm玻璃比色皿，25 mL比色管，容量瓶(25 mL、50 mL)，移液管(1.0 mL、2.0 mL、10.0 mL)，吸量管(5.0 mL、10.0 mL)，精密pH試紙(0.5～5.0)。

(2)試劑：5000 mg·L-1苯胺標準水溶液，5000 mg·L-1苯胺標準(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，NaOH(6 mol·L-1、0.1 mol·L-1)，H2SO4(10 mol·L-1、0.05 mol·L-1)，KHSO4(s)，Na2CO3(s)，5.0% NaNO2，2.5%氨基磺酸銨，20 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽水溶液，5.0 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，實驗用水為二次去離子水。

1.2 標樣儲備液和使用液的配制

(1)國標方法：加入10 mL 0.05 mol·L-1H2SO4于25 mL容量瓶中，稱準至0.0001 g，加苯胺35滴，再稱量，用0.05 mol·L-1H2SO4稀釋，定容。此儲備液濃度約為5000 mg·L-1。使用時直接將此溶液用0.05 mol·L-1H2SO4稀釋至10 mg·L-1的苯胺使用液(現用現配)。

(2)改進方法：加入10 mL水于25 mL容量瓶中，稱準至0.0001 g，滴加35滴苯胺，再稱量，用水稀釋，定容。此儲備液濃度約為5000 mg·L-1。使用時先將此溶液用水稀釋10倍，再配成濃度為10 mg·L-1的苯胺使用液(現用現配)。

1.3 酸度的調節

(1)國標方法：將水樣過濾后，用KHSO4或無水Na2CO3調節pH=6，作為試樣。在制作標準曲線和測定水樣時，重氮化反應要求的酸介質，均以KHSO450 mg加入比色管中，用pH精密試紙(0.5～5.0)控制pH=1.5～2.0(不可用試紙直接測定酸度，需預先取另一份相同體積的該水樣作為參考值)。

(2)改進方法：將水樣過濾后，根據其酸度可先用10 mol·L-1H2SO4或6 mol·L-1NaOH調pH約為6，再用0.05 mol·L-1H2SO4或0.1 mol·L-1NaOH精調pH=6，作為試樣。在制作標準曲線和測定水樣時，重氮化反應要求的酸介質，均加入1.0 mL 0.05 mol·L-1H2SO4于比色管中，控制 pH=1.5～2.0(不必測定酸度)。

1.4 顯色劑的配制

(1)國標方法：稱2 gN-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽，溶于水中(必要時可溫熱助溶)。稀釋至100 mL，過濾后使用。此溶液濃度為20 g·L-1。

(2)改進方法：稱0.5 gN-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽，溶于100 mL 0.05 mol·L-1H2SO4中，過濾后使用。此溶液濃度為5.0 g·L-1。

1.5 標準曲線的制作及水樣的測定

(1)國標方法：準確移取按國標法配制的10 mg·L-1苯胺標準溶液0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL于6支25 mL比色管中，加水至10 mL，加入KHSO450 mg，搖勻，加1滴5% NaNO2溶液，搖勻，靜置3 min，加入0.5 mL 2.5%氨基磺酸銨，充分振蕩，靜置3 min，待氣泡除盡后，加入1.0 mL 20 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽水溶液，用水稀釋至刻度，搖勻，靜置30 min，用1 cm的比色皿，以試劑空白為參比液，在545 nm處測定吸光度A，制作標準曲線。準確移取適量水樣(含苯胺0.5～30 μg)，以同樣方法測定水樣中苯胺，用標準曲線法計算結果。

(2)改進方法：準確移取按改進方法配制的10 mg·L-1苯胺標準溶液0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL于6支25 mL比色管中，各加入1.0 mL 0.05 mol·L-1H2SO4，加水至10 mL，搖勻。加1滴5% NaNO2溶液，搖勻，放置3 min，加入0.5 mL 2.5%氨基磺酸銨，充分振蕩，放置3 min，待氣泡除盡后，加入8.0 mL 5.0g·L-1N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，用水稀釋至刻度，搖勻，放置40 min，后續操作及水樣測定同1.5(1)國標方法。

2 結果與討論

2.1 標樣配制方法的改進

2.1.1 標樣的配制溶劑的改進

國標法中苯胺標準溶液用0.05 mol·L-1硫酸為溶劑，在制作標準曲線時，因不同濃度的溶液中加入的標準溶液體積不同(0.5～4.0 mL)，所以在后續的酸度調節步驟中，各濃度的標準溶液中，需加入的固體KHSO4質量不同，且各標準溶液調節酸度時不可用試紙直接測定，均需預先取另一份相同體積的該水樣作為參考值，操作繁瑣，耗時費力，各溶液pH難于完全一致。

改進方法中苯胺標準溶液用水配制(苯胺在水中的溶解度為3.7 g/100 g), 在制作標準曲線時，各濃度的標準溶液濃度的標準溶液pH相同，在后續的酸度調節步驟中，每種溶液中，需加入的0.05 mol·L-1硫酸體積相同，操作簡便，且各溶液pH完全一致。

2.1.2 標樣稀釋倍數的改進

國標法中苯胺標準儲備液(約5000 mg·L-1)直接稀釋為10 mg·L-1的苯胺使用液，如配制苯胺使用液體積為50 mL，移取儲備液體積僅為0.10 mL，按讀數誤差最低為±0.01 mL計算，僅此項引起的濃度誤差就為±10%。改進方法中先將苯胺標準儲備液用水稀釋10倍，再配成濃度為10 mg·L-1的苯胺使用液，從而把因稀釋倍數引起的濃度誤差降至±1.2%。

2.2 酸度的調節方法改進及用量優化

2.2.1 水樣酸度調節方法改進：

國標法中水樣經過濾后，用固體KHSO4或無水Na2CO3調節pH=6。印染廠含苯胺廢水常常堿度很大，需要加入大量的固體KHSO4才可調節pH=6，這使得水樣的鹽度加大，使苯胺測定值偏低。改進方法中水樣過濾后，先用10 mol·L-1H2SO4或6 mol·L-1NaOH溶液粗調pH約為6，再用0.05 mol·L-1H2SO4或0.1 mol·L-1NaOH溶液精調pH=6，操作簡便，有效避免了水樣的鹽度加大產生的測定誤差。

2.2.2 重氮化反應酸度調節方法改進及用量優化

重氮化反應前，國標法以KHSO4為酸度調節劑，用精密pH試紙控制pH=1.5～2.0，因不可用試紙直接測定酸度，需預先取另一份相同體積的該溶液作為參考值。這種方法除了如2.2.1中所述的導致溶液鹽度加大之外，操作繁瑣，費時費力且不易精確控制溶液酸度。

改進方法中，以0.05 mol·L-1H2SO4為酸度調節劑。為確定0.05 mol·L-1H2SO4用量，取7支25 mL比色管，各加入苯胺標準溶液(10 mg·L-1)1.0 mL，分別加入不同體積的 0.05 mol·L-1H2SO4，加水稀釋至10 mL搖勻，用酸度計測定其pH值，結果見表1。

由表1可知，當0.05 mol·L-1H2SO4加入量在1.0～2.0 mL時，即可滿足pH=1.5～2.0。本實驗選擇加入1.0 mL 0.05 mol·L-1H2SO4，這樣在制作標準曲線和測定水樣時，不必測定酸度即可精確控制溶液pH在要求的范圍。

表1 重氮化反應酸度調節劑用量

Table 1 The dosage of acidity regulator for diazo reaction.0.05 molL-1 H2SO4

表1 重氮化反應酸度調節劑用量

0.05mol?L-1H2SO4用量/mL重氮化反應酸度/pH0.52.071.01.751.51.632.01.522.51.433.01.363.51.32

2.2.3 顯色反應酸度控制

重氮化后，顯色反應酸度需在pH=1.0～2.0之間進行。國標法顯色劑為20 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽水溶液，加入量為1.0 mL。改進法顯色劑為5 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，加入量為8.0 mL。顯色反應完畢測定各標準溶液的酸度，數據見表2。

表2 改進法的顯色反應酸度

由表2可知，改進法中顯色劑以0.05 mol·L-1H2SO4為溶劑，顯色反應酸度在pH=1.0～2.0之間，并且因前面的重氮化反應酸度控制精確，后面的顯色劑加入量一致，所以改進法各標準溶液的顯色反應酸度條件完全一致，可有效提高測定數據的精密度。

2.3 顯色劑的配制方法改進、顯色時間及用量選擇

2.3.1 顯色劑的配制方法改進

國標法中顯色劑的濃度較大(20 g·L-1)，難于溶解，致使溶液渾濁，過濾后仍不清澈，試劑空白值高。改進法將顯色劑濃度降低為5.0 g·L-1，并根據其弱堿性，用0.05 mol·L-1H2SO4溶解，如圖1所示，過濾后溶液清澈，試劑空白值大大降低，散射誤差減小。

圖1 改進前后的顯色劑溶液照片

國標法要求顯色劑溶液在冰箱中保存，不宜多配，當溶液變渾濁就應重新配制。而改進法配制的顯色劑溶液室溫放置1.5個月后，仍保持透明狀態未變質。

2.3.2 顯色劑用量和顯色時間選擇

為優化改進法的顯色劑用量和顯色時間，分別移取10 mg·L-1苯胺標準溶液2.0 mL于10支25 mL比色管中，按1.5(2)方法，依次加入不同體積的顯色劑，改變顯色時間，測定吸光度值，結果見圖2。由圖2數據可知，當顯色時間為40 min時，顯色劑加入量大于8.0 mL時，吸光度值基本不變。當顯色時間為50 min和60 min時，顯色劑加入量大于3.0 mL時，吸光度值基本不變。從提高實驗效率的角度考慮，本實驗選擇顯色劑加入量為8.0 mL，顯色時間為40 min。

圖2 顯色時間和顯色劑用量對吸光度的影響

2.4 改進法和國標法的標準曲線、檢出限比較

按1.5(1)(2)操作方法，分別配制兩種標準溶液系列，顯色后如圖3所示。由圖3可見，改進法標準溶液系列明顯比國標法標準溶液系列更清澈，因此散射引起的誤差更小。

圖3 改進前后的標準系列溶液照片

用國標法和改進法分別測定吸光度-苯胺濃度標準曲線，結果如圖4。

圖4 國標法和改進法的標準曲線

由圖4可知，國標法標準曲線的線性方程為A=0.42902c-0.01396，R2=0.9982，方法檢出限為0.05 mg·L-1。改進法標準曲線的線性方程為A=0.49274c+0.00732，R2=0.99991，方法檢出限為0.01 mg·L-1。

比較國標法和改進法的標準曲線，改進法的相關系數更高，方法檢出限更低。

2.5 改進法的精密度

移取10 mg·L-1苯胺標準溶液1.0 mL，按1.5(2)節步驟用改進法配制標準溶液(苯胺濃度為0.40 mg·L-1)及吸光度測定，結果見表3。

表3 改進法的精密度測定

由表3數據可知，改進法的測定結果重復性好，精密度高。

2.6 水樣分析

按1.5節操作方法，用國標法和改進法測定印染廠廢水樣品苯胺含量，同時用改進法做加標回收測定回收率。測定結果見表4。

表4 國標法與改進法對廢水中苯胺的測定

由表4可知，改進法測定兩個廢水樣品的回收率為98.74%和102.6%，和國標法測定結果的相對誤差分別為1.1%和1.7%。

3 結語

本實驗以國標法為理論依據，改進的宗旨是在實驗中最大程度地減免誤差，規范、簡化操作，使不同濃度的標準溶液和水樣在進行重氮化及顯色反應中條件一致，以提高實驗的精密度和準確度。

實驗表明，改進法的標樣稀釋方法誤差大大降低；水樣、重氮化反應及顯色反應的酸度調節操作更簡便、準確，節省了分析時間；顯色劑溶解度明顯增大，溶液清澈，試劑空白值低，散射誤差小。通過精密度、回收率實驗以及和國標法的對比可知，改進法結果重復性、精密度好，回收率高，測定結果和國標法一致。