高錳酸鹽指數(shù)的影響因素

林詩琦

（廣州市生態(tài)環(huán)境局番禺環(huán)境監(jiān)測站， 廣東 廣州 511483）

水污染治理一直是國家在經(jīng)濟發(fā)展的重點，而保護水環(huán)境的必要做法則是水質(zhì)的分析檢測，高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧、重金屬等都是在水質(zhì)檢測分析中的重要指標。高錳酸鹽指數(shù)的測定以高錳酸鉀為氧化劑，從而得出水樣中易被強氧化劑高錳酸鉀溶液氧化的還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑含量來測試水中所含有的還原性無機物的含量是否超過閾值的標準，以mg/L 為單位[1]。高錳酸鹽指數(shù)是評價水質(zhì)污染程度的主要雙指標之一，通常作為還原性有機物和無機物污染程度的綜合指標[2]。水源中有機物的種類和濃度不同，會直接影響高錳酸鹽的氧化能力和反應速率：隨著溫度升高，有機物的生物降解速率加快，導致高錳酸鹽指數(shù)下降；另外，光照會影響水中有機物的降解速率，從而影響高錳酸鹽指數(shù)的值。因此對環(huán)境水體的有機物等還原性物質(zhì)進行監(jiān)測非常必要，高錳酸鹽指數(shù)成為了尤為主要的一環(huán)。

測定高錳酸鹽指數(shù)時，需注意高錳酸鉀溶液的濃度、溶液酸度、加熱溫度、反應時間等因素[3-4]，以避免干擾因素對測定結(jié)果的影響,水質(zhì)中高錳酸鹽指數(shù)測定準確性的影響因素如下。

1 影響高錳酸鹽指數(shù)測定結(jié)果的主要因素

1.1 高錳酸鉀溶液

市面上流通的高錳酸鹽溶液是相當穩(wěn)定的，但大多數(shù)高錳酸鉀固體試劑會含有一定的雜質(zhì)，里面的 MnO4-、二氧化硫、硫酸鹽相互反應會析出MnO(OH)2沉淀，而反應析出的MnO(OH)2和MnO2又會導致高錳酸鉀溶液分解加快，從而使高錳酸鉀溶液的使用壽命變短。因此，必須正確地配置和保存高錳酸鉀溶液。

1.1.1 高錳酸鉀貯備溶液的配置

在市售的高錳酸鉀固體中，因其含有一定量的雜質(zhì)會影響高錳酸鉀溶液的使用。故在配置的過程時為了避免高錳酸鉀溶液與蒸餾水中雜質(zhì)反應導致高錳酸鉀的濃度與標準值不符，所以在配置稱重時高錳酸鉀會高于標準值。配置完好的高錳酸鉀溶液置于90～95 ℃水浴加熱兩個小時使溶液中的還原性物質(zhì)氧化，同時為了延長配置完好的溶液的保存期，應當放置在暗處并使用棕色瓶保存，避免強光直射導致溶液氧化[5]。

1.1.2 高錳酸鉀標準使用液的標定

臨用前將配置完畢的高錳酸鉀貯備液稀釋10倍。配置高錳酸鉀標準使用液，每次測定前需進行溶液標定來確定它的準確性，因其溶液的濃縮性，配置之后的每次實驗預備也需進行標定。通過計算濃度來確定所需稀釋比例，降低因高錳酸鉀溶液濃度對高錳酸鹽指數(shù)測定的偏差[6]。

1.1.3 高錳酸鉀溶液對高錳酸鹽指數(shù)的測定影響

在實驗的測定當中，高錳酸鉀主要用作于反應中的氧化劑，在高錳酸鉀指數(shù)的測定當中會產(chǎn)生以下的影響：標準溶液的濃度對測定結(jié)果的影響。測定過程當中，標準溶液的濃度會對測試中空白值和樣品值會產(chǎn)生較大的影響。大量實驗分析發(fā)現(xiàn)，當高錳酸鉀溶液的濃度在0.009 8 mol/L 至0.010 0 mol/L（K值范圍0.950～1.01，空白值小于0.5 mg/L），準確性最高。具體如下：當高錳酸鉀溶液校正系數(shù)K≤1 時，草酸鈉標準溶液的濃度為0.010 0 mol/L，空白實驗才能正常完成[7]。當K值較小即高錳酸鉀溶液濃度過低時，空白消耗量偏大，使測定結(jié)果偏低；當K值較大即高錳酸鉀溶液濃度大于0.010 0 mol/L 時，空白實驗無法完成[8]。所以高錳酸鉀溶液的濃度應≤0.010 0 mol/L，越接近理論值越好。

1.2 加熱時間的影響

在高錳酸鹽指數(shù)的酸性條件下，溫度是影響測定結(jié)果的關鍵因素之一。根據(jù)國家標準要求，反應溫度應在60～80 ℃之間。因此，本實驗通過水浴沸騰加熱的方法，探究不同加熱時間對高錳酸鹽指數(shù)測定結(jié)果的影響。選用三個高錳酸鹽指數(shù)標樣：第一個高錳酸鹽指數(shù)環(huán)境標準樣品（203190），其標樣范圍值為（1.29±0.15）mg/L；第二個標準樣品（2031101），范圍值為（2.29±0.31）mg/L；第三個標準樣品（2031109），范圍值為（4.74±0.37）mg/L。表1 列出了在保持一定反應溫度下，不同加熱時間對其分析結(jié)果的準確度影響。

表1 在一定的反應溫度下不同加熱時間對分析結(jié)果的影響

由表1 可知，測定結(jié)果隨加熱時間越長則結(jié)果越大，（30±2）min 是高錳酸鹽指數(shù)的標樣范圍值要求[9]，由實驗可得30 min 的加熱時間最接近測定真值。因此，同一批樣品在測定時應嚴格控制統(tǒng)一加熱時間，加熱時間以30 min 為最佳，這樣可以提高數(shù)據(jù)的準確度[10]。

1.3 加熱溫度的影響

在水浴加熱過程中，加熱溫度越高，高錳酸鉀氧化水樣中的還原物質(zhì)的速率也越快，導致高錳酸鹽指數(shù)測定結(jié)果偏高[11]。反之，如果加熱溫度過低，則可能導致氧化不充分，高錳酸鹽指數(shù)測定結(jié)果偏低。因此，在進行高錳酸鹽指數(shù)測定時必須控制加熱溫度，將水浴加熱溫度控制在96～98 ℃范圍內(nèi)，并確保水浴鍋內(nèi)沸水的水面要高于錐形瓶內(nèi)的液面（1 cm 以上）[12]，以確保實驗的準確性。

1.4 酸度的影響

高錳酸鹽指數(shù)酸性法測定是在pH＜2的酸性條件下，通過高錳酸鉀將樣品中的某些有機物及還原性物質(zhì)氧化。經(jīng)過大量實驗數(shù)據(jù)表明，當水樣中[H+]為0.5～1 mol/L 時，滴定終點為0.2～0.5 mol/L，高錳酸鹽指數(shù)測定值才接近真值[13-14]。酸度過高將促進H2C2O4分解；酸度過低KMnO4會部分被還原為MnO2沉淀[15]。

1.5 滴定時間的影響

本實驗在實驗室中通過對高錳酸鹽指數(shù)的滴定時間和對應的溫度進行了深入研究和記錄。在水浴鍋中沸水浴液面略高于錐形瓶液面高度的前提下，對加熱30 min，然后從水浴鍋中取出錐形瓶，立刻測量溫度為95 ℃。下面是按實驗步驟加入草酸鈉（0.01 mol/L）10 mL 后，錐形瓶內(nèi)樣品溫度下降到了80 ℃后，對其進行控溫實驗的結(jié)果，探討滴定時溫度對高錳酸鹽指數(shù)的影響。選用三個高錳酸鹽指數(shù)標樣：第一個高錳酸鹽指數(shù)環(huán)境標準樣品（2031113），其標樣范圍值為（2.72±0.30）mg/L；第二個標準樣品（2031109），范圍值為（4.74±0.37）mg/L；第三個標準樣品（2031110），范圍值為（7.20±0.40）mg/L。表2 列出了在保持一定反應時間下，不同滴定時間對其分析結(jié)果的準確度影響。

表2 同一反應時間下不同滴定時間對分析結(jié)果的影響

由表2 可知，滴定時間越長，滴定溫度越低，則結(jié)果越大，且滴定時間到達3 min 時，標準樣品2031113 錐形瓶溫度在57～66 ℃（超出國家標準60～80 ℃范圍），且標樣2031113 高錳酸鹽指數(shù)超出了標樣范圍值要求。由實驗可得滴定時間在3 min最為適宜。因此在平常的測定中，加快滴定的速度，提高數(shù)據(jù)的準確性。

2 結(jié) 論

高錳酸鹽指數(shù)在一定條件下，其測定結(jié)果與高錳酸鉀溶液的濃度，溶液的酸度，加熱時間和溫度等條件有關。因此在實驗測定過程中，注意以下細節(jié)可提高測定結(jié)果的準確性。本次研究結(jié)論如下：

高錳酸鉀溶液濃度必須要控制在≤0.010 0 mol/L且接近0.010 0 mol/L 最好，且空白樣品的測定值應小于方法檢出限0.5 mg/L。

樣品水浴最佳加熱時間為30 min，且必須控制在（30±2）min 的范圍內(nèi)。

酸性條件下用沸水浴加熱時，溫度為96～98 ℃（在高原地區(qū)報出數(shù)據(jù)，需注明水的沸點）。

使用硫酸控制水樣的酸度在0.5～1 mol/L 之間時，高錳酸鹽指數(shù)測定結(jié)果最接近真值。

滴定時溫度必須控制在60～90 ℃區(qū)間才能使反應正常進行。多次實驗可得，在80 ℃時高錳酸鉀和草酸鈉的氧化還原反應速度最快。因此滴定過程必須自水浴結(jié)束起快速進行，爭取在3 min 內(nèi)結(jié)束滴定，不能超過6 min。