萃取分光光度法測定揮發酚的影響因素探究

曾劍強,趙元元,袁志輝,黃沛良

(廣東省東莞生態環境監測站,廣東 東莞 523000)

揮發酚是地表水環境質量標準基本項目之一,是地下水質量常規指標之一,也是生活飲用水擴展指標之一,是水環境質量監測的重要項目。目前測定揮發酚的方法主要有溴化滴定法、4-氨基安替比林分光光度法、流動注射-4-氨基安替比林分光光度法、氣相色譜法和氣相色譜-質譜聯用法。考慮到地表水、地下水和生活飲用水評價限值均為0.002 mg/L,在實際工作中一般采用萃取分光光度法測定揮發酚。本文以《水質 揮發酚的測定 4-氨基安替比林分光光度法》(HJ 503—2009)[1]中萃取分光光度法為例,從保存時間、實驗用水選擇[2]、4-氨基安替比林試劑選擇[3]、萃取參數(振幅、振蕩時長)和顯色條件[4](顯色時長、pH值)等方面開展研究,探討不同因素對揮發酚測定結果的影響。

1 實驗方法

1.1 方法原理

用蒸餾法使揮發性酚類化合物蒸餾出,并與干擾物質和固定劑分離。被蒸餾出的酚類化合物,于pH值10.0±0.2介質中,在鐵氰化鉀存在下,與4-氨基安替比林反應生成橙紅色安替比林染料,用三氯甲烷萃取后,在460 nm波長下測定吸光度。

1.2 儀器設備

紫外可見分光光度計,T6新世紀型,北京普析通用儀器有限責任公司;分液漏斗振蕩器,ZQ-2型,菁工儀器(上海)有限公司。

1.3 試劑材料

無酚水(自制)、4-氨基安替比林、鐵氰化鉀、氯化銨、氨水、三氯甲烷。

1.4 實驗步驟

用控制變量法開展分組實驗,對揮發酚測定影響因素進行探究。

1.4.1 實驗用水影響研究

分別使用普通純水、屈臣氏蒸餾水(市售)、無酚水(自制)于500 mL分液漏斗中,按《水質 揮發酚的測定 4-氨基安替比林分光光度法》(HJ 503—2009)[1]萃取分光光度法步驟開展實驗室空白研究,測定空白吸光度。

1.4.2 4-氨基安替比林試劑影響研究

按分析方法標準[1]萃取分光光度法步驟開展實驗室空白和0.04 mg/L苯酚標準溶液(曲線最高點)測定,顯色劑分別使用4-氨基安替比林未提純、三氯甲烷提純、硅鎂吸附劑提純,其他條件不變,測定吸光度。

1.4.3 振蕩條件影響研究

按分析方法標準[1]萃取分光光度法測定0.008 mg/L苯酚標準溶液,設定振蕩頻率分別為120,160,200,240,280和320 r/min,其他條件不變,測定標準溶液吸光度。按標準分析方法[1]萃取分光光度法測定0.008 mg/L苯酚標準溶液,設定振蕩頻率為240 r/min,振蕩時間分別為1,2和4 min,其他條件不變,測定標準溶液吸光度。

2 實驗結果分析

2.1 實驗用水的影響

實驗用水影響結果見表1。通過測定發現,在萃取條件、顯色條件和試劑一致的情況下,以普通純水為空白測定,其吸光度值超過0.10,不滿足實驗需要;以屈臣氏蒸餾水(市售)為空白測定,其吸光度值為0.06～0.08,滿足實驗需要;以無酚水(自制)為空白測定,其吸光度值為0.04～0.06滿足實驗需要。因此不同實驗用水對結果的影響較大,應按方法要求選擇無酚水配制試劑,并進行空白測定,以減少實驗用水帶來的誤差。

表1 實驗用水影響研究

2.2 4 -氨基安替比林試劑的影響

2.2.1 不同純度試劑的影響

本次實驗使用了3 個不同純度的4-氨基安替比林進行空白實驗,分別為A牌(國產)分析純、B牌Reagent grade、B牌Spectrophotometric grade。在試劑性狀上,分析純試劑為黃棕色粉末,配制成20 g/L后顏色很深,用10 mL三氯甲烷提純2次,空白吸光度可低于0.08;Reagent grade純度試劑為深黃色粉末,配制成20 g/L后顏色較深,用硅鎂吸附劑過濾提純2次,空白吸光度可穩定在0.08以下;Spectrophotometric grade純度試劑為淡黃色粉末,配制成20 g/L后顏色較淺,用硅鎂吸附劑過濾提純1 次,空白吸光度可穩定在0.07以下。

2.2.2 不同提純方法的影響

分別用Spectrophotometric grade 4-氨基安替比林經未提純、三氯甲烷提純[5-6]和硅鎂吸附劑提純測定空白和0.04 mg/L苯酚標準溶液,結果見表2。通過測定發現,使用未提純4-氨基安替比林試劑測定空白,其吸光度超過0.080;使用硅鎂吸附劑提純后,空白吸光度下降約21%;使用三氯甲烷提純[7]后,空白吸光度下降約38%,因此4-氨基安替比林溶液使用時應進行提純。測定0.04 mg/L苯酚標準溶液發現,使用三氯甲烷提純后,曲線最高點吸光度為0.4～0.5,其曲線相關系數為0.998 5,見圖1;使用硅鎂吸附劑提純后,曲線最高點吸光度為0.7～0.8,其曲線相關系數為0.999 6,見圖2。為保證曲線線性,建議使用硅鎂吸附劑提純。

圖1 三氯甲烷提純曲線

圖2 硅鎂吸附劑提純曲線

表2 4 -氨基安替比林試劑影響研究

2.2.3 不同保存時間的影響

另外,在日常工作中發現,4-氨基安替比林試劑的存放時間對揮發酚分析結果的影響也很大,一般剛配制的試劑為淡黃色,放置2 d后,試劑顏色由淺變深,空白分析結果也變高;放置7 d后,試劑顏色變為深棕色,空白吸光度不滿足要求。

2.3 振蕩條件的影響

振蕩條件與萃取效率息息相關,本研究分別對分液漏斗大小、振蕩頻率和振蕩時間進行了研究。在分液漏斗選擇上,使用250 mL分液漏斗,雖然能盛裝餾出液,但因剩余空間較少,無法達到劇烈振蕩的效果,萃取結果很不理想;使用500 mL和1 000 mL分液漏斗進行萃取時,能達到劇烈振蕩的效果,使揮發酚被充分萃取,建議使用此兩種分液漏斗。在振蕩時間選擇上,當振蕩時間小于1 min時,測定結果隨振蕩時間延長而變大;當振蕩時間超過1 min后,延長振蕩時間,測定結果總體變化不明顯。在振蕩頻率選擇上,不同振蕩頻率對結果影響見圖3。通過測定發現,振蕩頻率對萃取效果影響顯著,在其他條件一致的情況下,揮發酚測定值隨振蕩頻率增大而增大。因此,采用自動振蕩方式萃取時,一般應將振蕩頻率調至240 r/min以上,振蕩時間不少于1 min,才可達到充分萃取的效果。

圖3 振蕩頻率影響研究

2.4 其他影響

2.4.1 顯色pH值的影響

通過測定發現,在酸性條件下,揮發酚與顯色劑不發生反應,實驗失敗;在中性條件下,4-氨基安替比林與鐵氰化鉀反應生成安替比林紅,實驗失敗;在pH值10.0±0.2的堿性條件下,4-氨基安替比林與揮發酚反應生成吲哚酚安替比林染料[8],實驗成功。因此揮發酚測定過程中要注意試劑的加入順序,先加入緩沖溶液,再加入4-氨基安替比林溶液,最后加入鐵氰化鉀溶液。

2.4.2 顯色時間的影響

通過測定發現,當顯色時間小于5 min時,測定結果明顯降低,并隨時間延長而變大;當顯色時間大于5 min后,隨顯色時間延長,測定結果總體變化不明顯。因此顯色時間應大于5 min。

3 結論

1)實驗用水對揮發酚的測定影響較大,測定時應選擇無酚水,也可選擇市售屈臣氏蒸餾水,可有效降低空白吸光度,減少實驗用水對測定結果的干擾。

2)試劑對揮發酚的測定影響較大,特別是三氯甲烷[9]和4-氨基安替比林對結果影響顯著,為有效降低空白吸光度同時確保曲線線性較好,應選擇Spectrophotometric grade純度4-氨基安替比林,推薦使用硅鎂吸附劑吸附法提純后使用。

3)萃取效率是決定揮發酚分析結果的重要因素,在測定過程中,應對揮發酚進行充分振蕩,選擇合適的分液漏斗和振蕩頻率、振蕩時間,以確保萃取效果最佳。

4)在顯色過程中,應重點關注顯色時間、pH值和試劑加入順序,嚴格按照標準要求的順序加入各類試劑,并顯色超過5 min,否則可能導致實驗失敗。

5)另外在實際工作中,還應對水樣固定和保存、預蒸餾、試劑有效期、三氯甲烷加入量[10]等環節多加注意,確保實驗過程順利實施并保證結果精密度和正確度。