重氮偶合分光光度法测定水中苯胺的研究

2012-04-29赵牧秋史云峰

西部资源 2012年1期

赵牧秋史云峰

摘要：[目的] 建立水中苯胺浓度的6种重氮偶合分光光度测定法。[方法] 向含有苯胺的水样中分别加入N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚、8-羟基喹啉和变色酸，在亚硝酸钠作用下发生重氮偶合反应，采用分光光度法分别在545、540、495、450、480和510nm处进行测定。[结果] 6种显色体系在线性范围分别为0~5.5、0~6.0、0~6.5、0~11.5、0~10.0和0~9.5mg/L，所得苯胺的回归方程呈现较好的线性关系，检出限分别为0.009、0.011、0.014、0.032、0.025和0.022mg/L；平均回收率在95.1~105.3%范围内；RSD在1.96~4.80%范围内。采用该6种方法与气相色谱法测定水中苯胺浓度，差异均无统计学意义。[结论] 6种方法均简单、快捷、准确度高，可用于水中苯胺浓度的快速测定。

关键词：苯胺重氮偶合分光光度法亚硝酸钠

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

苯胺作为重要的有机化工原料和精细化工中间体广泛应用于制药、印染和纺织等行业，是一种具有芳香气味的无色油状液体 [1]。随着工业的发展，越来越多的苯胺随工业废气和污水进入环境水体和农业水体。因其毒性较大，对水体等生态环境和人类健康存在潜在威胁，已被列入我国环境优先污染物名单[2]。苯胺是典型高铁血红蛋白的形成体，能使细胞失去携氧功能，造成溶血性贫血，损害肝脏引起中毒性肝炎，甚至导致各种癌症[3]。正因为苯胺对人体的危害极大，所以环境中尤其是农业用水中苯胺的残余量引起人们的极大关注，水环境中的苯胺测定已被列入环境监测的经常性项目[4]。

水体中苯胺浓度的测定方法有光度法和电化学法。光度法主要包括分光光度法、荧光光度法[5]、流动注射光度法[6]、醌亚胺光度法[7, 8]、阻抑动力学光度法[9, 10]、催化光度法[6]和褪色光度法[11]等；电化学法主要有微分脉冲伏安法[12]、吸附溶出伏安法[13]、极谱法等。其中可见分光光度法由于操作简便、稳定性高、结果重现性好等优点占据主导地位。我国测定水中苯胺浓度的国家标准方法是萘乙二胺光度法，该法的检测下限为0.03mg/L，线性范围为0~1.6mg/L。该法线性范围较窄、有副反应发生，而且显色易受温度、时间等因素干扰，影响结果的准确性和精确性[14]。

为此，本研究利用亚硝酸盐与苯胺发生重氮化反应，再分别应用N-（1-萘基）-乙二胺、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚、8-羟基喹啉和变色酸作为偶联剂建立水中苯胺浓度测定的分光光度法，以期为水环境监测者测定苯胺浓度提供线性范围更宽、检测限更低和更加准确、精确、便捷的选择。

1. 材料与方法

1.1 原理

在酸性环境下，苯胺可与亚硝酸根反应生成重氮盐，而后在碱性环境下与（萘）酚类化合物反应生成偶氮化合物而显色。萘胺类化合物如N-（1-萘基）-乙二胺和α-萘胺作为显色剂时，形成的偶氮染料在强酸性环境时会转化为季胺盐类化合物，转化后其最大吸收波长会红移30~100nm，摩尔吸光系数增加20~50%。因此当显色剂为N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐和α-萘胺时不需加碱性缓冲液。

1.2 仪器与试剂

实验主要使用Cary50型紫外-可见分光光度计、PHS-3B精密pH计和AEL200型电子分析天平等仪器。所用常规试剂均为分析纯试剂，其中苯胺、氨基磺酸铵（NH4SO3NH2）、氢氧化钠（NaOH）、硼砂（Na2B4O7·10H2O）、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚和乙醇购自国药集团化学试剂有限公司；硫酸氢钾（KHSO4）、亚硝酸钠（NaNO2）和变色酸购自天津市化学试剂三厂；N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐购自上海中秦化学试剂有限公司；8-羟基喹啉购自苏州市贝斯特精细化工厂。实验用水均为二次蒸馏水。

苯胺标准储备液1.0g/L；苯胺标准使用液100mg/L（标准储备液稀释10倍）；KHSO4溶液25g/L；NaNO2溶液2.5g/L；NH4SO3NH2溶液25g/L；pH 12.5的Na2B4O7-NaOH缓冲液（1.0mol/L NaOH溶液加入到饱和Na2B4O7·10H2O溶液中，调节至体系pH为12.5）；显色剂N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚、8-羟基喹啉和变色酸的乙醇溶液2g/L。

1.3 实验方法

取样品溶液10mL于25mL具塞比色管中（若样品为碱性，用KHSO4溶液调节至中性），加入KHSO4溶液1.0mL，摇匀。将比色管放入冰水中，加入NaNO2溶液1mL，摇匀，放置5min。由冰水浴中取出比色管，加入NH4SO3NH2溶液1mL，充分振荡约2min至气泡除尽以消除NaNO2对测定的影响。加入显色剂1mL，摇匀，加入Na2B4O7-NaOH缓冲液5mL（当显色剂为N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐和α-萘胺时不加缓冲液），用蒸馏水稀释至刻度线，混合均匀静置10min，用10mm比色皿以空白溶液作参比，在指定比色波长下，测定样品溶液的吸光度。用标准曲线法，确定样品中苯胺的含量。

1.4 标准曲线的绘制

在25mL具塞比色管中分别加入0、2、4、6、8、10 mg/L的苯胺标准系列溶液10 mL，按1.3节的方法进行检测。以吸光度（A）对浓度（C）绘制标准曲线。

2. 结果与分析

2.1 吸收光谱

含有苯胺浓度为2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水样，按1.3实验方法显色，得6种光度法显色溶液各一份，用紫外可见分光光度计扫描，得到6种光度法的吸收光谱曲线（图1）。由图1可知，N-（1-萘基）-乙二胺、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚、8-羟基喹啉和变色酸与苯胺所形成的偶氮化合物的最大吸收波长分别位于545、540、495、450、480和510nm处。最大吸收所对应的摩尔吸光系数分别为3.25、3.00、2.97、2.37、2.48和2.53×104 L/mol·cm。

2.2 显色反应时间

含有苯胺浓度为2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水样，按1.3实验方法显色，得6种光度法显色溶液各一份。添加显色剂后立即测定体系吸光度，而后分别于添加显色剂后0.5、1、5、10、20和50min测定体系吸光度。6种反应体系吸光度随时间的变化见图2。由图2可知，反应5min体系吸光度即接近最大吸光度，因此本研究确定显色时间为10min。另经研究表明，N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚、8-羟基喹啉和变色酸与苯胺所形成的偶氮化合物可分别稳定24、24、12、24、2和10h。由此可知，除8-羟基喹啉显色体系稳定时间较短外，其他显色体系均可在10h内任意时段完成比色测定。

2.3体系pH对显色反应的影响

含有苯胺浓度为2.4mg/L（0.0258mmol/L）的水样，按1.3实验方法显色（此实验不使用Na2B4O7-NaOH缓冲液，而通过添加不同体积的5mol/L的NaOH调节反应体系pH），得6种光度法在不同pH时稳定显色溶液各一份。在不同pH下显色反应的吸光度变化如图3所示。可见，N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚、8-羟基喹啉和变色酸6种显色体系分别在pH为<1.8、<2.0、>11.8、>9.2、>12.0和>12.0时有最大的吸光度，因此确定N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐和α-萘胺显色体系不添加Na2B4O7-NaOH缓冲液，而其余需要碱性环境的显色体系可通过添加5mL Na2B4O7-NaOH缓冲液将体系pH调整为12.0~12.5[15]。

2.4 线性范围、标准曲线和检出限

配制不同浓度的苯胺溶液，分别按1.3显色方法显色后，测定不同浓度苯胺溶液的吸光度，测得6种显色体系的线性范围、工作曲线方程及对应的复相关系数R2参见表1。由表1可知，6种方法的标准曲线线性均较好，能满足一般分析的要求。分别用6种方法的试剂空白重复10次实验，其检测下限根据3倍测定空白标准偏差与斜率的比值（3δ/ k）计算得到[16]。

2.5 回收率和精密度

向空白水样中添加低（0.2 mg/L）、中（1.0 mg/L）、高（5.0 mg/L）3个不同浓度的苯胺，应用不同显色体系进行加标回收试验。每个样品平行测定8次，结果见表2。结果表明，6种方法的平均回收率分别为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为分别为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种方法均具有较高的准确度和精密度。

2.6 共存离子的干扰

本实验对6种光度法都进行了干扰测定，测定内容为常见外来干扰离子及几种常见有机化合物。在测定2.4mg/L苯胺时，相对误差控制在±5%范围内。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+等不干扰测定。测定Ca2+、Mg2+、Ba2+时均以10%EDTA 1mL掩蔽，测定Fe3+时以10%酒石酸钾钠1mL掩蔽。

2.7 环境水样的分析

分别以国标法和上述6种分光光度法对两种不同水样中的苯胺进行测定。水样1和水样2分别为某纺织厂处理前后的废水，水样取回经过滤后采用1.3实验方法进行测定，国标法测定苯胺实验方法参见GB11889-89，结果列于表3。结果表明，6种分光光度法的测定结果同国标法比较差异均无统计学意义（P>0.05）。由此可见，使用本研究的6种重氮偶合分光光度法测定水中苯胺浓度可得到满意的结果。

3. 结论

本法所确立的六种检测水中苯胺浓度的方法，其准确度和精确度均可与GB11889-89《水质苯胺类化合物的测定》相比拟，并有线性范围宽、便捷、迅速、操作性强等优点。水质工作者在测定水中苯胺浓度时，可依据水中苯胺浓度范围、要求的精确度、水样数量等因素对方法进行选择。

参考文献

[1] 杨晓芬，赵美萍，李元宗，等.水中苯胺类化合物的分光光度法测定.分析化学，2002，30(5)：540-543.

[2] 杨迪，李方实.吸光光度法测定水中微量苯胺.理化检验-化学分册，2004，40(4)：235-236.

[3] 迟燕华，庄稼，孙峰.光度法测定水中溴化十六烷基三甲铵.理化检验-化学分册，2004，40(11)：674-675.

[4] 徐英，王桂清，刘敏娜.O/W微乳液对α-萘酚光度法测定苯胺的增敏作用.湖南工程学院学报，2004，14(4)：77-80.

[5] 冯素玲，王瑾，樊静.痕量苯胺的动力学荧光法测定.光谱学与光谱分析，2005，25(2)：249-251.

[6] 李益民，金阳.流动注射催化光度法测定苯胺.分析化学，2002，30(3)：378.

[7] 刘海军，王颖，田亚赛.苯酚-次氯酸钠光度法测定水中微量苯胺.干旱环境监测，2001，15(3)：137-138.

[8] 孙国军.水杨酸-次氯酸钠光度法测定水中微量苯胺的研究.黄金，2003，24(10)：47-48.

[9] 张爱梅，贾丽萍，牛学丽.环境废水中微量苯胺的阻抑动力学光度法测定.理化检验-化学分册，2005，41(1)：48-51.