氯酸钾-甲苯胺蓝催化褪色光度法测定痕量亚硝酸根的研究

2014-10-12刘秀萍

海南师范大学学报（自然科学版） 2014年2期

刘秀萍

（晋中学院化学化工学院，山西晋中 030600）

亚硝酸根对人体和环境有害，是水质、环境和食品检测的重要指标.近年来文献报道测定亚硝酸根含量的方法，以催化动力学光度分析方法为最多[1-2]，方法的灵敏度高，仪器设备简单，操作简便，该方法大多选用溴酸钾氧化体系，由于溴酸钾氧化性强，往往干扰较多，相比之下，氯酸钾氧化体系干扰较少，但目前研究报道较少.

甲苯胺蓝属于吩噻嗪类染，是一种应用很广的生化试剂，也是一种重要的氧化还原指示剂.作为分析监测组分（指示剂），目前已被成功地应用于Sn（II）、Cu（II）、Ru（III）、Ir（IV）、Co、I-、NO2-等的催化动力学测定[3-7]，文献[7]是作者以甲苯胺蓝为指示剂，溴酸钾为氧化剂，利用NO2-对溴酸钾氧化甲苯胺蓝褪色的催化作用，建立的测定NO2-的新方法.在此研究的基础上，本实验选用氯酸钾氧化甲苯胺蓝体系，建立了测定NO2-含量的一种新方法.

实验发现，在6 mol/L乙酸介质中，痕量亚硝酸根对氯酸钾氧化甲苯胺蓝（Toliudine blu，简称TB）的褪色反应具有明显的催化作用，据此建立了测定痕量亚硝酸根的新的催化光度分析方法，方法的灵敏度和准确度较高，可直接用于雨水及唾液等样品中痕量亚硝酸根的测定，结果满意.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

TU-1901双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），723型分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），SYZ-A型石英亚沸高纯蒸馏器（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司），PHS-3C型数字pH计（上海雷磁仪器厂），HH-Z4恒温水浴锅（巩义市英峪予华仪器厂）.

1.000g/L亚硝酸根标准溶液：准确称取0.0750g NaNO2，用少量蒸馏水溶解，定量转移至50 mL棕色容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀，得1.000 g/L NO2-的贮备液，在冰箱4℃冷藏.临用时稀释为10.0 μg/mL工作液；0.3 mol/L KClO3溶液；6 mol/L HAc溶液：使用36%的乙酸试剂；6.0×10-4mol/L甲苯胺蓝（TB）溶液：准确称取0.0449 g甲苯胺蓝（TB），用少量水溶解，定量转移至100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀，得6.0×10-4mol/L的甲苯胺蓝（TB）工作液.

所用试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水.

1.2 实验方法

取两支10 mL具塞比色管，分别向这两支管中依次加入6 mol/L的HAc溶液3.0mL、0.3mol/L的KClO3溶液3.0 mL、6.0×10-4mol/L甲苯胺蓝溶液0.2 mL，在一支管中加入不同量的亚硝酸根标准溶液（条件实验加4.0 μg NO2-）或处理好的试样溶液,加水稀释至刻度摇匀；另一支管中不加亚硝酸根标准溶液，作为试剂空白.于80℃恒温水浴条件下反应15min，流水冷却3 min终止反应.以二次蒸馏水作参比溶液，用1cm比色皿，在波长628nm处，分别测定催化体系和非催化体系的吸光度值A和A0，计算ΔA=A0-A.以CNO12（μg/mL）为横坐标，ΔA为纵坐标，绘制标准曲线，根据样品溶液的ΔA，由标准曲线的回归方程计算得出样品溶液中NO2-的含量.

2 结果与讨论

2.1 吸收光谱

配制不同组分的溶液3份，按1.2节方法在分光光度计上扫描得吸收光谱，见图1.由图1可知，曲线2与曲线1比较，吸收值A0与ATB几乎不变，表明在HAc介质中，KClO3氧化TB的褪色反应速度极慢，氧化褪色反应几乎不能进行；曲线3与曲线2相比，吸收值A显著下降，表明在HAc介质中，NO2-作为催化剂对KClO3氧化TB的褪色反应有较强的催化作用.催化及非催化体系的最大吸收波长均为628 nm，且两体系的ΔA最大，测定灵敏度高，ΔA与CNO12具有良好的线性关系，故本实验选择628 nm作为测量波长.

2.2 反应介质的选择及用量的影响

图1 吸收光谱Fig.1 Absorption spectra

反应介质对反应能否进行起着决定性的作用.分别在H3PO4、HAc、H2SO4和HCl等介质中进行了实验，实验结果表明，在 H3PO4、H2SO4和 HCl介质中，NO2-对KClO3氧化TB的褪色反应几乎没有催化作用，而在HAc介质中，NO2-对KClO3氧化TB的褪色有显著的催化作用，所以选择HAc为反应介质.同时试验了HAc用量的影响，如图2所示，当6 mol/L HAc用量在1.0—3.0 mL时，随着HAc用量的增加，ΔA逐渐增大，表明催化反应速率加大，当HAc用量为3.0 mL时，ΔA值最大，催化反应速率最大，当用量大于3.0 mL时，ΔA逐渐减小，用量为4.0mL—5.0 mL时，ΔA变化较小，故本文选6 mol/LHAc用量3.0 mL为宜，溶液的酸度pH=2.1.

图2 HAc用量的影响Fig.2 Effect of HAc

2.3 氧化剂KClO3用量的影响

氧化剂KClO3用量对催化褪色反应速率有一定的影响，实验结果表明，当0.3mol/L KClO3用量在1.0～3.0mL时，ΔA值逐渐增大，在2.5～3.5mL时，ΔA值达最大且基本恒定，NO2-对体系有较强的催化作用，催化反应速率较大，当用量大于3.5mL时，ΔA值减小，非催化反应速率也增大，故本实验选用0.3mol/L KClO3用量为3.0mL.

2.4 指示剂TB用量的影响

TB是催化褪色反应的指示剂，其用量多少决定褪色反应的灵敏度和分析方法的准确度.TB若用量不足，则较高浓度的NO2-不能被准确测定，但用量过多，较低浓度的NO2-的催化褪色现象不明显，低浓度NO2-就不能被准确测定.按实验方法，固定其它反应条件，研究了TB用量对催化反应速率的影响.在TB用量为0.1～0.15 mL范围内，随着TB用量增加，ΔA值逐渐增大，在0.15～0.25 mL范围内，ΔA值最大且基本恒定，TB用量大于0.25 mL，ΔA值逐渐减小，故本实验选择加入6.0×10-4mol/L TB溶液0.2 mL.

2.5 反应温度的影响及反应的表观活化能

固定NO2-用量为4.0 μg，试验了反应温度对催化反应速率的影响，随着反应温度的升高，催化反应速率增大，在80～100℃范围内，催化反应速率达到最大.因此选用80℃恒温水浴，既易于操作，又保证该方法具有良好的灵敏度和选择性.当温度在40～80℃范围时，-lgΔA与温度的倒数1/T呈良好的线性关系，以-lgΔA对温度1/T×10-3作图，得一直线，其线性回归方程为：-lgΔA=758.5/T-1.3122，r=0.9922,表观活化能Ea=2.303×8.314×758.5=14.52 kJ/mol.

2.6 反应时间的影响及反应速率常数

固定NO2-用量为4.0 μg，试验了反应时间对催化反应速率的影响，当反应时间在5～15 min范围内时，随时间的增加，催化反应的速率增大，ΔA增大，当反应进行15 min时，催化反应速率达到最大，反应时间超过15 min时，ΔA值减小.故选反应时间为15 min，用流水冷却3 min终止反应.在反应时间3～15 min范围内，分别测定吸光度A0、A，以lg A0/A对时间t作图，得一直线，lg A0/A与时间t呈良好的线性关系，其线性回归方程为：lg A0/A=0.0057t+0.0148，r=0.9990.反应速率常数为k=0.0057÷60s=9.5×10-5s-1.

2.7 线性范围和检出限

按照实验方法，取不同量的亚硝酸根标准溶液配制标准系列溶液，分别测定吸光度A0、A，以ΔA对NO2-（μg/mL）作图，得到标准曲线,当NO2-在0.05～0.4 μg/mL范围内，ΔA与NO2-之间呈良好的线性关系.其一元线性回归方程为：ΔA=0.2144NO2-+0.0324，r=0.9955.根据11次空白试验，可求得相对标准偏差RSD=0.19%，用3Sb法求出本法检出限为4.1×10-3μg/mL.

2.8 共存离子的干扰

实验测定了10 mL反应液含4.0 μgNO2-时，下列常见共存离子在相对误差不超过±5.0%的范围内的干扰情况.实验表明，1000倍的Na+、NH4+、K+；600倍的Al3+、Ba2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ca2+、Hg2+、Mg2+；300倍的Mn2+、Cu2+、F-；200倍的Co2+、Ni2+；50倍的Fe3+；30倍的S2-、Hg2+、Hg22+；10倍的Cr3+；5倍的V（v）、I-；3倍的Br-；2倍的S2O32-等不干扰测定.