紫外-可见光分光光度法测定水中高锰酸盐指数研究

丁波涛，刘秋凤，宋永超

（1.山东省环境监测中心站，山东济南250100；2.山东省阳光工程设计院有限公司，山东济南250100）

紫外-可见光分光光度法测定水中高锰酸盐指数研究

丁波涛1，刘秋凤2，宋永超1

（1.山东省环境监测中心站，山东济南250100；2.山东省阳光工程设计院有限公司，山东济南250100）

水质监测高锰酸盐指数有三种方法：通量计算法、区域实测法、浓度递增法。紫外-可见光分光光度法是实测水中高锰酸盐指数的常见方法。本文通过模拟实验的方法研究了紫外-可见光分光光度法测定水中高锰酸盐指数的影响因素，总结了此方法测定高锰酸盐指数的最优条件。

紫外-可见光分光光度法；高锰酸盐指数；影响因素

水资源缺乏成为制约全球经济社会发展的重要因素，水环境污染进一步加剧了水资源短缺的影响，是世界最重大的环境问题之一，水污染问题也是当今全球面临的最重要的生存威胁之一［1］。高锰酸盐指数 （CODMn）是水质监测分析的一项指标，作为地表水、地下水、生活污水的主要污染指标，不适用于工业废水。高锰酸盐指数能在一定程度上反映水中还原性物质污染程度，在欧美、日本等国的地表水水质监测项目中，是必测的水质指标。我国饮用水水源地监测项目中，高锰酸盐指数是34项常规监测项目之一。水质分析高锰酸盐指数现行国家标准测定采用方法是：在酸性条件下，用高锰酸钾氧化，加入过量的草酸钠还原，再以高锰酸钾标准液回滴，这种方法简称为滴定法。但该方法时间长、溶液种类多、操作技术要求高、滴定人员体力消耗大，而且不规范的操作动作会引入新的误差，造成数据不准确，多种试剂的投入使用，废液会造成环境污染。此外，用该方法测定水质高锰酸盐不能实现在线、远程分析，而当前为应对重要断面和污染源实时监测，有必要探索和应用有利于实现水质在线、远程监控的改进方法。

紫外-可见分光光度法，利用水质中待测物质对波长为200～760nm范围内的电磁波的吸收性质建立的一种定量分析方法。紫外-可见分光光度法操作简单、准确度高、重现性好。该方法具有快速简单、准确度和灵敏度高、试剂种类少等优点，易实现远程、在线监控分析。该研究方法已用于长江水质高锰酸盐指数的监测实践，比对监测结果显示，该方法准确方便，应用效果好。

1 实验部分

1.1 仪器试剂

DR5000型紫外-可见分光光度仪；SZ-93型自动双重纯水蒸馏器；DK-98-1型六孔水浴锅；0.11250mol／L高锰酸钾标准贮备液；25%硫酸溶液；100mg／L葡萄糖贮备液。

1.2 实验原理

紫外-可见分光光度法是在酸性条件下，用过量的高锰酸钾溶液氧化水体中的还原性物质，由于高锰酸钾溶液特有的性质，在分光光度计波长为525nm处有最大吸收峰值，使用分光光度法测定剩余的高锰酸钾含量，建立实验室标准曲线，将测定数据带入曲线，计算出待测水样的高锰盐酸指数。

1.3 实验方法

移取对应高锰酸盐值为1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mg／L的葡萄糖标准溶液各20.0mL，分别置于6个50mL的带塞比色管中，再分别加25%的硫酸5.00mL和高锰酸钾标准使用液2.00mL，充分混合，立即将比色管置于沸腾的水浴锅中，加热消解0.5h，消解完成后，将比色管放入自来水水域环境下迅速冷却至室温，以去离子水为参比，用10mm比色皿，在波长为525nm处比色。

2 结果讨论

2.1 吸收光谱

取高锰酸盐指数理论值为4.00mg／L的葡萄糖标准溶液20.0mL于50.0mL比色管中，加25%硫酸45.0mL和高锰酸钾标准使用液2.0mL，加热消解和自来水冷却过程与实验方法步骤相同。在型号为DR5000紫外可见分光光度计上，在480～600nm内进行扫描，扫描光谱图见图1。

由图1可知，高锰酸钾的最大吸收峰值出现在524～525nm，本实验选定525nm为测定波长。

2.2 硫酸

反应溶液的pH值是实验的关键条件，其不仅决定高锰酸钾溶液的氧化能力，而且直接影响标准曲线的准确性。在酸性条件下，高锰酸钾溶液中的锰被还原为二价锰，而二价锰在溶液中多以浅红色水合离子的形态存在，在酸性介质中水和离子不稳定，容易发生歧化反应生成黑色沉淀絮状物。而黑色沉淀干扰物二氧化锰对525nm波长的吸收强度增加，导致测量值增加。因此该实验要在酸性介质中，该条件下二氧化锰发生氧化还原反应。

增加反应物硫酸的量可以加速推动该反应向生成二价锰的方向进行，促使二氧化锰逐渐转化为可溶的、无色的二价锰。

图2为硫酸的用量和模拟水中的高锰酸盐指数线性关系图，实验分6组采用了0～6mg／L的高锰酸盐指数作为反应底物，每组中又分为6小组，分别加入1、2、3、4、5、6mL的25%硫酸溶液，得出的结果绘制成图2的曲线。由图2可知，当硫酸的用量＜5mL时线性关系相对差，≥5mL时，线性关系很好。这是由于硫酸用量增多时，反应溶液的酸度加大，高锰酸钾表现出来的氧化性能变大，中间产物二氧化锰量趋于减少至足够溶于反应液中，对吸光度的影响也降至最小，曲线呈现的线性关系良好，此时硫酸用量为5mL。继续增大硫酸用量线性关系继续保持很好，从试剂节省方面考虑，选择5mL为最优硫酸用量。

2.3 反应温度

控制水浴加热的温度来改变实验的反应温度。实验结果发现，水浴温度低于92℃时，反应溶液呈混浊态；升温至92℃后反应液体变清，无悬浊物，在525nm处测吸光度时线性关系良好。所以，此实验中得出的最佳反应温度为至少92℃。

2.4 反应时间

设置水浴温度为92℃，将6组反应溶液的加热时间分别设置为15min、20min、25min、30min、35min，并于525nm处测其吸光度值。实验表明：反应时间≥25min时，中间产物二氧化锰消失，对吸光度影响最小，吸光度亦达到最小值。故最佳反应时间为25min。

2.5 KMnO4的浓度和用量

查得滴定法测高锰酸盐指数时，高锰酸钾的最佳浓度为8×10-4mol／L。紫外-可见光分光光度法中高锰酸钾的浓度为1×10-4mol／L［2］。两反应体系中的高锰酸盐浓度活度系数约等于1。据Nernst方程求出两反应液其氧化电势电位差是0.01，也就是说两体系中的高锰酸钾氧化效率基本相同。

2.6 加热方式

本法采用变温烘箱加热，确定加热温度为100℃，确保其他反应条件不变，进行火焰加热10min沸水浴0.5h和烘箱加热0.5h的对比试验［3］。对浓度为10mol／L的高锰酸盐标准溶液测定，反应结果见表1。①火焰直接加热，受热不均匀，沸腾后溶液流失、比色管受热容易破裂，反应测定的精密度差；②100℃沸水浴加热，反应的测量精密度较高，但比色管外壁易结水垢，需经常清洗比色管外壁。③变温烘箱加热比色管实验反应测定的精密度高，温度可变易控制，操作简易方便。综上，烘箱加热优于其他方法。

表1 不同加热方式对实验结果的影响

2.7 实际样品监测

为检验本方法在实际工作中的应用效果，本文选取了二组地表水样品和理论高锰酸盐指数为2.5mg／L的模拟水样1、理论高锰酸盐指数为15mg／L的模拟水样2同时使用滴定法及紫外-可见光法测吸光度值，测定结果见表2。

表2 分光光度法与滴定法对比结果

表2中数据证明了紫外-可见光法对实际测定工作的可靠性，其结果与滴定法数据相差甚微，可放心应用于高锰酸盐指数测定工作中。

3 结论

通过实验研究，得出了紫外-可见光分光光度法测定高锰酸盐指数的最佳条件为：波长525nm，25%H2SO4量5mL，温度92℃，时间25min。加热方式最好用烘箱，若条件不足水浴加热亦可。

参考文献：

［1］王玉功，高永宏，王建波，陈月源.紫外可见分光光度法测定地表水和地下水的高锰酸盐指数［J］.岩矿测试，2010（5）.

［2］蒋少阶，石芙蓉，郑怀礼.紫外可见光谱法测定高锰酸盐指数的研究［J］.光谱学与光谱分析，2009（8）.

［3］宋晓菲，穆秀云.高锰酸盐指数测定中有关问题的探讨 ［J］.吉林化工学院学报，2006（9）.

UV-Visible Light Spectrophotometric M ethod for the Determ ination of Permanganate Index of W ater

DING Bo-tao1，LIU Qiu-feng2，SONG Yong-chao1
（1.Shandong Environmental Monitoring Center，Jinan Shandong 250100，China）

There are threeways tomonitor permanganate index in water，namely flux calculationmethod，measurementmethod，progressive increasing concentrationmethod.Ultraviolet visible spectrophotometry is a commonmeasurementmethod to test permanganate index aswell.The simulationmethod was used to identify the factors affecting UV-visible light spectrophotometric method for the determination of permanganate index in water.The optimal experimental conditionswere summarized in the end.

UV-Visible spectrophotometry；permanganate index；influence factors

X83

A

1673-9655（2015）05-0104-03

2015-03-06

丁波涛（1981-），男，工程师，本科，山东省环境监测中心站。