改进的还原偶氮光度法同时快速测定水中硝基苯和苯胺

邢书才，田 衎，鞠 平

环境保护部标准样品研究所 国家环境保护污染物计量和标准样品研究重点实验室，北京 100029



改进的还原偶氮光度法同时快速测定水中硝基苯和苯胺

邢书才，田 衎，鞠 平

环境保护部标准样品研究所 国家环境保护污染物计量和标准样品研究重点实验室，北京 100029

对测定方法进行了改进，建立了用还原-偶氮分光光度法同时快速测定水中硝基苯和苯胺的分析方法。根据实验原理，对样品前处理装置进行了改进，实验步骤得到了简化，避免了样品溶液过滤转移过程造成样品损失，使样品前处理实验效率提高了90%以上；改进后的测定方法不仅可快速测定样品中硝基苯，还可同时测定样品中苯胺；达到了用一种分析方法同时测定样品中两种污染物的目的。方法精密度测定结果，相对标准偏差(n=6,RSD)为1.9%～3.2%；对硝基苯、苯胺混合标准样品以及实际废水样品进行了测定，并与原测定方法及苯胺国标测定方法进行了比对实验；测定结果具有一致性。加标实验回收率为96%～101%，表明方法准确可靠，可用于水和废水中硝基苯或硝基苯和苯胺的同时测定。

还原偶氮光度法；硝基苯；苯胺；同时测定

硝基苯类作为一种剧毒性污染物质，对环境的污染和对人体的危害性，已经受到了广泛关注和重视。国内和国际上已将硝基苯类列为优先污染物监测项目之一。还原-偶氮分光光度法测定水中硝基苯，是污水废水污染监测中一个重要的分析检测方法[1]，具有快速简捷、仪器简单、灵敏度高、普及性强的特点；是硝基苯类有机化学污染物监测不可缺少的检测方法之一。在运用该方法进行实际分析检测时，发现该方法在样品氧化还原前处理过程中操作比较繁琐，且易造成样品损失。针对这个问题，本研究对氧化还原前处理装置进行了改进，取消了前处理装置，使样品的氧化还原前处理和定容一步到位；简化了操作，极大提高了实验效率和样品测定的准确性；并对原方法中缺少苯胺类空白试验和样品显色酸度不一致进行了改进[2-16]。原测定方法只能测定样品中的硝基苯；当需要同时测定水样中苯胺时，则需要另行选用测定苯胺的方法[17-19]。由于还原-偶氮分光光度法测定水中硝基苯类，属于将硝基苯转变为苯胺后进行测定的间接测定方法；根据这一实验原理，本研究实现了用还原-偶氮分光光度法同时快速测定水中硝基苯和苯胺的目标；达到了用一个实验方法完成两个实验测定的效果。通过对硝基苯、苯胺标准样品以及实际废水样品的测定，表明改进后的方法合理可行，简便快速，取得了满意结果。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

U3410型紫外可见分光光度计，Mettler-AE-2240电子天平。

硝基苯标准溶液:100 mg/L。称取硝基苯0.10 g(准确至0.1 mg)于已加无水乙醇10 mL的25 mL容量瓶中，移至1 L容量瓶中，用硫酸(1+99)溶液稀释至刻度，摇匀，使用时稀释至4.00 mg/L。苯胺标准溶液:100 mg/L(GSB 07-1231-200),使用时稀释至2.50 mg/L。盐酸，ρ=1.18 g/mL；高纯锌粉，99.99%；硫酸铜溶液:100 mg/L；氢氧化钠溶液:100 mg/L；硫酸氢钾溶液:200 mg/L；亚硝酸钠溶液:50 mg/L；氨基磺酸铵溶液:25 mg/L；萘乙二胺盐酸盐溶液:20 mg/L；水质硝基苯标准样品，标准值：1.06±0.16(mg/L)。水质苯胺、硝基苯混合标准样品，标准值：硝基苯1.12±0.12(mg/L)，苯胺1.03±0.06(mg/L)。

1.2 实验方法

1.2.1 (硝基苯类+苯胺类)总量的测定

取适量水样于100 mL容量瓶中，加水至40 mL，加浓盐酸4.00 mL、锌粉1 g,100 mg/L的硫酸铜溶液4滴,摇匀,放置15 min。以纯水定容至标线，混匀；转移出约15 mL样品备用。

吸取转移出的样品10.00 mL于25 mL比色管中，滴加100 mg/L的氢氧化钠溶液至出现白色沉淀，加水至标线摇匀。加200 mg/L的硫酸氢钾溶液1 mL混匀，待白色沉淀消失。加50 mg/L亚硝酸钠溶液1滴，摇匀。放置3 min,加25 mg/L的氨基磺酸铵溶液0.5 mL后摇匀；放置3 min待气泡除尽后，加入20 mg/L的萘乙二胺盐酸盐溶液1.00 mL，摇匀。30 min后，于545 nm处，10 mm比色皿，水为参比测量吸光度。

1.2.2 (硝基苯+苯胺)总量空白试验

取40 mL纯水于100 mL容量瓶中，加浓盐酸4.00 mL、锌粉1 g, 100 mg/L硫酸铜溶液4滴, 摇匀, 放置15 min。以纯水定容至标线，混匀；转移出约15 mL样品备用。吸取转移出的样品10.00 mL于25 mL比色管中，以下操作同“1.2.1”小节中样品的测定。

1.2.3 苯胺类的测定

取与“1.2.1”小节中相同量的水样于100 mL容量瓶中，加水至40 mL、加浓盐酸4.0 mL,100 mg/L的硫酸铜溶液4滴，纯水定容至标线，混匀。取出10.00 mL样品于25 mL比色管中，加入0.50 ml硝基苯类空白试验液(含有Zn2+离子)，按照“1.2.1”小节中样品相同的测定步骤进行测定。

1.2.4 苯胺类空白试验

取40 mL纯水于100 mL容量瓶中，以下操作同苯胺类的测定。

(硝基苯类+苯胺类)总量和苯胺类两份水样所测得的吸光值减去各自对应的空白吸光值后的差值，为水样中硝基苯类的吸光值。测定结果的计算如下：

式中：m1为(硝基苯类+苯胺类)总量与苯胺类吸光值减去各自对应的空白吸光值后的差值，再在校准曲线上查得硝基苯含量；v为初始取样体积。

C苯胺类(以苯胺计mg/L)=(m2×10/v)×1.322

式中：m2为苯胺类吸光值减去苯胺类空白吸光值后的差值，再在校准曲线上查得苯胺的含量；v为初始取样体积；1.322为硝基苯还原转化成苯胺的摩尔质量比值。

2 结果与讨论

2.1 样品前处理装置改革

原测定方法硝基苯转化为苯胺的还原反应是在锥形瓶中进行，然后将样品过滤、洗涤至容量瓶中定容后备用。基于此还原反应平缓且不放热；将锥形瓶还原装置取消，改为在容量瓶中直接进行。由于取消了还原实验装置，使样品的还原、过滤转移及定容一步到位；省去了还原后样品的转移过程，样品从先前的全部过滤变为先定容再根据样品实际用量进行过滤。1份样品的处理时间由改进前的20 min缩短到不到1 min，实验效率提高了90%以上；同时也提高了样品回收率。

对改进前后的方法进行加标回收率的对比分析，方法是取硝基苯标准样品(认定值1.06 mg/L)10.00 mL做本底值(10.6 μg)，加标5.00 μg，进行6次平行测定。从表1可见，改进前后测定方法的回收率均值分别为95%、99%，RSD分别为1.9%、1.4%；说明改进实验装置后，避免了还原后样品在洗涤、过滤、转移过程中造成的样品损失；使测定方法的加标回收率有较大提高。进而提高了样品分析测定的准确度。

表1 改进前后回收率测定结果

2.2 校准曲线和检出限

移取100 mg/L的硝基苯标准溶液4.00 mL于100 mL容量瓶中,加水至约40 mL，加浓盐酸4.0 mL、锌粉1 g, 100 mg/L的硫酸铜溶液4滴,摇匀,放置15 min。以纯水定容至标线，混匀；过滤出30 mL溶液备用。相当硝基苯的含量为4.00 mg/L。

吸取上述溶液0、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、8.00、10.00 mL分别置于25 mL比色管中,不足10 mL的加水至约10 mL；滴加100 mg/L NaOH溶液至出现白色絮凝状沉淀(pH约为5),加水至标线, 摇匀。加200 mg/L的KHSO4溶液1.00 mL混匀；待白色沉淀消失后，加50 mg/L的亚硝酸钠溶液1滴,摇匀。放置3 min,加25 mg/L的氨基磺酸铵溶液0.50 mL,充分摇匀,放置3 min,待气泡除尽后,加入20 mg/L的萘乙二胺盐酸盐1.00 mL摇匀。

放置30 min后,用10 mm比色皿,于545 nm波长处,以水为参比,测定吸光度。减去零浓度的空白吸光值后，绘制校准曲线。结果表明，质量浓度在0～1.60 mg/L范围内线性良好, 线性回归方程为y=1.333×10-2x+9.816×10-3，相关系数为0.999 8；检出限为0.004 0 mg/L。苯胺检出限为0.005 3 mg/L。

2.3 苯胺类空白试验及样品pH的一致性

当样品中含有苯胺类时，需取2份样品，一份测定(硝基苯+苯胺)总量；另一份不经还原测定苯胺含量，测得的吸光值减去各自对应的空白吸光值后的差值，为水样中硝基苯类的吸光值。但在测定方法中只有(硝基苯+苯胺)总量的空白试验，没有苯胺类空白试验；两个空白试验有着本质上的不同，不可相互替代；否则会导致测定结果的偏差。本研究在原测定方法中增加了苯胺测定的空白试验，从而使测定方法更加趋于合理。

在用分光光度法测定样品时，测定体系的pH一般对显色基团的颜色影响很大；整个测定体系pH的一致性，是保证测定准确性的重要因素。在原测定方法中，校准曲线及硝基苯类样品经氧化还原后，利用其中含有的锌离子为代指示剂，调节pH；苯胺类测定，未经氧化还原处理，其中不含锌离子，调节pH缺乏可操作性。本研究采用在苯胺类样品及其空白中加入0.50 mL硝基苯类空白试验液的方法加以解决，引入锌离子，使整个实验体系调节pH的条件保持一致，从而保证测定的准确性。

2.4 用改进后的测定方法同时定量苯胺

苯胺类浓度含量的测定：将苯胺类吸光值减去苯胺类空白吸光值，代入校准曲线(“2.2”小节)，计算出浓度含量后乘以系数1.322，即为苯胺实际浓度含量。

测定原理：还原-偶氮光度法测定硝基苯，属于间接测定方法；其原理是在催化剂存在的酸性溶液中,用锌粉产生初生态氢将硝基苯还原成苯胺,经重氮偶合生成紫红色染料,进行比色测定。还原过程为C6H5NO2+6[H]→C6H5NH2+2H2O。硝基苯还原成苯胺的摩尔比为1∶1，质量比为1.322∶1。由于校准曲线的苯胺质量是以转化前的硝基苯质量计量的，因此只需将苯胺类的测定值乘以转换系数1.322，即可得到苯胺的实际量值。

2.5 方法的精密度测定

按照精密度的测定要求[20]，在校准曲线的上下限范围内，按表2制备低、中、高3种浓度的混合标准溶液，重复测定6次。测定结果见表3。

表2 混合标准溶液 mg/L

表3 精密度测定结果

2.6 方法的准确度测定

用改进的测定方法对硝基苯、苯胺混合标准样品进行测定，用以检验分析方法以及测量系统的准确度[20]。表4的测定值经t检验后结果表明，硝基苯、苯胺的测定值与标准值一致性良好，说明改进后的测定方法测定准确度较高。

表4 改进后的方法对硝基苯、苯胺混合标准样品测定结果 mg/L

2.7 实际废水样品及加标回收测定

为进一步验证改进后分析方法的准确性和实用性，对工业实际废水样品进行测定和加标回收实验。用改进方法测定样品中硝基苯、苯胺，同时用原方法测定样品中硝基苯，用《水质 苯胺类化合物的测定N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法》(GB 11889—1989)测定苯胺，对比实验测定结果见表5。加标回收实验结果见表6。

表5 制药废水中硝基苯、苯胺的测定 mg/L

表6 加标回收实验结果

用t检验法对不同方法的测定均值进行一致性检验，检验公式为

(1)

将表5中的统计数据带入公式(1)进行检验计算。对硝基苯类的测定，改进法与原方法比较，t实验=2.56；对苯胺类的测定，改进法与标准方[17]法比较，t实验=2.02。检验结果表明，t实验均小于查表值2.78。说明改进法与原方法对硝基苯类的测定结果无显著性差异；改进法与标准方法对苯胺类的测定结果也同样具有一致性。

取废水样品10.00 mL,做加标回收实验(n=6)；加标量为硝基苯8.00 μg、苯胺5.00 μg。实验结果表明，相对标准偏差为1.7%～2.6%，回收率为96%～101%。

3 结论

对还原-偶氮光度法测定水中硝基苯类的分析方法进行了改良，取消了样品还原前处理装置，采用在容量瓶中直接将硝基苯类还原成苯胺的方法，使样品的前处理、洗涤、转移和定容一步完成；避免了样品损失并提高了样品回收率。同时根据原实验方法原理，运用硝基苯与苯胺的转化关系，实现了用一个分析方法同时测定两种污染物的目的；使原本需要两个实验方法完成的工作，只用一个实验即可完成。对改良后的分析方法按照标准分析方法的相关要求进行验证，准确度和精密度良好，符合方法学要求。对实际制药废水样品进行了测定，并用原测定方法以及苯胺国标法进行比对，测定结果具有一致性。

综上所述，还原-偶氮光度法测定水中硝基苯类的方法，经改进后测定思路明晰，新建立的同时测定混合样品中苯胺的测定方式，具有操作简单、快速准确的特点；可用于废水中硝基苯以及硝基苯、苯胺混合样品中硝基苯和苯胺的同时测定。

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Study on Rapid Determination of Nitrobenzene and Aniline in Water by an Improved Azo Photometric Method

XING Shu-cai，TIAN Kan，JYU Ping

Institute for Environmental Reference Materials of Ministry of Environmental Protection, State Environmental Protection Key Laboratory of Environmental Pollutant Metrology and Reference Materials Study，Beijing 100029，China

An reducing-azo photometric method is established for rapid, simultaneously determination of nitrobenzene and aniline in water, the improvement of pre-treating device based on experimental principles, which simplify the experiment procedure and avoid samples losses during solution filtration process, The pre-treating experimental efficiency increased by 90%. The improved method can be used to simultaneously determine of nitrobenzene and aniline. The precision of the method was determined by repeated (n=6) analysis, the RSDs were 1.9%-3.2%. The method was successfully applied to the simultaneously determination of nitrobenzene and aniline in standard reference material and real wastewater samples, the determined values are accordant with the results of national standard method. the results are satisfactory. The recoveries of the method were determined with the standard addition method, the results were 96%-101%. The results show that the improved method is accurate and reliable, can be used to simultaneously determine of nitrobenzene and aniline in water and wastewater.

reducing-azo photometric method；nitrobenzene;aniline；simultaneous determination

2015-03-20;

2015-04-28

国家标准化管理委员会2013国家标准制修订项目(S2012043)

邢书才(1958-)，男，学士，高级工程师。

田 衎

X830.2

A

1002-6002(2015)03- 0150- 05