还原-偶氮光度法测定水中硝基苯优化测定条件研究

邢书才，田衎

（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）

分析与监测

还原-偶氮光度法测定水中硝基苯优化测定条件研究

邢书才，田衎

（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）

对还原-偶氮分光光度法测定水中硝基苯类实验装置进行改革，研究并建立了分析测定的优化实验条件。在此实验条件的基础上，对测定方法中的显色酸度、样品空白等测定条件进行了优化和补充；增加了苯胺类样品空白实验，解决了苯胺类样品及空白样品与体系酸度调节条件不一致的问题；同时拓宽了校准曲线的测定范围。硝基苯质量浓度在0～1.6 mg/L范围内线性关系良好，方法检出限为0.004 mg/L。用优化改进后的测定方法对水质硝基苯标准样品和实际废水样品进行分析测定，样品测定精密度（n=6）小于3%；加标实验回收率达到96.4%～101.8%。

硝基苯；偶氮还原光度法；优化；测定条件

硝基苯主要用于制药、染料、化工及有机合成等方面，是重要的工业原料和中间体。硝基苯类具有较强的毒性，进入人体后，可引起神经系统症状，造成贫血和肝脏肾脏等方面的病变。

在硝基苯的分析方法中，分光光度法测定水中硝基苯〔1〕，作为有机污染物监测中一个重要分析检测方法，具有普及性强、仪器简单、灵敏度高等特点。方法自制定以来已经实施使用了近30年。在运用该方法进行实际分析检测时，显示出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；同时缺少苯胺类空白实验，以及存在样品显色体系酸度不一致等问题。针对方法中的问题，笔者对样品前处理步骤进行了改良，省去了样品前处理装置，将样品前处理的氧化还原过程及定容一步完成，操作得到了简化，使实验效率和样品测定的准确性得到了很大提高。同时完善和改进〔2-3〕了原分析方法中缺少苯胺类空白试验及测定体系显色酸度不一致的问题。经过对硝基苯标准物质和工业废水实际样品的检测，表明改革优化后的测定方法合理可靠，快捷简便，测定准确，精密度符合方法学要求。

1　实验部分

1.1主要仪器和试剂

硝基苯标准溶液，100 mg/L。称取硝基苯（99.8%，Acros公司）0.100 0 g于已加无水乙醇（优级纯，国药集团）10 mL的25 mL容量瓶中，移至1 L容量瓶中，用（1+99）硫酸（MOS级，北京化学试剂研究所）溶液稀释至刻度，摇匀，使用时稀释至4.00 mg/L。盐酸（MOS级，北京化学试剂研究所），ρ=1.18 g/mL；高纯锌粉（99.99%，国药集团）；硫酸铜溶液，100mg/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（优级纯，国药集团）；萘乙二胺盐酸盐（分析纯，Fluka公司）溶液，20mg/L；水质硝基苯标准样品（环保部标准样品研究所，国标号GSBZ50035—1995批号204111、204112）。

紫外可见分光光度计（U3410型，日立公司）；电子天平（Mettler-AE-2240型，瑞士Mettler-Toledo公司）。

1.2实验方法

（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4.00mL，锌粉1g，硫酸铜溶液4滴，摇匀，放置15min。以纯水定容至标线，混匀；过滤出约15mL样品备用。

吸取过滤出的样品10.00 mL于25 mL比色管中，加入氢氧化钠溶液至出现白色沉淀，加水至标线摇匀。加硫酸氢钾溶液1.00 mL混匀，待白色沉淀消失。加亚硝酸钠溶液1滴，摇匀。放置3 min，加氨基磺酸铵溶液0.50 mL后摇匀；放置3 min待气泡除尽后，加入的萘乙二胺盐酸盐溶液1.00mL，摇匀。30min后，用10 mm比色皿于545 nm波长处，以水为参比，测定吸光度。

（2）（硝基苯+苯胺）总量空白实验：取40 mL纯水于100 mL容量瓶中，加浓盐酸4.00 mL、锌粉1 g、硫酸铜溶液4滴，摇匀，放置15 min。以纯水定容至标线，混匀；过滤出约15 mL样品备用。吸取过滤出的样品10.00 mL于25 mL比色管中，以下操作同样品（1）的测定。

（3）苯胺类的测定：取与步骤（1）相同量的水样于100mL容量瓶中，加水至40mL，加浓盐酸4.00mL，纯水定容至标线，混匀。取出10.00mL样品于25mL比色管中，加入0.50mL硝基苯类空白实验液（含有Zn2+离子），按照步骤（1）中样品相同的测定步骤进行测定。

（4）苯胺类空白实验：取40 mL纯水于100 mL容量瓶中，以下操作同苯胺类的测定。

（1）和（3）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。

式中：C硝基苯类——硝基苯类的质量浓度，mg/L；

m——（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的硝基苯含量，μg；V——初始取样体积，mL。

2　结果与讨论

2.1样品还原装置的改进

硝基苯转化为苯胺的还原过程，原方法是在锥形瓶中进行，反应完成后将样品过滤、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。由于取消了样品还原装置，使样品还原及定容一步到位；省去了还原后样品的洗涤、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20min缩短到改进后的不到1 min。大大提高了实验效率，同时也使样品回收率得到了提高

用改进前后的方法进行加标回收率的对比实验，方法是取204111批号硝基苯标准样品（认定值1.06 mg/L）10.00 mL做本底值（10.6 μg），加标5.00 μg，分别进行6次平行测定，结果如表1所示。

表1　改进前后回收率测定结果

由表1可见，改进后的实验装置，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，加标回收率有较大提高，使分析方法的测定准确度得到了提高。

2.2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，需取两份样品，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空白吸光值后的差值，为水样中硝基苯类的吸光值。但在原测定方法中只有（硝基苯+苯胺）总量的空白实验，没有苯胺类空白实验；两个空白实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。笔者在原测定方法中增加了苯胺测定的空白实验，使测定方法更加趋于合理。

分光光度法测定中，显色基团的颜色一般受到测定体系的pH影响很大。在实际测定中，测定体系整体pH的一致性是测定准确性保证的重要因素。原测定方法pH调整方式，是在校准系列、被测样品经过氧化还原处理后，利用自身溶液中含有的锌离子为代指示剂，调节测定体系的pH。但是在苯胺类测定中，由于苯胺类样品没有经过氧化还原前处理过程，不含有锌离子，以此调节pH没有可操作性。笔者的对策是在苯胺类样品及其空白实验中加入0.50 mL硝基苯类空白实验液，引入锌离子，从而使实验体系在pH调节条件上达到一致性。最终使测定准确性得到保证。

2.3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100mL容量瓶中，加水至约40mL，加浓盐酸4.00mL，锌粉1 g，硫酸铜溶液4滴，摇匀，放置15 min。以纯水定容至标线，混匀；过滤出约30 mL溶液备用。相当硝基苯的质量浓度为4.00 mg/L。

分别吸取上述溶液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NaOH溶液至出现白色絮凝状沉淀（pH为5左右），加水至标线，摇匀。加KHSO4溶液1.00 mL混匀；待白色沉淀消失后，加亚硝酸钠溶液1滴，摇匀。放置3min，加氨基磺酸铵溶液0.50 mL，充分摇匀，放置3 min，待气泡除尽后，加入萘乙二胺盐酸盐1.00 mL摇匀。静置30 min后，在545nm处，用1cm比色皿，水为参比，测量吸光值。扣除试剂空白后，绘制校准曲线〔4〕。测量结果表明，当质量浓度范围在0～1.60 mg/L时，线性良好，回归方程为y=1.333×10-2x+9.816×10-3，校准曲线回归系数r=0.9998；经计算方法检出限为0.0040mg/L。

2.4方法的精密度测定

参照分析方法标准制修订技术导则〔4〕和精密度的测定要求〔5〕，在校准曲线的上限与下限范围内，采用高、中、低3种不同含量水平1.00、0.600、0.100 mg/L的标准试样液，分别重复测定6次。测定结果表明，各浓度标准溶液测定结果经检验与配制浓度具有一致性，相对标准偏差（RSD）小于4%。满足方法学的要求。

2.5方法的准确度测定

采用对标准样品进行分析测定确认准确度的方法〔6〕。以改进后的分析方法对硝基苯标准物质（批号204112）进行测定，用以验证改进后测定方法的准确度〔7〕，结果如表2所示。

表2　准确度测定结果mg/L

由表2可见，硝基苯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。

2.6实际废水样品及加标回收的测定

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了测定，并用改进前原测定方法进行对比实验，结果如表3所示。

表3　制药废水中硝基苯的测定mg/L

在进行对比实验的同时进行加标回收实验，结果如表4所示。

表4　加标回收实验结果

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：

式中：X1、X2——改进后、改进前的测定均值；

S1、S2——改进后、改进前测定值的标准偏差；

n1、n2——改进后、改进前样品的测定次数。

当t实验小于tα（n1+n2-2）时，可认为两种分析方法的测定值没有显著性差异，否则认为有显著性差异。将表4中的统计数据带入公式（2）进行检验计算。对实际废水样品中硝基苯类的测定，改进法与原方法比较，t实验=2.56；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，具有一致性。

取废水样品10.00 mL，做加标回收实验（n=6）；硝基苯本底值为6.81 μg，加标量为8.00 μg。结果表明，RSD为2.1%，回收率为96.4%～101.8%。

3　结论

对还原-偶氮光度法检测水中硝基苯类的分析方法进行了改进，采用在容量瓶中直接将硝基苯类还原成苯胺的方法，使样品的前处理过程、样品的洗涤、转移和定容一步完成。避免了由于样品的转移而造成的样品损失因素，从而提高了回收率。优化和完善了样品的测定条件，同时拓宽了校准曲线的测定范围。按照标准分析方法的相关要求对改进后的分析方法进行验证，结果表明准确度良好，精密度符合方法学要求。同时对实际工业废水样品进行检测，并与原测定方法进行比对，测定结果一致性良好。证明经改进后的测定方法，测定思路清晰，操作简单快捷，准确可靠；可用于水和废水中硝基苯类的测定。

［1］国家环保总局.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京：中国环境出版社，2002：467-470.

［2］袁卫忠，黄桂荣，徐波.还原-偶氮光度法测定水中硝基苯类的改进［J］.干旱环境监测，2014，28（1）：45-48.

［3］蚁焕钿，张圆，何瀚涛.还原-偶氮光度法测定水中硝基苯类方法改进［J］.福建分析测试，2013，22（5）：42-44.

［4］HJ 168—2010环境监测分析方法标准制修订技术导则［S］.

［5］中国环境监测总站.环境水质监测质量保证手册［M］.北京：化工出版社，1984：230-231.

Study on the reduction-azo photometric method for the optimization of determination conditions of nitrobenzene in water

Xing Shucai，Tian Kan
（Key Laboratory of State Environmental Pollutant Measurement and Standard Sample Study，Ministry of Environmental Protection，Institute of Standard Simples，Beijing 100029，China）

The experimental apparatus for the determination of nitrobenzene in water has been improved by reduction-azo photometric method，and the optimization conditions for analysis and determination have been studied and established.Based on this，the determination conditions，such as color acidity，sample blank，etc.in the determination methods are optimized and supplemented.In addition，the blank tests of aniline samples are added，and，as a result，the problem of inconsistency in acidity adjustment conditions between aniline samples and blank samples is solved.Meanwhile，the determination range of calibration curve is expanded.The linear relationship is good，when the nitrobenzene concentration is in the range of 0-1.6 mg/L，and the detection limit of this method is 0.004 mg/L. The optimized determination method is used for the analysis and determination of water quality of nitrobenzene standard samples and real wastewater samples.The precision of the method（n=6）is less than 3.0%.The recovery rate of standard tests reaches 96.4%-101.8%.

nitrobenzene；reducing-azo photometric method；optimization；determination conditions

X703.1

A

1005-829X（2016）05-0090-04

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—），教授级高工。E-mail：854559360@qq. com。

2016-02-23（修改稿）