分光光度法测定水中甲醇

张 静，郭 隽

（山西省生态环境监测中心， 山西 太原 030027）

甲醇（Methanol，CH3OH） 是结构最为简单的饱和一元醇，沸点为64.8 ℃，为无色、有酒精气味、易挥发的液体。急性甲醇中毒可引起中枢神经损害，表现为头痛、眩晕、乏力、嗜睡和轻度意识障碍等，重者出现昏迷和癫痫样抽搐。甲醇可致视神经损害，重者引起失明或代谢性酸中毒。甲醇是常用的有机溶剂，易溶于水，蒸气压较低；它也是重要的化工原料，主要用于制甲醛，在有机合成工业中用作甲基化剂和溶剂，是制造甲基叔丁基醚的原料，也可直接掺入汽油作为汽车燃料，还是制造某些农药、医药的原料。甲醇的大量生产、应用及其毒害，使之成为环境监测中的一项重要指标。

甲醇的测定有气相色谱法、液相色谱法[1-3]、分光光度法。常用的分光光度法是把甲醇氧化为甲醛，通过羟醛缩合反应生成显色化合物，在可见光条件下通过分光光度法进行测定，预处理后的检测方法主要有乙酰丙酮法[4-5]、酚试剂分光光度法[6]、乙酰乙酸乙酯分光光度法[7]和变色酸氧化法[8]等。

目前环境保护标准中，甲醇的监测分析标准仅有气相色谱法[9-10]，但是该方法对仪器及操作人员素质要求较高，而且多为空气中甲醇的测定，目前尚未发布测定水质甲醇的标准方法。本研究采取的分光光度法具有操作简便、易于推广等优点，弥补了水质甲醇监测的空白。

1 实验方法

1.1 实验仪器及主要试剂

分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）；50 mL具塞比色管；实验用电炉或恒温水浴锅(上海树立仪器有限公司)；万分之一天平（梅特勒电子天平）。

硫酸：ρ(H2SO4)=1.84 g/mL，优级纯。

1%高锰酸钾溶液：称量1.0 g高锰酸钾溶于水中，定容至100 mL，可保存15 d。

0.5%变色酸钠溶液：称量0.5 g变色酸[C10H6Na2O8S2·2H2O或 C10H8O8S2]溶于水中， 定容至100 mL。放入棕色瓶避光，2～8 ℃冷藏，可保存15 d。

5%亚硫酸钠溶液：称量5 g无水亚硫酸钠，溶于水中，定容至100 mL，可保存7 d。

甲醇标准贮备液：于25 mL容量瓶中，先加入10 mL水，准确称量容器和水的总重量m1，然后用微量注射器加入200 μL甲醇（甲醇为色谱纯及以上级别），使用万分之一天平准确称量容器和甲醇水溶液的总重量m2。两次称量之差（m2-m1） 即为甲醇的质量，将该溶液定容至刻度，计算1.00 mL溶液中甲醇的微克数。也可采用市售标准溶液。

甲醇标准使用液：用水将甲醇标准贮备液稀释成5 μg/mL的标准使用液。

1.2 样品采集和保存

用棕色磨口玻璃瓶采集水样，样品密封、避光，2～8 ℃冷藏保存，48 h内完成样品的分析。

1.3 实验步骤

取5 mL水样，加入0.25 mL硫酸和0.5 mL 1%高锰酸钾溶液，及时加盖并摇匀。放置5 min后，滴加5%的亚硫酸钠溶液，直至紫色刚褪去时，再多加一滴。加入0.5 mL 0.5% 变色酸溶液，摇匀。沿管壁缓慢加入6 mL硫酸，加盖，静置约30 s后摇匀，切忌颠倒。将溶液放入沸水浴中加热15 min，取出后于暗处冷却至室温。用20 mm比色皿，以水作参比，在570 nm处测定吸光度，标准系列显色后于暗处放置24 h内吸光度保持稳定。以甲醇的含量（μg） 为横坐标，对应的吸光度为纵坐标，绘制校准曲线，并计算回归线的斜率、截距和相关系数。

2 实验条件的优化

2.1 氧化反应酸度的优化

硫酸提供的酸性环境，影响高锰酸钾的氧化性能。选取不同配比的硫酸进行实验（选取曲线的18 μg中间点作为研究对象），分别加入0.125 mL浓硫酸，0.25 mL（1+1） 硫酸溶液，0.25 mL浓硫酸，0.5 mL（1+1） 硫酸溶液，0.5 mL浓硫酸，进行条件优化，实验结果见表1。

表1 氧化反应酸度条件

由表1的实验结果可见，用0.25 mL的硫酸可以将溶液酸度调整到氧化还原反应所需的范围，实验最终选择加入0.25 mL的硫酸作为氧化还原反应的最佳条件。

2.2 高锰酸钾氧化时间

在酸性环境下，高锰酸钾将甲醇氧化成甲醛。高锰酸钾与甲醇有足够的反应时间，才能保证显色完全并稳定。选取曲线的18 μg中间点作为研究对象，对氧化反应时间进行了优化，实验结果见图1。

图1 氧化反应时间的选择

由图1可见，加入高锰酸钾5 min后吸光度达到峰值，随后由于反应时间的延长，高锰酸钾将甲醛氧化成甲酸，吸光度下降。实验最终选择10 min为高锰酸钾的氧化时间。

2.3 亚硫酸钠的加入方式

亚硫酸钠用于去除氧化反应剩余的高锰酸钾，亚硫酸钠加入不宜过量，否则会导致浑浊；量不足时，则呈现黄色。《空气和废气监测分析方法》第四版中定量加入0.5 mL亚硫酸钠，不容易判断变色终点，本方法中采用滴管逐滴加入亚硫酸钠溶液，便于判断变色终点，然后多加一滴。两种方法的比对结果见表2（选取曲线的18 μg中间点作为研究对象）。

表2 亚硫酸钠加入方式比对

由表2可见，加入0.5 mL亚硫酸钠时实验空白增大，整体吸光度增大；滴加亚硫酸钠时，空白值低，方法的整体灵敏度大。实验最终选择滴管滴加的方式加入亚硫酸钠。

2.4 加入变色酸后的放置时间

甲醇被氧化成甲醛后，与变色酸钠生成紫色化合物。该显色反应需要在强酸性环境中进行，在加入浓硫酸之前溶液仍然不变色。选取曲线的18 μg中间点作为研究对象，对加入变色酸后的反应时间进行了考察，在每个时间点均进行5次平行测定，实验结果见表3。

由表3可见，加入变色酸后，放置0 min、2 min、5 min、15 min，吸光度没有明显的差别，可以立即加入浓硫酸。

表3 显色反应时间

2.5 显色酸度的优化

甲醛与变色酸的显色反应需在约9M[11]的酸度环境下进行，选取曲线的18 μg中间点作为研究对象，对浓硫酸的加入体积量进行了考察，实验结果见表4。

表4 显色反应酸度条件

由表4可见，硫酸的用量直接影响体系的酸度。酸度不足，导致显色不完全，色度不稳定。在硫酸用量达到6 mL时，可以保证显色完全，吸光度稳定。

2.6 显色后的稳定时间

分光光度法的显色反应需要一定时间才能完成，而且形成的有色配合物稳定性也各不相同，因此必须在显色后一定时间内进行比色。选取曲线的18 μg中间点作为研究对象，进行了显色反应条件实验，实验结果见表5。

表5 显色后的稳定时间

由表5可见，显色后的溶液稳定性好，显色后放置24 h内吸光度保持稳定。显色反应需在暗处避光进行，以避免由于光线照射或散射光引起的色度不稳定。

2.7 本方法与《空气和废气监测分析方法》 第四版中方法的比对

分别按照本方法的实验步骤以及《空气和废气监测分析方法》[12]第四版中的实验步骤进行了校准曲线的测定，结果如图2所示：

图2两种方法校准曲线对比

由图2可见，通过一系列的实验证明，本方法的校准曲线斜率远大于四版书中校准曲线的斜率，即本方法灵敏度高，检出限低，显色反应充分、稳定，便于不同实验室及实验人员操作。

2.8 实际样品的测定

为了验证本方法的实用性，选取地表水实际样品进行了分析，并进行了加标回收实验，结果如表6所示：

表6 实际样品的测定

由表6可见，本方法的加标回收率在85%以上，精密度和准确度均能满足实际工作的需求。

3 结论

本研究对四版书中水质甲醇的测定方法进行了大量的条件优化，各项实验指标均优于四版书，更利于出具准确的环境监测数据，调整后的优点主要体现在：

（1） 根据显色反应的原理，甲醇在酸性溶液中，被高锰酸钾氧化成甲醛，四版书中氧化反应步骤的酸度不足，甲醇未被充分氧化，导致曲线斜率低，灵敏度不足。本方法调整了反应酸度，保证甲醇被最大程度氧化，从而提高了反应效率。变换了试剂加入顺序，先加入变色酸，再加入硫酸，充分利用浓硫酸进入水溶液时的放热反应，使显色反应更加充分，从而提高方法的灵敏度，降低了方法的检出限。

（2） 控制反应酸度、反应时间等关键因素，弥补了原方法标准曲线线性差，准确度、灵敏度不足的缺点。本方法的测定灵敏度高，操作步骤更为简便，为甲醇监测提供了技术支撑。

（3） 水中甲醇的监测工作很重要。然而，目前环境保护标准中，甲醇的监测分析标准仅有气相色谱法，使用气相色谱法设备昂贵、操作复杂，使用成本高，需要实验人员有熟练的技能。与气相色谱法相比，分光光度法仪器设备简单，操作简便，仪器及耗材成本低，人员技术要求相对较低，检出限可以达到与气相色谱法同等浓度水平，精密度、准确度等指标均与气相色谱法无显著性差异。分光光度法具有操作简便、测定快速、可现场分析、易于推广等优点，但目前尚未颁布水中甲醇分光光度法的相关标准，本方法弥补了此空白。