国标法测定水中苯胺类化合物的不足与改进

李会平，李赛男，李明华，王小燕

(青岛科技大学化学与分子工程学院，山东 青岛 266042)

苯胺是重要的化工原料，对人和生物危害极大，其含量是环境监测的重要指标，环境水中苯胺的测定是环境化学专业学生重要的实验内容。苯胺测定方法主要有分光光度法[1,2]，荧光法[3]，色谱法[4-6]等，其中国标法最经典。在实验教学中发现，该方法虽然灵敏度高，检测限低，但存在如下问题：(1)显色剂N-(1-萘基)乙二胺溶液浓度大，难于溶解，致使溶液浑浊，试剂空白值高，散射严重；(2)苯胺标准溶液用0.05 mol·L-1硫酸配制，导致后续的酸度调节操作难于标准化；(3)高浓度的苯胺储备液(约5000 m·gL-1)直接稀释为10 m·gL-1的苯胺使用液，稀释倍数太大而引起的操作误差；(4)重氮化反应及显色反应的酸度范围，直接影响反应时间和吸光度值，是最重要的实验条件之一。在国标法中用固体KHSO4调节标准溶液酸度，操作繁琐，且用固体KHSO4和无水Na2CO3调节水样酸度，可能导致水样盐度增大，使结果偏低[7]。以上诸因素导致国标法操作复杂、分析时间长、试剂空白值高、测定精密度和准确度差。

针对以上问题，分别从标样配制和稀释方法改进、酸度调节剂改变和操作方法标准化、显色剂配制方法和用量优化等方面，对国标法测定水中苯胺类化合物进行了探索和改进。简化了实验操作，降低了试剂空白、提高了实验精密度。并用改进后的方法测定了印染废水中苯胺的含量，通过精密度及回收率实验，并与国标法比较，评价了本实验方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

(1)仪器：Cary 60型紫外可见分光光度计(安捷伦)，分析天平(梅特勒)，PB-10型酸度计(赛特利斯)，磁力搅拌器，1 cm玻璃比色皿，25 mL比色管，容量瓶(25 mL、50 mL)，移液管(1.0 mL、2.0 mL、10.0 mL)，吸量管(5.0 mL、10.0 mL)，精密pH试纸(0.5～5.0)。

(2)试剂：5000 mg·L-1苯胺标准水溶液，5000 mg·L-1苯胺标准(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，NaOH(6 mol·L-1、0.1 mol·L-1)，H2SO4(10 mol·L-1、0.05 mol·L-1)，KHSO4(s)，Na2CO3(s)，5.0% NaNO2，2.5%氨基磺酸铵，20 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐水溶液，5.0 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，实验用水为二次去离子水。

1.2 标样储备液和使用液的配制

(1)国标方法：加入10 mL 0.05 mol·L-1H2SO4于25 mL容量瓶中，称准至0.0001 g，加苯胺35滴，再称量，用0.05 mol·L-1H2SO4稀释，定容。此储备液浓度约为5000 mg·L-1。使用时直接将此溶液用0.05 mol·L-1H2SO4稀释至10 mg·L-1的苯胺使用液(现用现配)。

(2)改进方法：加入10 mL水于25 mL容量瓶中，称准至0.0001 g，滴加35滴苯胺，再称量，用水稀释，定容。此储备液浓度约为5000 mg·L-1。使用时先将此溶液用水稀释10倍，再配成浓度为10 mg·L-1的苯胺使用液(现用现配)。

1.3 酸度的调节

(1)国标方法：将水样过滤后，用KHSO4或无水Na2CO3调节pH=6，作为试样。在制作标准曲线和测定水样时，重氮化反应要求的酸介质，均以KHSO450 mg加入比色管中，用pH精密试纸(0.5～5.0)控制pH=1.5～2.0(不可用试纸直接测定酸度，需预先取另一份相同体积的该水样作为参考值)。

(2)改进方法：将水样过滤后，根据其酸度可先用10 mol·L-1H2SO4或6 mol·L-1NaOH调pH约为6，再用0.05 mol·L-1H2SO4或0.1 mol·L-1NaOH精调pH=6，作为试样。在制作标准曲线和测定水样时，重氮化反应要求的酸介质，均加入1.0 mL 0.05 mol·L-1H2SO4于比色管中，控制 pH=1.5～2.0(不必测定酸度)。

1.4 显色剂的配制

(1)国标方法：称2 gN-(1-萘基)乙二胺盐酸盐，溶于水中(必要时可温热助溶)。稀释至100 mL，过滤后使用。此溶液浓度为20 g·L-1。

(2)改进方法：称0.5 gN-(1-萘基)乙二胺盐酸盐，溶于100 mL 0.05 mol·L-1H2SO4中，过滤后使用。此溶液浓度为5.0 g·L-1。

1.5 标准曲线的制作及水样的测定

(1)国标方法：准确移取按国标法配制的10 mg·L-1苯胺标准溶液0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL于6支25 mL比色管中，加水至10 mL，加入KHSO450 mg，摇匀，加1滴5% NaNO2溶液，摇匀，静置3 min，加入0.5 mL 2.5%氨基磺酸铵，充分振荡，静置3 min，待气泡除尽后，加入1.0 mL 20 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐水溶液，用水稀释至刻度，摇匀，静置30 min，用1 cm的比色皿，以试剂空白为参比液，在545 nm处测定吸光度A，制作标准曲线。准确移取适量水样(含苯胺0.5～30 μg)，以同样方法测定水样中苯胺，用标准曲线法计算结果。

(2)改进方法：准确移取按改进方法配制的10 mg·L-1苯胺标准溶液0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL于6支25 mL比色管中，各加入1.0 mL 0.05 mol·L-1H2SO4，加水至10 mL，摇匀。加1滴5% NaNO2溶液，摇匀，放置3 min，加入0.5 mL 2.5%氨基磺酸铵，充分振荡，放置3 min，待气泡除尽后，加入8.0 mL 5.0g·L-1N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，用水稀释至刻度，摇匀，放置40 min，后续操作及水样测定同1.5(1)国标方法。

2 结果与讨论

2.1 标样配制方法的改进

2.1.1 标样的配制溶剂的改进

国标法中苯胺标准溶液用0.05 mol·L-1硫酸为溶剂，在制作标准曲线时，因不同浓度的溶液中加入的标准溶液体积不同(0.5～4.0 mL)，所以在后续的酸度调节步骤中，各浓度的标准溶液中，需加入的固体KHSO4质量不同，且各标准溶液调节酸度时不可用试纸直接测定，均需预先取另一份相同体积的该水样作为参考值，操作繁琐，耗时费力，各溶液pH难于完全一致。

改进方法中苯胺标准溶液用水配制(苯胺在水中的溶解度为3.7 g/100 g), 在制作标准曲线时，各浓度的标准溶液浓度的标准溶液pH相同，在后续的酸度调节步骤中，每种溶液中，需加入的0.05 mol·L-1硫酸体积相同，操作简便，且各溶液pH完全一致。

2.1.2 标样稀释倍数的改进

国标法中苯胺标准储备液(约5000 mg·L-1)直接稀释为10 mg·L-1的苯胺使用液，如配制苯胺使用液体积为50 mL，移取储备液体积仅为0.10 mL，按读数误差最低为±0.01 mL计算，仅此项引起的浓度误差就为±10%。改进方法中先将苯胺标准储备液用水稀释10倍，再配成浓度为10 mg·L-1的苯胺使用液，从而把因稀释倍数引起的浓度误差降至±1.2%。

2.2 酸度的调节方法改进及用量优化

2.2.1 水样酸度调节方法改进：

国标法中水样经过滤后，用固体KHSO4或无水Na2CO3调节pH=6。印染厂含苯胺废水常常碱度很大，需要加入大量的固体KHSO4才可调节pH=6，这使得水样的盐度加大，使苯胺测定值偏低。改进方法中水样过滤后，先用10 mol·L-1H2SO4或6 mol·L-1NaOH溶液粗调pH约为6，再用0.05 mol·L-1H2SO4或0.1 mol·L-1NaOH溶液精调pH=6，操作简便，有效避免了水样的盐度加大产生的测定误差。

2.2.2 重氮化反应酸度调节方法改进及用量优化

重氮化反应前，国标法以KHSO4为酸度调节剂，用精密pH试纸控制pH=1.5～2.0，因不可用试纸直接测定酸度，需预先取另一份相同体积的该溶液作为参考值。这种方法除了如2.2.1中所述的导致溶液盐度加大之外，操作繁琐，费时费力且不易精确控制溶液酸度。

改进方法中，以0.05 mol·L-1H2SO4为酸度调节剂。为确定0.05 mol·L-1H2SO4用量，取7支25 mL比色管，各加入苯胺标准溶液(10 mg·L-1)1.0 mL，分别加入不同体积的 0.05 mol·L-1H2SO4，加水稀释至10 mL摇匀，用酸度计测定其pH值，结果见表1。

由表1可知，当0.05 mol·L-1H2SO4加入量在1.0～2.0 mL时，即可满足pH=1.5～2.0。本实验选择加入1.0 mL 0.05 mol·L-1H2SO4，这样在制作标准曲线和测定水样时，不必测定酸度即可精确控制溶液pH在要求的范围。

表1 重氮化反应酸度调节剂用量

Table 1 The dosage of acidity regulator for diazo reaction.0.05 molL-1 H2SO4

表1 重氮化反应酸度调节剂用量

0.05mol∙L-1H2SO4用量/mL重氮化反应酸度/pH0.52.071.01.751.51.632.01.522.51.433.01.363.51.32

2.2.3 显色反应酸度控制

重氮化后，显色反应酸度需在pH=1.0～2.0之间进行。国标法显色剂为20 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐水溶液，加入量为1.0 mL。改进法显色剂为5 g·L-1N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐(0.05 mol·L-1H2SO4)溶液，加入量为8.0 mL。显色反应完毕测定各标准溶液的酸度，数据见表2。

表2 改进法的显色反应酸度

由表2可知，改进法中显色剂以0.05 mol·L-1H2SO4为溶剂，显色反应酸度在pH=1.0～2.0之间，并且因前面的重氮化反应酸度控制精确，后面的显色剂加入量一致，所以改进法各标准溶液的显色反应酸度条件完全一致，可有效提高测定数据的精密度。

2.3 显色剂的配制方法改进、显色时间及用量选择

2.3.1 显色剂的配制方法改进

国标法中显色剂的浓度较大(20 g·L-1)，难于溶解，致使溶液浑浊，过滤后仍不清澈，试剂空白值高。改进法将显色剂浓度降低为5.0 g·L-1，并根据其弱碱性，用0.05 mol·L-1H2SO4溶解，如图1所示，过滤后溶液清澈，试剂空白值大大降低，散射误差减小。

图1 改进前后的显色剂溶液照片

国标法要求显色剂溶液在冰箱中保存，不宜多配，当溶液变浑浊就应重新配制。而改进法配制的显色剂溶液室温放置1.5个月后，仍保持透明状态未变质。

2.3.2 显色剂用量和显色时间选择

为优化改进法的显色剂用量和显色时间，分别移取10 mg·L-1苯胺标准溶液2.0 mL于10支25 mL比色管中，按1.5(2)方法，依次加入不同体积的显色剂，改变显色时间，测定吸光度值，结果见图2。由图2数据可知，当显色时间为40 min时，显色剂加入量大于8.0 mL时，吸光度值基本不变。当显色时间为50 min和60 min时，显色剂加入量大于3.0 mL时，吸光度值基本不变。从提高实验效率的角度考虑，本实验选择显色剂加入量为8.0 mL，显色时间为40 min。

图2 显色时间和显色剂用量对吸光度的影响

2.4 改进法和国标法的标准曲线、检出限比较

按1.5(1)(2)操作方法，分别配制两种标准溶液系列，显色后如图3所示。由图3可见，改进法标准溶液系列明显比国标法标准溶液系列更清澈，因此散射引起的误差更小。

图3 改进前后的标准系列溶液照片

用国标法和改进法分别测定吸光度-苯胺浓度标准曲线，结果如图4。

图4 国标法和改进法的标准曲线

由图4可知，国标法标准曲线的线性方程为A=0.42902c-0.01396，R2=0.9982，方法检出限为0.05 mg·L-1。改进法标准曲线的线性方程为A=0.49274c+0.00732，R2=0.99991，方法检出限为0.01 mg·L-1。

比较国标法和改进法的标准曲线，改进法的相关系数更高，方法检出限更低。

2.5 改进法的精密度

移取10 mg·L-1苯胺标准溶液1.0 mL，按1.5(2)节步骤用改进法配制标准溶液(苯胺浓度为0.40 mg·L-1)及吸光度测定，结果见表3。

表3 改进法的精密度测定

由表3数据可知，改进法的测定结果重复性好，精密度高。

2.6 水样分析

按1.5节操作方法，用国标法和改进法测定印染厂废水样品苯胺含量，同时用改进法做加标回收测定回收率。测定结果见表4。

表4 国标法与改进法对废水中苯胺的测定

由表4可知，改进法测定两个废水样品的回收率为98.74%和102.6%，和国标法测定结果的相对误差分别为1.1%和1.7%。

3 结语

本实验以国标法为理论依据，改进的宗旨是在实验中最大程度地减免误差，规范、简化操作，使不同浓度的标准溶液和水样在进行重氮化及显色反应中条件一致，以提高实验的精密度和准确度。

实验表明，改进法的标样稀释方法误差大大降低；水样、重氮化反应及显色反应的酸度调节操作更简便、准确，节省了分析时间；显色剂溶解度明显增大，溶液清澈，试剂空白值低，散射误差小。通过精密度、回收率实验以及和国标法的对比可知，改进法结果重复性、精密度好，回收率高，测定结果和国标法一致。