分光光度法测定高锰酸盐指数的研究

王虎 路凤祎 李世英

摘  要：文章采用分光光度法对高锰酸盐指数进行检测，研究高锰酸钾溶液使用量、反应时间和pH对反应的影响，最终确定实验流程为25mL样品加入5mL硫酸溶液，加热至96℃～98℃，等待10min后，加入5mL KMnO4标准溶液，继续反应10min，冷却后使用纯水定容50mL，使用分光光度计测量吸光度，计算得到样品的高锰酸盐指数。并使用本方法和实验室标准方法进行对比发现分光光度法有较高的准确性，为高锰酸盐指数的检测提供了一个新思路。

关键词：高锰酸盐指数;分光光度;环境检测

中图分类号：X85        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）26-0124-02

Abstract： In this paper， the permanganate index was detected by spectrophotometry， and the effects of the amount of potassium permanganate solution， reaction time and pH on the reaction were studied. Finally， the experimental process was determined as follows： the 25mL sample was added to the 5mL sulfuric acid solution， which was heated to 96℃～98℃， after 10minutes， 5mL KMnO4 standard solution was added， and when the reactionof 10 minutes was allowed， a fixed volume 50 mL was done with pure water after cooling， the absorbance was measured using a spectrophotometer， and the permanganate index of the sample was calculated. By comparing this method with the laboratory standard method， it is found that the spectrophotometry has higher accuracy， which provides a new idea for the detection of permanganate index.

Keywords： permanganate index; spectrophotometry; environmental detection

隨着工业的迅猛发展和城市化进程的加大，水环境的污染日益严峻，有机污染物的普遍性和严重性对人类健康有直接和潜在的危害。高锰酸盐指数是评价水体有机物和还原性物质污染程度的综合指标，是生活饮用水的常规检测项目，在德国[1]、日本[2]等国家水质标准中，高锰酸盐指数也是水体评价非常重要的指标。

现行国家标准测定方法中采用草酸钠标准溶液滴定法测定高锰酸盐指数[3-4]。方法存在耗费时间长、试剂用量大、操作步骤多、分析人员劳动强度高等缺点，且极易引入人为误差，测试数据的重复性差。分光光度法具有快速简便、灵敏度高、试剂试样量少等特点，易实现远程、在线分析，被广泛用于生命科学、材料科学以及环境科学等领域[5]。本文采用分光光度法测定水中的高锰酸盐指数，并与草酸钠滴定方法比较，研究结果表明，该方法可以准确测定高锰酸盐指数，且具有快速简便、灵敏度高、精密度好、试剂试样量少、成本低等优点，是一种对环境友好的分析方法。

1 试剂及仪器

1.1 主要仪器

752N紫外-可见分光光度计，上海仪电科学仪器股份有限公司;HH-S6A六孔水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司;AL104分析天平，梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司;202电热鼓风干燥箱，北京科伟永兴仪器有限公司。

1.2 试剂配制

硫酸（H2SO4）ρ=1.84g/ml，优级纯

高锰酸钾（KMnO4），优级纯

硫酸溶液：1+2（V/V）

高锰酸钾标准贮备液：浓度Cz（1/5KMnO4）约为0.1mol/L：称取3.2g高锰酸钾溶解于水并稀释至1000mL。于90～95℃水浴中加热此溶液两小时，冷却。存放两天后，倾出清液，贮于棕色瓶中。

高锰酸钾标准溶液：浓度Cs（1/5KMnO4）约为0.01mol/L：吸取100mL高锰酸钾标准贮备液于1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。此溶液在暗处可保存几个月，使用当天标定其浓度。

2 理论依据

2.1 波长选择

移取KMnO4标准溶液5mL到50mL比色管中，加水稀释至50.00mL标线，混匀后置于暗处5min。以二次蒸馏水为参比，用10mm比色皿，在紫外-可见分光光度计上，由480nm开始扫描至600nm，扫描的结果显示测定KMnO4在525nm处有峰值，本实验选定525nm为测定波长。

2.2 实验步骤

采用酸性高锰酸钾法[6]，高温下酸介质中用KMnO4的氧化性进行测定。具体过程：取25mL样品加入5mL硫酸溶液，加热至96℃～98℃，等待10min，然后加入5mL KMnO4标准溶液，再次等待10min，冷却后使用纯水定容50mL;使用分光光度计测量吸光度，进行计算得到样品的高锰酸盐指数。

3 结果与讨论

3.1 高锰酸钾用量对结果的影响

移取25mL浓度为10mg/L的高锰酸盐指数标准溶液各加入5mL硫酸溶液，加热至96℃～98℃，等待10min，分别加入3mL、4mL、5mL、6mL KMnO4标准溶液，等待10min，冷却后使用纯水定容50mL，使用分光光度计测量吸光度A1。使用纯水代替标准溶液重复进行测试，使用分光光度计测量吸光度A2。如表1。

表1 高锰酸钾用量对吸光度的影响

理论3ml高锰酸盐指数标准溶液也足以使标准溶液反应完全，但是根据表2结果发现，随着高锰酸钾使用量的增加，吸光度的间距也越大，说明反应越完全。当高锰酸钾用量到达5mL后再增加高锰酸钾用量吸光度间距基本不再变化。

3.2 反应时间对结果的影响

移取25mL浓度为10mg/L的高锰酸盐指数标准溶液各加入5mL硫酸溶液，加热至96℃～98℃，等待10min，加入5mL KMnO4标准溶液，分别等待5min、10min、15min、20min，冷却后使用纯水定容50mL，使用分光光度计测量吸光度，如表2。

随着时间的延长，吸光度越来越大，但是当时间超过10min达到15min时，溶液出现浑浊现象，20min后浑浊更明显。说明10min是为最佳反应时间，随着反应时间延长导致高锰酸钾分解致使吸光度升高。

3.3 pH值对结果的影响

移取25mL浓度为10mg/L的高锰酸盐指数标准溶液分别加入2mL、3mL、4mL、5mL、6mL硫酸溶液，加热至96℃～98℃，等待10min，加入5mL KMnO4标准溶液，等待10min，冷却后使用纯水定容50mL，使用分光光度计测量吸光度，如表3。

pH值对高锰酸钾的氧化能力有直接影响，反应过程中会生成中间产物MnO2，为絮状物，会使吸光度升高，随着pH值的升高，MnO2继续发生反应。pH值的增加减少MnO2的生成使误差更小。根据表3的实验结果发现当硫酸溶液加到5mL时，溶液澄清，继续增加用量确实会增加高锰酸钾的氧化能力，变化已不明显。

3.4 验证试验

选用污水处理厂出口水样品、水库水样品、地表水样品分别使用本文检测方法同标准实验室方法进行比较，实验结果如表4。测试结果数据准确性及稳定性良好。

4 结论

本文通过分光光度的方法完成对高锰酸盐指数的检测，确定了方法的步骤和流程，并进行验证。本方法可以有效避免实验室滴定方法中人为误差大、灵敏度低和重现性差的情况。分光光度法具有灵敏度高、准确度高、选择性好、操作简单等优点，并且本方法将实验量程扩展到10mg/L。为后续高锰酸盐指数的检测方法以及仪器产品的研发提供了新的思路。

参考文献：

[1]Verordnung über die Qualit？t von Wasser für den menschlichen Gebrauch. Ausfertigungsdatum（BGBII， S， 959）[S]. 2001.

[2]日本厚生劳动省.日本饮用水水质基准（水道法に基づく水质基准に关する省令）[S].2004.

[3]中华人民共和国卫生部.中国人民共和国生活飲用水卫生标准（GB5749-2006）[S].2006.

[4]中华人民共和国环境保护局.中华人民共和国国家标准水质高锰酸盐指数的测定（GB11892-89）[S].1989.

[5]大连理工大学无机化学教研室.无机化学[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6]李国刚.水质高锰酸盐指数在线自动分析仪的发展现状[J].干旱环境监测，2000，14（3）：156-159.