分光光度法测定水中甲醇的分析

张 田

（济宁职业技术学院生物与化学工程系，山东济宁 272100）

0 引言

选择分光光度法进行水中甲醛含量测定，原理便是将甲醇氧化为甲醛，在通过羟醛缩合反应来生成显色化合物，这样便能够在可见光条件下利用分光光度法完成测定。其中，变色酸分光光度法的抗干扰性比较强，同时具有良好的反应特异性，实际测定灵敏度比较高，且成本较低，用于水中甲醇测定优势比较明显。

1 甲醇特性分析

甲醇结构相对比较简单，具有无色、易挥发物理特性，是生产生活中常用的有机溶剂，易溶于水。急性甲醇中毒轻者可出现头痛、乏力、嗜睡、眩晕及轻度意识障碍等症状，重者会出现昏迷、癫痫样抽搐等，对人体视神经产生损伤。同时，甲醇也是重要的化工生产原料，主要用于甲醛制备，在有机合成工业中常用于甲基化剂和溶剂，也可以用于制造农药、医药。甲醇易溶于水，如果水中甲醇含量超标直接排放，将会对生态环境造成较大的损害，抑制水中微生物的生长繁殖，以及可通过土壤对地下水产生污染，因此是水体质量监测的重要指标之一[1]。

2 水中甲醇测定方法比较

目前，要实现甲醇测定，可以选择的方法比较多，常见的如气相色谱法、液相色谱法以及分光光度法等，且不同方法所适用的条件不同。例如气相色谱法更适用于成分复杂的生产废水测定，利用其自身的分离特点，得到可靠性比较高的测定结果。相比来讲，色谱填充柱虽然使用范围也比较广，但是因为其在使用以及保存过程中因为吸附水分很容易失去活性，以及在使用前后还需要对其进行活化处理，操作比较麻烦。以及因为疏水性特点，水会先于大部分的有机化合物从色谱柱中流出，干扰使得基线上漂，降低了甲醛测定结果的精确性。再有就是所需设备仪器的成本投入较高，不适用于现场检测作业[2]。相比来讲，变色酸分光光度法无论是抗干扰能力还是灵敏度方面均具有更大的优势，且所需成本较低，更适用于实际操作使用。但是结合以往实践经验来看，在应用变色酸分光光度法进行水中甲醇测定时，温度、时间等因素会对最终测定结果产生一定的干扰[3]。比如，难以精确计算化学反应后的甲醛和甲酸含量，一旦甲醛含量太低，则容易影响到测定结果的精确性。所以，为确保分光光度法测定水中甲醇结果的精确性，还应在结合以往经验的基础上，对实验条件做进一步的优化控制，确定最佳反应条件，得到可靠的检测结果。

3 应用分光光度法测定水中甲醇实验

3.1 检测实验条件

3.1.1 实验仪器与试剂

仪器：可见分光光度计（光度精度：±0.2%T）、恒温水浴锅（双列四孔）。试剂：高锰酸钾、硫酸、偏重亚硫酸钠、变色酸、高纯度BIOBASICINC。

3.1.2 实验原理

酸性条件下利用高锰酸钾将甲醇氧化成甲醛：5CH3OH+2KMnO4+4H3PO4→5HCHO+2MnHPO4+2KH2PO4+8H2O。

甲醇被氧化后，利用偏重亚硫酸钠将过剩且未与变色酸产生反应的高锰酸钾除去：

Na2SO4+H2O→2NaHSO3

5NaHSO3+2KMnO4+4H3PO4→2KH2PO4+2MnHPO4+5Na HSO4+3H2O

甲醛与变色酸反应生成紫红色络合物（图1）：

图1 紫红色络合物

通过甲醛与变色酸反应生成紫色化合物的吸光度结果，完成试样甲醇含量的计算。

3.1.3 试剂与溶液

1）甲醇标准溶液（10 g/L）。共吸取0.7913 g/mL甲醇1.26 mL，然后将其添加到100 mL容量瓶内，并向容量瓶中继续添加适量的蒸馏水来进行稀释至刻度位置，最后将混合液充分摇匀混合。

2）甲醇标准使用液。分别来准确吸取甲醇标准溶液0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10.0 mL、15.0 mL、20.0 mL、25.0 mL以及30.0 mL，然后分别将其置入到100 mL的容量瓶内，然后向其中加入适量的蒸馏水稀释到刻度，将混合液摇匀[4]。此时可得到浓度分别为0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L以及3 000 mg/L的甲醇溶液。

3）磷酸-高锰酸钾溶液。准确称取高锰酸钾3.0 g，然后溶于15 mL的85%磷酸与70 mL水中，进行充分混合后，添加适量的水稀释到100 mL。

4 ）变色酸溶液。准确称取变色酸二钠盐（C10H6O8S2Na2）0.2 g，置入烧杯后加入10 mL的水，以及缓慢加入90 mL 98%的硫酸，进行充分摇匀，注意要现用现配[5]。

5）偏重亚硫酸钠溶液。选择适量的水早100 mL的容量瓶中将10.0 g的偏重亚硫酸钠完全溶解，并加水稀释到的刻度后充分混匀。

3.1.4 实验方法

分别吸取2 mL的不同浓度甲醇标准液与试剂空白，然后将其置入到25 mL的比色管中，将少量的磷酸-高锰酸钾溶液继续加入到比色管内，确保能够充分反应。在以滴加的方式向其中加入偏重亚硫酸钠，直到产生的紫色恰好退去，摇匀后沿着管壁缓慢加入10 mL的变色酸溶液，加塞进行充分摇匀，对其进行水浴加热一定时间后取出，冷却到室温。选用1 cm的比色管，置于570 mm处，利用样品空白调零，对甲醇溶液的吸光度进行准确测定。

3.1.5 计算结果

水样内甲醇质量浓度计算公式：

C=m/Vw

式中，C表示甲醇质量浓度（mg/L）；

m表示甲醇质量（mg）；

Vw表示水样体积（L）。

3.2 实验结果分析

3.2.1 最大吸收波长

分别选择质量浓度为50 mg/L、100 mg/L以及150 mg/L的甲醇溶液，通过测定不同波长下的吸光度，确定波长与吸光度之间的关系。结果显示所选三个不同质量浓度的甲醇溶液均在570 nm处存在最大吸光度，表示此波长摩尔吸收系数值最大，灵敏度最高。以及在此较小波长范围内，吸光度不会产生过大的变化，进而不会导致比尔定律偏离，得到较高可靠度的测定结果，因此进行水中甲醇测定时，可以选择570 nm作为吸收波长。

3.2.2 高锰酸钾用量

各选择质量浓度为30 mg/L和60 mg/L的甲醇溶液2.0 mL，对不同高锰酸钾用量条件下的吸光度进行测定。根据结果可知，随着所用高锰酸钾用量的增多，显色反应吸光度会出现一个极大值，即2.0 mL的添加量可以得到最佳的甲醇氧化效果。因为高锰酸钾属于强氧化剂，增加用量可以促使甲醇过量氧化，反应体系内的甲醛浓度降低，与变色酸反应所生成紫红色络合物总量减少，吸光度降低，因此最终试验以2.0 mL的添加量为宜。

3.2.3 高锰酸钾氧化时间

各选择质量浓度为30 mg/L和60 mg/L的甲醇溶液2.0 mL，对不同磷酸-高锰酸钾氧化时间条件下的吸光度进行测定。通过比对分析实验结果可知，在氧化时间为5 min时具有最佳效果，随着时间的延长，甲醇氧化所生成的甲醛将会继续进行氧化反应并生成甲酸，紫色化合物总量会减少，而影响到吸光度，导致测定结果与实际情况相比偏低，以5 min为最佳氧化时间。

3.2.4 最佳显色温度

通过图2可知，在显色温度未达到68℃的条件下，显色反应吸光度会随着温度升高而增大；在温度达到68～74℃时，吸光度出现最高状态；在显色温度超过74℃后，显色吸光度会随着温度升高而降低。即当温度超过一定限值后，会促使紫色络合物受热分解，进而吸光度降低，以70℃为最佳显色反应温度。

图2 最佳显色时间选择

4 结语

应用吸光光度法来进行水中甲醇测量，相比其他方法不仅成本低、操作简单，且具有较高的灵敏度[6]。为进一步提高检测结果的精确性，需要合理确定各项反应条件，达到最佳测定效果。