分光光度法测定污水处理用乙酸钠含量的研究

石倩萍 程玉周 黄韬 孙强 夏彬勇

（成都市排水有限责任公司 四川成都 610000）

0 引言

城市生活污水常存在低碳高氮磷的水质特点［1-2］。在实际污水处理过程中，污水中原有有机物浓度往往无法满足常规脱氮工艺中反硝化阶段微生物对碳源的需求，导致反硝化过程受阻，大大影响脱氮效果。对此，外加碳源成为了目前适用的有效手段［3-5］。乙酸钠作为一种常见碳源［6-7］，因其具有效果显著、价格合理、运输储存安全便捷等优点，已广泛应用于污水处理行业。在实际应用中，污水处理厂通常直接购买乙酸钠溶液进行碳源补充。由于近年来污水处理的出水水质标准日益严格，乙酸钠的使用量、投加频率显著增加，为保障生产正常运行，污水处理厂往往需要快速分析、检测乙酸钠溶液质量控制的关键指标—乙酸钠含量。

目前，对于乙酸钠含量的测定，常用方法有：①采用化学滴定法［8］，将样品注入强酸性阳离子交换树脂柱交换出氢离子，以酚酞作为指示剂，用氢氧化钠滴定并计算乙酸钠质量分数。该方法为常用检测方法，但易受杂质干扰，且操作较繁琐。②采用离子色谱法测定乙酸钠含量［9］，由抑制器抑制淋洗液，扣除背景电导，利用电导测定器进行测定。该方法耗时长，且成本较高，一般不作为污水处理厂日常检测用方法。

分光光度法是一种常用检测方法，当某些化学物质被光照射时，由于物质分子中价电子能级跃迁对辐射有吸收，会产生吸收光谱，再根据物质对光选择性吸收的特性，通过测定被测物质在一定波长范围内或特定波长处的发光强度或吸光度，可对该物质进行定性和定量分析。近年来，随着我国对环保事业的重视，分光光度法因其操作简单、方法灵敏、测定范围广、分析成本低等优点广泛应用于环境监测、分析检测中［10-11］。

针对测定乙酸钠含量常规检测方法操作复杂、耗时长、成本高的问题，本文对分光光度法测定污水处理用乙酸钠含量进行了研究，利用乙酸钠溶液于特定波长范围下的光谱特性，建立拟合曲线方程，并将样品测定结果与常规检测用化学滴定法进行比对，以期对污水处理用乙酸钠溶液的快速检测提供技术支持。

1 实验部分

1.1 样品来源

实验中所测定的乙酸钠（分子式CH3COONa）均为城市污水处理厂用外加碳源的乙酸钠溶液。无色，pH 在7.5～9.0 之间，乙酸钠溶液中乙酸钠含量为20%左右，水不溶物含量≤0.1%。

1.2 实验试剂与实验仪器

（1）实验试剂：乙酸钠，色谱纯，优级纯；氢氧化钠，分析纯；邻苯二甲酸氢钾，基准试剂；酚酞指示剂；强酸性阳离子交换树脂；氯化钠，分析纯；盐酸，分析纯；无水乙醇，分析纯。实验用水均为新制超纯水。

（2）实验仪器：紫外-可见分光光度计，北京普析通用TU-1810；分析天平，赛多利斯BSA224S-CW；pH 计，上海雷磁PHSJ-4F；一般实验室常用器皿耗材。

1.3 实验内容与方法

1.3.1 分光光度法测定乙酸钠含量

（1）测定波长的选择。配制浓度为100 mg/L 的乙酸钠溶液，在190 nm～250 nm 波长范围内，用紫外分光光度计对乙酸钠溶液进行扫谱，选择特征吸收峰波长作为测定波长。

（2）标准曲线的绘制。分别量取0 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL 的1 000 mg/L 乙酸钠标准使用液于50 mL 具塞磨口玻璃比色管中，再分别加入1.00 mL pH 值为9 的氢氧化钠溶液，加水稀释至50 mL 标线，盖塞混匀。使用10 mm 石英比色皿，以去离子水作参比，在特定波长下测定吸光度。扣除空白实验的吸光度后，以对应的乙酸钠浓度绘制标准工作曲线。

（3）样品检测。量取样品于50.0 mL 具塞磨口玻璃比色管中，按照绘制标准曲线的步骤进行测定。若样品中乙酸钠含量超过标准曲线最大浓度，需进行稀释测定。

样品中乙酸钠的质量浓度按式（1）进行计算。

式中：C 为乙酸钠的质量浓度，mg/L；As为样品的吸光度；Ab为空白试验的吸光度；a 为校准曲线的截距；b 为校准曲线的斜率；f 为稀释倍数。

1.3.2 化学滴定法测定乙酸钠质量分数

参考《化学试剂 无水乙酸钠》（GB/T 694—2015）［8］对强酸性阳离子交换树脂柱进行处理，对样品进行检测。

参考《化学试剂 标准滴定溶液的制备》（GB/T 601—2016）［12］对氢氧化钠标准滴定溶液进行标定计算。

称取1.000 0 g～1.200 0 g 乙酸钠样品，精确至0.000 1 g，溶于25 mL 去离子水中，装于100 mL 锥形瓶。将锥形瓶中的样品注入处理好的强酸性阳离子交换树脂柱中，以约5 mL/min的流量进行交换，交换液收集于锥形瓶中，用水分次洗涤树脂至用精密pH 试纸测得滴下溶液呈中性，收集交换液和洗涤液约400 mL。向收集液中加2 滴酚酞指示液（10 g/L），用氢氧化钠标准滴定溶液［c（NaOH）≈0.10 mol/L］滴定至溶液呈粉红色，并保持30 s。另取一个锥形瓶，再次用水洗涤树脂，收集洗液约150 mL，按照上述方法进行滴定，所消耗的NaOH 体积应小于0.10 mL。同时做空白实验。

样品中乙酸钠的质量分数按式（2）进行计算。

式中：ω 为乙酸钠质量分数，%；V1为氢氧化钠标准滴定溶液体积，mL；V2为空白实验消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积，mL；C 为氢氧化钠标准滴定溶液浓度，mol/L；M 为无水乙酸钠的摩尔质量，g/mol，［M（CH3COONa）=82.02 g/mol］；m 为样品质量，g。

2 结果与讨论

2.1 分光光度法测定乙酸钠含量

（1）检测波长的确定。乙酸钠对光吸收具有选择性，当光穿过乙酸钠溶液时，乙酸钠溶液对光的吸收程度随光波长的不同而发生变化。在190 nm～250 nm 波长范围内，用紫外分光光度计对乙酸钠溶液进行扫谱，结果如图1 所示。实验结果表明100 mg/L 乙酸钠在波长191 nm 处有最大吸收峰，选择191 nm作为测定波长。

图1 100 mg/L 乙酸钠扫谱图

（2）标准曲线测定结果。按照绘制标准曲线的步骤于191 nm处测定标准曲线，结果如图2 所示。拟合曲线得到线性方程：As=0.00555c-0.00954，r=0.9990。实验结果表明乙酸钠浓度在0 mg/L～100.0 mg/L 范围内时，吸光度与乙酸钠浓度的线性关系良好。

图2 标准曲线拟合图

（3）结果精密度。对乙酸钠样品进行测定，3 组样品分别做5 次平行样，计算结果的相对标准偏差，测定结果见表1。实验表明结果相对标准偏差在1.8%～2.5%之间。

表1 分光光度法实验精密度检测结果

（4）结果准确度。对稀释后的5 组乙酸钠样品进行加标实验，加入20 mg/L 乙酸钠标准溶液，分别测定加标前后试样浓度，计算加标回收率，测定结果见表2。实验表明加标回收率在92.0%～94.5%之间。

表2 分光光度法实验准确度检测结果

2.2 化学滴定法测定乙酸钠质量分数

对乙酸钠样品进行测定，3 组样品分别做5 次平行样，计算结果的相对标准偏差，测定结果见表3。实验表明结果相对标准偏差在0.52%～0.86%之间。

表3 化学滴定法实验精密度检测结果 （%）

2.3 结果对比

（1）分光光度法与化学滴定法结果对比。将6 组乙酸钠样品分别利用上述分光光度法及常规化学滴定法进行测定，测定结果见表4。

表4 样品乙酸钠含量测定结果

由表4 可知，利用分光光度法测得的结果与常规化学滴定法相比，结果相对偏差在5.0%以内。结果表明，利用本文所述分光光度法测定样品乙酸钠含量结果与常规化学滴定法测得结果相近，该法可用于污水处理厂快速检测乙酸钠含量。

（2）氢氧化钠添加与否结果对比。在除标准溶液和待测样品溶液中均不加入氢氧化钠外，其余条件均一致的情况下，对样品1 和样品2 的乙酸钠含量及pH 值进行测定，并将其与加入氢氧化钠的测定结果进行对比，测定结果见表5。

表5 分光光度法测定含量氢氧化钠添加与否结果对比

由表5 可知，在利用分光光度法测定乙酸钠含量时，与不添加氢氧化钠的检测条件相比，添加氢氧化钠后，样品1 和样品2 的pH 值均增大至更接近样品原样pH 值，且测定结果也与利用常规化学滴定法的结果更接近。

分析表明，乙酸钠作为强碱弱酸盐，在水中极易发生水解，水解方程见式（3）。

在利用分光光度法测定污水处理用乙酸钠溶液中乙酸钠含量时，往往需要将样品进行稀释操作，这将使乙酸钠发生一定程度的水解，平衡式向右移动，乙酸钠转变为乙酸，从而使溶液性质发生变化，影响测定结果的准确性。加入一定量氢氧化钠，调节体系pH，使平衡左移，可提高测定准确性。

3 结论

（1）利用分光光度计对乙酸钠进行扫谱，在191 nm 处测得最大吸收峰。在191 nm 波长处测定不同浓度乙酸钠吸光度，拟合得到线性方程：As=0.00555c-0.00954，r=0.9990。通过该法测定乙酸钠样品中乙酸钠含量，相对标准偏差在1.8%～2.5%之间，加标回收率在92.0%～94.5%之间。与化学滴定方法相比，结果相对偏差在5.0%以内。

（2）在利用分光光度法测定乙酸钠含量时，加入氢氧化钠，调节体系pH 值，可提高检测结果准确性。

（3）利用分光光度法测定乙酸钠含量，方法简便、快速、成本低，且精密度和准确度高。在实际生产中，可利用该法对污水处理用乙酸钠溶液中乙酸钠含量进行快速测定。