高锰酸盐指数的影响因素

2023-11-03林诗琦

辽宁化工 2023年10期

林诗琦

（广州市生态环境局番禺环境监测站，广东广州 511483）

水污染治理一直是国家在经济发展的重点，而保护水环境的必要做法则是水质的分析检测，高锰酸盐指数、溶解氧、重金属等都是在水质检测分析中的重要指标。高锰酸盐指数的测定以高锰酸钾为氧化剂，从而得出水样中易被强氧化剂高锰酸钾溶液氧化的还原性物质所消耗的氧化剂含量来测试水中所含有的还原性无机物的含量是否超过阈值的标准，以mg/L 为单位[1]。高锰酸盐指数是评价水质污染程度的主要双指标之一，通常作为还原性有机物和无机物污染程度的综合指标[2]。水源中有机物的种类和浓度不同，会直接影响高锰酸盐的氧化能力和反应速率：随着温度升高，有机物的生物降解速率加快，导致高锰酸盐指数下降；另外，光照会影响水中有机物的降解速率，从而影响高锰酸盐指数的值。因此对环境水体的有机物等还原性物质进行监测非常必要，高锰酸盐指数成为了尤为主要的一环。

测定高锰酸盐指数时，需注意高锰酸钾溶液的浓度、溶液酸度、加热温度、反应时间等因素[3-4]，以避免干扰因素对测定结果的影响,水质中高锰酸盐指数测定准确性的影响因素如下。

1 影响高锰酸盐指数测定结果的主要因素

1.1 高锰酸钾溶液

市面上流通的高锰酸盐溶液是相当稳定的，但大多数高锰酸钾固体试剂会含有一定的杂质，里面的 MnO4-、二氧化硫、硫酸盐相互反应会析出MnO(OH)2沉淀，而反应析出的MnO(OH)2和MnO2又会导致高锰酸钾溶液分解加快，从而使高锰酸钾溶液的使用寿命变短。因此，必须正确地配置和保存高锰酸钾溶液。

1.1.1 高锰酸钾贮备溶液的配置

在市售的高锰酸钾固体中，因其含有一定量的杂质会影响高锰酸钾溶液的使用。故在配置的过程时为了避免高锰酸钾溶液与蒸馏水中杂质反应导致高锰酸钾的浓度与标准值不符，所以在配置称重时高锰酸钾会高于标准值。配置完好的高锰酸钾溶液置于90～95 ℃水浴加热两个小时使溶液中的还原性物质氧化，同时为了延长配置完好的溶液的保存期，应当放置在暗处并使用棕色瓶保存，避免强光直射导致溶液氧化[5]。

1.1.2 高锰酸钾标准使用液的标定

临用前将配置完毕的高锰酸钾贮备液稀释10倍。配置高锰酸钾标准使用液，每次测定前需进行溶液标定来确定它的准确性，因其溶液的浓缩性，配置之后的每次实验预备也需进行标定。通过计算浓度来确定所需稀释比例，降低因高锰酸钾溶液浓度对高锰酸盐指数测定的偏差[6]。

1.1.3 高锰酸钾溶液对高锰酸盐指数的测定影响

在实验的测定当中，高锰酸钾主要用作于反应中的氧化剂，在高锰酸钾指数的测定当中会产生以下的影响：标准溶液的浓度对测定结果的影响。测定过程当中，标准溶液的浓度会对测试中空白值和样品值会产生较大的影响。大量实验分析发现，当高锰酸钾溶液的浓度在0.009 8 mol/L 至0.010 0 mol/L（K值范围0.950～1.01，空白值小于0.5 mg/L），准确性最高。具体如下：当高锰酸钾溶液校正系数K≤1 时，草酸钠标准溶液的浓度为0.010 0 mol/L，空白实验才能正常完成[7]。当K值较小即高锰酸钾溶液浓度过低时，空白消耗量偏大，使测定结果偏低；当K值较大即高锰酸钾溶液浓度大于0.010 0 mol/L 时，空白实验无法完成[8]。所以高锰酸钾溶液的浓度应≤0.010 0 mol/L，越接近理论值越好。

1.2 加热时间的影响

在高锰酸盐指数的酸性条件下，温度是影响测定结果的关键因素之一。根据国家标准要求，反应温度应在60～80 ℃之间。因此，本实验通过水浴沸腾加热的方法，探究不同加热时间对高锰酸盐指数测定结果的影响。选用三个高锰酸盐指数标样：第一个高锰酸盐指数环境标准样品（203190），其标样范围值为（1.29±0.15）mg/L；第二个标准样品（2031101），范围值为（2.29±0.31）mg/L；第三个标准样品（2031109），范围值为（4.74±0.37）mg/L。表1 列出了在保持一定反应温度下，不同加热时间对其分析结果的准确度影响。

表1 在一定的反应温度下不同加热时间对分析结果的影响

由表1 可知，测定结果随加热时间越长则结果越大，（30±2）min 是高锰酸盐指数的标样范围值要求[9]，由实验可得30 min 的加热时间最接近测定真值。因此，同一批样品在测定时应严格控制统一加热时间，加热时间以30 min 为最佳，这样可以提高数据的准确度[10]。

1.3 加热温度的影响

在水浴加热过程中，加热温度越高，高锰酸钾氧化水样中的还原物质的速率也越快，导致高锰酸盐指数测定结果偏高[11]。反之，如果加热温度过低，则可能导致氧化不充分，高锰酸盐指数测定结果偏低。因此，在进行高锰酸盐指数测定时必须控制加热温度，将水浴加热温度控制在96～98 ℃范围内，并确保水浴锅内沸水的水面要高于锥形瓶内的液面（1 cm 以上）[12]，以确保实验的准确性。

1.4 酸度的影响

高锰酸盐指数酸性法测定是在pH＜2的酸性条件下，通过高锰酸钾将样品中的某些有机物及还原性物质氧化。经过大量实验数据表明，当水样中[H+]为0.5～1 mol/L 时，滴定终点为0.2～0.5 mol/L，高锰酸盐指数测定值才接近真值[13-14]。酸度过高将促进H2C2O4分解；酸度过低KMnO4会部分被还原为MnO2沉淀[15]。

1.5 滴定时间的影响

本实验在实验室中通过对高锰酸盐指数的滴定时间和对应的温度进行了深入研究和记录。在水浴锅中沸水浴液面略高于锥形瓶液面高度的前提下，对加热30 min，然后从水浴锅中取出锥形瓶，立刻测量温度为95 ℃。下面是按实验步骤加入草酸钠（0.01 mol/L）10 mL 后，锥形瓶内样品温度下降到了80 ℃后，对其进行控温实验的结果，探讨滴定时温度对高锰酸盐指数的影响。选用三个高锰酸盐指数标样：第一个高锰酸盐指数环境标准样品（2031113），其标样范围值为（2.72±0.30）mg/L；第二个标准样品（2031109），范围值为（4.74±0.37）mg/L；第三个标准样品（2031110），范围值为（7.20±0.40）mg/L。表2 列出了在保持一定反应时间下，不同滴定时间对其分析结果的准确度影响。

表2 同一反应时间下不同滴定时间对分析结果的影响

由表2 可知，滴定时间越长，滴定温度越低，则结果越大，且滴定时间到达3 min 时，标准样品2031113 锥形瓶温度在57～66 ℃（超出国家标准60～80 ℃范围），且标样2031113 高锰酸盐指数超出了标样范围值要求。由实验可得滴定时间在3 min最为适宜。因此在平常的测定中，加快滴定的速度，提高数据的准确性。