加速老化的无铬鞣革中游离苯胺的FIA-UV法分析

马玉洁 秦丹 单志华

摘要：采用流动注射分析-紫外光谱法（FIA-UV），基于苯胺与亚硝酸盐在酸性条件下发生的重氮化反应及其在碱性条件下的偶合显色反应，实现苯胺的有效检测.通过实验参数的优化，确定495 nm为最大吸收波长，建立了苯胺质量浓度在0.002～2.0 mg/L范围内与峰高具有良好线性关系的模型（R2=0.999 7），检出限为1.62 μg/L，重复性（RSD）为0.71%.该方法在加速老化后皮革萃取液中的应用表现出97.8%～103.8%的加标回收率，相较国标法具有更优的抗干扰能力和更高的检测精度.成功建立的苯胺检测新方法，为无铬鞣革产品的质量控制及环境监测提供了重要的技术支持，有助于提高公共健康和环境保护水平.

关键词：无铬鞣革; 苯胺; 流动注射; 分光光度法; 含量测定

中图分类号：TS57  文献标志码：A  文章编号：1001-8395（2024）05-0650-06

doi：10.3969/j.issn.1001-8395.2024.

苯胺在化工行业中是一种很重要的原材料，属高毒性物质[1-5].皮革行业中对苯胺类化合物的应用相当广泛[6]，苯胺类单体多数已被证明对人体健康以及环境保护有重大不利影响[7-10].目前，对食用水及一些纺织商品已有苯胺的分析方法标准[11-13]，对皮革而言，要在复杂的混合溶液中建立起快速、简单和有效的分析方法是一项令人关注的课题.

目前，苯胺分析检测的方法应用得最广泛的是色谱法[14-16]和光度分析法[17-18].但是，色谱法由于仪器昂贵会受到限制，而光度分析法所用的显色剂不稳定且操作程序繁琐.流动注射分析（FIA）技术集合了采样、富集、分离、检测等于一体，分析方便、快捷、准确，能够较好地达到在线检测的目的[19-20].苯胺与亚硝酸盐在酸性环境中会发生重氮化反应，然后在碱性条件下，其重氮化反应产物可以和甲萘酚发生耦合并生成红色物质，该物质颜色比较稳定，且在波长495 nm处有最大吸收.根据该原理，本文介绍了FIA-UV法对游离苯胺进行分析的新方法.

流动注射分析（FIA）结合紫外光谱（UV）技术是一种用于快速、高通量样品处理的分析方法，特别适用于复杂样本的质量控制和成分分析.FIA-UV法通过将样品直接注入连续流动的溶剂流中，并在特定波长下进行紫外光谱检测，从而实现对目标化合物的快速识别和定量.

1 实验部分

首先将无铬鞣革样品放置于氙灯老化耐候性试验箱中，进行光照老化处理，同时调节实验的温度和相对湿度，控制光辐射的强度及时间.然后，使用人工碱性汗液对老化后的样品进行萃取，检测游离苯胺及其衍生物的含量.

1.1 实验试剂及仪器 试剂：脱色剂（成都科龙化学试剂公司）、浓度为0.5 mol/L的亚硝酸钠（NaNO2）溶液、质量浓度为1.0 g/L的甲萘酚乙醇水溶液;浓度为0.05 mol/L的硫酸溶液;浓度为0.5 mol/L 的盐酸溶液;浓度为1.0 mol/L的氢氧化钠（NaOH）溶液.

仪器：HYY3-1营养盐自动分析仪，实验室自制;HL-2恒流蠕动泵，上海沪西分析仪器厂;N-2000双通道色谱工作站，浙江大学智能信息工程研究所;微量注射器，上海微量注射器生产公司;单通道电磁阀，西安汇源仪表阀门有限公司.

1.2 分析流程原理 根据方法原理，设计分析的流路图见图1.

P： 蠕动泵; R： 显色液; R0：参比液; S： 试样; V：进样阀; M： 混合器; L： 反应圈;

C0： 进样环; O： 光学检测系统; PC： 计算机处理系统; W： 废液

1.3 共存物质分析 实验利用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法对无铬鞣革碱性汗液萃取液中金属离子进行分析，萃取液中目标元素测定结果见表1.

1） 按照表1萃取检出的共存干扰离子进行50倍浓度的设计，包括：Mn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、As3+、Sr2+、Cd2+、Sn2+、Ba2+、Hg2+、Pb2+.

2） 按照无铬鞣革加工方法与材料对萃取液中有机物进行10倍浓度的设计，包括：苯酚、甲酸、乙酸、丙烯酸、十二烷基苯磺酸钠以及组氨酸.

2 实验流程

在强酸性介质中，苯胺与亚硝酸盐发生重氮化反应;其产物在碱性环境下与甲萘酚偶合显色，最大吸收波长为495 nm.据此建立了使用FIA-UV法测定游离苯胺的方法.分析并优化影响吸光度的FIA-UV系统参数;评估实验体系的线性范围、检出限、精密度和抗干扰性;最后，将国标方法与本研究方法进行比较.

2.1 条件优化 实验需要在特定波长范围内确定苯胺反应后显色物质的最优吸收波长.利用FIA-UV法进行测定时，显色液的进入方式是通过六通自动阀然后注入到试样中，此时相对峰值（H）也会在空白试样（去离子水）的测定过程中出现，该峰值就是显色液的吸收峰.本实验以相对峰值为基准，通过实验确定方法各因素的最佳条件，从而能够比较好地确定方法的灵敏度.设峰值Hr为加甲醛标液的去离子水产生的相对峰值H1与没有加标的去离子水的相对峰值（H0）的差值，即Hr=H1-H0.Hr越高，则此实验条件越好.

2.1.1 检测波长的选择 在350～550 nm波长范围内对溶液的吸光度进行分析，结果如图2所示.最大吸收波长为495 nm.

2.1.2 硫酸溶液浓度的优化 在固定仪器操作条件下，改变硫酸溶液的浓度，研究硫酸溶液浓度在1.5×10-3～1.9×10-2 mol/L范围内，吸收峰值和硫酸溶液浓度的变化趋势如图3所示.

由图3可知，随着硫酸溶液浓度的增大，峰值先增大后降低，在硫酸溶液浓度为4.0×10-3 mol/L时有最大峰值.当酸度过高时，显色反应会受到影响，所以本实验确定最适宜的硫酸浓度为4.0×10-3 mol/L.

2.1.3 NaNO2溶液浓度的优化 苯胺的重氮化反应受NaNO2溶液浓度的影响.实验中选用不同浓度的NaNO2溶液，探究1.0×10-2～7.0×10-2 mol/L浓度范围内，苯胺分析灵敏度的变化，结果如图4所示.

如图4所示，随着NaNO2溶液浓度的增加，体系的吸收峰值先升高然后下降，最终趋于稳定.在1.0×10-2～4.8×10-2 mol/L的浓度范围内，吸收峰值随浓度增加而增加，并在浓度达到4.8×10-2 mol/L时开始下降.因此，最佳NaNO2溶液浓度为4.8×10-2 mol/L.

2.1.4 显色剂甲萘酚浓度的优化 改变显色剂甲萘酚溶液的浓度，研究甲萘酚溶液质量浓度在10.0～70.0 mg/L范围内对苯胺测定灵敏度的影响，即分析峰值和显色剂甲萘酚质量浓度的关系，结果如图5.随着显色剂甲萘酚质量浓度的增加，测定灵敏度相应提高.在10.0～70.0 mg/L的甲萘酚溶液质量浓度范围内，峰值随质量浓度增加而增大，达到最大值时的质量浓度为45.0 mg/L，之后峰值随质量浓度增加呈下降趋势.因此，实验确定45.0 mg/L为显色剂甲萘酚的最优质量浓度.

2.1.5 NaOH溶液浓度的优化 苯胺重氮化后与显色剂甲萘酚反应的显色效果显著受到NaOH浓度的影响.通过调节NaOH溶液浓度（3.0×10-2～8.0×10-2 mol/L），探究其对苯胺测定灵敏度的影响，如图6.

从图6可以看出，体系峰值随NaOH溶液浓度的增加呈先增加后降低的趋势，当NaOH浓度为6.0×10-2 mol/L时，峰值达到最大值，之后随着NaOH溶液浓度的增加，峰值开始逐渐下降至平衡.所以，本实验选择6.0×10-2 mol/L作为NaOH的最优浓度.

2.1.6 进样体积的优化 进样体积直接影响样品量、分析体系的信号强度、分析频率，以及方法的灵敏度和线性范围，如图7所示.

图7中，相对峰值随进样体积增加而逐渐上升，在300 μL时达到最大值后趋于稳定.此外，该方法展现出良好的线性范围.因此，本实验选定300 μL为最佳进样体积.

2.2 方法的评价 在选择好的最优条件下（在确定最优条件后），本研究从线性关系、检出限、精密度及抗干扰能力等方面入手来评价分析方法.

2.2.1 线性范围 经过处理的苯胺参比标样制备标准溶液，质量浓度分别为0、0.002、0.004、0.006、0.008、0.01、0.02、0.05、0.10、0.25、0.50、1.0、2.0 mg/L.然后在已优化的仪器参数及实验条件下，进行进样及测定并绘制标准曲线，最后进行线性回归，结果如图8所示.

在最优条件下，苯胺质量浓度在0.002～2.0 mg/L范围内峰值（Hr）与质量浓度（c，mg/L）成线性关系，线性方程为 H=280.7c+ 6.842 9，线性相关系数R2 =0.999 7.

2.2.2 检出限 按基线噪声半倍峰值的3倍与工作曲线斜率的比值计算，基线噪声为0.152 mV，方法的检出限为1.62 μg/L.方法具有较低的检出限，可以对低浓度的样品进行检测.

2.2.3 精密度 在选定方法的实验条件和固定的仪器参数下，对质量浓度为0.1 mg/L的苯胺样品进行11次平行测定，计算RSD，如表2所示，RSD为0.71%.数据精密度较高，因此本方法具有较理想的重现性和准确度.

2.2.4 标样换算 苯胺标样加入配制的人工碱性汗液（pH=8.0），经过滤纸和萃取滤纸和PA脱色剂进行萃取液纯化脱色处理.根据优化条件与单独标样进行3次对比检测，确定误差，换算获得“参比标样”中甲醛的平均损失率为3.741%.

2.2.5 共存物质干扰实验 为了检测老化皮革萃取液中常见的元素对苯胺测定的干扰情况，按照选定的实验方法，对质量浓度为0.1 mg/L的苯胺标准溶液进行干扰试验.试验表明：

1） 在苯胺质量浓度为0.1 mg/L，离子干扰实验中，50倍无机干扰离子实验结果评价误差±5%范围内；

2） 在苯胺质量浓度为0.1 mg/L，10倍可溶性有机干扰物实验中，混合有机物干扰下，实验结果在平均允许误差为4.4%.

与国标法（GB/T 11889—1989）相比，FIA-UV法具有较小的误差，证明本方法具有抗干扰能力强的特性，更适于皮革样品萃取液中苯胺的测定.

2.2.6 样品分析及加标回收 为了提高测定结果的准确性，在已优化的实验条件和仪器参数下，按照选定的实验方法，对加速老化后皮革萃取液中已知浓度的苯胺溶液进行加标回收实验.

3 实验结果

3.1 萃取样品分析结果 经过光照老化处理以及碱性汗液萃取后的样品在优化条件下进行分析.不同的光照时间与醛-植鞣革内苯胺的含量变化结果如图9所示.从图9可以看出：

1） 无铬鞣革随光照时间的延长，其苯胺含量呈增加的趋势.

2） 从两种方法比较看，FIA-UV与国标法测定的结果较接近.

3.2 样品加标实验结果 参考GB/T11889—1989，利用N-（1-萘基）乙二胺偶氮UV法对加速老化后皮革萃取液中已知浓度的苯胺溶液进行加标实验，同时利用FIA-UV法对游离苯胺进行加标回收实验，并对两种方法的测定结果进行对比，结果见表3.

从表3可以看到，利用FIA-UV法测定游离苯胺，其加标回收率范围在97.8%～102.2%之间，相对平均误差范围为2%.而国标法测试苯胺的加标回收率范围在104.2%～105.0%之间，相对平均误差范围在4%～5%之间.对比两种方法，FIA-UV法回收率良好，检测结果更加精确，效果满意.

4 讨论与结论

4.1 技术创新与比较

本研究的FIA-UV法在操作简便性、检测灵敏度和试剂用量方面优于传统气相色谱和高效液相色谱技术，展现了显著的技术创新.

4.2 应用优势

相比现有方法，本技术在加速老化皮革萃取液的游离苯胺检测中显示出较高的自动进样效率和在线监测能力，强化了实际应用中的效率和准确性.

4.3 未来展望

考虑到FIA-UV法的潜在应用范围，未来研究将致力于进一步提升自动化水平、降低检测成本，并探索其在环境监测和食品安全等领域的应用可能.

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FIA-UV Analysis of Free Aniline in Chromium-free Tanning

MA Yujie1， QIN Dan1， SHAN Zhihua2

（1. College of Chemistry and Materials Science， Sichuan Normal University， Chengdu 610066， Sichuan;

2. The Key Laboratory of Leather Chemistry and Engineering of Ministry of Education， Sichuan University， Chengdu 610065， Sichuan）

Abstract：Using flow injection analysis-ultraviolet spectrophotometry （FIA-UV）， based on the diazotization reaction of aniline with nitrite under acidic conditions and its subsequent coupling color reaction under alkaline conditions， effective detection of aniline was achieved. Optimization of experimental parameters identified 495 nm as the maximum absorption wavelength， establishing a model with a good linear relationship between the aniline concentration （0.002- 2.0 mg/L） and the peak height （R2 = 0.999 7）， as well as a detection limit of 1.62 μg/L， and repeatability （RSD） of 0.71%. This method demonstrated an enhanced recovery rate of 97.8%-103.8% in accelerated aged leather extract， surpassing standard methods in interference resistance and detection accuracy. The newly established method for aniline detection significantly supports quality control and environmental monitoring of chrome-free leather products， contributing to improved public health and environmental protection.This study aims to develop a highly accurate and sensitive method for the quantitative analysis of aniline in chrome-free leather extract solutions.

Keywords：chrome-free leather; aniline; flow injection; spectrophotometry; content determination

（编辑 陶志宁）

基金项目：国家自然科学基金（52070136）

第一作者简介：马玉洁（1982—），女，博士，讲师，主要从事生物质材料改性及功能化研究，E-mail：ruby331@qq.com

引用格式：马玉洁，秦丹，单志华. 加速老化无铬鞣革中游离苯胺的FIA-UV法分析[J]. 四川师范大学学报（自然科学版），2024，47（5）：650-655.