分光光度法測(cè)定松花江水中木質(zhì)素和丹寧的含量

王嘉濱

（黑龍江省質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，黑龍江哈爾濱150050）

木質(zhì)素和丹寧都是復(fù)雜的羥基化的芳香族化合物。由于生物降解、工業(yè)排放等，能以多種方式進(jìn)入天然水中，因此，天然水耗氧量升高，溶解氧減少，造成水的污染，危害魚類和無(wú)脊椎動(dòng)物的資源及人民身體健康[1]。木質(zhì)素及其衍生物是水中有機(jī)污染物之一，甚至造成二次污染源[2]。特別是利用天然水中木質(zhì)素作為示蹤劑，研究天然水?dāng)U散規(guī)律，更近迫切要求準(zhǔn)確靈敏、快速的分析木質(zhì)素和丹寧的方法。

國(guó)外對(duì)木質(zhì)素的分析，早已引起重視，特別是熒光法測(cè)定木質(zhì)素磺酸鹽的文獻(xiàn)很多。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)天然水中木質(zhì)素和丹寧的分析報(bào)道不多，而且多采用美國(guó)公共衛(wèi)生協(xié)會(huì)等編著的“水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法”。該法所用的Folin-Denis試劑，本身存在著許多缺點(diǎn)，如試劑的靈敏度和常常的形成難于再現(xiàn)，顯色不大穩(wěn)定，其它羥基化芳香族化合物（酚類、腐植酸）的干擾等等。Folin-Ciocalteu進(jìn)行了改進(jìn)，但都沒(méi)有徹底解決試劑本身非特異性的問(wèn)題。

本試驗(yàn)考查了Folin-Denis和Folin-Ciocalteu試劑后確定了Folin-Ciocalteu試劑，在顏色穩(wěn)定、防止沉淀生成和靈敏試等方面優(yōu)于Folin-Denis試劑。

將干擾測(cè)定的一些有機(jī)物（酚類、腐植酸）在XAD-2小玻璃填充柱上分離。干擾測(cè)定的某些無(wú)機(jī)離子用絡(luò)合掩蔽消除。并用Folin-Ciocalteu試劑對(duì)松花江水在700nm處（從600~755nm，符合Beer定律）直接進(jìn)行木質(zhì)素和丹寧的分光光度法測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)方法最小檢測(cè)量為0.01mg·L-1的丹寧含量。同時(shí)初步考察了在275nm處用紫外光譜法對(duì)木質(zhì)素和丹寧的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)；1.0cm石英池；PHS-3C型酸度計(jì)；實(shí)驗(yàn)室常用玻璃儀器。

本實(shí)驗(yàn)所用的試劑均為分析純；

Amberlite XAD-2樹脂系由Rohm and Hass制造（經(jīng)乙睛、丙酮、乙醚有機(jī)溶劑抽提純化后，備用吸附劑）；

Folin-Denis試劑：往750g水中加入100g鎢酸鈉、20g磷鉬酸和50mL磷酸（85%）。這些物質(zhì)在帶有回流冷凝器燒瓶里煮沸2h，冷卻到25℃，并稀釋至1000mL；

Folin-Ciocalteu試劑：稱取100g鎢酸鈉（Na2WO4·2H2O）、25g鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O）和700mL蒸餾水，一起轉(zhuǎn)移到1500mL平底燒瓶里，然后取50mL 85%磷酸和100mL濃鹽酸加入平底燒瓶里。平底燒瓶連接一個(gè)回流冷凝器，將該混合液緩緩地煮沸10h，在煮沸結(jié)束之前，加入150g硫酸鋰、50mL水和幾滴液體Br2。該混合液在不帶冷凝器的燒瓶里，再煮沸15min，除掉過(guò)量的溴，然后冷卻到25℃，稀釋至1000mL。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

丹寧的標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取干燥恒重的丹寧（分析純、德國(guó)產(chǎn)）0.1000g，溶于蒸餾水中，用蒸餾水稀釋至100mL，放置在冰箱內(nèi)保存。使用時(shí)，取100mL標(biāo)準(zhǔn)液，稀釋至1000mL（其濃度為0.01mg·mL-1）

木質(zhì)素的標(biāo)準(zhǔn)溶液：取造紙廠的黑液，用HCl酸化，調(diào)節(jié)pH值至3左右，析出的木質(zhì)素，用20~30mL乙醚洗滌3次，洗去沉淀物上吸附的松香樹脂之類的干擾物質(zhì)，最后用玻璃水泵將沉淀抽干，放置在真空干燥器內(nèi)，并稱至恒重。

稱取上述自制的木質(zhì)素0.1000g，加入幾滴0.1mol· L-1Na2CO3溶液，使之溶解后，加入蒸餾水，調(diào)節(jié)pH值至中性，移入100mL溶量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度（其濃度為1mg·mL-1），放入冰箱內(nèi)保存，使用時(shí)取10mL上述溶液，用蒸餾水稀釋至1000mL（其濃度為0.011mg·mL-1）,以備實(shí)驗(yàn)用。

飽和Na2CO3溶液：稱取200g Na2CO3，溶于500mL蒸餾水中，并用蒸餾水稀釋至1000mL，儲(chǔ)于帶橡皮塞的瓶中。

Na2CO3-酒石酸溶液：稱取200g Na2CO3和12g酒石酸鈉，溶于750mL熱的蒸餾水中，冷卻至室溫，用蒸餾水稀釋至1000mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件的選擇

2.1.1 試劑的顏色和空白Folin-Denis試劑是藍(lán)-綠顏色，這是因?yàn)榛亓鲿r(shí)間短，使鎢酸鈉（鉬酸鈉）轉(zhuǎn)化到磷鎢酸鈉（磷鉬酸鈉）不完全的原因，F(xiàn)olin-Ciocalteu試劑，采用加入溴而除去這些還原產(chǎn)物，不僅使顏色（黃色）穩(wěn)定，而且還降低了試劑的空白，實(shí)驗(yàn)得Folin-Denis比Folin-Ciocalteu試劑空白高二倍，而且Folin-Ciocalteu試劑空白非常穩(wěn)定。

在Folin-Denis試劑的沉淀中，發(fā)現(xiàn)有鎢（鉬）的鈉鹽絡(luò)合物。Folin-Ciocalteu試劑，由于加入鋰鹽避免了沉淀的產(chǎn)生，鎢（鉬）的鋰鹽絡(luò)合物比鈉的絡(luò)合物易于溶解。實(shí)驗(yàn)表明：Folin-Ciocalteu試劑，保存一年仍然穩(wěn)定，測(cè)定數(shù)據(jù)重現(xiàn)。

2.1.2 溫度的影響 溫度對(duì)顯色時(shí)間有很大的影響，F(xiàn)olin-Denis試劑加入碳酸鹽后，大約20min左右就出現(xiàn)沉淀，顏色不穩(wěn)定。而Folin-Ciocalteu試劑顯色30min至4h，都能保持顏色穩(wěn)定，測(cè)量在20℃以上，得到最大準(zhǔn)確度。如果室溫低于20℃由于顯色放慢，顯色時(shí)間最好在1h（或1h以上）再進(jìn)行測(cè)量。

2.1.3 有機(jī)干擾物-酚類和腐植酸的分離 酚類和腐植酸對(duì)Folin-Denis和Folin-Ciocalteu兩種試劑用分光光度法分析木質(zhì)素和丹寧，都給出正的干擾。分離天然水中酚類和腐植酸的方法很多，但吸附分離法，可以簡(jiǎn)化操作，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化。

本實(shí)驗(yàn)選用XAD-2為吸附劑，將它填充到10cm×0.8m2的玻璃柱中，腐植酸的分離是將水樣用鹽酸酸化至pH=2.2，而分離酚類用磷酸將水樣酸化到pH=4.0，兩者都以4mL·min-1流量，流經(jīng)吸附柱。腐植酸和酚類分別吸附在XAD-2吸附柱上（用0.2mol·L-1NaOH溶液及二氯甲烷脫附），流經(jīng)吸附柱后的水樣供分光光度法測(cè)定。

2.1.4 pH值的影響取10mL（濃度為0.01mg·mL-1）標(biāo)準(zhǔn)的木質(zhì)素和丹寧溶液，分別加入1mLFolin-Cioc alteu試劑，靜止5min后加入不同量的碳酸鈉-酒石酸鈉，用蒸餾水稀釋至100mL，以蒸餾水作為空白，在700nm處，記錄吸收值。同時(shí)測(cè)量流液的pH值，其結(jié)果如圖1、2。

圖1 木質(zhì)素溶液加入Na2CO3-酒石酸鈉量-pH吸收值變化曲線圖Fig.1 Additation of lignin solution in sodium carbonatesodium tartrate-pH curve

圖2 丹寧溶液加入Na2CO3-酒石酸鈉量-pH吸收值變化曲線圖Fig.2 Additation of tannins solution in sodium carbonatesodium tartrate-pH curve

從圖2可以看出，Na2CO3-酒石酸鈉溶液取7.5mL較為適宜，pH值在10左右較為穩(wěn)定，同時(shí)吸收值也較大。

2.1.5 兩種分析試劑的比較取2mL Folin-Denis試劑，加入10mL飽和Na2CO3溶液。取1mL Folin-Cioc alteu試劑，加入7.5mLNa2CO3-酒石酸鈉溶液。兩種試劑對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的木質(zhì)素和丹寧分析結(jié)果見表1、2。

表1 木質(zhì)素吸收值表Tab.1 Recorvery ratio of lignin

表2 丹寧吸收值表Tab.2 Recorvery ratio of tannins

從表1、2吸收值的數(shù)據(jù)明顯地看出，F(xiàn)olin-Ciocalteu比Folin-Denis試劑靈敏。

2.1.6 丹寧和木質(zhì)素的回收率 取嫩江水樣50mL，分別加入不同量標(biāo)準(zhǔn)的木質(zhì)素和丹寧溶液，并以嫩江水作空白，測(cè)定木質(zhì)素和丹寧的吸收值、回收率，結(jié)果見表3。

表3 木質(zhì)素和丹寧測(cè)定比較表Tab.3 Comparison of lignin and tannins determination

從表3中可以看出，在測(cè)定的范圍內(nèi)Folin-Ciocalteu試劑對(duì)丹寧的回收率都在93%以上，而木質(zhì)素較丹寧回收率低。

2.2 丹寧和木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別取配制好的木質(zhì)素和丹寧的標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為0.01mg·mL-1）由0.5mL到10mL，放入100mL容量瓶里，加入1mL Folin-Ciocalteu試劑，靜止5min，再加入Na2CO3-酒石酸鈉溶液7.5mL，用蒸餾水稀釋至刻度，溶液逐漸呈現(xiàn)藍(lán)色。以蒸餾水作空白，30min后，在700nm處測(cè)定其吸收值，然后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖3、4。

圖3 木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve of lignin

圖4 丹寧標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4 Standard curve of tannin

通過(guò)線性擬合得到丹寧標(biāo)準(zhǔn)曲線的方程為：A=0.00896C-0.0000132，相關(guān)系數(shù)為：r=0.99993。

通過(guò)線性擬合得到木質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)曲線的方程為：A=0.00408C-0.0000244，相關(guān)系數(shù)為：r=0.99978。

2.3 紫外分光光度法對(duì)木質(zhì)素和丹寧測(cè)定的初步考查

由于木質(zhì)素和丹寧有較強(qiáng)的紫外吸收作用，因此，測(cè)定天然水中木質(zhì)素和丹寧的紫外分光光度計(jì)頗多。文獻(xiàn)報(bào)道有不同的波長(zhǎng)（205~230nm、254~280nm、260~280nm），最靈敏的為1mg·L-1。

同時(shí)，此外分光光度法也存在許多干擾問(wèn)題，針對(duì)天然水樣所含干擾物的不同（硫化物、亞硫酸鹽、亞硝酸鹽、多種金屬離子、酚類和硫醇等）采用的分離方法亦不相同。

實(shí)驗(yàn)得到丹寧在0.05~2.5mg·L-1、木質(zhì)素從0.05 ~2.5mg·L-1、波長(zhǎng)在275nm處,狹縫為0.5，紙速2× 20，都呈線性關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）Folin-Denis和Folin-Ciocalteu試劑比較結(jié)果見表4。

表4 兩種試劑試驗(yàn)比較表Tab.4 Comparison of two reagents experiments

（2）用XAD-2填充玻璃柱，調(diào)解不同的pH值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)酚類、腐植酸干擾物的分離及無(wú)機(jī)干擾物，由于硫酸鋰、碳酸鈉-酒石酸的加入而掩蔽，解決試劑非特異性的問(wèn)題，從而提高了分析靈敏度。本實(shí)驗(yàn)方法最小檢出量即0.01mg·L-1的丹寧含量，平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4%；本方法不需要富集，可直接測(cè)定，方法快速、靈敏、準(zhǔn)確，且操作簡(jiǎn)單快捷，是一種較為實(shí)用的檢測(cè)方法。

［1］王全杰，等.［J］.標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，2010，32（23）：26-31.

［2］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水檢測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002. 281-288.