TMB目視比色法檢測水中余氯的改進(jìn)

趙志萍，王桂玉，周斌

（常州友邦凈水材料有限公司，江蘇常州 213000）

TMB目視比色法檢測水中余氯的改進(jìn)

趙志萍，王桂玉，周斌

（常州友邦凈水材料有限公司，江蘇常州 213000）

為解決GB／T 5750.11-2006生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法中的3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）目視比色法檢測余氯時(shí)出現(xiàn)的評價(jià)方法準(zhǔn)確性欠佳、TMB顯色劑發(fā)黃、顯色體系偏綠等問題，對TMB目視比色法的評價(jià)方法、TMB顯色劑的配制條件和水樣的檢測條件進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，次氯酸鈉不宜作為余氯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來評價(jià)TMB目視比色法的改進(jìn)效果，而通過檢測顯色體系的A450和目視比色值相結(jié)合的方法來判斷方法改進(jìn)效果更為準(zhǔn)確。采用優(yōu)級純濃鹽酸和無氯純水室溫?cái)嚢枞芙?，可使顯色劑無色透明，從而解決TMB顯色劑發(fā)黃的問題，符合國標(biāo)要求。將顯色劑配制用酸（鹽酸）的濃度由國標(biāo)中0.1 mol／L變更為0.6 mol／L，可解決余氯顯色體系偏綠的問題。顯色體系pH變化后，顯色時(shí)間、顯色溫度、顯色劑用量可仍按照國標(biāo)方法的要求進(jìn)行操作。通過以上改進(jìn)措施，進(jìn)一步提高了余氯檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

余氯；3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺；目視比色法

生活飲用水（包括出廠水、管網(wǎng)水、末梢水及二次供水等）、游泳池水均需進(jìn)行氯化消毒，消毒后的余氯濃度是衡量水質(zhì)是否衛(wèi)生、安全的重要指標(biāo)之一。為準(zhǔn)確反映現(xiàn)場水樣的余氯含量，水樣需現(xiàn)采現(xiàn)測。

GB／T 5750-2006［1］中余氯的測定方法之一為3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）比色法，該方法因其方便、快捷、直觀，被廣泛應(yīng)用于余氯現(xiàn)場檢測。實(shí)際應(yīng)用中該方法存在以下問題：（1）配制的TMB顯色劑呈黃色，無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中要求的無色透明；（2）顯色體系顏色偏黃綠色，無法與標(biāo)準(zhǔn)比色系列進(jìn)行比色得出檢測結(jié)果；（3）有人針對顯色體系異常的問題進(jìn)行改進(jìn)和探討［3-5］，多采用次氯酸鈉溶液作為余氯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來評價(jià)改進(jìn)后方法的準(zhǔn)確性，有一定局限性。筆者對上述問題進(jìn)行試驗(yàn)分析，重新確定了TMB目視比色法優(yōu)化改進(jìn)的評價(jià)方法，考察了配制溫度、配制用酸、配制用水等因素對TMB顯色劑配制效果的影響，考察了顯色體系pH值、顯色時(shí)間、顯色溫度、顯色劑用量等顯色條件對測定結(jié)果準(zhǔn)確度的影響，進(jìn)一步提高了檢測的準(zhǔn)確度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

分光光度計(jì)：722型，上海光譜儀器有限公司；

1 cm 比色皿；

50 mL比色管；

氯化鉀-鹽酸緩沖溶液：pH 2.2，稱取3.7 g經(jīng)100～110℃干燥至恒重的氯化鉀，用純水溶解，再加入0.56 mL鹽酸（ρ20=1.19 g／mL），并用純水稀釋至1 000 mL；

TMB溶 液：0.3 g／L，稱 取0.03 g的TMB（C16H20N2），將100 mL 0.1 mol／L的鹽酸溶液分批加入并攪拌，使試劑溶解，混勻，此溶液應(yīng)無色透明，儲存于棕色瓶中，在常溫下可保存6個(gè)月；

重鉻酸鉀-鉻酸鉀溶液：稱取0.155 g經(jīng)120℃干燥至恒重的重鉻酸鉀（K2Cr2O7）及0.465 g經(jīng)120℃干燥至恒重的鉻酸鉀（K2CrO4），溶解于氯化鉀-鹽酸緩沖溶液中，并稀釋至1 L。此溶液生成的顏色相當(dāng)于1 mg／L余氯與TMB生成的顏色。

1.2 方法原理［1］

在pH值小于2的酸性溶液中，游離余氯與TMB反應(yīng)，生成黃色的醌式化合物，用重鉻酸鉀溶液配制的永久性余氯標(biāo)準(zhǔn)色列進(jìn)行目視比色定量。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法［1］

1.3.1 永久性余氯標(biāo)準(zhǔn)比色液的配制

按表1所列用量分別吸取重鉻酸鉀-鉻酸鉀溶液，注入50 mL具塞比色管中，用氯化鉀-鹽酸緩沖溶液稀釋至50 mL，在冷暗處保存，可使用6個(gè)月。

表1 0.005～1.0 mg／L永久性余氯標(biāo)準(zhǔn)比色液

1.3.2 樣品測定

加入2.5 mL TMB溶液于50 mL具塞比色管中，再加入澄清水樣至50 mL標(biāo)線，混合后立即比色，所得結(jié)果為游離余氯含量。放置10 min，比色所得結(jié)果為總余氯含量，總余氯含量減去游離余氯含量即為化合態(tài)余氯含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 余氯檢測評價(jià)方法的確定

目前，我國尚無有證的余氯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)［2］。不少研究采用碘量法標(biāo)定后的次氯酸鈉溶液作為余氯標(biāo)準(zhǔn)溶液，在450 nm波長下繪制回歸方程，作為評定TMB比色法改進(jìn)效果比較判斷的依據(jù)［3-5］。相關(guān)資料檢索發(fā)現(xiàn)，次氯酸鈉溶液性能不穩(wěn)定，即便在常溫下也易分解釋放出新生態(tài)原子氧，引起一系列的反應(yīng)，導(dǎo)致次氯酸鈉溶液中含有NaClO，NaCl，［O］，H2O，HClO，NaOH，HCl，NaClO3，O2等9種組分［6］。因此次氯酸鈉溶液不具備標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的均勻性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的特征，不能作為繪制校準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。也有文獻(xiàn)采用永久性余氯標(biāo)準(zhǔn)比色系列在450 nm下繪制回歸方程，但對比色系列進(jìn)行波長掃描發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)比色系列溶液在400～500 nm之間無最大吸收波長［7］，因此也不能采用標(biāo)準(zhǔn)比色系列來繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

余氯顯色體系中，顯色化合物最大吸收波長λmax=450 nm，TMB的最大吸收波長λmax=280 nm，Δλ=170 nm＞60 nm，游離TMB的存在對余氯測定無干擾［5］。因此在λ=450 nm下檢測余氯顯色體系的吸光度，通過吸光度的變化對比與目視比色結(jié)果相結(jié)合的方法，可更準(zhǔn)確地判斷余氯檢測方法的改進(jìn)效果。

2.2 顯色劑TMB溶液的配制條件

2.2.1 配制溫度

按照國標(biāo)方法配制顯色劑TMB溶液，室溫?cái)嚢鑾追昼娂纯赏耆芙?；冬天氣溫較低，溶解時(shí)間稍長，但也可以完全溶解；加熱可以增加TMB的溶解速度，但配成的溶液卻更黃，其原因很可能是加熱攪拌條件下，加速了TMB與空氣中氧氣等氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成黃色醌式化合物。因此不建議按照國標(biāo)方法中“必要時(shí)可加溫助溶”來配制TMB顯色劑，采用常溫溶解TMB即可。

2.2.2 配制用酸

國標(biāo)方法要求采用分析純濃鹽酸配制TMB顯色劑，但溶液呈現(xiàn)明顯的黃色，改用優(yōu)級純濃鹽酸配制，溶液顏色為淡黃色。因此采用優(yōu)級純濃鹽酸可配制出更高品質(zhì)的TMB顯色劑。

2.2.3 配制用水

國標(biāo)方法中實(shí)驗(yàn)用水為純水，分別采用“優(yōu)級純濃鹽酸+普通純水”和“優(yōu)級純濃鹽酸+無氯純水”配制TMB顯色劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，普通純水配制的顯色劑為淡黃色，而采用無氯純水配制的顯色劑無色透明，符合國標(biāo)要求。

由于無氯純水的制取較為繁瑣，因此通過實(shí)驗(yàn)分析普通純水配制的TMB顯色劑中淡黃色物質(zhì)對余氯檢測結(jié)果的干擾大小，以此評價(jià)能否用普通純水代替無氯純水配制TMB顯色劑。

在400～500 nm之間對“優(yōu)級純濃鹽酸+普通純水”配制的TMB顯色劑中淡黃色物質(zhì)進(jìn)行掃描，以考察余氯中淡黃色物質(zhì)對余氯檢測結(jié)果的影響，掃描結(jié)果見表2。

表2 TMB顯色劑波長掃描結(jié)果

由表2可知，TMB顯色劑中淡黃色物質(zhì)在450 nm有最大吸收。按照GB／T 5750-2006中TMB余氯檢測方法，TMB顯色劑中淡黃色物質(zhì)會增加顯色體系吸光度，吸光度增加值約為0.002，增加值極小，對余氯目視比色結(jié)果的影響可忽略不計(jì)。因此可采用普通純水配制余氯試劑。

2.3 顯色體系偏綠的原因分析

根據(jù)國標(biāo)GB／T 5750-2006所確定的檢測條件，計(jì)算顯色體系pH 值為2.29，顯色體系pH不符合反應(yīng)所需的pH 值條件（pH＜2），且顯色體系顏色偏綠，無法與標(biāo)準(zhǔn)比色系列比色。

2.3.1 顯色體系pH值的影響

分別采用不同濃度的鹽酸溶液配制TMB顯色劑，將顯色劑加入余氯水樣中，10 min后檢測A450，并采用TMB目視比色法判斷余氯值。顯色體系的pH值對余氯檢測結(jié)果的影響見表3。

表3 顯色體系的pH值對余氯檢測結(jié)果的影響

由表3可知，當(dāng)顯色體系pH≥2時(shí)，顯色體系黃中帶綠，無法與標(biāo)準(zhǔn)系列比色；當(dāng)pH＜2時(shí)，顯色體系為黃色，其中，顯色體系pH 1.82時(shí)顯色體系顯色不充分，檢測結(jié)果偏低；繼續(xù)降低顯色體系pH值，余氯比色結(jié)果保持不變。當(dāng)顯色體系pH值為1.52～1.60時(shí)，吸光度最大，顯色最為充分。因此，采用0.6 mol／L HCl溶液配制TMB顯色劑，保持顯色體系pH值在1.5～1.6，不僅可解決國標(biāo)方法顯色體系偏綠的問題，更有利于得到準(zhǔn)確的余氯檢測結(jié)果。

2.3.2 顯色時(shí)間與水溫的影響

采用0.6 mol／L HCl溶液為溶劑配制TMB顯色劑（0.3 g／L），將顯色劑與水樣混勻后分別在20℃和30℃下開始檢測A450。顯色時(shí)間和水溫對余氯檢測值的影響如圖1所示。

圖1 顯色時(shí)間和水溫對余氯檢測值的影響

由圖1可知，當(dāng)水溫T=30℃時(shí)，顯色反應(yīng)5 min后，繼續(xù)延長顯色時(shí)間，余氯含量基本保持不變；當(dāng)水溫T=20℃時(shí)，顯色反應(yīng)9 min后，繼續(xù)延長顯色時(shí)間，余氯含量基本保持不變。由此可知，水溫的降低會延長顯色反應(yīng)時(shí)間；當(dāng)水溫T＜20℃時(shí)應(yīng)適度加熱，以加快顯色反應(yīng)速度，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此調(diào)整顯色劑配制用酸的濃度后，余氯檢測時(shí)顯色時(shí)間、顯色溫度仍可按照GB／T 5750-2006的要求進(jìn)行。

2.3.3 顯色劑用量的影響

采用0.6 mol／L HCl為溶劑配制TMB顯色劑（0.3 g／L），設(shè)計(jì)10個(gè)顯色劑投加量水平，將顯色劑與水樣混勻后靜置10 min檢測A450。顯色劑用量對余氯檢測值的影響如圖2所示。

圖2 TMB顯色劑使用量對余氯檢測值的影響

由圖2可知，TMB顯色劑用量為2.5 mL時(shí)，顯色體系有最大吸收，建議顯色劑用量為2.5 mL。因此調(diào)整顯色劑配制用酸濃度后，顯色劑用量仍可與GB／T 5750—2006保持一致。

3 結(jié)論

（1）次氯酸鈉不宜作為余氯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來評價(jià)TMB目視比色法的改進(jìn)效果，而通過檢測顯色體系的A450和目視比色值相結(jié)合的方法來判斷方法改進(jìn)效果更為準(zhǔn)確。

（2）針對配制出的TMB顯色劑發(fā)黃的問題，采用優(yōu)級純濃鹽酸和無氯純水室溫?cái)嚢枞芙?，可使顯色劑無色透明，符合國標(biāo)要求；采用普通純水代替余無氯純水配制，可降低配制的繁瑣度，配出的顯色劑略呈淡黃色，但不會影響余氯檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）針對余氯顯色體系偏綠的問題，將顯色劑配制用酸（鹽酸）的濃度由國標(biāo)中0.1 mol／L變更為0.6 mol／L，不僅可解決顯色體系顯色異常的問題，而且使余氯檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。顯色體系pH變更后，顯色時(shí)間、顯色溫度、顯色劑用量可仍按照國標(biāo)方法的要求進(jìn)行操作。

［1］ GB／T 5750-2006 生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法［S］.

［2］ 陳靜文，丁敏.余氯檢測方法與余氯標(biāo)準(zhǔn)溶液的概況［J］.化工管理，2013(1): 80-82.

［3］ 崔福花，王銳.生活飲用水中游離余氯含量的檢測條件［J］.職業(yè)與健康，2008，24(1): 336-337.

［4］ 康蘇花.3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺比色法測定飲用水中余氯［J］.河北工業(yè)科技，2013，30(4): 297-300.

［5］ 馮海濤，劉林.TMB 法測定水源水及飲用水中余氯［J］.中國衛(wèi)生工程學(xué)，2003，2(1): 43-44.

［6］ 王萬林.次氯酸鈉溶液穩(wěn)定性研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2007，39(9): 12-14，30.

［7］ 包偉群.TMB 目視比色法測定水中余氯反應(yīng)的pH值條件探討［J］.河南化工，2011，28(1): 44-46.

Improvement of Determination of Residual Chlorine in Water by TMB Visual Colorimetry

Zhao Zhiping, Wang Guiyu, Zhou Bin
（Youbang Water Treatment Chemical Co., Ltd., Changzhou 213100, China）

In order to solve problems of TMB visual colorimetry, such as poor accuracy of evaluation method of improved testing method, yellow color of TMB solution and partial green color of color system in GB／T 5750.11-2006 in determination of residual chloride in water，improved evaluation method, preparation conditions of TMB chromogenic agent and testing conditions of residual chlorine water were researched. Results showed that sodium hypochlorite should not be used as standard substance to evaluate the improving effect of TMB visual colorimetry, evaluating by A450and visual colorimetric value of chromogenic system was more accurate. Preparing TMB chromogenic agent with hydrochloric acid（GR）and pure water without residual chlorine at room temperature could make chromogenic agent colorless and transparent, solve the problem of yellow color of TMB solution, conform to requirements of GB／T 5750.11-2006. It could solve the problem of partial green color of color system by changing the concentration of hydrochloric acid, which was used to prepare TMB solution, from 0.1 mol／L to 0.6 mol／L, while chromogenic time, color temperature and dosage of chromogenic agent still could be operated according to requirements of national standard. Accuracy of testing results of residual chlorine was further improved through above measures.

residual chloride; TMB; visual colorimetry

O657.39

A

1008-6145（2014）02-0050-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.02.014

聯(lián)系人：趙志萍；E-mail: 44150382@qq.com

2013-12-12