污水中鎘含量的分光光度法測(cè)定

沈昱，吳艷波，劉淑紅，王連峰(大連交通大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116028)*

污水中鎘含量的分光光度法測(cè)定

沈昱，吳艷波，劉淑紅，王連峰
(大連交通大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116028)*

選用鎘-碘化鉀-羅丹明B多元絡(luò)合物顯色體系，分光光度法測(cè)定污水中鎘的含量.研究結(jié)果表明:向待測(cè)鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入1.0 mol/L硫酸溶液3.0 mL，碘化鉀-抗壞血酸溶液4.0 mL和10 g/L聚乙烯醇-1750溶液2.0 mL，加入顯色劑0.5 g/L羅丹明B溶液1.8 mL，搖勻放置10 min后，在600 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，鎘的質(zhì)量濃度在0～1.0 mg/L范圍內(nèi)符合朗伯-比爾定律，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)R2為0.993 3，加標(biāo)回收率為98.75%～102.50%.

鎘測(cè)定;分光光度法;多元絡(luò)合物

0 引言

鎘( Cd)屬于鋅族元素，是繼汞、鉛之后污染環(huán)境、威脅人類健康的第三種金屬元素，因此人們對(duì)污水中鎘含量測(cè)定方法的研究愈加重視［1］.目前鎘的分析方法主要有顯色絡(luò)合物的分光光度法［2-4］，火焰［5-8］及石墨爐［9-10］原子吸收光譜法以及電化學(xué)分析方法［11-12］等.原子吸收光譜法具有測(cè)定快速、干擾少、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，但儀器比較昂貴，運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用也較高.在環(huán)境監(jiān)測(cè)中常用的是雙硫腙分光光度法，這是水質(zhì)鎘測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法［2］，但其中使用劇毒的氰化鉀和毒性較大的氯仿，給操作者帶來危害，并且手續(xù)繁瑣，操作費(fèi)時(shí).本文研究了多元絡(luò)合物水相直接分光光度法測(cè)定鎘含量，分別考察了酸度條件、穩(wěn)定劑的加入量、顯色劑用量、顯色時(shí)間等條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，確定了多元絡(luò)合物顯色分光光度法測(cè)定鎘含量的最佳條件，測(cè)定出了標(biāo)準(zhǔn)曲線及加標(biāo)回收率.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1主要試劑及儀器

硫酸鎘，濃硫酸，碘化鉀，抗壞血酸，聚乙烯醇，羅丹明B(均為分析純)，電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)，2000型分光光度計(jì)(尤尼柯(上海)儀器有限公司).

1.2吸收光譜曲線的測(cè)定

向50 mL容量瓶中加入一定量的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，再加入一定量的1.0 mol/L硫酸溶液和碘化鉀-抗壞血酸溶液，混勻;加入一定量的10 g/L聚乙烯醇-1750溶液，0.5 g/L羅丹明B溶液，用水稀釋至刻度，搖勻，放置10 min.以試劑空白作參比，用1 cm比色皿，在波長(zhǎng)570～680 nm范圍內(nèi)測(cè)定吸光度.

1.3測(cè)定條件的選擇

分別考察溶液酸度、碘化鉀－抗壞血酸用量、羅丹明B用量以及聚乙烯醇用量對(duì)顯色反應(yīng)的影響，確定最佳測(cè)定條件.

1.4標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

取5個(gè)50 mL容量瓶，分別加入10 mg/L鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL，在最佳條件下顯色，放置10 min.以試劑空白作參比，用1 cm比色皿，在所選擇的測(cè)定波長(zhǎng)下測(cè)定每份溶液的吸光度，繪制吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線.測(cè)定分別加入1.0 mol/L硫酸溶液3 mL，搖勻;再加入碘化鉀-抗壞血酸溶液4 mL，搖勻;再加入10 g/L聚乙烯醇-1750溶液2 mL，搖勻;再加入0.5 g/L羅丹明B溶液1.8 mL，輕輕搖勻，用水稀釋至刻度，搖勻.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1顯色反應(yīng)測(cè)定條件的選擇

2.1.1測(cè)定波長(zhǎng)的選擇

從波長(zhǎng)570～680 nm測(cè)定顯色液以及試劑空白的吸收光譜曲線，如圖1所示.以水為參比，試劑空白的吸收光譜曲線的吸光度從570 nm開始快速下降，到610 nm處吸光度達(dá)到0.而以試劑空白為參比，顯色液的吸收光譜曲線，吸光度從570 nm開始逐漸增大，在594 nm處達(dá)到最大值0.309，之后逐漸下降;但在波長(zhǎng)為594 nm時(shí)，試劑空白吸光度為0.032，干擾較大，當(dāng)在波長(zhǎng)600 nm時(shí)顯色液的吸光度為0.292，試劑空白的吸光度為0.018，干擾較小.根據(jù)吸收最大，干擾最小的原則，我們選擇600 nm作為測(cè)定顯色液吸光度的最佳波長(zhǎng).

圖1 顯色液及試劑空白的吸收光譜曲線

2.1.2酸度對(duì)待測(cè)溶液吸光度的影響

通過改變顯色液中硫酸的加入量考察吸光度的變化，如圖2所示.硫酸用量從0增加到5 mL顯色液的吸光度逐漸增大.當(dāng)硫酸的用量為3 mL時(shí)顯色液的吸光度為0.475;當(dāng)硫酸的用量為4 mL時(shí)顯色液的吸光度為0.477，增加程度不大;再增加硫酸的用量顯色液的吸光度反而有所下降.綜合考慮我們選擇硫酸的最佳用量為3 mL.

圖2 硫酸用量的影響

2.1.3碘化鉀-抗壞血酸用量對(duì)待測(cè)溶液吸光度的影響

通過改變顯色液中碘化鉀-抗壞血酸的加入量考察吸光度的變化，如圖3所示.當(dāng)?shù)饣?抗壞血酸的用量從0增加到6 mL過程中，吸光度逐漸增大，用量再繼續(xù)增加到8 mL時(shí)吸光度反而下降.在碘化鉀-抗壞血酸的用量為2、4、6 mL時(shí)，溶液的吸光度值都較大，從效果和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)角度綜合考慮，選擇碘化鉀－抗壞血酸的最佳用量為4 mL.

圖3 碘化鉀-抗壞血酸用量的影響

2.1.4羅丹明B用量對(duì)待測(cè)溶液吸光度的影響

如圖4所示，當(dāng)羅丹明B用量從1 mL增加到1.8 mL時(shí)溶液的吸光度快速增大，用量繼續(xù)增加到2 mL和2.5 mL時(shí)，吸光度變化不大，當(dāng)用量再繼續(xù)增加到3 mL時(shí)吸光度反而迅速減小.因此，選擇羅丹明B的最佳用量為1.8 mL.

圖4 羅丹明B用量的影響

2.1.5聚乙烯醇用量對(duì)待測(cè)溶液吸光度和穩(wěn)定性的影響

圖5為加入不同量聚乙烯醇，溶液的吸光度隨著時(shí)間變化的曲線.可以看出當(dāng)聚乙烯醇用量為1 mL時(shí)，在顯色時(shí)間的前45 min顯色液的吸光度值穩(wěn)定在0.451;繼續(xù)放置到80 min，溶液吸光度略有下降;繼續(xù)放置溶液的吸光度值快速下降，溶液的穩(wěn)定性已經(jīng)達(dá)不到要求.當(dāng)聚乙烯醇用量為2 mL時(shí)，顯色的前120 min內(nèi)溶液的吸光度均為0.475，穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，到150 min時(shí)吸光度才略有下降.當(dāng)聚乙烯醇用量為3 mL時(shí)，顯色的前60 min內(nèi)溶液的吸光度均為0.484，超過60 min后吸光度逐漸降低.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚乙烯醇對(duì)顯色體系有良好的增穩(wěn)效果，通過上述分析可選擇聚乙烯醇的最佳用量為2 mL.

圖5 聚乙烯醇用量的影響

2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

在上述顯色反應(yīng)的最佳條件下:分別加入1. 0 mol/L硫酸溶液3 mL，碘化鉀-抗壞血酸溶液4 mL，10 g/L聚乙烯醇-1750溶液2 mL，再加入0.5 g/L羅丹明B溶液1.8 mL，搖勻，用水稀釋至刻度，搖勻.放置10 min，測(cè)定每份標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖6所示.由圖可知，鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度與濃度的關(guān)系在0～1.0 mg/L范圍內(nèi)符合朗伯-比爾定律，相關(guān)系數(shù)R2=0.993 3，說明線性關(guān)系很好.

圖6 分光光度法測(cè)定鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3加標(biāo)回收率的測(cè)定

按照測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法，分別測(cè)定0.25、0.50、0.75、0.90 mg/L的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得每份溶液的鎘濃度，并計(jì)算出回收率如表1所示.從表中可以看出加標(biāo)回收率在98.75%～102.50%之間，說明采用多元絡(luò)合物分光光度法測(cè)定水中鎘含量的方法準(zhǔn)確可靠.因此，本法靈敏度高、簡(jiǎn)單易行、操作快速、線性關(guān)系好、儀器價(jià)格便宜，是測(cè)定污水中微量鎘含量的首選方法.

表1 加標(biāo)回收率的測(cè)定

3 結(jié)論

本文選擇鎘-碘化鉀-羅丹明B顯色體系，多元絡(luò)合物分光光度法測(cè)定鎘含量，得出結(jié)論如下:

( 1)通過吸收光譜曲線的測(cè)定，選擇600 nm作為顯色液吸光度測(cè)定的最佳波長(zhǎng);

( 2)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在待測(cè)鎘溶液中加入1.0 mol/L硫酸溶液3.0 mL，碘化鉀－抗壞血酸溶液4.0 mL和10 g/L聚乙烯醇-1750溶液2.0 mL，加入顯色劑0.5 g/L羅丹明B溶液1.8 mL，搖勻放置10 min后，可以得到穩(wěn)定的紫紅色三元絡(luò)合物顯色液;

( 3)配制不同鎘濃度的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在最佳條件下顯色并測(cè)定吸光度值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.結(jié)果表明，鎘的質(zhì)量濃度在0～1.0 mg/L范圍內(nèi)符合朗伯-比爾定律，相關(guān)系數(shù)R2為0.993 3，加標(biāo)回收率為98.75%～102.50%.

［1］蔡慧華，彭速標(biāo).痕量鎘測(cè)定方法的最新進(jìn)展［J］.理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2006，42( 8) : 682-686.

［2］中國(guó)科學(xué)院環(huán)境化學(xué)研究所.GB/ T 7471－1987水質(zhì)鎘的測(cè)定，雙硫腙光度法［S］.［s.l.］:［s.n］，1987.

［3］劉本才，趙殊，宋冶，等.顯色劑meso-四( 3-甲氧基-4-乙酰氧基苯基)卟啉的合成及其與鎘( II)的顯色反應(yīng)［J］.化學(xué)試劑，2004，26( 5) : 279-282.

［4］李方，侯旭，張新申.光度法鉛、鎘-卟啉配合物的研究及其分析應(yīng)用［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，40( 2) : 305-309.

［5］潘錦武.萃取火焰原子吸收光譜法同時(shí)測(cè)定食品中痕量鉛和鎘［J］.中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2005，15( 8) : 940-941.

［6］趙寶吉，劉海云.萃取色層—原子吸收法測(cè)定廢水中痕量鉛和鎘［J］.黑龍江環(huán)境通報(bào)，2000，24( 2) : 95-97.

［7］鮑麗麗.原子吸收法測(cè)定人發(fā)中的痕量鎘［J］.海峽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2002，8( 4) : 56-57.

［8］王小松，吳崇珍，高霞，等.氯化十六烷基吡啶-乙酸丁酯萃取原子吸收法測(cè)定廢水中微量銀與鎘研究［J］.非金屬礦，2004，27( 5) : 42-43.

［9］梁曉聰，朱參勝，李天來，等.石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定食品中鎘［J］.微量元素與健康研究，2005，22( 3) : 49-50.

［10］徐文軍，朱化雨.微波消解石墨爐原子吸收法分析中藥?kù)`芝中的痕量鎘［J］.微量元素與健康研究，2005，22( 2) : 26-27.

［11］潘祖亭，余軍平.光譜法研究甲芬那酸與蛋白質(zhì)相互作用［J］.分析試驗(yàn)室，2004，23( 6) : 41-44.

［12］顏承農(nóng)，上官云鳳，潘祖亭，等.吡羅昔康與蛋白質(zhì)作用特征的熱力學(xué)研究［J］.分析化學(xué)，2004，32( 3) : 317-319.

Determination of Cadmium in Sewage by Spectrophotometry

SHEN Yu，WU Yanbo，LIU Shuhong，WANG Lianfeng
( School of Environmental and Chemical Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China)

Cadmium-iodide-rhodamine B complex color system was established for the determination of the content of cadmium in wastewater using spectrophotometric method.The results show that 3.0 ml of sulfuric acid solution ( 1.0 mol/L)，4.0 ml of potassium iodide and ascorbic acid solution and 2.0 ml of polyvinyl alcohol-1750 solution ( 10 g/L) are added to the cadmium standard solutions，and then 1.8 mL of chromogenic agent rhodamine B solution ( 0.5 g/L) is added.The solution is shaked well for determination of absorbance in 600 nm after 10 minutes.The relationship between the absorbance and cadmium concentration follows Lambert Beer law in the range of 0～1.0 mg/L.Correlation coefficient R2of standard curve is 0.993 3，and recovery rates of standard substances are 98.75%～102.50%.

cadmium determination; spectrophotometry; multicomponent complexes

A

1673-9590( 2016) 01-0078-04

2015-06-18

遼寧省教育廳高等學(xué)?？茖W(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目( L2013178)

沈昱( 1969－)，女，副教授，博士，主要從事環(huán)境催化材料的制備及污染物控制研究

E-mail: shenyu@ djtu.edu.cn.