分光光度法測定水中甲醇的分析

張 田

（濟寧職業(yè)技術學院生物與化學工程系，山東濟寧 272100）

0 引言

選擇分光光度法進行水中甲醛含量測定，原理便是將甲醇氧化為甲醛，在通過羥醛縮合反應來生成顯色化合物，這樣便能夠在可見光條件下利用分光光度法完成測定。其中，變色酸分光光度法的抗干擾性比較強，同時具有良好的反應特異性，實際測定靈敏度比較高，且成本較低，用于水中甲醇測定優(yōu)勢比較明顯。

1 甲醇特性分析

甲醇結(jié)構(gòu)相對比較簡單，具有無色、易揮發(fā)物理特性，是生產(chǎn)生活中常用的有機溶劑，易溶于水。急性甲醇中毒輕者可出現(xiàn)頭痛、乏力、嗜睡、眩暈及輕度意識障礙等癥狀，重者會出現(xiàn)昏迷、癲癇樣抽搐等，對人體視神經(jīng)產(chǎn)生損傷。同時，甲醇也是重要的化工生產(chǎn)原料，主要用于甲醛制備，在有機合成工業(yè)中常用于甲基化劑和溶劑，也可以用于制造農(nóng)藥、醫(yī)藥。甲醇易溶于水，如果水中甲醇含量超標直接排放，將會對生態(tài)環(huán)境造成較大的損害，抑制水中微生物的生長繁殖，以及可通過土壤對地下水產(chǎn)生污染，因此是水體質(zhì)量監(jiān)測的重要指標之一[1]。

2 水中甲醇測定方法比較

目前，要實現(xiàn)甲醇測定，可以選擇的方法比較多，常見的如氣相色譜法、液相色譜法以及分光光度法等，且不同方法所適用的條件不同。例如氣相色譜法更適用于成分復雜的生產(chǎn)廢水測定，利用其自身的分離特點，得到可靠性比較高的測定結(jié)果。相比來講，色譜填充柱雖然使用范圍也比較廣，但是因為其在使用以及保存過程中因為吸附水分很容易失去活性，以及在使用前后還需要對其進行活化處理，操作比較麻煩。以及因為疏水性特點，水會先于大部分的有機化合物從色譜柱中流出，干擾使得基線上漂，降低了甲醛測定結(jié)果的精確性。再有就是所需設備儀器的成本投入較高，不適用于現(xiàn)場檢測作業(yè)[2]。相比來講，變色酸分光光度法無論是抗干擾能力還是靈敏度方面均具有更大的優(yōu)勢，且所需成本較低，更適用于實際操作使用。但是結(jié)合以往實踐經(jīng)驗來看，在應用變色酸分光光度法進行水中甲醇測定時，溫度、時間等因素會對最終測定結(jié)果產(chǎn)生一定的干擾[3]。比如，難以精確計算化學反應后的甲醛和甲酸含量，一旦甲醛含量太低，則容易影響到測定結(jié)果的精確性。所以，為確保分光光度法測定水中甲醇結(jié)果的精確性，還應在結(jié)合以往經(jīng)驗的基礎上，對實驗條件做進一步的優(yōu)化控制，確定最佳反應條件，得到可靠的檢測結(jié)果。

3 應用分光光度法測定水中甲醇實驗

3.1 檢測實驗條件

3.1.1 實驗儀器與試劑

儀器：可見分光光度計（光度精度：±0.2%T）、恒溫水浴鍋（雙列四孔）。試劑：高錳酸鉀、硫酸、偏重亞硫酸鈉、變色酸、高純度BIOBASICINC。

3.1.2 實驗原理

酸性條件下利用高錳酸鉀將甲醇氧化成甲醛：5CH3OH+2KMnO4+4H3PO4→5HCHO+2MnHPO4+2KH2PO4+8H2O。

甲醇被氧化后，利用偏重亞硫酸鈉將過剩且未與變色酸產(chǎn)生反應的高錳酸鉀除去：

Na2SO4+H2O→2NaHSO3

5NaHSO3+2KMnO4+4H3PO4→2KH2PO4+2MnHPO4+5Na HSO4+3H2O

甲醛與變色酸反應生成紫紅色絡合物（圖1）：

圖1 紫紅色絡合物

通過甲醛與變色酸反應生成紫色化合物的吸光度結(jié)果，完成試樣甲醇含量的計算。

3.1.3 試劑與溶液

1）甲醇標準溶液（10 g/L）。共吸取0.7913 g/mL甲醇1.26 mL，然后將其添加到100 mL容量瓶內(nèi)，并向容量瓶中繼續(xù)添加適量的蒸餾水來進行稀釋至刻度位置，最后將混合液充分搖勻混合。

2）甲醇標準使用液。分別來準確吸取甲醇標準溶液0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10.0 mL、15.0 mL、20.0 mL、25.0 mL以及30.0 mL，然后分別將其置入到100 mL的容量瓶內(nèi)，然后向其中加入適量的蒸餾水稀釋到刻度，將混合液搖勻[4]。此時可得到濃度分別為0 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L以及3 000 mg/L的甲醇溶液。

3）磷酸-高錳酸鉀溶液。準確稱取高錳酸鉀3.0 g，然后溶于15 mL的85%磷酸與70 mL水中，進行充分混合后，添加適量的水稀釋到100 mL。

4 ）變色酸溶液。準確稱取變色酸二鈉鹽（C10H6O8S2Na2）0.2 g，置入燒杯后加入10 mL的水，以及緩慢加入90 mL 98%的硫酸，進行充分搖勻，注意要現(xiàn)用現(xiàn)配[5]。

5）偏重亞硫酸鈉溶液。選擇適量的水早100 mL的容量瓶中將10.0 g的偏重亞硫酸鈉完全溶解，并加水稀釋到的刻度后充分混勻。

3.1.4 實驗方法

分別吸取2 mL的不同濃度甲醇標準液與試劑空白，然后將其置入到25 mL的比色管中，將少量的磷酸-高錳酸鉀溶液繼續(xù)加入到比色管內(nèi)，確保能夠充分反應。在以滴加的方式向其中加入偏重亞硫酸鈉，直到產(chǎn)生的紫色恰好退去，搖勻后沿著管壁緩慢加入10 mL的變色酸溶液，加塞進行充分搖勻，對其進行水浴加熱一定時間后取出，冷卻到室溫。選用1 cm的比色管，置于570 mm處，利用樣品空白調(diào)零，對甲醇溶液的吸光度進行準確測定。

3.1.5 計算結(jié)果

水樣內(nèi)甲醇質(zhì)量濃度計算公式：

C=m/Vw

式中，C表示甲醇質(zhì)量濃度（mg/L）；

m表示甲醇質(zhì)量（mg）；

Vw表示水樣體積（L）。

3.2 實驗結(jié)果分析

3.2.1 最大吸收波長

分別選擇質(zhì)量濃度為50 mg/L、100 mg/L以及150 mg/L的甲醇溶液，通過測定不同波長下的吸光度，確定波長與吸光度之間的關系。結(jié)果顯示所選三個不同質(zhì)量濃度的甲醇溶液均在570 nm處存在最大吸光度，表示此波長摩爾吸收系數(shù)值最大，靈敏度最高。以及在此較小波長范圍內(nèi)，吸光度不會產(chǎn)生過大的變化，進而不會導致比爾定律偏離，得到較高可靠度的測定結(jié)果，因此進行水中甲醇測定時，可以選擇570 nm作為吸收波長。

3.2.2 高錳酸鉀用量

各選擇質(zhì)量濃度為30 mg/L和60 mg/L的甲醇溶液2.0 mL，對不同高錳酸鉀用量條件下的吸光度進行測定。根據(jù)結(jié)果可知，隨著所用高錳酸鉀用量的增多，顯色反應吸光度會出現(xiàn)一個極大值，即2.0 mL的添加量可以得到最佳的甲醇氧化效果。因為高錳酸鉀屬于強氧化劑，增加用量可以促使甲醇過量氧化，反應體系內(nèi)的甲醛濃度降低，與變色酸反應所生成紫紅色絡合物總量減少，吸光度降低，因此最終試驗以2.0 mL的添加量為宜。

3.2.3 高錳酸鉀氧化時間

各選擇質(zhì)量濃度為30 mg/L和60 mg/L的甲醇溶液2.0 mL，對不同磷酸-高錳酸鉀氧化時間條件下的吸光度進行測定。通過比對分析實驗結(jié)果可知，在氧化時間為5 min時具有最佳效果，隨著時間的延長，甲醇氧化所生成的甲醛將會繼續(xù)進行氧化反應并生成甲酸，紫色化合物總量會減少，而影響到吸光度，導致測定結(jié)果與實際情況相比偏低，以5 min為最佳氧化時間。

3.2.4 最佳顯色溫度

通過圖2可知，在顯色溫度未達到68℃的條件下，顯色反應吸光度會隨著溫度升高而增大；在溫度達到68～74℃時，吸光度出現(xiàn)最高狀態(tài)；在顯色溫度超過74℃后，顯色吸光度會隨著溫度升高而降低。即當溫度超過一定限值后，會促使紫色絡合物受熱分解，進而吸光度降低，以70℃為最佳顯色反應溫度。

圖2 最佳顯色時間選擇

4 結(jié)語

應用吸光光度法來進行水中甲醇測量，相比其他方法不僅成本低、操作簡單，且具有較高的靈敏度[6]。為進一步提高檢測結(jié)果的精確性，需要合理確定各項反應條件，達到最佳測定效果。