分光光度法測定污水處理用乙酸鈉含量的研究

石倩萍 程玉周 黃韜 孫強(qiáng) 夏彬勇

（成都市排水有限責(zé)任公司 四川成都 610000）

0 引言

城市生活污水常存在低碳高氮磷的水質(zhì)特點(diǎn)［1-2］。在實(shí)際污水處理過程中，污水中原有有機(jī)物濃度往往無法滿足常規(guī)脫氮工藝中反硝化階段微生物對(duì)碳源的需求，導(dǎo)致反硝化過程受阻，大大影響脫氮效果。對(duì)此，外加碳源成為了目前適用的有效手段［3-5］。乙酸鈉作為一種常見碳源［6-7］，因其具有效果顯著、價(jià)格合理、運(yùn)輸儲(chǔ)存安全便捷等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于污水處理行業(yè)。在實(shí)際應(yīng)用中，污水處理廠通常直接購買乙酸鈉溶液進(jìn)行碳源補(bǔ)充。由于近年來污水處理的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，乙酸鈉的使用量、投加頻率顯著增加，為保障生產(chǎn)正常運(yùn)行，污水處理廠往往需要快速分析、檢測乙酸鈉溶液質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)—乙酸鈉含量。

目前，對(duì)于乙酸鈉含量的測定，常用方法有：①采用化學(xué)滴定法［8］，將樣品注入強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂柱交換出氫離子，以酚酞作為指示劑，用氫氧化鈉滴定并計(jì)算乙酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該方法為常用檢測方法，但易受雜質(zhì)干擾，且操作較繁瑣。②采用離子色譜法測定乙酸鈉含量［9］，由抑制器抑制淋洗液，扣除背景電導(dǎo)，利用電導(dǎo)測定器進(jìn)行測定。該方法耗時(shí)長，且成本較高，一般不作為污水處理廠日常檢測用方法。

分光光度法是一種常用檢測方法，當(dāng)某些化學(xué)物質(zhì)被光照射時(shí)，由于物質(zhì)分子中價(jià)電子能級(jí)躍遷對(duì)輻射有吸收，會(huì)產(chǎn)生吸收光譜，再根據(jù)物質(zhì)對(duì)光選擇性吸收的特性，通過測定被測物質(zhì)在一定波長范圍內(nèi)或特定波長處的發(fā)光強(qiáng)度或吸光度，可對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。近年來，隨著我國對(duì)環(huán)保事業(yè)的重視，分光光度法因其操作簡單、方法靈敏、測定范圍廣、分析成本低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、分析檢測中［10-11］。

針對(duì)測定乙酸鈉含量常規(guī)檢測方法操作復(fù)雜、耗時(shí)長、成本高的問題，本文對(duì)分光光度法測定污水處理用乙酸鈉含量進(jìn)行了研究，利用乙酸鈉溶液于特定波長范圍下的光譜特性，建立擬合曲線方程，并將樣品測定結(jié)果與常規(guī)檢測用化學(xué)滴定法進(jìn)行比對(duì)，以期對(duì)污水處理用乙酸鈉溶液的快速檢測提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品來源

實(shí)驗(yàn)中所測定的乙酸鈉（分子式CH3COONa）均為城市污水處理廠用外加碳源的乙酸鈉溶液。無色，pH 在7.5～9.0 之間，乙酸鈉溶液中乙酸鈉含量為20%左右，水不溶物含量≤0.1%。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器

（1）實(shí)驗(yàn)試劑：乙酸鈉，色譜純，優(yōu)級(jí)純；氫氧化鈉，分析純；鄰苯二甲酸氫鉀，基準(zhǔn)試劑；酚酞指示劑；強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂；氯化鈉，分析純；鹽酸，分析純；無水乙醇，分析純。實(shí)驗(yàn)用水均為新制超純水。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器：紫外-可見分光光度計(jì)，北京普析通用TU-1810；分析天平，賽多利斯BSA224S-CW；pH 計(jì)，上海雷磁PHSJ-4F；一般實(shí)驗(yàn)室常用器皿耗材。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.3.1 分光光度法測定乙酸鈉含量

（1）測定波長的選擇。配制濃度為100 mg/L 的乙酸鈉溶液，在190 nm～250 nm 波長范圍內(nèi)，用紫外分光光度計(jì)對(duì)乙酸鈉溶液進(jìn)行掃譜，選擇特征吸收峰波長作為測定波長。

（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。分別量取0 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL 的1 000 mg/L 乙酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液于50 mL 具塞磨口玻璃比色管中，再分別加入1.00 mL pH 值為9 的氫氧化鈉溶液，加水稀釋至50 mL 標(biāo)線，蓋塞混勻。使用10 mm 石英比色皿，以去離子水作參比，在特定波長下測定吸光度?？鄢瞻讓?shí)驗(yàn)的吸光度后，以對(duì)應(yīng)的乙酸鈉濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

（3）樣品檢測。量取樣品于50.0 mL 具塞磨口玻璃比色管中，按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的步驟進(jìn)行測定。若樣品中乙酸鈉含量超過標(biāo)準(zhǔn)曲線最大濃度，需進(jìn)行稀釋測定。

樣品中乙酸鈉的質(zhì)量濃度按式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：C 為乙酸鈉的質(zhì)量濃度，mg/L；As為樣品的吸光度；Ab為空白試驗(yàn)的吸光度；a 為校準(zhǔn)曲線的截距；b 為校準(zhǔn)曲線的斜率；f 為稀釋倍數(shù)。

1.3.2 化學(xué)滴定法測定乙酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)

參考《化學(xué)試劑 無水乙酸鈉》（GB/T 694—2015）［8］對(duì)強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂柱進(jìn)行處理，對(duì)樣品進(jìn)行檢測。

參考《化學(xué)試劑 標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的制備》（GB/T 601—2016）［12］對(duì)氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算。

稱取1.000 0 g～1.200 0 g 乙酸鈉樣品，精確至0.000 1 g，溶于25 mL 去離子水中，裝于100 mL 錐形瓶。將錐形瓶中的樣品注入處理好的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂柱中，以約5 mL/min的流量進(jìn)行交換，交換液收集于錐形瓶中，用水分次洗滌樹脂至用精密pH 試紙測得滴下溶液呈中性，收集交換液和洗滌液約400 mL。向收集液中加2 滴酚酞指示液（10 g/L），用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液［c（NaOH）≈0.10 mol/L］滴定至溶液呈粉紅色，并保持30 s。另取一個(gè)錐形瓶，再次用水洗滌樹脂，收集洗液約150 mL，按照上述方法進(jìn)行滴定，所消耗的NaOH 體積應(yīng)小于0.10 mL。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

樣品中乙酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：ω 為乙酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；V1為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積，mL；V2為空白實(shí)驗(yàn)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積，mL；C 為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，mol/L；M 為無水乙酸鈉的摩爾質(zhì)量，g/mol，［M（CH3COONa）=82.02 g/mol］；m 為樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 分光光度法測定乙酸鈉含量

（1）檢測波長的確定。乙酸鈉對(duì)光吸收具有選擇性，當(dāng)光穿過乙酸鈉溶液時(shí)，乙酸鈉溶液對(duì)光的吸收程度隨光波長的不同而發(fā)生變化。在190 nm～250 nm 波長范圍內(nèi)，用紫外分光光度計(jì)對(duì)乙酸鈉溶液進(jìn)行掃譜，結(jié)果如圖1 所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明100 mg/L 乙酸鈉在波長191 nm 處有最大吸收峰，選擇191 nm作為測定波長。

圖1 100 mg/L 乙酸鈉掃譜圖

（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線測定結(jié)果。按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的步驟于191 nm處測定標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖2 所示。擬合曲線得到線性方程：As=0.00555c-0.00954，r=0.9990。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明乙酸鈉濃度在0 mg/L～100.0 mg/L 范圍內(nèi)時(shí)，吸光度與乙酸鈉濃度的線性關(guān)系良好。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合圖

（3）結(jié)果精密度。對(duì)乙酸鈉樣品進(jìn)行測定，3 組樣品分別做5 次平行樣，計(jì)算結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，測定結(jié)果見表1。實(shí)驗(yàn)表明結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.8%～2.5%之間。

表1 分光光度法實(shí)驗(yàn)精密度檢測結(jié)果

（4）結(jié)果準(zhǔn)確度。對(duì)稀釋后的5 組乙酸鈉樣品進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，加入20 mg/L 乙酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測定加標(biāo)前后試樣濃度，計(jì)算加標(biāo)回收率，測定結(jié)果見表2。實(shí)驗(yàn)表明加標(biāo)回收率在92.0%～94.5%之間。

表2 分光光度法實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度檢測結(jié)果

2.2 化學(xué)滴定法測定乙酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)

對(duì)乙酸鈉樣品進(jìn)行測定，3 組樣品分別做5 次平行樣，計(jì)算結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，測定結(jié)果見表3。實(shí)驗(yàn)表明結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.52%～0.86%之間。

表3 化學(xué)滴定法實(shí)驗(yàn)精密度檢測結(jié)果 （%）

2.3 結(jié)果對(duì)比

（1）分光光度法與化學(xué)滴定法結(jié)果對(duì)比。將6 組乙酸鈉樣品分別利用上述分光光度法及常規(guī)化學(xué)滴定法進(jìn)行測定，測定結(jié)果見表4。

表4 樣品乙酸鈉含量測定結(jié)果

由表4 可知，利用分光光度法測得的結(jié)果與常規(guī)化學(xué)滴定法相比，結(jié)果相對(duì)偏差在5.0%以內(nèi)。結(jié)果表明，利用本文所述分光光度法測定樣品乙酸鈉含量結(jié)果與常規(guī)化學(xué)滴定法測得結(jié)果相近，該法可用于污水處理廠快速檢測乙酸鈉含量。

（2）氫氧化鈉添加與否結(jié)果對(duì)比。在除標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測樣品溶液中均不加入氫氧化鈉外，其余條件均一致的情況下，對(duì)樣品1 和樣品2 的乙酸鈉含量及pH 值進(jìn)行測定，并將其與加入氫氧化鈉的測定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，測定結(jié)果見表5。

表5 分光光度法測定含量氫氧化鈉添加與否結(jié)果對(duì)比

由表5 可知，在利用分光光度法測定乙酸鈉含量時(shí)，與不添加氫氧化鈉的檢測條件相比，添加氫氧化鈉后，樣品1 和樣品2 的pH 值均增大至更接近樣品原樣pH 值，且測定結(jié)果也與利用常規(guī)化學(xué)滴定法的結(jié)果更接近。

分析表明，乙酸鈉作為強(qiáng)堿弱酸鹽，在水中極易發(fā)生水解，水解方程見式（3）。

在利用分光光度法測定污水處理用乙酸鈉溶液中乙酸鈉含量時(shí)，往往需要將樣品進(jìn)行稀釋操作，這將使乙酸鈉發(fā)生一定程度的水解，平衡式向右移動(dòng)，乙酸鈉轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜?，從而使溶液性質(zhì)發(fā)生變化，影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。加入一定量氫氧化鈉，調(diào)節(jié)體系pH，使平衡左移，可提高測定準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

（1）利用分光光度計(jì)對(duì)乙酸鈉進(jìn)行掃譜，在191 nm 處測得最大吸收峰。在191 nm 波長處測定不同濃度乙酸鈉吸光度，擬合得到線性方程：As=0.00555c-0.00954，r=0.9990。通過該法測定乙酸鈉樣品中乙酸鈉含量，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.8%～2.5%之間，加標(biāo)回收率在92.0%～94.5%之間。與化學(xué)滴定方法相比，結(jié)果相對(duì)偏差在5.0%以內(nèi)。

（2）在利用分光光度法測定乙酸鈉含量時(shí)，加入氫氧化鈉，調(diào)節(jié)體系pH 值，可提高檢測結(jié)果準(zhǔn)確性。

（3）利用分光光度法測定乙酸鈉含量，方法簡便、快速、成本低，且精密度和準(zhǔn)確度高。在實(shí)際生產(chǎn)中，可利用該法對(duì)污水處理用乙酸鈉溶液中乙酸鈉含量進(jìn)行快速測定。