紫外-可見光分光光度法測定水中高錳酸鹽指數研究

丁波濤，劉秋鳳，宋永超

（1.山東省環境監測中心站，山東濟南250100；2.山東省陽光工程設計院有限公司，山東濟南250100）

紫外-可見光分光光度法測定水中高錳酸鹽指數研究

丁波濤1，劉秋鳳2，宋永超1

（1.山東省環境監測中心站，山東濟南250100；2.山東省陽光工程設計院有限公司，山東濟南250100）

水質監測高錳酸鹽指數有三種方法：通量計算法、區域實測法、濃度遞增法。紫外-可見光分光光度法是實測水中高錳酸鹽指數的常見方法。本文通過模擬實驗的方法研究了紫外-可見光分光光度法測定水中高錳酸鹽指數的影響因素，總結了此方法測定高錳酸鹽指數的最優條件。

紫外-可見光分光光度法；高錳酸鹽指數；影響因素

水資源缺乏成為制約全球經濟社會發展的重要因素，水環境污染進一步加劇了水資源短缺的影響，是世界最重大的環境問題之一，水污染問題也是當今全球面臨的最重要的生存威脅之一［1］。高錳酸鹽指數 （CODMn）是水質監測分析的一項指標，作為地表水、地下水、生活污水的主要污染指標，不適用于工業廢水。高錳酸鹽指數能在一定程度上反映水中還原性物質污染程度，在歐美、日本等國的地表水水質監測項目中，是必測的水質指標。我國飲用水水源地監測項目中，高錳酸鹽指數是34項常規監測項目之一。水質分析高錳酸鹽指數現行國家標準測定采用方法是：在酸性條件下，用高錳酸鉀氧化，加入過量的草酸鈉還原，再以高錳酸鉀標準液回滴，這種方法簡稱為滴定法。但該方法時間長、溶液種類多、操作技術要求高、滴定人員體力消耗大，而且不規范的操作動作會引入新的誤差，造成數據不準確，多種試劑的投入使用，廢液會造成環境污染。此外，用該方法測定水質高錳酸鹽不能實現在線、遠程分析，而當前為應對重要斷面和污染源實時監測，有必要探索和應用有利于實現水質在線、遠程監控的改進方法。

紫外-可見分光光度法，利用水質中待測物質對波長為200～760nm范圍內的電磁波的吸收性質建立的一種定量分析方法。紫外-可見分光光度法操作簡單、準確度高、重現性好。該方法具有快速簡單、準確度和靈敏度高、試劑種類少等優點，易實現遠程、在線監控分析。該研究方法已用于長江水質高錳酸鹽指數的監測實踐，比對監測結果顯示，該方法準確方便，應用效果好。

1 實驗部分

1.1 儀器試劑

DR5000型紫外-可見分光光度儀；SZ-93型自動雙重純水蒸餾器；DK-98-1型六孔水浴鍋；0.11250mol／L高錳酸鉀標準貯備液；25%硫酸溶液；100mg／L葡萄糖貯備液。

1.2 實驗原理

紫外-可見分光光度法是在酸性條件下，用過量的高錳酸鉀溶液氧化水體中的還原性物質，由于高錳酸鉀溶液特有的性質，在分光光度計波長為525nm處有最大吸收峰值，使用分光光度法測定剩余的高錳酸鉀含量，建立實驗室標準曲線，將測定數據帶入曲線，計算出待測水樣的高錳鹽酸指數。

1.3 實驗方法

移取對應高錳酸鹽值為1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mg／L的葡萄糖標準溶液各20.0mL，分別置于6個50mL的帶塞比色管中，再分別加25%的硫酸5.00mL和高錳酸鉀標準使用液2.00mL，充分混合，立即將比色管置于沸騰的水浴鍋中，加熱消解0.5h，消解完成后，將比色管放入自來水水域環境下迅速冷卻至室溫，以去離子水為參比，用10mm比色皿，在波長為525nm處比色。

2 結果討論

2.1 吸收光譜

取高錳酸鹽指數理論值為4.00mg／L的葡萄糖標準溶液20.0mL于50.0mL比色管中，加25%硫酸45.0mL和高錳酸鉀標準使用液2.0mL，加熱消解和自來水冷卻過程與實驗方法步驟相同。在型號為DR5000紫外可見分光光度計上，在480～600nm內進行掃描，掃描光譜圖見圖1。

由圖1可知，高錳酸鉀的最大吸收峰值出現在524～525nm，本實驗選定525nm為測定波長。

2.2 硫酸

反應溶液的pH值是實驗的關鍵條件，其不僅決定高錳酸鉀溶液的氧化能力，而且直接影響標準曲線的準確性。在酸性條件下，高錳酸鉀溶液中的錳被還原為二價錳，而二價錳在溶液中多以淺紅色水合離子的形態存在，在酸性介質中水和離子不穩定，容易發生歧化反應生成黑色沉淀絮狀物。而黑色沉淀干擾物二氧化錳對525nm波長的吸收強度增加，導致測量值增加。因此該實驗要在酸性介質中，該條件下二氧化錳發生氧化還原反應。

增加反應物硫酸的量可以加速推動該反應向生成二價錳的方向進行，促使二氧化錳逐漸轉化為可溶的、無色的二價錳。

圖2為硫酸的用量和模擬水中的高錳酸鹽指數線性關系圖，實驗分6組采用了0～6mg／L的高錳酸鹽指數作為反應底物，每組中又分為6小組，分別加入1、2、3、4、5、6mL的25%硫酸溶液，得出的結果繪制成圖2的曲線。由圖2可知，當硫酸的用量＜5mL時線性關系相對差，≥5mL時，線性關系很好。這是由于硫酸用量增多時，反應溶液的酸度加大，高錳酸鉀表現出來的氧化性能變大，中間產物二氧化錳量趨于減少至足夠溶于反應液中，對吸光度的影響也降至最小，曲線呈現的線性關系良好，此時硫酸用量為5mL。繼續增大硫酸用量線性關系繼續保持很好，從試劑節省方面考慮，選擇5mL為最優硫酸用量。

2.3 反應溫度

控制水浴加熱的溫度來改變實驗的反應溫度。實驗結果發現，水浴溫度低于92℃時，反應溶液呈混濁態；升溫至92℃后反應液體變清，無懸濁物，在525nm處測吸光度時線性關系良好。所以，此實驗中得出的最佳反應溫度為至少92℃。

2.4 反應時間

設置水浴溫度為92℃，將6組反應溶液的加熱時間分別設置為15min、20min、25min、30min、35min，并于525nm處測其吸光度值。實驗表明：反應時間≥25min時，中間產物二氧化錳消失，對吸光度影響最小，吸光度亦達到最小值。故最佳反應時間為25min。

2.5 KMnO4的濃度和用量

查得滴定法測高錳酸鹽指數時，高錳酸鉀的最佳濃度為8×10-4mol／L。紫外-可見光分光光度法中高錳酸鉀的濃度為1×10-4mol／L［2］。兩反應體系中的高錳酸鹽濃度活度系數約等于1。據Nernst方程求出兩反應液其氧化電勢電位差是0.01，也就是說兩體系中的高錳酸鉀氧化效率基本相同。

2.6 加熱方式

本法采用變溫烘箱加熱，確定加熱溫度為100℃，確保其他反應條件不變，進行火焰加熱10min沸水浴0.5h和烘箱加熱0.5h的對比試驗［3］。對濃度為10mol／L的高錳酸鹽標準溶液測定，反應結果見表1。①火焰直接加熱，受熱不均勻，沸騰后溶液流失、比色管受熱容易破裂，反應測定的精密度差；②100℃沸水浴加熱，反應的測量精密度較高，但比色管外壁易結水垢，需經常清洗比色管外壁。③變溫烘箱加熱比色管實驗反應測定的精密度高，溫度可變易控制，操作簡易方便。綜上，烘箱加熱優于其他方法。

表1 不同加熱方式對實驗結果的影響

2.7 實際樣品監測

為檢驗本方法在實際工作中的應用效果，本文選取了二組地表水樣品和理論高錳酸鹽指數為2.5mg／L的模擬水樣1、理論高錳酸鹽指數為15mg／L的模擬水樣2同時使用滴定法及紫外-可見光法測吸光度值，測定結果見表2。

表2 分光光度法與滴定法對比結果

表2中數據證明了紫外-可見光法對實際測定工作的可靠性，其結果與滴定法數據相差甚微，可放心應用于高錳酸鹽指數測定工作中。

3 結論

通過實驗研究，得出了紫外-可見光分光光度法測定高錳酸鹽指數的最佳條件為：波長525nm，25%H2SO4量5mL，溫度92℃，時間25min。加熱方式最好用烘箱，若條件不足水浴加熱亦可。

參考文獻：

［1］王玉功，高永宏，王建波，陳月源.紫外可見分光光度法測定地表水和地下水的高錳酸鹽指數［J］.巖礦測試，2010（5）.

［2］蔣少階，石芙蓉，鄭懷禮.紫外可見光譜法測定高錳酸鹽指數的研究［J］.光譜學與光譜分析，2009（8）.

［3］宋曉菲，穆秀云.高錳酸鹽指數測定中有關問題的探討 ［J］.吉林化工學院學報，2006（9）.

UV-Visible Light Spectrophotometric M ethod for the Determ ination of Permanganate Index of W ater

DING Bo-tao1，LIU Qiu-feng2，SONG Yong-chao1
（1.Shandong Environmental Monitoring Center，Jinan Shandong 250100，China）

There are threeways tomonitor permanganate index in water，namely flux calculationmethod，measurementmethod，progressive increasing concentrationmethod.Ultraviolet visible spectrophotometry is a commonmeasurementmethod to test permanganate index aswell.The simulationmethod was used to identify the factors affecting UV-visible light spectrophotometric method for the determination of permanganate index in water.The optimal experimental conditionswere summarized in the end.

UV-Visible spectrophotometry；permanganate index；influence factors

X83

A

1673-9655（2015）05-0104-03

2015-03-06

丁波濤（1981-），男，工程師，本科，山東省環境監測中心站。