分光光度法測定高錳酸鹽指數的研究

王虎 路鳳祎 李世英

摘? 要：文章采用分光光度法對高錳酸鹽指數進行檢測，研究高錳酸鉀溶液使用量、反應時間和pH對反應的影響，最終確定實驗流程為25mL樣品加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min后，加入5mL KMnO4標準溶液，繼續反應10min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計測量吸光度，計算得到樣品的高錳酸鹽指數。并使用本方法和實驗室標準方法進行對比發現分光光度法有較高的準確性，為高錳酸鹽指數的檢測提供了一個新思路。

關鍵詞：高錳酸鹽指數;分光光度;環境檢測

中圖分類號：X85? ?? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0124-02

Abstract： In this paper， the permanganate index was detected by spectrophotometry， and the effects of the amount of potassium permanganate solution， reaction time and pH on the reaction were studied. Finally， the experimental process was determined as follows： the 25mL sample was added to the 5mL sulfuric acid solution， which was heated to 96℃～98℃， after 10minutes， 5mL KMnO4 standard solution was added， and when the reactionof 10 minutes was allowed， a fixed volume 50 mL was done with pure water after cooling， the absorbance was measured using a spectrophotometer， and the permanganate index of the sample was calculated. By comparing this method with the laboratory standard method， it is found that the spectrophotometry has higher accuracy， which provides a new idea for the detection of permanganate index.

Keywords： permanganate index; spectrophotometry; environmental detection

隨著工業的迅猛發展和城市化進程的加大，水環境的污染日益嚴峻，有機污染物的普遍性和嚴重性對人類健康有直接和潛在的危害。高錳酸鹽指數是評價水體有機物和還原性物質污染程度的綜合指標，是生活飲用水的常規檢測項目，在德國[1]、日本[2]等國家水質標準中，高錳酸鹽指數也是水體評價非常重要的指標。

現行國家標準測定方法中采用草酸鈉標準溶液滴定法測定高錳酸鹽指數[3-4]。方法存在耗費時間長、試劑用量大、操作步驟多、分析人員勞動強度高等缺點，且極易引入人為誤差，測試數據的重復性差。分光光度法具有快速簡便、靈敏度高、試劑試樣量少等特點，易實現遠程、在線分析，被廣泛用于生命科學、材料科學以及環境科學等領域[5]。本文采用分光光度法測定水中的高錳酸鹽指數，并與草酸鈉滴定方法比較，研究結果表明，該方法可以準確測定高錳酸鹽指數，且具有快速簡便、靈敏度高、精密度好、試劑試樣量少、成本低等優點，是一種對環境友好的分析方法。

1 試劑及儀器

1.1 主要儀器

752N紫外-可見分光光度計，上海儀電科學儀器股份有限公司;HH-S6A六孔水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司;AL104分析天平，梅特勒-托利多國際貿易（上海）有限公司;202電熱鼓風干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司。

1.2 試劑配制

硫酸（H2SO4）ρ=1.84g/ml，優級純

高錳酸鉀（KMnO4），優級純

硫酸溶液：1+2（V/V）

高錳酸鉀標準貯備液：濃度Cz（1/5KMnO4）約為0.1mol/L：稱取3.2g高錳酸鉀溶解于水并稀釋至1000mL。于90～95℃水浴中加熱此溶液兩小時，冷卻。存放兩天后，傾出清液，貯于棕色瓶中。

高錳酸鉀標準溶液：濃度Cs（1/5KMnO4）約為0.01mol/L：吸取100mL高錳酸鉀標準貯備液于1000mL容量瓶中，用水稀釋至標線，混勻。此溶液在暗處可保存幾個月，使用當天標定其濃度。

2 理論依據

2.1 波長選擇

移取KMnO4標準溶液5mL到50mL比色管中，加水稀釋至50.00mL標線，混勻后置于暗處5min。以二次蒸餾水為參比，用10mm比色皿，在紫外-可見分光光度計上，由480nm開始掃描至600nm，掃描的結果顯示測定KMnO4在525nm處有峰值，本實驗選定525nm為測定波長。

2.2 實驗步驟

采用酸性高錳酸鉀法[6]，高溫下酸介質中用KMnO4的氧化性進行測定。具體過程：取25mL樣品加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，然后加入5mL KMnO4標準溶液，再次等待10min，冷卻后使用純水定容50mL;使用分光光度計測量吸光度，進行計算得到樣品的高錳酸鹽指數。

3 結果與討論

3.1 高錳酸鉀用量對結果的影響

移取25mL濃度為10mg/L的高錳酸鹽指數標準溶液各加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，分別加入3mL、4mL、5mL、6mL KMnO4標準溶液，等待10min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計測量吸光度A1。使用純水代替標準溶液重復進行測試，使用分光光度計測量吸光度A2。如表1。

表1 高錳酸鉀用量對吸光度的影響

理論3ml高錳酸鹽指數標準溶液也足以使標準溶液反應完全，但是根據表2結果發現，隨著高錳酸鉀使用量的增加，吸光度的間距也越大，說明反應越完全。當高錳酸鉀用量到達5mL后再增加高錳酸鉀用量吸光度間距基本不再變化。

3.2 反應時間對結果的影響

移取25mL濃度為10mg/L的高錳酸鹽指數標準溶液各加入5mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，加入5mL KMnO4標準溶液，分別等待5min、10min、15min、20min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計測量吸光度，如表2。

隨著時間的延長，吸光度越來越大，但是當時間超過10min達到15min時，溶液出現渾濁現象，20min后渾濁更明顯。說明10min是為最佳反應時間，隨著反應時間延長導致高錳酸鉀分解致使吸光度升高。

3.3 pH值對結果的影響

移取25mL濃度為10mg/L的高錳酸鹽指數標準溶液分別加入2mL、3mL、4mL、5mL、6mL硫酸溶液，加熱至96℃～98℃，等待10min，加入5mL KMnO4標準溶液，等待10min，冷卻后使用純水定容50mL，使用分光光度計測量吸光度，如表3。

pH值對高錳酸鉀的氧化能力有直接影響，反應過程中會生成中間產物MnO2，為絮狀物，會使吸光度升高，隨著pH值的升高，MnO2繼續發生反應。pH值的增加減少MnO2的生成使誤差更小。根據表3的實驗結果發現當硫酸溶液加到5mL時，溶液澄清，繼續增加用量確實會增加高錳酸鉀的氧化能力，變化已不明顯。

3.4 驗證試驗

選用污水處理廠出口水樣品、水庫水樣品、地表水樣品分別使用本文檢測方法同標準實驗室方法進行比較，實驗結果如表4。測試結果數據準確性及穩定性良好。

4 結論

本文通過分光光度的方法完成對高錳酸鹽指數的檢測，確定了方法的步驟和流程，并進行驗證。本方法可以有效避免實驗室滴定方法中人為誤差大、靈敏度低和重現性差的情況。分光光度法具有靈敏度高、準確度高、選擇性好、操作簡單等優點，并且本方法將實驗量程擴展到10mg/L。為后續高錳酸鹽指數的檢測方法以及儀器產品的研發提供了新的思路。

參考文獻：

[1]Verordnung über die Qualit？t von Wasser für den menschlichen Gebrauch. Ausfertigungsdatum（BGBII， S， 959）[S]. 2001.

[2]日本厚生勞動省.日本飲用水水質基準（水道法に基づく水質基準に關する省令）[S].2004.

[3]中華人民共和國衛生部.中國人民共和國生活飲用水衛生標準（GB5749-2006）[S].2006.

[4]中華人民共和國環境保護局.中華人民共和國國家標準水質高錳酸鹽指數的測定（GB11892-89）[S].1989.

[5]大連理工大學無機化學教研室.無機化學[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6]李國剛.水質高錳酸鹽指數在線自動分析儀的發展現狀[J].干旱環境監測，2000，14（3）：156-159.