分光光度法對(duì)水中溶解氧的測定

2022-04-13 01:27:22龔文武中國原子能科學(xué)研究院北京102413

化工管理 2022年9期

龔文武(中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

0 引言

水中溶解氧在化工生產(chǎn)、環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的指標(biāo)，且溶解氧是破壞結(jié)構(gòu)材料完整性的主要因素，此項(xiàng)指標(biāo)的有效、準(zhǔn)確測定對(duì)很多行業(yè)領(lǐng)域的工作都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-9]。溶解氧是溶于水中的分子態(tài)氧，是水體與大氣平衡或經(jīng)過水中的化學(xué)、生物化學(xué)等反應(yīng)產(chǎn)生而存在于水體中的氧[10]。分光光度法測定水中溶解氧是基于分子吸收光譜原理[11]。水樣經(jīng)硫酸錳和堿性碘化鉀固定后，生成棕色沉淀，經(jīng)濃硫酸溶解，溶液呈黃色，溶解氧的含量與溶液黃色深淺有關(guān)，測量黃色物質(zhì)的吸光度可以計(jì)算出水中溶解氧[12-13]。

溶解氧的常用測定方法包括本實(shí)驗(yàn)所用的分光光度法以及碘量法、熒光猝滅法、氧電極法[14-16]。碘量法為水中溶解氧含量檢測的基準(zhǔn)方法，是一種傳統(tǒng)的測量溶解氧的方法，其原理是水中的溶解氧經(jīng)過MnSO4、NaOH-KI和濃硫酸處理，轉(zhuǎn)化、反應(yīng)生成I2，后用Na2S2O3滴定，指示劑為淀粉，再根據(jù)滴定結(jié)果計(jì)算出水中溶解氧的含量，此法重復(fù)性好，準(zhǔn)確度高，碘量法測定水中溶解氧適用于水樣含氧量介于0.2mg～20mg/L[17-19]。熒光猝滅法的原理是利用氧對(duì)一些熒光物質(zhì)的熒光有猝滅作用，從而可根據(jù)測量到熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度降低程度或熒光維持壽命縮短程度來測定樣品中的氧含量，大部分的工業(yè)廢水和生活污水中的溶解氧可用熒光猝滅法進(jìn)行測量。氧電極法是一種根據(jù)分子氧透過薄膜的擴(kuò)散速率來測定溶解氧含量的電化學(xué)檢測方法，氧氣在電解液中的正、負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，根據(jù)氧氣濃度與反應(yīng)產(chǎn)生電流的對(duì)應(yīng)大小關(guān)系，可計(jì)算出水中溶解氧的含量，氧電極法可在線檢測水中溶解氧含量，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水、發(fā)酵廢水以及環(huán)境監(jiān)測方面可采用氧電極法測定水樣中的溶解氧含量[20-25]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原理

在氯化亞錳和堿性碘化鉀存在條件下，水中溶解氧將低價(jià)錳氧化為高價(jià)錳。在酸性條件下，高價(jià)錳氧化I-析出I2，并與過量I-結(jié)合成易溶于水的I3-,在350 nm波長處測定其吸光度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量。

1.2 主要儀器與試劑

(1) 雙光束紫外可見分光光度計(jì)

(3) 高壓釜(5 L)及加熱裝置

(4) 堿性碘化鉀溶液稱取122.76 g氫氧化鈉(AR)和456.5 g碘化鉀(AR)，分別溶于少量去離子水中，混合后稀釋至1 L。

(5) 氯化錳溶液：稱取486.126 7 g四水合氯化錳(AR)，溶于少量去離子水中，稀釋至1 L。

(6) 硫酸溶液：吸取196.68 mL濃硫酸，稀釋至1 L。

(7) 碘酸鉀溶液：稱取0.356 7 g碘酸鉀(AR)，溶于少量去離子水中，稀釋至1 L。然后再取10 mL上述溶液稀釋至1 L。

圖1 取樣器

1.3 方法條件

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

吸取2 mL堿性碘化鉀溶液、1.5 mL氯化錳溶液和1 mL硫酸溶液于100 mL去離子水中，每種試劑加入后均要振蕩均勻。分別吸取上述溶液10 mL于6只50 mL容量瓶中(1#、2#、3#、4#、5#、6#)，其中一只容量瓶為試劑空白，而后分別依次吸取碘酸鉀溶液0 mL、0.5 mL、1 mL、2 mL、3 mL、4 mL 加入對(duì)應(yīng)的1#～6#瓶中(相應(yīng)于氧濃度分別為0 μg/L、 8 μg/L、16 μg/L、32 μg/L、48 μg/L、64 μg/L)，稀釋至刻度混合均勻。然后選擇350 nm波長1 cm比色皿進(jìn)行分光光度測定，減去試劑空白樣品數(shù)值，以吸光度(A)和對(duì)應(yīng)溶解氧濃度(ρ)作圖繪制工作曲線。

（2）黏粒含量大部分滿足規(guī)程要求，局部地段（寨里村上游400m～楊孟村東長8km的堤段，南四門堤北青村西長10km）的筑堤土料黏粒含量偏高，土料不易壓實(shí)，施工時(shí)應(yīng)注意質(zhì)量控制。

1.3.2 取樣測定

樣品1：采用取樣器取實(shí)驗(yàn)用去離子水樣一個(gè)。

樣品2：在容積為5 L的高壓釜中加入3 L去離子水，關(guān)閉高壓釜后持續(xù)通入純度為99.999%的高純氮?dú)膺M(jìn)行處理，高壓釜進(jìn)氣側(cè)壓力為0.04 MPa，排氣側(cè)壓力為常壓，通氣持續(xù)時(shí)間分別為10 min、 20 min、30 min、45 min、60 min時(shí)，采用取樣器各從高壓釜中取水樣2個(gè)，取樣時(shí)應(yīng)避免水樣與空氣接觸。

樣品3：在容積為5 L的高壓釜中加入3 L去離子水，關(guān)閉高壓釜后持續(xù)通入純度為99. 999%的高純氮?dú)膺M(jìn)行處理，高壓釜進(jìn)氣側(cè)壓力為0.02 MPa，排氣側(cè)壓力為常壓，通氣持續(xù)時(shí)間分別為10 min、20 min、 30 min、45 min、60 min時(shí)，采用取樣器各從高壓釜中取水樣2個(gè)，取樣時(shí)應(yīng)避免水樣與空氣接觸。

樣品4：在容積為5 L的高壓釜中加入3 L去離子水，密封高壓釜后開啟加熱裝置加熱并保持溫度在300 ℃，分別維持3天、5天，達(dá)到預(yù)定時(shí)間后停止加熱，待溫度降至室溫，采用取樣器各從高壓釜中取水樣3個(gè)。

樣品1測定方法：在裝有樣品1的取樣器中加入2 mL堿性碘化鉀溶液，振蕩均勻后再加入1.5 mL氯化錳溶液，使之充分搖勻。此時(shí)，水樣中的氧被固定生成棕色沉淀。再將1 mL硫酸溶液加入取樣器中，搖勻，直至沉淀完全溶解。此時(shí)，溶液中有I2產(chǎn)生，將取樣器在陰暗處放5 min，使I2全部析出來。然后再取出少量上述溶液稀釋一定倍數(shù)后進(jìn)行分光光度計(jì)測定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量。

樣品2、3測定方法：在裝有樣品2、3的取樣器中加入2 mL堿性碘化鉀溶液，振蕩均勻后再加入1.5 mL氯化錳溶液，使之充分搖勻。

此時(shí)，水樣中的氧被固定生成棕色沉淀。再將1 mL硫酸溶液加入取樣器中，搖勻，直至沉淀完全溶解。此時(shí)，溶液中有I2產(chǎn)生，將取樣器在陰暗處放5 min，使I2全部析出來。然后再取出10 mL上述溶液于50 mL容量瓶中，定容后進(jìn)行分光光度計(jì)測定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量。

樣品4測定方法：在裝有樣品4的取樣器中加入2 mL堿性碘化鉀溶液，振蕩均勻后再加入1.5 mL氯化錳溶液，使之充分搖勻。此時(shí)，水樣中的氧被固定生成棕色沉淀。再將1 mL硫酸溶液加入取樣器中，搖勻，直至沉淀完全溶解。此時(shí)，溶液中有I2產(chǎn)生，將取樣器在陰暗處放5 min，使I2全部析出來。然后再取出1 mL上述溶液于50 mL容量瓶中，定容后進(jìn)行分光光度計(jì)測定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量。