紫外分光光度法测定焦化废水的主要污染物

李亚新，赵晨红
(太原理工大学环境工程系，山西太原 030024)

　　　摘要：采用紫外分光光度法，根据吸光度的加和性，通过解联立 方程对焦化废水中苯酚、喹啉、吲哚、吡啶的混合物进行了分析测定，其相对误差一般＜ 10%。此法的优越性在于不需要任何复杂的分离程序(如萃取、色谱等分离技术)便能直接求 得混合物中各组分的含量。
　　关键词：焦化废水；混合物；紫外分光光度法；苯酚；喹啉 ；吲哚；吡啶
　　中图分类号：X132
　　文献标识码：C
　　文章编号： 1000-4602(2001)01-0054-03

 　　1   测定原理

 　　1.1苯酚浓度的测定方法
　　测定苯酚的方法有4—氨基安替比啉比色法、溴化法和气相色谱法等，其操作都较为繁琐。 有文献^［1］报道，含有苯酚的水溶液在加入NaOH或KOH后在288.5nm处出现集中的吸收 峰，因此可将水样碱化后做测定样，酸化后做空白样，这样能提高吸光度值，且抵 消了水样中其他因素的干扰。具体方法如下：分别准确吸取待测液10mL放入带磨口塞的两 个硬质玻璃试管中，其中一管中加入一滴10 mol/L的NaOH溶液，另一管中加入一滴0.5 mol/ L的盐酸，摇匀，分别在288.5nm处测定吸光度值，然后在标准曲线上查出对应水样中的苯 酚含量，或根据线性回归方程求出苯酚浓度。
　　1.2  喹啉浓度的测定方法
　　四种物质经UV—265紫外可见分光光度计扫描后得到各自的紫外吸收光谱图，如图1～4所示 。图1中喹啉在313 nm处有一明显的吸收峰，而苯酚、吡啶、吲哚的吸收光谱在此处处于波谷地带，几乎不吸收光，因此在313 nm处测得的含有四组分混合水溶液的吸光度，是因 喹啉的存在而引起的，其吸光度只随喹啉浓度的变化而变化，而不受其他三种物质的干扰(试验也证实了这一点)，故可直接在313 nm处测混合溶液的吸光度以推求喹啉的浓度。

图1  喹啉的紫外吸收光谱 图2吲哚的紫外吸收光谱

图3吡啶的紫外吸收光谱  图4苯酚的紫外吸收光谱

　　1.3  吸光度的加和性原理
　　吸光度具有加和性，即在某一特定波长处，混合物的总吸光度等于混合物中各组分的吸光度 之和。比如混合物中有四组分，则有：

　　A=ε1C1b+ε2C2b+ε3C3b+ ε4C4b  (1)

  　　式中  A——混合溶液的总吸光度值
  　　　　ε1、ε2、ε3、ε4——各组分在某波长处的吸光系 数，L/(mg·cm)
  　　　　C1、C2、C3、C4——混合物中各组分的浓度，mg/L
  　　　　b——石英比色皿的光程(b=1 cm)

　　如果混合物中三种物质的浓度C₁、C₂、C₃已知，那么只要测出混合液的总吸光度A，代入式(1)，通过解一个一元一次方程便可求得未知浓度C₄ 。

　　2  试验

　　2.1主要仪器与试剂
　　GW—751紫外可见分光光度计，0.5 mol/L的盐酸溶液，10 mol/L的氢氧化钠溶液。
　　2.2试验方法
　　2.2.1配制苯酚、喹啉、吲哚、吡啶的储备溶液
　　用分析天平分别准确称取苯酚、喹啉、吲哚、吡啶(皆为分析纯)各1.000 g溶于蒸馏水中并 分别移入14个1 L的容量瓶中，稀释至刻度，这样就得到四种物质的储备溶液，浓度都是1000mg/L。
　　2.2.2绘制苯酚在波长288.5 nm处的标准曲线
　　配制一系列的苯酚标准样(分别移取苯酚储备溶液4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0、0. 5 mL，置于8个50mL的容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度)，其浓度依次为80、70、60、50、4 0、30、20、10 mg/L。将每个水样分别准确量取10 mL放入两个硬质玻璃试管中，同样以酸化水样作空白，碱化水样作测定样，在波长288.5 nm处测定对应的吸光度值(见表1)。绘出 苯酚的标准曲线(见图5)，并利用最小二乘法得线性回归方程A=0.0263C，R=0.9997。

表1苯酚标准溶液浓度及对应吸光度值

图5 苯酚的C-A图

　　以上是在只含有苯酚的单组分水溶液中得出的结果，试验证明包含有其他三种物质的多 组分水溶液，经上述方法测得的苯酚浓度值与在苯酚的单组分水溶液测得的结果相差甚微。 因此认为应用此方法时其他物质的存在对苯酚浓度测定的影响不大，可不予考虑。
　　2.2.3绘制喹啉在波长313 nm处的标准曲线
　　配制一系列的喹啉标准样(分别移取喹啉储备溶液2.5、2.0、1.5、1.0、0.5 mL置于5个50 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度)，其浓度依次为50、40、30、20、10mg/L。在波长313 nm处，以蒸馏水为参比，将5个标准浓度溶液分别置于1 cm石英比色皿中，测定对应的吸光 度值(见表2)。由于GW—751分光光度计自身设有微机系统，只需按制表键就可直接得到浓度C与吸光度A的线性关系表达式C=36.3A，即A=0.027 548 2 C，相关系数R=1.000 0；也可以利用最小二乘法得到的线性回归方程绘制喹啉在波长313 nm处的标准曲线，如图6所示。

表2  喹啉标准溶液的浓度及对应的吸光度值　

　　以上是在只含有喹啉的单组分水溶液中得出的结果。因其他三种物质在波长313 nm处的吸光 度值几乎为零，所以对于还包含有其他三种物质的多组分水溶液，在波长313nm处经上述方 法测得的喹啉浓度值与在喹啉的单组分水溶液得到的结果应基本一致，试验也证明了这 一点。因此，测得多组分的混合液在波长313 nm处的吸光度A后便可直接利用公式C=36.3A或由标准曲线推求喹啉浓度。

图6  喹啉在波长313 nm处的C-A图

　　2.2.4吲哚浓度的推求
　　在某一特定波长处，可测得各纯组分标准溶液的εi(i=1,2,3,4)。以苯酚 为例，在波长277 nm处测ε1的方法如下：
　　分别移取苯酚储备溶液2.5、2.0、1.5、1.0、0.5 mL置于5个50 mL容量瓶中， 加蒸馏水稀释至刻度，得到苯酚的5个标准溶液浓度分别为50、40、30、20、10 mg/L，以蒸 馏水为参比，在λ=277 nm处分别测定吸光度A，可直接得到浓度C与吸光度A 的线性关系式C=79.1A，R=0.999 761。因A=ε1C=C/K，所以ε=1/K=1/79.1=0.012 642 2，同理可得到喹啉、吲哚在波长277 nm处的ε值(见表3)。

表3 波长277 nm处的ε 值

　　由吡啶的UV—265紫外吸收光谱图可以看出，在波长277 nm处，吡啶对光的吸收几乎为零， 所以其ε=0，则式(1)变成：

　　A=ε₁C₁b+ε₂C₂b+ε₃C₃b

　　根据吸光度的加和性原理，设C₁=苯酚浓度，C₂=喹啉浓度，C₃=吲哚浓度，C₄=吡啶浓度，其中苯酚的浓度C₁与喹啉的浓度C₂可按前述方法单 独求得，ε₁、ε₂、ε₃列在表3中，因此只要测得混合组分在波长277 nm处的总吸光度A代入式(1)，通过解一个一元一次方程便可得到吲哚浓度C₃。
　　2.2.5吡啶浓度的推求
　　有文献报道^［2］，或由各物质的UV—265紫外吸收光谱图也可以看出，256 nm为吡啶 的最大吸收峰波长。按ε₁的求法，可以得到四种物质在波长256 nm处的ε值，列于表4。

表4  波长256 nm处的ε 值

　　因为ε_i(i=1,2,3,4)已求出，C₁、C₂、C₃可按前述方法 得到，代入式(1)后只剩C4是未知量，通过解一元一次方程便可求得吡啶浓度C ₄。

　　3  结果与讨论

　　3.1线性范围
　　在0～50 mg/L浓度范围内，苯酚、喹啉、吲哚、吡啶的工作曲线遵从比耳定律，标准曲线的相关系数均＞0.999，说明线性关系良好。
　　3.2加和性考察
　　由标准混合物直接测定的吸光度与由相应标准物的吸光系数计算的吸光度之差甚小，其相对误差一般＜10%，说明苯酚、喹啉、吲哚、吡啶的吸光度具有较好的加和性，适于多组分同时测定。
　　3.3合成试样分析
　　取各物质不同量的储备溶液配成人工合成试样测定吸光度，推求各物质浓度，得回收试验结果见表5。测定的回收率在90%～110%，相对误差在10%内，标准偏差不超过0.2，变异系数在6.8%以内。

表5  回收试验结果

　　
　　参考文献：
　　［1］黄君礼，鲍治宇.紫外吸收光谱法及其应用［M］.北京：中国科学技术出版 社，1992.
　　［2］张晓建，雷晓玲，何苗.焦化废水中几种难降解有机物的厌氧生物降解特性 ［J］.环境工程，1996，14(1)：10-13.

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　　收稿日期：2000-07-04