分光光度法测定海水样品化学耗氧量的研究

分光光度法测定海水样品化学耗氧量的研究摘要研究了海水中化学耗氧量的分光光度测定方法,并用分光光度法和碘量法分别对3种不同COD浓度水平的葡萄糖标准溶液(COD=0.5、1.5、2.5mg/L)以及两种海水水样进行分析。结果表明,两种方法的测定结果没有显著性差异,分光光度法测定结果的相对标准偏差小于2.7%,回收率在96.3%～103.8%之间,表明该法测定海水中COD可行,且方法操作简便,更适宜于海上自动化分析。关键词分光光度法化学耗氧量(COD)海水AspectrophotometricmethodformeasuringCODinseawaterABSTRACTAspectrophotometricmethodwasstudiedformeasuringthechemicaloxygendemand(COD)inseawater.Inthismethod,470nmwaschosenasthemeasuringwavelength,then3standardglucosesolutionsofCOD(COD=0.5,1.5,2.5mg/L)and2seawatersamples(theSouthYellowSeaandJiaozhouBay)weremeasuredbythespectrophotometricmethodandtitrimetricmethod.Theresultsshowedthattherewasnosignificantdifferencebetweenbothofthemethods,therelativestandarddeviationofthespectrophotometricmethodwaslessthan217%andtherecoveryrangedfrom96.3%to103.8%.Sothespectrophotometricmethod,whichhassomeadvantagessuchasexpeditiousness,operationsimplicity,analysisautomatiza2tionandsoon,couldbeusedtomeasureCODinseawater.KEYWORDSSpectrophotometricmethodChemicaloxygendemand(COD)Seawater化学耗氧量(COD)是指在一定条件下,用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量,以氧的mg/L来表示。化学耗氧量可以反映水体中有机物的污染程度,是衡量环境质量的重要指标(张薪民等1989;黄溶等1989;Shirver1972)。目前在淡水COD的测定中,普遍采用的方法是重铬酸钾法和酸性高锰酸钾法;而对于海水样品,主要采用碱性高锰酸钾法进行测定(傅云娜等1997;国家海洋局1991;APHA等1995)。这些滴定方法存在着一些缺点,如用于标定的硫代硫酸钠不稳定,试剂消耗量大,操作繁琐,时间较长,易造成环境污染等。分光光度法已经越来越多地被应用于测定淡水中的COD(陈玲等2002;Sibel2003;Houda1999;王光辉等2000;朱洪涛等2003;国家环境保护局1989),但用分光光度法测定海水中COD的研究却很少(徐学仁等2003)。由于分光光度法操作简便,检测速度快,试剂耗量少,有利于海上自动化分析,是海洋分析方法的发展方向。针对海洋监测规范中的碘量法,本文对海水中COD的分光光度测定方法进行了研究,结果表明,该法测定海水中COD是可行的。1材料与方法1.1材料1.1.1海水两种海水水样分别为胶州湾海水(采样日期2004年7月12日,站位经纬度36°05.50′N,120°15.50′E)和南黄海海水(采样日期2004年7月13日,站位经纬度为35°58.00′N,120°55.00′E)。1.1.2试剂及配制碘为优级纯;其他试剂均为分析纯,按海洋监测规范配制。本文中所用蒸馏水均是在蒸馏水中加入少许KMnO4进行重蒸馏所得的二次水。COD标准溶液的配制:将葡萄糖在50～60℃烘干2h,准确称取0.2343g溶于少量蒸馏水中,转入500ml容量瓶中,定容,混匀。此溶液的理论COD值为500mg/L。分别吸取该葡萄糖标准液1100、3100、5100ml于1000ml容量瓶中,加水至刻度,配成理论COD值分别为0.5、1.5、2.5mg/L的标准系列。将邻苯二甲酸氢钾在105℃下干燥2h,然后称取0.4251g溶于水,并稀释至1000ml,混匀。该标准溶液的理论COD值为500mg/L。分别吸取该标准液1.00、3.00、5.00ml于1000ml容量瓶中,加水至刻度,配成理论COD值分别为0.5、1.5、2.5mg/L的标准系列(张亚东等2003)。1.1.3仪器可见分光光度计V-56001.2方法1.2.1碘量法1.2.1.1硫代硫酸钠溶液的标定移取15.00ml标准KIO3溶液,于250ml碘量瓶中,加入0.5gKI,加入1ml1∶3H2SO4溶液,盖好瓶塞,混匀,加水封口,放暗处2min,打开瓶塞,加入50ml蒸馏水,用Na2S2O3溶液滴定至淡黄色,加入1ml0.5%淀粉溶液,继续用Na2S2O3溶液滴定至蓝色刚刚消失为止。记录读数。1.2.1.2高锰酸钾溶液的标定移取10.00mlKMnO4溶液,于250ml碘量瓶中,加入0.5gKI,加入1ml1∶3H2SO4溶液,盖好瓶塞,混匀,加水封口,放暗处2min,打开瓶塞,加入50ml蒸馏水,用Na2S2O3溶液滴定至淡黄色,加入1ml0.5%淀粉溶液,继续用Na2S2O3溶液滴定至蓝色刚刚消失为止。记录读数(V1)。1.2.1.3样品的测定量取100ml混匀的水样(两份),于250ml三角瓶中,加入3粒玻璃珠,加1ml25%NaOH溶液,加10.00mlKMnO4溶液,混匀:将三角瓶置于电炉上加热,准确煮沸10min(从冒出第1个气泡时开始计时);取下三角瓶,冷却至室温,加5ml1∶3H2SO4溶液,加0.5gKI,混匀,放暗处5min,用Na2S2O3溶液滴定至淡黄色,加入1ml0.5%淀粉溶液,继续用Na2S2O3溶液滴定至蓝色刚刚消失为止。记录读数(V2),两次滴定误差小于0110ml(国家海洋局1991)。__1.2.2分光光度法1.2.2.1碘标准溶液的配制称取12.700gI2和40.0gKI溶于1000ml蒸馏水中(KI的加入是为了保持I2溶液的稳定性),将此液稀释10倍后成为I2标准溶液(浓度为0.005mol/L)。I2标准系列吸光值的测定:分别吸取1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mlI2标准溶液于50ml比色管中,然后将各比色管加蒸馏水至50ml刻度线,即配成浓度为1.00×1024、2.00×1024、3.00×1024、4.00×1024、5100×1024、6.00×1024mol/L的标准系列。用1cm比色皿,以蒸馏水为参比,从400～510nm以10nm为间隔测定标准系列的吸光值,选出最佳分析波长并绘制标准曲线(陈晓湘等1997)。1.2.2.2样品空白的测定移取10.00mlKMnO4溶液于250ml碘量瓶中,加入0.5gKI,加入1ml1∶3H2SO4溶液,盖好瓶塞,混匀,加水封口,放暗处2min,打开瓶塞,加入50ml蒸馏水,在1cm比色皿中于分析波长处测定其吸光值A1,在标准曲线上找出对应的I2溶液的浓度C1。1.2.2.3样品的测定(1)样品的消解过程与海洋监测规范中COD的分析方法相同。(2)将样品冷却至室温,加5ml1∶3H2SO4溶液,加0.5gKI,混匀,放暗处5min,量出剩余溶液的体积V并在分析波长处测定其吸光值A2,在标准曲线上找出其对应I2溶液的浓度C2。1.2.3结果计算1.2.3.1碘量滴定法样品的含量:COD(mg/L)=m(V1-V2)×8/100×1000=m(V1-V2)×80式中:m为硫代硫酸钠的浓度(mol/L);V1为标定高锰酸钾浓度时所消耗硫代硫酸钠溶液的体积(ml);V2为滴定样品时所消耗硫代硫酸钠溶液的体积(ml)。1.2.3.2分光光度法样品的含量:COD(mg/L)=160(61C1-VC2)式中:V为样品测定时的体积(ml);C1为测定样品空白时溶液对应的I2溶液的浓度(mol/L);C2为测定样品时溶液对应的I2溶液的浓度(mol/L)。2结果与讨论图1I2标准系列的吸光值与波长的关系Fig.1RelationshipbetweenabsorbanceandwavelengthofI2standardsolutions2.1测定波长的选择按方法的测定步骤,在分光光度计上每间隔10nm以蒸馏水为参比测定I2标准系列的吸光值(400～510nm),结果见图1和表1。从图1和表1可以发现,I2标准系列的吸光值随波长的增加而呈下降趋势,在波长430～470nm之间,溶液和吸光值之间有良好的线性相关性。而在470nm处溶液浓度和吸光值之间线性关系最好(r=0.9999),截距亦最小,因此本文选定470nm为分光光度法的测定波长,并在该波长绘制标准曲线。表1不同体积I2标准液在不同波长下的吸光值ATable1AbsorbanceofI2standardsolutionsatdifferentwavelength2.2标准物质的选择作者分别选用邻苯二甲酸氢钾和葡萄糖作为标准物质,配制标准溶液COD=0.5、1.5、2.5mg/L,用分光光度法测定标准溶液的COD值,结果列于表2。表2碱性高锰酸钾法对于不同COD标准溶液的氧化率Table2OxidizingefficiencyofthestandardsolutionsofKHPandglucose从表2可以看出,测定葡萄糖标准溶液时氧化效率比邻苯二甲酸氢钾高得多,原因之一是邻苯二甲酸氢钾含有芳香环比较稳定,不易被碱性高锰酸钾氧化,而葡萄糖由于是链状的碳水化合物,所以相对来说容易被氧化。虽然在用重铬酸钾法、酸性高锰酸钾法等测定淡水水样中的COD时,常选用邻苯二甲酸氢钾作为标准物质(张亚东等2003),但表2结果表明,在碱性高锰酸钾法中,邻苯二甲酸氢钾不适合作为标准物质。从表2还可以看出,碱性高锰酸钾也不能完全氧化葡萄糖标准溶液,氧化率在51.6%～58.0%之间,这个结果与文献(陈顺天等1994)中所得的氧化率值相符。因此本文选择葡萄糖作为标准物质。2.3标准溶液和海水样品中COD的测定为了检验分光光度法的可靠性,本文进行了分光光度法与碘量滴定法的对比性测定。用两种方法分别测定3种不同浓度的葡萄糖标准溶液(理论COD值为0.5、1.5、2.5mg/L)以及两种海水水样的COD值,所得结果见表3和表4。由表3和表4可以看出,两种方法的平均值和精密度比较接近。将两种方法的测定结果进行F2检验和t2检验(置信度为95%),两种分析方法没有显著性差异,而且分光光度法的测定结果要略优于碘量滴定法,所以我们可以应用分光光度法来进行海水回收率的实验。表3两种方法对3种葡萄糖标准溶液中COD的测定结果Table3CODmeasuredbybothofthemethodsinglucosestandardsolutions表4两种方法对海水样品COD值的测定结果Table4CODmeasuredbybothofthemethodsinseawater2.4回收率实验分别向胶州湾海水和南黄海海水样品中加入1ml葡萄糖标准溶液(COD=50mg/L),用分光光度法测定计算回收率,结果列于表5。表5海水样品加标回收率的实验结果Table5Theresultsofrecoveryexperiment根据表3可知,碱性高锰酸钾法对于葡萄糖标准液的氧化并不完全,平均氧化率在54.0%,所以在计算回收率时加标量应按实际加标量的54.0%计算,即理论加标量为27.00μg,由表5可知,考虑到葡萄糖的理论氧化效率,实验得到的回收率在96.3%～103.8%之间,结果令人满