时间：2022-06-23 05:57:17
《皮革科学与工程杂志》2016年第二期
摘要：
利用铬黑T（EBT）与钙离子在碱性介质中发生显色反应，生成紫红色络合物，建立新的分析钙离子的流动注射法。在氨性缓冲液中，铬黑T用量7.5mL，缓冲液用量5mL，灵敏度最高。通过稀释样品，实现样品的快速测定。方法线性范围为5~50mg/L，相对标准偏差为1.31%（n=10），样品加标回收率在94.5%和98.8%之间，具有良好的重现性和准确性。与国标EDTA滴定法检测结果对比，操作简单可靠，主要应用于制革废水中钙离子的测定。
关键词：
流动注射；钙离子；制革废水；铬黑T
水体中的钙含量是水质检测的一项重要指标，是水质硬度的核心指标。水体中钙含量的高低直接影响并决定着水体的质量。而在传统制革浸灰工段后，其废液中含钙化合物为主要成分，其来源主要是浸灰工序中使用的纯灰碱或一些中性盐如氯化钙等；工段结束后含钙物质几乎全部进入废水，如果直接排放进环境中，将对自然水质产生极大影响，因此测定皮革废水中钙离子含量对保护环境水体具有重要意义。目前，测定水体中钙的含量有偶氮氯膦I光度法、酸性铬蓝K分光光度法[1]、离子色谱法、原子吸收法等，但均达不到简便快速的要求。本研究以铬黑T作为显色剂，结合流动注射法[2-3]对制革废水中钙离子进行分析，方法简便，可实现快速测定。
1实验部分
1.1仪器与试剂[4-6]HFY6-1金属元素自动分析仪；MettlerAT200电子天平；多通道电子蠕动泵；UV/VIS2800可见光分光光度计；酸式滴定管。0.001mol/LEBT-无水乙醇溶液：称取0.0461g（0.0001mol）铬黑T粉末，用无水乙醇溶解，移入100mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀。20%氨性缓冲溶液：称取5.4gNH4Cl溶于水，加35mL浓氨水并定容至100mL。使用时取7.5mLEBT-无水乙醇溶液和5mL氨性缓冲溶液，加入90mL去离子水，即为要使用的显色液R（现配）钙标准贮备液1000mg/L：准确称取0.25g碳酸钙，加0.3mL浓盐酸充分溶解，移入100mL容量瓶，用去离子水稀释至刻度，摇匀。作为储备液，用时按需要稀释。以上试剂均为分析纯，实验用水均为去离子水。
1.2实验原理以流动注射法为基础，在呈碱性的氨性缓冲溶液介质中，采用铬黑T-无水乙醇溶液测定钙离子。显色体系加入氨性缓冲液后由原来的紫红色变为蓝色，与一定量的钙离子反应后络合呈现紫红色。在最佳条件下，在波长530nm处有最大吸收峰，达到快速测定钙离子的目的。
1.3流路设计根据方法原理，进行设计分析的流程图，如图1所示。流路包括三条通路S、C、R，蠕动泵管为硅橡胶管，S与C泵管均为1.4mm，R泵管为1.0mm；流路中流通管路均为内径1.0mm聚四氟乙烯管，反应圈为自制螺旋式盘管，长为3m，内径1.0mm；进样环为内径1.0mm聚四氟乙烯管制成的250μL的圆环；光学流通池为自制玻璃材质流通池，光程为12mm，内径为4mm。分析过程如下：设置仪器时间继电器进样时间（1min）与分析时间（2min），并打开继电器开关，此时仪器处于分析状态，推动液C管通过三通混合器进入反应圈，并与经R通道进入流路的显色液混合，混合液通过检测器中流通池，检测器采集混合液的吸光度值并转化为电信号，在计算机屏幕上显示为基线图谱。然后，打开仪器时间继电器开关，仪器切换至分析状态，样液S进入流路并充满进样环，推动液C与显色液R的混合液在L中混合；在时间继电器控制下，仪器会自动切换至分析状态，此时利用六通阀便可将进样环切换至分析流路，推动液C推动进样环中样液通过三通混合器进入反应圈，并与经R通道进入流路的显色液混合，反应后的混合液经过流通池，检测器采集混合液的吸光度值并转化为电信号，在色谱工作站上得到反应后混合液的吸收曲线，根据吸光曲线峰高即可计算出试样中钙离子的浓度。
2结果与讨论
2.1方法优化
2.1.1吸收波长的优化扫描波长从400~600nm，用移液管移取0.1mL的EBT-无水乙醇溶液于10mL比色管中，再移取2mL氨性缓冲溶液加入比色管中，再加入50mg/L钙标准溶液1mL，摇匀，颜色稳定后进行波长扫描，确定530nm为最佳检测波长。
2.1.2显色液中铬黑T含量的优化铬黑T浓度对实验的影响主要表现在体系的灵敏度上，试验中所选用的显色液本身具有较深的颜色，影响极为明显。在初始条件下测定0.0125~0.10mmol/L范围内峰值随铬黑T浓度的变化，实验结果如图2。由图中可看出，当铬黑T浓度不断增大时，体系峰值不断上升，浓度达到0.075mmol/L附近时峰高趋于稳定，结合基线走向以及取样方便程度，选择0.075mmol/L作为最佳浓度。
2.1.3氨性缓冲溶液的优化缓冲溶液直接影响着体系的pH，碱度低，显色不足，碱度高，对仪器有损伤也不稳定。通过控制浓度来控制体系pH，进而测定其对灵敏度的影响。分别在显色液2.5、5、7.5、10mL的20%氨性缓冲溶液，定容至100mL，观察峰值变化。结果如图3。由图可看出氨性缓冲液浓度越大，灵敏度越低，考虑到显色问题，最终以显色液中加入5mL氨性缓冲液为最佳值。
2.1.4反应圈长度的优化样品与显色液在反应圈中发生反应并显色，反应圈作为反应场所，其长度影响着试验的灵敏度，长度过长，分析时间变长，不利于样品快速检测；长度过短，反应可能不完全，使得结果不准确且不稳定。降低灵敏度。分别用0.5、1.0、2.0、3.0m反应圈进行试验，在保证基线稳定且灵敏度合适的情况下，以3m反应圈为最佳。
2.1.5流动注射系统条件优化系统条件优化主要包括泵管内径、进样环体积、进样与分析时间等方面优化。流速快慢是影响分析结果的一个重要因素，可通过影响试剂在流路中混合反应程度而影响检测器的检测结果，实验中使用的是四通道蠕动泵，转速恒定，只能通过改变各通路泵管内径来改变试剂的流量。经反复试验，确定S、C泵管为1.4mm、R为1.0mm时为最优值。泵管内径进样环对反应体系的灵敏度有较大影响，在一定范围内，进样环增大，用于反应的样品量增加，随之体系的灵敏度增高，但一定程度后，由于参与反应的样品量太大，导致显色液被稀释，灵敏度反而降低，通过观察峰高与基线的稳定性，最终选择250μL作为最优进样环体积。通过调整进样时间与分析时间来控制试样含量与显色液含量，观察峰高出现位置，分别选择1min和2min作为进样与分析时间。
2.2体系方法评价
2.2.1线性关系用去离子水将1000mg/L的钙标准贮备液分别配成5、10、20、40、50mg/L的钙标准工作溶液，在最佳试样分析条件下，基线稳定后进行连续进样，记录各样峰高，作出工作曲线，得到工作曲线的线性方程，如图4。从图中可以看到，水中Ca2+在5~50mg/L范围内时，该法具有良好线性。
2.2.2精密度在对显色体系完成优化的最佳分析条件下，对同一样本Ca2+连续进样10次，记录每次进样的峰高值，结果如表1所示。峰高平均值为124.86mV，标准偏差为1.64，相对标准偏差RSD为1.31%，小于常规分析实验要求的10%，表明该方法精密度较高，重现性良好。
2.2.3检出限方法的检出限即方法的最小检出浓度，其基本定义是指能产生一个确证在试样中存在被测组分的分析信号所需要的该组分的最小含量或最小浓度。在已优化的条件下，以去离子水进行空白走样，记录峰高，得到平均，计算标准偏差，根据检出限公式可算出该体系检出限为2.42mg/L，检出限较高，适用于一般工段中制革废水的检测。
2.2.4样品测定及回收率按实验方法，对四川大学皮革楼制革车间不同转鼓中制革废水进行采样，分别标记为1#和2#，经过过滤、稀释后分别进行测定，并进行加标回收实验，结果见表2。从测定结果可知：该方法用于制革废水中Ca2+的测定，加标回收率在94.5%~98.8%之间，结果令人满意。
2.2.5国标对比国标GB/T6909-2008[6]硬度的测定方法为EDTA滴定法，即以乙二胺四乙酸钠滴定已知浓度的钙标样，标定浓度后再滴定未知试样，根据终点颜色变化来确定其浓度。对试样1#、2#进行稀释并加标后测定，并与本文方法对比，结果见表3。由表3可知，本实验的测定结果与国标法的结果相差在±5%内，说明该法可靠性较好。
3结论
该试验建立了流动注射快速测定水样中Ca2+的方法，并用于实际制革废水样品中的Ca2+检测，回收率在94.5%~98.8%之间，检测结果准确，操作简单，适合于Ca2+的快速测定。
参考文献：
[1]王炜.酸性铬蓝K分光光度法测定水的硬度[J].宁波化工，2000，02：32-35.
[2]佟玲，赵云峰，张新申.流动注射分析在皮革分析中的应用[J].皮革科学与工程，2011，06：35-38.
[3]蒋和梅，杨东静，陈姝娟，等.流动注射法在线同时测定水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮[J].皮革科学与工程，2012，22（5）：73-6.
[4]王军，顾玲.铬黑T作显色剂兼络合剂分光光度法测定钙的研究[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2008，04：58-60，68.
[5]蒋和梅，杨东静，陈姝娟，张新申.铬黑T流动注射法在线测定水样中的微量N（iⅡ）[J].化学研究与应用，2013，04：580-583.
[6]岳冠华，王鹏.铬黑T指示剂稳定体系的研究及应用[J].北京建筑工程学院学报，2007，01：49-51.
[7]GB/T6909-2008，锅炉用水和冷却水分析方法硬度的测定[S].
作者：高跃昕 莫珊 赵正喜 高昊东 张新申 单位：四川大学制革清洁技术国家工程实验室，四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室