AHMT分光光度法检测甲醛浓度的影响因素
2023-07-26
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化学工程师 Chemical Engineer 2018年第O1期 分 :析 捌 谶 DOI:10.16247 ̄.cnki.23—1171/tq.20180134 甲醛浓度的影响因素 王 强 (新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830000) 摘-要:AHMT分光光度法是检测室内空气中甲醛浓度的常用方法。首先,4一氨基一3一联氮一5一琉基 1,2,4-三氮杂茂(AHMT)在碱性条件下与甲醛进行缩合反应;然后用KIO,将反应产物氧化成紫红色化合 物;最后通过体系的吸光度来计算定量甲醛的浓度。本文研究分析了显色剂用量、氧化时间、KOH的浓度、氧 化剂用量、显色反应温度等因素对检测结果所造成的影响,并通过分析结果确定AHMT分光光度法的最佳实 验条件。 关键词:AHMT分光光度法;室内空气;甲醛浓度;检测;影响因素 中图分类号:0659.32 文献标识码:B Influence factors of determination of formaldehyde concentration by AHMT spectrophotometry WANG Qiang (Xinjiang Institute of Light Industry Technology,Urumchi 830000,China) Abstract:AHMT spectrophotometry is a common method for the determination of formaldehyde in indoor air. First,4-amino-3-diazo一5-rosin-1,2,4一triazo1am(AHMT)condensation with ofmalrdehyde in alkaline conditions; and then the reaction product oxidized by potassium pefiodate to purplish red compounds;finally,the concentration of formaldehyde was calculated by the absorbance of the system.In this paper,the amount of reagent,the time of OX-- idation,the concentration of potassium hydroxide,the amount of oxidant and the reaction temperature effects of the detection results were analyzed,and the best experimental conditions of AHMT spectrophotometry were determined by the analysis results. Key words:AHMT spectrophotometry;indoor air;formaldehyde concentration;determination;influencing factors 随着国内经济的发展,人们的生活水平和质量 逐渐提高,很多人都开始在城区购房并进行室内装 酮分光光度法_7Is]和AHMT分光光度法 。酚试剂 分光光度法虽然灵敏性比较高,但是其结果会受到 其它脂肪醛类的干扰;乙酰丙酮分光光度法的特定 修。在装修所使用的建材中,大部分都会向空气中释 放出甲醛,对室内的空气造成污染。甲醛是一种易溶 于水的无色有毒气体,它不仅具有致癌性和致基因 突变性,还具有生殖毒性【lI 。虽然甲醛具有刺激性 气味,一般在浓度大于0.06mg·1TI 时人体的嗅觉就 能感觉到,但是人们长期接触低浓度的甲醛还是会 造成人体机能的损坏。因此,国家发布了很多关于室 内空气质量标准的法律法规,用以保障居民健康和 保护环境 引。 测试室内空气中甲醛浓度的方法多种多样,但 其中最常用的主要是酚试剂分光光度法 】、乙酰丙 选择性较好,但是其灵敏度较低,不适用与低浓度甲 醛的检测;AHMT分光光度法的选择性较好,同时其 灵敏度较高,能够准确检测空气中甲醛的浓度。本文 主要研究显色剂用量、氧化时问、KOH的浓度、氧化 剂用量、显色反应温度等对检测结果的影响,从而分 析AHMT分光光度法的最佳操作条件。 1实验部分 1.1试剂和仪器 本文中所用的试剂均为分析纯:三乙醇胺、偏重 亚硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠、4一氨基一3一联氮 收稿日期:2017—08—17 一作者简介:王强(1968一),男,本科,高级讲师,主要从事方向:化学工 程方面的理论、实践教学研究。 5一琉基一1,2,4一三氮杂茂(AHMT)、HC1、KOH、 KIO 、H SO 、NaOH、淀粉、硫代硫酸钠、I 液;所用的 水均为去离子水。 2018年第O1期 王强:AHMT分光光度法检测甲醛浓度的影响因素 气泡吸收管(有刻度线)、空气采样器(流量范围 0~2 L·min一1);具塞比色管(10mL);722N型可见光分 光光度计。 1.2实验方法 实验方法根据国家标准GB/T 16129—1995《居 住区大气中甲醛卫生检验标准方法分光光度法》中 所规定的“AHMT分光光度法”操作方法进行ll 1,在 此方法基础上改变实验条件,分析其对AHMT分光 光度法所造成的影响。 2结果与讨论 2.1 AⅡMT分光光度法的检测原理 AHMT分光光度法所使用的显色剂是4一氨基 一3一联氨一5一巯基一1,2,4一三氮杂茂(I),该显色 剂能与甲醛在碱性的条件下进行缩合反应,生成 5,6,7,8一四氢一3一巯基一[1,2,4】三唑并[4,3_b卜 [1,2,4,5卜四嗪(Ⅱ),然后再使用KIO 将化合物 (Ⅱ)氧化成6一巯基一5一三氮杂茂(4,3-b)一S一四氮 杂苯(Ⅲ),整个反应过程见图1[131。 /\ NH2 NH2 HN HN H N N H ncn。+N N N N I Ⅱ \ N N 图1 AHMT分光光度法检测甲醛浓度的反应过程 Fig.1 Determination of ̄rmaldehyde concentration by AHMT spectmph0tometry 化合物(Ⅲ)的颜色呈现紫红色,其颜色的深浅 与浓度有关,通过可见光分光光度计可以测出其吸 光度,利用吸光度计算出化合物(Ⅲ)的浓度,最后根 据其浓度进一步计算出甲醛的浓度,得出空气中甲 醛的浓度。 2.2显色剂用量的影响 分别配置浓度为0.5 5 mL和1.0 g/5mL的 甲醛溶液,各加人不同体积(0.1、0.2、0.4、1.0、1.5、 2.0mL)的质量分数为0.5%的AHMT盐酸溶液进行 lOmin的缩合反应,并保证两组KOH和KIO 的用 量和氧化时间完全相同(1.0mL 5mol·L-I的KOH溶 液和0.3mL 1.5%的KIO KOH溶液,氧化时间为 5min),最后分别进行吸光度的检测,检测结果见图2。 H 越 N >==N Ⅲ N AHMT的用量/mL 图2 AHMT的用量对吸光度的影响 Fig.2 Effect of the amount of AHMT on absorbance 从图2中可以看出,不同浓度的甲醛溶液具有 不同大小的吸光度,但其变化规律是相似的。吸光度 随着显色剂AHMT的用量提高而增大,当用量超过 lmL后,吸光度的增大已经趋于稳定且基本达到最 大值,其随显色剂的用量变化已经很小,且甲醛的浓 度越低,其平稳的越快。因此,为了节约检测的成本 1 O O O 0 0 O O O O0 9 8 7 6 5 4 3 2 1和显色剂的用量,应使用lmL 0.5%的AHMT盐酸溶 液进行检测。 2.3氧化时间的影响 配置3组甲醛溶液,浓度分别为0.0IXg/5mL、 0.5 g/5mL、1.0 g/5mL,改变实验过程中的氧化时 间,在加入高碘酸钾氧化剂后,氧化时间分别为2、5、 1O、l5、20、30min,测试结果见图3。 米 图3氧化时间对吸光度的影响 Fig.3 Effect of oxidation time on absorbance 从图3中可以看出,吸光度随着氧化时间的延 长而增大,这说明氧化产物的体系不够稳定,所以在 检测过程中要尽快检测吸光度,同一组测试工作中 所使用的氧化时间应该相同,且标准溶液和样品溶 液的显色反应时间必须相同,这样的检测结果才有 可比性。一般情况下氧化时间设定为5min为宜,如 果甲醛浓度较低,也可以适当延长氧化时间。 2.4 KOH浓度的影响 显色体系的pH值由KOH的用量所决定,甲醛 36 王强:AHMT分光光度法检测甲醛浓度的影响因素 v/越 2018年第O1期 0 O O O O O O O O O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O 需要在碱性条件下才能和AHMT进行缩合反应。配 置3种甲醛溶液,浓度分别为0.1 g/5mL、 0.5 g/5mL和1.0 g/5mL。所使用的KOH溶液浓度 分别为0.1、0.5、1.0、2.O、5.0、10mol·L-1,并缩合反应 10min后加入KIO ,测试结果见图4。 KOH的浓度/mol· 图4 KOH的浓度对吸光度的影响 Fig.4 Effect of potassium hydroxide concentration on absorbance 从图4可以看出,在相同的缩合反应时间下,吸 光度随着KOH的浓度升高而逐渐增大,这说明 KOH能够影响缩合反应的速度,当KOH浓度较低 时,缩合反应较慢,在相同的时间下,参与反应的甲 醛较少,所以氧化后的吸光度也较低。当KOH的浓 度从5.0mol·L 增大到10mol·L- 时,其对吸光度的 影响已经很小,说明此浓度下甲醛已经能够在限定 的缩合时间内反应完全,因此,在检测过程中采用 5mol·L- 的KOH浓度即可。 2.5氧化剂用量的影响 氧化反应是AHMT测试方法的重要组成部分, 只有经过氧化,体系才能通过分光光度计进行检测。 配置两种甲醛溶液,浓度分别为0.5 g/5mL和 1.0 g/5mL。所使用的氧化剂的体积分别为0.1、0.2、 0_3、0.4、0.5、0.6mL,氧化时间设定为5min,其它实验 条件不变,测试结果见图5。 氢化剂的用量/mL 图5氧化剂用量对吸光度的影响 Fig.5 Effect of oxidant dosage on absorbance 从图5可以看出,在相同的氧化时间内,吸光度 随着氧化剂用量的提高而增大,当氧化剂用量超过 0.3mL后,吸光度逐渐趋于稳定,增大的速度变得缓 慢,这活命只需要0.3—0.4mL的氧化剂就能将缩合 产物在5min内氧化完全,且甲醛的浓度越低,其平 稳的越快,因此在检测过程中只需要添加0.3mL的 氧化剂即可。 2.6显色温度的影响 配置3种甲醛溶液,浓度分别为0.1 g/5mL、 0.5 g/5mL和1.0 g/5mL,改变显色反应的温度,设 置反应温度为10、20、25、30、40、50 ̄C 6个实验温 度,其它实验条件不变,测试结果见图6。 图6反应温度对吸光度的影响 Fig.6 Effect of reaction temperature on absorbance 从图6可以看出,温度从10℃升高到5O℃的过 程中,吸光度先升高后下降。当温度较低的时候,由 于反应活性较低,甲醛显色反应不完全导致吸光度 较低;当温度在20~30℃区间时,温度对吸光度的影 响较小,说明在此温度范围内,显色反应较为彻底; 当温度继续升高时,较高的温度导致反应产物不稳 定而分解,从而显色物浓度降低吸光度降低。因此, 在检测甲醛的浓度时,反应温度应控制在20~30qc 区间效果较好。 3结论 本文针对AHMT分光光度法对显色剂用量、氧 化时间、KOH的浓度、氧化剂用量、显色反应温度等 影响因素进行实验研究分析,得出以下结论: (1)在检测时为了节约检测的成本和显色剂的 用量,应使用lmL 0.5%的AHMT盐酸溶液进行检 测。 (2)氧化反应时间会影响最后吸光度的测试,一 般情况下氧化时间设定为5min为宜,若甲醛浓度较 低,也可以适当延长氧化时间。 2018年第O1期 王 强:AHMT分光光度法检测甲醛浓度的影响因素 37 (3)在检测过程中采用5mol·【『 的KOH浓度即 Method Formaldehyde Determination[J].FriendofScienceAmateurs, 2011. 可以使甲醛与AHMT在10 min内完全缩合反应。 (4)氧化剂KIO 的用量为0.3—0.4mL时即可在 [7]王苏勤,吕多佳.乙酰丙酮分光光度法测定室内空气中的甲醛 [J].苏州大学学报(工科版),2003,23(6):15—17. 5 min将缩合产物完全氧化。 (5)反应温度过高或过低都会影响吸光度的检 测,最佳的反应温度为应控制在20—30℃区间。 参考文献 [1]刘金秀.室内甲醛污染治理技术的研究进展EJ].化工管理,2016 (35). [8]ZhouKW,CenDW,Xiao—JunLI.Determination oftraceformalde- hyde in air by fast speetrophotometry with acetylacetone[J].Analyti— cal Laboratory,2004,23(12):82-84. [9]谢玉艳.AHMT分光光度法测定废水中微量甲醛[J].化工技术 与开发,2013,(11):49—51. [1O]黎瑞敏.室内空气中甲醛测定方法的比较[J].黑龙江环境通 报,2012,36(4):78—81. [2]江浩芝,赵婉君.室内甲醛的危害及其污染现状[J].广东化工, 2016,43(11):189—189. [1 1]Zhang X z.Determining fomarldehyde in beer by AHMT—spectro— photometry[J].Chinese Journal ofHelath LaboratoryTechnology, 2009. [3]王小芝.室内空气质量标准与设计方法讨论[J]_绿色建筑,2016 (4):18—21. [12]刘利亚,周贻兵,李磊,等.居室空气中甲醛的实验室常规和实 验室间分析质量控制探讨[J].福建分析测试,2014,(3):45—47. [13]吴卫平,王宇,谢建军,等.6一巯基一5一三氮杂茂[4,3-b]一S一 [4]刘旭.我国室内空气污染防治法律制度研究[D].广西大学,2013. [5]郑胜.浅析酚试剂分光光度法测定空气中甲醛含量[J].商品与 质量,2016,(44). [6]ZhangY,XiangD.BriefAnalysisPhenolReagent Spectmphotometric 四氮杂苯的合成及在甲醛残留快速检测中的应用[J].精细与 专用化学品,2006,14(9):26—28. (上接第10页) 参考文献 [1] 陈超,阮志勇,吴进,等.规模化沼气工程沼液综合处理与利用 的研究进展[J].中国沼气,2013,31(1):25—28;43. 性与机理分析[J].农业环境科学学报,2014,33(9):1837—1842. [7]S Gu ̄tin,R Marin ̄eklogar.Effect of pH,temperature and air lfow rate on the continuous ammonia stripping of he anaertobic digesion teffluent[J].rocess Safety&EnvironmentalProtection,2011,89(1): 61—66. [2]邢赜.沼液营养物的沸石吸附回收与利用[D].西南大学,2013. [3]李建.基于鸟粪石沉淀法回收沼液中氮磷的试验研究[D].沈阳 农业大学,2016. [8] 田锁霞,于琼,孙振钧.蚯蚓引入垂直流一水平潜流湿地混流系 统处理沼液的效果[J].农业工程学报,2016,32(8):199—205. [9]林琳.pH调控强化猪粪厌氧发酵产酸效能及从发酵液同步回 收氮磷的研究[D].复旦大学,2014. 1 1Oj C b,Y Dong,D Wu,L Peng.Surfactnta modiifed zeolite a8 adsorbent [4]李洪刚,陈玉成,肖广全,等.鸟粪石结晶法处理牛场沼液过程 中磷形态转化[J].农业工程学报,2016,32(3):228—233. [5]陈祥,潘骏,吴金海,等.规模化养鸡场沼气工程沼液膜分离处 理效果对tL[J].农业工程,2017,7(3):65—69. for removalofhumicacidfrom water[J].AppliedClayScience,2011, 52(4):353-357 [6]张文艺,郑泽鑫,韩有法,等.改性沸石对猪场沼液氮磷吸附特 (上接第33页) 42(10):841—842. absolute quantiifcation of sulfur contianingpeptides[J].Analytical Chemistry,2007,79(7):2859—2868. [1O]虞锐鹏,贡小清,杨健,等.氢化物发生一原子吸收光谱法测定 中华白海豚中的汞和砷[J].光谱实验室,2005,22(5):1090— 1093. [13]李冰,杨红霞.电感耦合等离子体质谱原理和应用[M].北京: 地质出版社,2005. [14]Landand s,Helinck S,Bonnarme P.Formation of volatile sulfur compounds and metabolismof methionine and other sulfur corn— 111 J RappelC,SehaumlfelD.The roleofsulfurand sulfurisotopedilution Ana1.Bioana1.Chem.,2008,390(2):605—615. pounds in fermented food[J].Applied microbiology nd abiotech- nology,2008,77(6):1 191—1205. 1 12 J Schauml ffel D,Giusti P,Preud’Homme H,Szpunar J,Lobinski R.Precolumn isotope dilution analysis in nsno HPLC ICPMS for