乙酰丙酮分光光度法測定溶液中甲醛濃度

第十屆USRP活動(dòng)學(xué)術(shù)論文論文題目乙酰丙酮分光光度法測定溶液甲醛濃度的研究指導(dǎo)教師、參與學(xué)生定稿日期：乙酰丙酮分光光度法測定溶液甲醛濃度的研究摘要：對(duì)室內(nèi)空氣中甲醛濃度的檢測，現(xiàn)常用方法為AHMT法(GB/T16129.1995)、乙酰丙酮法(GB/T18204.26.2000)和氣相色譜法。相比于其他方法，比色法誤差較大，氣相色譜法需要的設(shè)備復(fù)雜，而乙酰丙酮分光光度法顯色快，干擾因素小，操作簡易，重現(xiàn)性好。但吸收過程顯色溫度和反應(yīng)時(shí)間等對(duì)測定結(jié)果有一定的影響，本文就針對(duì)這一問題開展研究，在前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)乙酰丙酮分光光度法的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，并繪制甲醛濃度與吸光度關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。關(guān)鍵字：乙酰丙酮分光光度法；甲醛；吸光度；溫度；顯色時(shí)間1 前言空氣質(zhì)量的好壞，時(shí)刻影響著人體的生理活動(dòng)。人類大約80％-90％左右的時(shí)間是在室內(nèi)環(huán)境中度過。但是調(diào)查研究結(jié)果表明，室內(nèi)大多數(shù)化合物的濃度均高于室外。在經(jīng)歷了工業(yè)革命帶來的“煤煙型”、“光化學(xué)煙霧型”污染后，現(xiàn)代人正進(jìn)入以“室內(nèi)空氣污染”為標(biāo)志的第三污染時(shí)期。隨著人民生活水平的提高．室內(nèi)裝修在我國越來越普遍。由建筑裝修引發(fā)的室內(nèi)空氣污染問題開始引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。由于所作研究較少，國家未能及時(shí)制定全面的法律法規(guī)，造成了室內(nèi)建筑裝修污染的加劇，給室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)及控制帶來了困難。大量調(diào)查研究表明，具有潛在致癌性的甲醛已成為我國室內(nèi)主要污染物之一。這主要是由于室內(nèi)裝修中大量應(yīng)用人造板材。而我國人造板材工業(yè)發(fā)展較晚，生產(chǎn)工藝、技術(shù)水平亟待提高，在生產(chǎn)過程中不可避免的要放入大量的甲醛。[1]甲醛介紹及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)甲醛，（化學(xué)分子式HCHO，分子量30.03）是一種無色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。沸點(diǎn)一19．5℃，熔點(diǎn)一118℃，易溶于水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態(tài)，商品為水溶液，其40％的水溶液稱為福爾馬林，福爾馬林沸點(diǎn)為19℃，故在室溫下極易揮發(fā)。甲醛可經(jīng)呼吸道吸收，作為較高毒性的物質(zhì)，在我國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上居第二，已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查，長期接觸甲醛可引導(dǎo)起鼻腔、口腔、咽喉、皮膚和消化道的癌癥，同時(shí)還會(huì)造成細(xì)胞核的基因突變、DNA單鏈內(nèi)交連和DNA與蛋白質(zhì)交連及抑制DNA損傷的修復(fù)等嚴(yán)重后果。大量文獻(xiàn)記載，長期接觸低劑量甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、女性月經(jīng)混亂、妊娠綜合癥、鼻咽癌及新生兒體質(zhì)降低、染色體異常，甚至導(dǎo)致兒童患白血病，高濃度的甲醛對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟等都有毒害，可見甲醛的危害之大。因此準(zhǔn)確地測定室內(nèi)空氣中甲醛的濃度，進(jìn)而有效地消除甲醛污染就成了當(dāng)務(wù)之急。[2]針對(duì)我國室內(nèi)空氣的污染狀況，國家于1993年開始實(shí)行環(huán)境標(biāo)志制度，1997年上海市首先公布了“健康型建筑涂料”標(biāo)準(zhǔn)。2001年初到2002年底，建設(shè)部、國家質(zhì)檢總局、衛(wèi)生部、國家環(huán)?？偩謳讉€(gè)部委同耐啟動(dòng)制訂室內(nèi)空氣的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并相繼出臺(tái)了《住宅裝修工程施工規(guī)范》、《民用建筑、室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(GB50325．2001)和《建筑裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(修改稿)。[1]2002年7月1日正式實(shí)施《室內(nèi)建筑裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量》(GBl8580．18588，GB6566．2001)法規(guī)，規(guī)定了包括人造板、內(nèi)墻涂料、木器涂料、膠粘劑、地毯、壁紙、家具、地板革、混凝土外加劑、建筑材料放射性物質(zhì)等10項(xiàng)材料，屬強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。2003年3月1日我國第一部與室內(nèi)空氣質(zhì)量相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)一《室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18883-2002)也正式實(shí)施，內(nèi)容包括住宅居室和辦公場所室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)部分，控制項(xiàng)目有可吸入顆粒物、甲醛、二氧化碳、二氧化硫、氦氧化物、苯并(a)芘、苯、氨、氡、TVOCs、溫度、相對(duì)濕度、空氣流速、細(xì)菌總數(shù)、噪聲、二甲苯、新風(fēng)量等。這些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)將共同構(gòu)成我國較完整的室內(nèi)環(huán)境污染控制和評(píng)價(jià)體系，為依法管理室內(nèi)裝修業(yè)提供法律依據(jù)。[1]乙酰丙酮分光光度法介紹及原理對(duì)室內(nèi)空氣中甲醛濃度的檢測，現(xiàn)有的國標(biāo)方法為AHMT法(GB/T16129.1995)、乙酰丙酮法(GB/T18204.26.2000)和氣相色譜法?？刂茦?biāo)準(zhǔn)分別為：0.08mg/m3(GB/T16127.1995)和0.10mg/m3(GB/T18883.2002)。比色法直接用甲醛檢測儀通過吸收用比色條對(duì)比顏色測出甲醛濃度，這種方法誤差較大。氣相色譜法需要的設(shè)備復(fù)雜，不利于簡便操作。普通化學(xué)法操作復(fù)雜，耗時(shí)長。乙酰丙酮分光光度法顯色快，利用該方法干擾因素小，操作簡易，重現(xiàn)性好。但吸收過程顯色溫度和反應(yīng)時(shí)間等對(duì)測定結(jié)果有一定的影響[2]，本文就針對(duì)這一問題開展研究，在前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)乙酰丙酮分光光度法的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化?？諝庵屑兹┍灰阴１@鹽溶液吸收，生成3，5二乙?；?l，4-二氫三甲基吡啶，其顏色深度與甲醛含量成正比，用可見分光光度計(jì)在波長412nm處測定，進(jìn)行比色定量分析。甲醛顯色化學(xué)反應(yīng)機(jī)理見圖1。[3]圖1乙酰丙酮與甲醛在氨性介質(zhì)中反應(yīng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)部分乙酰丙酮顯色液配制：50g乙酸銨(AR)+6ml冰醋酸(AR)，加去離子水?dāng)嚢枞芙夂蠹?.5ml乙酰丙酮(AR)，將液體轉(zhuǎn)移到100ml棕色容量瓶，用去離子水定容。甲醛標(biāo)準(zhǔn)液配制：用分析天平稱取1g甲醛溶液（37%），加去離子水定容到250ml容量瓶，得到1.48mg/ml的甲醛溶液；用移液管量取2ml的1.48mg/ml的甲醛溶液用去離子水定容到250ml容量瓶，得到11.84ug/ml的甲醛溶液；用移液管量取2ml的11.84ug/ml的甲醛溶液用去離子水定容到250ml容量瓶，得到0.09472ug/ml的甲醛溶液。實(shí)驗(yàn)時(shí)候，取含不同甲醛濃度的顯色液（去離子水+甲醛溶液+乙酰丙酮顯色液=6ml）于比色管，改變實(shí)驗(yàn)變量，未特別說明，顯色條件為60℃水浴加熱，磁力攪拌，反應(yīng)時(shí)間15min。使用UV-2450分光光度計(jì)在412nm處測定吸光度。結(jié)果與討論顯色時(shí)間（水浴時(shí)間）的選擇1ml甲醛溶液（11.84ug/ml）+3ml去離子水+2ml乙酰丙酮顯色液，顯色溫度60℃，測水浴顯色后溶液在412nm的吸光度。測試結(jié)果見表1表1顯色時(shí)間與412nm處吸光度的關(guān)系時(shí)間/min5101520253040Abs0.5350.5270.5340.5260.5200.5140.493由數(shù)據(jù)可見，在60℃時(shí)，選取5~15min的顯色時(shí)間即可獲得較好的顯色效果，時(shí)間太長反而會(huì)使溶液在412nm的吸光度下降，原因可能為加熱過程中，乙酰丙酮或乙酰丙酮與甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物被氧化為其他物質(zhì)。因此后續(xù)反應(yīng)顯色時(shí)間取為15min。乙酰丙酮顯色液存放時(shí)間的選擇新制備的乙酰丙酮顯色液2ml+4ml0.09472ug/ml甲醛溶液，60℃顯色，測吸光度，在λ=412nm處可以看出明顯的吸收峰，見圖2。制備四天常溫保存的乙酰丙酮顯色液2ml+4ml0.09472ug/ml甲醛溶液，60℃顯色，測吸光度，在λ=412nm處無明顯的吸收峰，見圖3。乙酰丙酮本身容易被氧化，實(shí)驗(yàn)中如果采用新蒸餾的乙酰丙酮配液可以達(dá)到較好的效果；常溫放置三天的乙酰丙酮顯色液使用效果較差，基本已經(jīng)無法分辨出在412nm左右的吸收峰，采用冷藏的方法，可以將顯色液保存較長時(shí)間。圖2制備一天常溫保存的乙酰丙酮顯色液顯色結(jié)果圖3制備四天常溫保存的乙酰丙酮顯色液顯色結(jié)果用乙酰丙酮法繪制吸光度與甲醛濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線較高甲醛濃度梯度曲線使用配制一天的乙酰丙酮溶液（冷藏保存）和11.84ug/ml的甲醛溶液，60℃顯色15min。甲醛與去離子水配比及吸光度測定數(shù)據(jù)見表2，以表2數(shù)據(jù)做甲醛含量m~Abs關(guān)系曲線，如圖4所示。表2高濃度梯度甲醛與顯色反應(yīng)吸光度度測定數(shù)據(jù)序號(hào)甲醛溶液/ml甲醛含量m/ug去離子水/mlAbs（412nm）00040.02110.55.923.50.2432111.8430.47531.517.762.50.6774223.6820.92252.529.61.51.1356335.5211.3873.541.440.51.5788447.3601.844圖4較高甲醛含量m~Abs關(guān)系曲線由曲線可以看出，甲醛含量m~Abs關(guān)系曲線基本呈線性關(guān)系，線性擬合后，曲線方程：y=0.0382x+0.0151，相關(guān)系數(shù)：R2=0.9996。與文獻(xiàn)相比，此曲線相關(guān)系數(shù)相對(duì)較好且斜率較高，有利于甲醛含量的測定。較低甲醛濃度梯度曲線使用當(dāng)天配制的乙酰丙酮溶液（冷藏保存）和2.368ug/ml（用2.5ml的11.84ug/ml的甲醛溶液定容到25ml容量瓶）的甲醛溶液，60℃顯色15min。甲醛與去離子水配比及吸光度測定數(shù)據(jù)見表3，以表3數(shù)據(jù)做甲醛含量m~Abs關(guān)系曲線，如圖5所示。表3低濃度梯度甲醛與顯色反應(yīng)吸光度度測定數(shù)據(jù)序號(hào)甲醛溶液/ml甲醛含量m/ug去離子水/mlAbs（412nm）00040.02110.51.1843.50.065212.36830.10731.53.5522.50.158424.73620.20252.55.921.50.255637.10410.29973.58.2880.50.336849.47200.391圖5較低甲醛含量m~Abs關(guān)系曲線圖5曲線與圖4曲線基本一致，甲醛含量m~Abs呈明顯的線性關(guān)系，線性擬合得到曲線方程：y=0.03905x+0.0188（相關(guān)系數(shù)：R2=0.9992），曲線相關(guān)系數(shù)相對(duì)較好。在直線方程的斜率上，與圖4中曲線斜率基本相同。由曲線方程可以看出，y軸的截距不為0，且從數(shù)據(jù)中也可以看出，單純的將乙酰丙酮溶液加熱也能在412nm處測得其吸收峰。結(jié)論進(jìn)行甲醛的顯色反應(yīng)時(shí)，采用水浴60℃加熱顯色，時(shí)間15min，使用磁力攪拌，可以使顯色更為充分。實(shí)驗(yàn)中需注意使用的乙酰丙酮顯色液為新配制，配制后置于冰箱冷藏可用2~3天，過久放置的顯色液無明顯412nm出的可見光吸收峰，對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響。乙酰丙酮與甲醛的反應(yīng)靈敏，使用乙酰丙酮分光光度法可以在較高及較低的甲醛濃度范圍內(nèi)較為準(zhǔn)確的測量甲醛濃度，