CN105259126B - 一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法 - Google Patents

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CN105259126B CN201510771280.0A CN201510771280A CN105259126B CN 105259126 B CN105259126 B CN 105259126B CN 201510771280 A CN201510771280 A CN 201510771280A CN 105259126 B CN105259126 B CN 105259126B
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Abstract

一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,它涉及一种定量检测溶液中羟基自由基浓度的方法。本发明的目的是要解决现有检测H2O2溶液中·OH浓度的方法使用的设备昂贵,操作复杂和难以定量检测OH浓度的问题。方法:一、制备待测溶液;二、标准曲线的绘制;三、回归方程的获得;四、根据步骤二中的回归方程计算待测萃取液中羟基自由基的浓度,即完成一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法。本发明确定了H2O2的临界浓度,避免了高浓度H2O2对基于Russell反应机理的分光光度检测方法的影响,检测精度大幅度提高。本发明可获得一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法。

Description

一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法
技术领域
本发明涉及一种定量检测溶液中羟基自由基浓度的方法。
背景技术
Fenton体系在处理有机污染物时具有独特的优势,是一种极具应用前景的高级氧化技术。Fenton体系对污染物的降解能力主要来自于其反应过程中生成的·OH;方程式为Fe2++H2O2→Fe3++·OH+HO-;·OH在大气光化学、生命科学、环境科学、化学合成等多个领域中扮演着重要角色。定量液相体系中的·OH浓度一直是研究的热点与难点。国内外诸多研究者在这方面进行了大量探究。已见报道的含有H2O2溶液中·OH浓度检测方法包括:电子自旋共振法、电化学法、荧光法、分光光度法。虽然电子自旋共振法、电化学法及荧光法的检出限比分光光度法低,但这三种方法存在设备昂贵、操作复杂、难以定量检测·OH浓度的问题。
分光光度法(紫外可见检测器)仪器价格低廉,所使用的捕获剂及显色剂等价格均较低,操作方法简单,在检测溶液体系内·OH浓度方面一直受到广泛关注。已有研究者成功采用该方法实现了溶液体系内·OH浓度的定量检测。
基于Russell反应机理的分光光度检测方法是·OH浓度定量检测方法的一个重要分支。该方法使用的·OH捕获剂二甲基亚砜具有捕获能力强,水中溶解度大,副作用小,稳定且价格低廉等多方面优势,可以很好解决液相体系中·OH的捕获难题。Russell反应始于二甲基亚砜与·OH的反应,产物包括甲基亚磺酸MSIA和甲基自由基CH3·。该反应还伴随其它副反应,产物中含有CH3OO·、甲醛、甲醇等。Russell反应可简单描述如下:
C2H6OS+·OH=CH3SOOH+CH3· (1)
CH3·+O2=CH3OO (2)
2CH3OO·=HCHO+CH3OH+O2 (3)
对于Fenton体系而言,其分解过程中存在高浓度H2O2,已有文献表明:高浓度H2O2对Russell反应中间产物有抑制作用,从而对该分光光度法检测·OH浓度造成很大影响。
发明内容
本发明的目的是要解决Fenton分解体系中的H2O2对定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度产生干扰,使得检测结果不准确的问题,而提供一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法。
一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法是按以下步骤完成的:
一、①、将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至20℃~90℃,再在反应温度为20℃~90℃和搅拌速度为300r·min-1~600r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A;
步骤一①中所述的混合溶液A中FeSO4的浓度为5mmol·L-1
②、将混合溶液A在反应温度为20℃~90℃和搅拌速度为300r·min-1~600r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL;
步骤一②中所述的混合溶液B中DMSO的浓度为50mmol·L-1
③、使用微量注射泵向混合溶液B中注入40mL H2O2和DMSO的混合溶液,得到混合溶液C;向混合溶液C中加入蒸馏水,使混合溶液C的体积的体积为100mL,得到待测溶液;
步骤一③中所述的H2O2和DMSO的混合溶液为质量分数为30%的H2O2溶液、DMSO和蒸馏水的混合液;所述的H2O2和DMSO的混合溶液中H2O2的浓度为500μmol·L-1,DMSO的浓度为50mmol·L-1
步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.5mL·min-1~1.00mL·min-1
二、标准曲线的绘制:将甲基亚磺酸钠溶液分别加入到编号为①到⑥的六个容器中,其中①号加入摩尔浓度为25μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,②号加入摩尔浓度为50μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,③号加入摩尔浓度为75μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,④号加入摩尔浓度为100μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,⑤号加入摩尔浓度为150μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;⑥号加入摩尔浓度为250μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;然后将编号为①到⑥的容器置于暗处,分别向编号为①到⑥的容器中加入摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐,其中①号加入1.25mL;②号加入2.50mL,③号加入3.75mL,④号加入5.00mL,⑤号加入7.50mL;⑥号加入12.5mL;再在室温下反应10min,得到编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ中加入FeSO4及3mL甲苯/丁醇混合萃取剂,萃取5min,去除下层液,得到编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ中加入1mL吡啶,得到编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ;用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,测定425nm处编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ的吸光度;以吸光度为纵坐标,以甲基亚磺酸钠浓度为横坐标,绘制标准曲线;
步骤二中所述的FeSO4的物质的量与编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ的体积比为300mmol:1L;
步骤二中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
三、回归方程的获得:
根据步骤二的标准曲线获得回归方程:A=0.00476C+0.01271,r=0.99951;其中,A为吸光度;C为甲基亚磺酸钠浓度,单位为μmol·L-1
四、①、向1mL步骤一③中得到的待测溶液中加入1.25mL~12.5mL摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐溶液,室温下反应10min,得到含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ;
②、向含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ中加入FeSO4,再使用3mL甲苯/丁醇混合萃取剂对含有重氮砜产物混合溶液Ⅱ进行萃取,萃取时间为5min,去除下层液,得到上层萃取液Ⅱ;使用丁醇/水饱和溶液将上层萃取液Ⅱ清洗1次~2次,再在转速为500r/min~1000r/min的条件下离心2min~3min,再去除离心后的下层液,得到离心后的上层液;向离心后的上层液中加入吡啶,得到待测萃取液Ⅱ;再用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,在425nm处测定待测萃取液Ⅱ的吸光度,根据步骤三中的回归方程计算待测萃取液中羟基自由基的浓度,即完成一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法;
步骤四②中所述的FeSO4的物质的量与含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ的体积比为300mmol:1L;
步骤四②中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
步骤四②中所述的吡啶的体积与离心后的上层液的体积比为1:3。
本发明的原理:
Fenton体系内Fe2+与H2O2反应生成·OH,同时生成Fe3+;Fe3+进一步与H2O2反应生成HO2·;定量检测Fenton体系内·OH浓度,对深入分析Fenton分解机理具有重要意义;
Fe2++H2O2→Fe3++·OH+HO- (1)
Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+ (2)
·OH+H2O2→H2O+HO2· (3)
HO2·+Fe3+→O2+Fe2++H+ (4)
基于Russel反应机理的分光光度法检测·OH浓度所需的仪器设备及试剂价格低廉,操作简单,且可实现·OH浓度的定量检测;本发明采用DMSO作为分子探针捕获液相体系产生的·OH生成甲基亚磺酸CH3SOOH(反应5),CH3SOOH与坚牢蓝BB盐反应生成重氮砜产物(反应6);重氮砜产物在425nm有吸收峰,峰值与浓度存在线性关系,通过分光光度计测试重氮砜产物浓度即可获得·OH的浓度;
C2H6OS+·OH=CH3SOOH+CH3· (5)
CH3SOOH+Ar-N=N+→Ar-NN-SO2-CH3+H+ (6)
然而,当液相体系内存在较高浓度的H2O2时,CH3·会与H2O2反应。该反应即降低了·OH的产量,又会阻碍MSIA形成,导致Russel反应机理的分光光度法检测·OH浓度出现很大的误差。
本发明首先控制Fenton体系中H2O2充分分解,使H2O2浓度低于临界浓度。在该浓度条件下,H2O2对分光光度检测不产生影响;然后向Fenton真实分解条件下的离子体系内添加捕获剂DMSO并缓慢添加H2O2。H2O2在该离子体系内按照Fenton分解机理分解产生·OH并被捕获生成CH3SOOH。后续即可取样按照基于Russell的分光光度法进行·OH浓度检测;
本发明即保证了H2O2按照Fenton分解机理分解产生·OH,又避免了高浓度H2O2对检测结果的影响,故可准确定量检测Fenton分解体系内·OH浓度。
本发明的优点:
一、本发明提出通过Fenton分解体系获得离子体系,向其中缓慢添加H2O2,在离子体系作用下H2O2发生Fenton反应生成·OH,采用分光光度法对·OH浓度进行定量检测;该方法可以避免高浓度H2O2对检测结果的影响,进而实现Fenton体系·OH浓度的准确定量检测;
二、本发明使用的仪器及试剂价格低廉,操作简单;
三、本发明通过Fenton反应至H2O2浓度低于临界浓度时获得其离子体系,该离子体系即为Fenton真实分解过程中的离子体系;向该离子体系缓慢添加H2O2即可获得Fenton真实分解过程中的·OH浓度;
四、本发明确定了H2O2的临界浓度,避免了高浓度H2O2对基于Russell反应机理的分光光度检测方法的影响,检测精度大幅度提高;
五、本发明涉及的操作方法受溶液pH影响小,在Fenton分解的pH范围内均适用;
六、本发明涉及的操作方法适用的·OH浓度范围大,可检测Fenton分解过程中·OH的累计浓度,·OH浓度检测上限可达到200μmol·L-1
本发明可获得一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法。
附图说明
图1为实施例一步骤一②中得到的混合溶液B中铁离子的吸光度随测定波长的变化图,图1中1为实施例一步骤一②中得到的混合溶液B中Fe2+的吸光度随测定波长的变化曲线,2为实施例一步骤一②中得到的混合溶液B中Fe2+和Fe3+的吸光度随测定波长的变化曲线;
图2为微量注射泵注入H2O2和DMSO的混合溶液在不同注射速度时待测溶液的吸光度柱状图,图2中1为微量注射泵在注射速度为0.5mL·min-1时待测溶液的吸光度柱状图,2为微量注射泵在注射速度为0.75mL·min-1时待测溶液的吸光度柱状图,3为微量注射泵在注射速度为1mL·min-1时待测溶液的吸光度柱状图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式是一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法是按以下步骤完成的:
一、①、将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至20℃~90℃,再在反应温度为20℃~90℃和搅拌速度为300r·min-1~600r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A;
步骤一①中所述的混合溶液A中FeSO4的浓度为5mmol·L-1
②、将混合溶液A在反应温度为20℃~90℃和搅拌速度为300r·min-1~600r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL;
步骤一②中所述的混合溶液B中DMSO的浓度为50mmol·L-1
③、使用微量注射泵向混合溶液B中注入40mL H2O2和DMSO的混合溶液,得到混合溶液C;向混合溶液C中加入蒸馏水,使混合溶液C的体积的体积为100mL,得到待测溶液;
步骤一③中所述的H2O2和DMSO的混合溶液为质量分数为30%的H2O2溶液、DMSO和蒸馏水的混合液;所述的H2O2和DMSO的混合溶液中H2O2的浓度为500μmol·L-1,DMSO的浓度为50mmol·L-1
步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.5mL·min-1~1.00mL·min-1
二、标准曲线的绘制:将甲基亚磺酸钠溶液分别加入到编号为①到⑥的六个容器中,其中①号加入摩尔浓度为25μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,②号加入摩尔浓度为50μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,③号加入摩尔浓度为75μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,④号加入摩尔浓度为100μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,⑤号加入摩尔浓度为150μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;⑥号加入摩尔浓度为250μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;然后将编号为①到⑥的容器置于暗处,分别向编号为①到⑥的容器中加入摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐,其中①号加入1.25mL;②号加入2.50mL,③号加入3.75mL,④号加入5.00mL,⑤号加入7.50mL;⑥号加入12.5mL;再在室温下反应10min,得到编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ中加入FeSO4及3mL甲苯/丁醇混合萃取剂,萃取5min,去除下层液,得到编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ中加入1mL吡啶,得到编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ;用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,测定425nm处编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ的吸光度;以吸光度为纵坐标,以甲基亚磺酸钠浓度为横坐标,绘制标准曲线;
步骤二中所述的FeSO4的物质的量与编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ的体积比为300mmol:1L;
步骤二中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
三、回归方程的获得:
根据步骤二的标准曲线获得回归方程:A=0.00476C+0.01271,r=0.99951;其中,A为吸光度;C为甲基亚磺酸钠浓度,单位为μmol·L-1
四、①、向1mL步骤一③中得到的待测溶液中加入1.25mL~12.5mL摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐溶液,室温下反应10min,得到含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ;
②、向含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ中加入FeSO4,再使用3mL甲苯/丁醇混合萃取剂对含有重氮砜产物混合溶液Ⅱ进行萃取,萃取时间为5min,去除下层液,得到上层萃取液Ⅱ;使用丁醇/水饱和溶液将上层萃取液Ⅱ清洗1次~2次,再在转速为500r/min~1000r/min的条件下离心2min~3min,再去除离心后的下层液,得到离心后的上层液;向离心后的上层液中加入吡啶,得到待测萃取液Ⅱ;再用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,在425nm处测定待测萃取液Ⅱ的吸光度,根据步骤三中的回归方程计算待测萃取液中羟基自由基的浓度,即完成一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法;
步骤四②中所述的FeSO4的物质的量与含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ的体积比为300mmol:1L;
步骤四②中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
步骤四②中所述的吡啶的体积与离心后的上层液的体积比为1:3。
本实施方式的优点:
一、本实施方式提出通过Fenton分解体系获得离子体系,向其中缓慢添加H2O2,在离子体系作用下H2O2发生Fenton反应生成·OH,采用分光光度法对·OH浓度进行定量检测;该方法可以避免高浓度H2O2对检测结果的影响,进而实现Fenton体系·OH浓度的准确定量检测;
二、本实施方式使用的仪器及试剂价格低廉,操作简单;
三、本实施方式通过Fenton反应至H2O2浓度低于临界浓度时获得其离子体系,该离子体系即为Fenton真实分解过程中的离子体系;向该离子体系缓慢添加H2O2即可获得Fenton真实分解过程中的·OH浓度;
四、本实施方式确定了H2O2的临界浓度,避免了高浓度H2O2对基于Russell反应机理的分光光度检测方法的影响,检测精度大幅度提高;
五、本实施方式涉及的操作方法受溶液pH影响小,在Fenton分解的pH范围内均适用;
六、本实施方式涉及的操作方法适用的·OH浓度范围大,可检测Fenton分解过程中·OH的累计浓度,·OH浓度检测上限可达到200μmol·L-1
本实施方式可获得一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同点是:步骤一②中所述的临界浓度为500μmol·L-1。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是:步骤一①中将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至60℃,再在反应温度为60℃和搅拌速度为500r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A。其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是:步骤一②中将混合溶液A在反应温度为60℃和搅拌速度为500r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是:步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为1.00mL·min-1。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是:步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.5mL·min-1。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是:步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.75mL·min-1。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是:步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.75mL·min-1~1.00mL·min-1。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是:步骤一①中将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至50℃~70℃,再在反应温度为50℃~70℃和搅拌速度为500r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A。其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是:步骤一②中将混合溶液A在反应温度为50℃~70℃和搅拌速度为500r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL。其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例一:一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法是按以下步骤完成的:
一、①、将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至60℃,再在反应温度为60℃和搅拌速度为500r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A;
步骤一①中所述的混合溶液A中FeSO4的浓度为5mmol·L-1
②、将混合溶液A在反应温度为60℃和搅拌速度为500r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL;
步骤一②中所述的混合溶液B中DMSO的浓度为50mmol·L-1
步骤一②中所述的临界浓度为500μmol·L-1
③、使用微量注射泵向混合溶液B中注入40mLH2O2和DMSO的混合溶液,得到混合溶液C;向混合溶液C中加入蒸馏水,使混合溶液C的体积的体积为100mL,得到待测溶液;
步骤一③中所述的H2O2和DMSO的混合溶液为质量分数为30%的H2O2溶液、DMSO和蒸馏水的混合液;所述的H2O2和DMSO的混合溶液中H2O2的浓度为500μmol·L-1,DMSO的浓度为50mmol·L-1
步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为1.00mL·min-1
二、标准曲线的绘制:将甲基亚磺酸钠溶液分别加入到编号为①到⑥的六个容器中,其中①号加入摩尔浓度为25μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,②号加入摩尔浓度为50μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,③号加入摩尔浓度为75μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,④号加入摩尔浓度为100μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,⑤号加入摩尔浓度为150μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;⑥号加入摩尔浓度为250μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;然后将编号为①到⑥的容器置于暗处,分别向编号为①到⑥的容器中加入摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐,其中①号加入1.25mL;②号加入2.50mL,③号加入3.75mL,④号加入5.00mL,⑤号加入7.50mL;⑥号加入12.5mL;再在室温下反应10min,得到编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ中加入FeSO4及3mL甲苯/丁醇混合萃取剂,萃取5min,去除下层液,得到编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ中加入1mL吡啶,得到编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ;用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,测定425nm处编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ的吸光度;以吸光度为纵坐标,以甲基亚磺酸钠浓度为横坐标,绘制标准曲线;
步骤二中所述的FeSO4的物质的量与编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ的体积比为300mmol:1L;
步骤二中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
三、回归方程的获得:
根据步骤二的标准曲线获得回归方程:A=0.00476C+0.01271,r=0.99951;其中,A为吸光度;C为甲基亚磺酸钠浓度,单位为μmol·L-1
四、①、向1mL步骤一③中得到的待测溶液中加入1.25mL~12.5mL摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐溶液,室温下反应10min,得到含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ;
②、向含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ中加入FeSO4,再使用3mL甲苯/丁醇混合萃取剂对含有重氮砜产物混合溶液Ⅱ进行萃取,萃取时间为5min,去除下层液,得到上层萃取液Ⅱ;使用丁醇/水饱和溶液将上层萃取液Ⅱ清洗1次~2次,再在转速为500r/min~1000r/min的条件下离心2min~3min,再去除离心后的下层液,得到离心后的上层液;向离心后的上层液中加入吡啶,得到待测萃取液Ⅱ;再用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,在425nm处测定待测萃取液Ⅱ的吸光度,根据步骤三中的回归方程计算待测萃取液中羟基自由基的浓度,即完成一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法;
步骤四②中所述的FeSO4的物质的量与含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ的体积比为300mmol:1L;
步骤四②中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
步骤四②中所述的吡啶的体积与离心后的上层液的体积比为1:3。
图1为实施例一步骤一②中得到的混合溶液B中铁离子的吸光度随测定波长的变化图,图1中1为实施例一步骤一②中得到的混合溶液B中Fe2+的吸光度随测定波长的变化曲线,2为实施例一步骤一②中得到的混合溶液B中Fe2+和Fe3+的吸光度随测定波长的变化曲线;
从图1可知当Fenton体系内H2O2浓度低于临界值时,Fe2+浓度很低,总铁离子浓度很高;该离子体系即为Fenton体系分解过程中的真实离子体系;向该离子体系内缓慢添加H2O2,可以保证H2O2按照真实Fenton体系分解路径分解生成·OH,从而准确得到Fenton分解体系中羟基自由基浓度。
图2为微量注射泵注入H2O2和DMSO的混合溶液在不同注射速度时待测溶液的吸光度柱状图,图2中1为微量注射泵在注射速度为0.5mL·min-1时待测溶液的吸光度柱状图,2为微量注射泵在注射速度为0.75mL·min-1时待测溶液的吸光度柱状图,3为微量注射泵在注射速度为1mL·min-1时待测溶液的吸光度柱状图。
从图2可知相同H2O2浓度条件下,随着微量注射泵的注入H2O2速率越快,添加到离子体系内的H2O2量也越多,此时分光光度计检测的吸光度越高,代表·OH浓度越高。且·OH浓度基本随H2O2添加速率(添加量)线性变化,表明该检测方法检测Fenton体系·OH浓度是很可靠的。

Claims (10)

1.一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法是按以下步骤完成的:
一、①、将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至20℃~90℃,再在反应温度为20℃~90℃和搅拌速度为300r·min-1~600r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A;
步骤一①中所述的混合溶液A中FeSO4的浓度为5mmol·L-1
②、将混合溶液A在反应温度为20℃~90℃和搅拌速度为300r·min-1~600r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL;
步骤一②中所述的混合溶液B中DMSO的浓度为50mmol·L-1
③、使用微量注射泵向混合溶液B中注入40mL H2O2和DMSO的混合溶液,得到混合溶液C;向混合溶液C中加入蒸馏水,使混合溶液C的体积为100mL,得到待测溶液;
步骤一③中所述的H2O2和DMSO的混合溶液为质量分数为30%的H2O2溶液、DMSO和蒸馏水的混合液;所述的H2O2和DMSO的混合溶液中H2O2的浓度为500μmol·L-1,DMSO的浓度为50mmol·L-1
步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.5mL·min-1~1.00mL·min-1
二、标准曲线的绘制:将甲基亚磺酸钠溶液分别加入到编号为①到⑥的六个容器中,其中①号加入摩尔浓度为25μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,②号加入摩尔浓度为50μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,③号加入摩尔浓度为75μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,④号加入摩尔浓度为100μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL,⑤号加入摩尔浓度为150μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;⑥号加入摩尔浓度为250μmol·L-1的甲基亚磺酸钠溶液1mL;然后将编号为①到⑥的容器置于暗处,分别向编号为①到⑥的容器中加入摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐,其中①号加入1.25mL;②号加入2.50mL,③号加入3.75mL,④号加入5.00mL,⑤号加入7.50mL;⑥号加入12.5mL;再在室温下反应10min,得到编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ中加入FeSO4及3mL甲苯/丁醇混合萃取剂,萃取5min,去除下层液,得到编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ;再分别向编号为①到⑥的3mL上层萃取液Ⅰ中加入1mL吡啶,得到编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ;用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,测定425nm处编号为①到⑥的待测萃取液Ⅰ的吸光度;以吸光度为纵坐标,以甲基亚磺酸钠浓度为横坐标,绘制标准曲线;
步骤二中所述的FeSO4的物质的量与编号为①到⑥的含有重氮砜产物的混合溶液Ⅰ的体积比为300mmol:1L;
步骤二中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
三、回归方程的获得:
根据步骤二的标准曲线获得回归方程:A=0.00476C+0.01271,r=0.99951;其中,A为吸光度;C为甲基亚磺酸钠浓度,单位为μmol·L-1
四、①、向1mL步骤一③中得到的待测溶液中加入1.25mL~12.5mL摩尔浓度为2mmol·L-1的坚牢蓝BB盐溶液,室温下反应10min,得到含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ;
②、向含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ中加入FeSO4,再使用3mL甲苯/丁醇混合萃取剂对含有重氮砜产物混合溶液Ⅱ进行萃取,萃取时间为5min,去除下层液,得到上层萃取液Ⅱ;使用丁醇/水饱和溶液将上层萃取液Ⅱ清洗1次~2次,再在转速为500r/min~1000r/min的条件下离心2min~3min,再去除离心后的下层液,得到离心后的上层液;向离心后的上层液中加入吡啶,得到待测萃取液Ⅱ;再用1cm比色皿,丁醇试剂空白作参比,在425nm处测定待测萃取液Ⅱ的吸光度,根据步骤三中的回归方程计算待测萃取液中羟基自由基的浓度,即完成一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法;
步骤四②中所述的FeSO4的物质的量与含有重氮砜产物的混合溶液Ⅱ的体积比为300mmol:1L;
步骤四②中所述的甲苯/丁醇混合萃取剂中甲苯与丁醇的摩尔比为2:1;
步骤四②中所述的吡啶的体积与离心后的上层液的体积比为1:3。
2.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一②中所述的临界浓度为500μmol·L-1
3.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一①中将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至60℃,再在反应温度为60℃和搅拌速度为500r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A。
4.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一②中将混合溶液A在反应温度为60℃和搅拌速度为500r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL。
5.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为1.00mL·min-1
6.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.5mL·min-1
7.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.75mL·min-1
8.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一③中所述的微量注射泵的注入速度为0.75mL·min-1~1.00mL·min-1
9.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一①中将100mL浓度为30mmol·L-1的H2O2溶液加热至50℃~70℃,再在反应温度为50℃~70℃和搅拌速度为500r·min-1下加入FeSO4,得到混合溶液A。
10.根据权利要求1所述的一种定量检测Fenton分解体系中羟基自由基浓度的方法,其特征在于步骤一②中将混合溶液A在反应温度为50℃~70℃和搅拌速度为500r·min-1下反应,当混合溶液A中H2O2的浓度低于临界浓度时,向混合溶液A中加入DMSO,得到混合溶液B;向混合溶液B中添加蒸馏水,使混合溶液B的体积为60mL。
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