CN111398474A - 一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，具体是芳伯胺类化合物的重氮化反应后，与不同浓度的间苯二酚进行偶联反应，生成重氮‑偶联化合物；对反应产物进行紫外‑可见光分光光度法检测或高效液相色谱‑紫外可见光检测器(或阵列检测器)的色谱法检测，对应得到吸光度值或色谱峰值(峰面积值或峰高值)，以所述不同浓度的间苯二酚为横坐标，吸光度值或色谱峰值为纵坐标，绘制第一标准曲线或第二标准曲线，得到关于间苯二酚浓度与吸光度值或色谱峰值的第一线性关系式或第二线性关系式，用于检测环境水样中的间苯二酚；本发明方法能够提高紫外光光度法或者高效液相色谱‑紫外可见光检测器色谱法检测间苯二酚的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及利用光谱技术检测物质浓度的技术领域，具体涉及一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法。
背景技术
酚类化合物为原生质毒，属高毒物质。人体摄入一定量时，可出现急性中毒症状；长期饮用被酚污染的水，可引起头昏、贫血及各种神经***症状，测定水环境中酚含量也成为是水质监测的一项重要指标。间苯二酚的污染来自于工业废水，以及苯胺类有机物降解的产物，具有环境毒害性。因此，建立快速、简便、准确的间苯二酚检测方法，具有重要的意义。
目前检测间苯二酚的方法主要有分光光度法、高效液相色谱法、色谱-质谱联用等。间苯二酚水溶液在270nm附近有一紫外吸收峰，可据此用紫外-可见光度法测定间苯二酚。高效液相色谱-紫外可见光检测器检测间苯二酚时也是选择270nm为检测波长。然而该检测波长在紫外光区，需用仪器检测，不可能用比色法等快速判断；另外受间苯二酚紫外吸收峰值的限制，导致光度法及高效液相色谱的检测灵敏度较低。
如何提高光度法检测间苯二酚的灵敏度受到关注，而这些光度法能否用于高效液相色谱柱的后检测还有待研究。
发明内容
为了提高光度法或以光度法、阵列管为检测器的高效液相色谱法的灵敏度，而提供一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法。本发明方法能够提高紫外光光度法检测间苯二酚的灵敏度；本发明方法能够提高高效液相色谱-紫外可见光检测器(或阵列管检测器)检测间苯二酚的灵敏度，检测信号比同浓度的间苯二酚的信号能增加数倍；本发明方法检测水环境中间苯二酚的浓度准确、简单、快捷、选择性好。
为了达到以上目的，本发明通过以下两个技术方案实现：
一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，包括如下步骤：
(1)配制间苯二酚储备液；
(2)将芳伯胺类化合物溶液在酸性条件下加入亚硝酸盐溶液，在0～5℃下进行重氮化反应，生成重氮化合物后，加入步骤(1)的间苯二酚储备液和氨水，再加入水稀释，使反应液中分别含有一系列不同浓度的间苯二酚，在室温下进行偶联反应，反应结束后生成一系列重氮-偶联化合物；对生成的一系列重氮-偶联化合物进行紫外-可见光分光光度法检测，对应得到同一波长下的一系列吸收峰处的吸光度值；
(3)以所述间苯二酚的一系列不同浓度为横坐标，以步骤(2)对应得到的一系列重氮-偶联化合物的所述吸光度值为纵坐标，绘制第一标准曲线，得到关于间苯二酚浓度与吸光度值的第一线性关系式；
或者，以步骤(2)得到的所述同一波长为高效液相色谱-紫外可见光检测器的检测波长对所得一系列重氮-偶联化合物进行所述高效液相色谱-紫外可见光检测器的色谱法检测，得到一系列色谱峰值；以所述间苯二酚的一系列不同浓度为横坐标，以所述色谱峰值为纵坐标，绘制第二标准曲线，得到关于间苯二酚浓度与色谱峰峰值的第二线性关系式；
(4)取环境水样进行检测，重复操作步骤(2)，以所述环境水样替代步骤(2)中的所述间苯二酚储备液进行所述偶联反应，反应结束后进行所述紫外-可见光分光光度法检测，得到所述环境水样对应的吸光度值，将所述环境水样的吸光度值代入步骤(3)得到的所述第一线性关系式中，由此可计算出环境水样中间苯二酚的含量；
或者，反应结束后以步骤(3)的所述检测波长进行所述色谱法检测，得到所述环境水样对应的色谱峰值，将所述环境水样的色谱峰值代入步骤(3)得到的所述第二线性关系式中，由此可计算出环境水样中间苯二酚的含量。
进一步地，步骤(1)中所述间苯二酚储备液的浓度为0.10mg/mL；步骤(2)中一系列不同浓度的所述间苯二酚其浓度为0.10μg/mL～9.0μg/mL；
进一步地，步骤(2)中所述芳伯胺类化合物溶液为盐酸克伦特罗溶液，所述亚硝酸盐溶液为亚硝酸钠溶液。
更进一步地，所述盐酸克伦特罗溶液的浓度为0.10mg/mL，所述亚硝酸钠溶液的浓度为0.20mg/mL，所述氨水的浓度为8.0mg/mL；所述盐酸克伦特罗溶液、所述亚硝酸钠溶液、所述间苯二酚储备液、所述氨水的体积比为0.8:0.5:(0.01-0.9):0.4。
更进一步地，步骤(2)中所述酸性条件的pH值为2～3，所述重氮化反应的时间为2～10min；所述偶联反应的时间为5～12min。
进一步地，步骤(3)中所述第一线性关系式为y＝0.2789x+0.1575，其中x的线性范围为0.10μg/mL～1.0μg/mL，线性相关系数为0.985。
进一步地，步骤(3)中所述第一线性关系式为y＝0.06207x+0.3654，其中x的线性范围为1.0μg/mL～9.0μg/mL，线性相关系数为0.995。
进一步地，步骤(3)中所述检测波长为410nm；所述色谱法检测的方法为反相高效液相色谱法，所述色谱法色谱条件为：C18色谱柱，流动相:甲醇:水＝0.7:0.3，流速为1.0mL/min，等度洗脱，柱温30℃，进样量20μL；步骤(3)中所述色谱峰值为峰面积值或峰高值。
更进一步地，所述色谱峰值为峰面积值，步骤(3)中所述第二线性关系式为y＝2226.7x+1653.3，其中x的线性范围为0.60μg/mL～2.0μg/mL，线性相关系数为0.984。
有益技术效果：
(1)利用间苯二酚与芳伯胺类化合物-盐酸克伦特罗的重氮化合物进行偶联，建立了紫外-可见光分光光度法检测间苯二酚浓度，以及高效液相色谱-紫外可见光检测器(或阵列管检测器)色谱法检测间苯二酚浓度，两种方法的可靠性高，灵敏度高。
(2)间苯二酚本身的紫外-可见光吸收峰与本发明产物重氮-偶联化合物的紫外-可见光吸收峰比较，从波长270nm处红移至波长410nm处，吸收信号由紫外光区红移至可见光区，简化了检测仪器的精密度，降低了检测成本，且可以提高紫外-可见光分光光度法检测的灵敏度。
(3)偶联反应条件温和，反应便捷快速，且具有反应前后溶液颜色的变化，偶联反应后，反应液呈黄色，可用于间苯二酚的半定量比色法测定鉴别，为发展快速、比色检测确定了基础。
(4)偶联反应的产物吸光度响应值比间苯二酚的紫外吸收响应值增敏约3倍，增加了紫外-可见光分光光度法及高效液相色谱-紫外可见光检测器色谱法的检测灵敏度，扩展了光度法及高效液相色谱-光度法检测的应用范围。
附图说明
图1为实施例1步骤(2)的一系列重氮-偶联化合物进行紫外-可见光分光光度法检测后得到的紫外-可见光光谱图，其中a→l曲线分别代表的是间苯二酚的浓度为0.10μg/mL、0.30μg/mL、0.50μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL、6.0μg/mL、7.0μg/mL、8.0μg/mL、9.0μg/mL。
图2为实施例1的步骤(2)的重氮化反应及偶联反应的过程，其中Ⅰ为重氮化反应生成的重氮化合物，Ⅱ为偶联反应生成的重氮-偶联化合物。
图3为实施例3中步骤(3)一系列重氮-偶联化合物进行高效液相色谱-紫外可见光检测器的色谱法检测得到的色谱图，其中a→c曲线分别代表的是间苯二酚的浓度为0.60μg/mL、1.6μg/mL、2.0μg/mL。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定第一线性关系式、第二线性关系式，仅仅是为了便于对该步骤中的线性关系式进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以下实施例用所用水为二次水，即经过第二次蒸馏过的水。以下实施例所用溶液若无特殊说明均为水溶液。
实施例1
一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，包括如下步骤：
(1)配制间苯二酚储备液：准确称取5.0mg间苯二酚置于50.0mL棕色容量瓶中，加二次水溶解并稀释至刻度，得到0.10mg/mL间苯二酚储备液；
(2)将0.10mg/mL盐酸克伦特罗溶液0.80mL在酸性条件pH＝2.4(以0.1mol/L的盐酸溶液进行调节，使溶液中盐酸浓度为4.0×10-3mol/L)下加入0.20mg/mL亚硝酸钠溶液0.5mL，振荡，在0℃(用冰水混合液水浴控制温度)下进行重氮化反应5min，生成重氮化合物后(重氮化反应过程如图2所示，生成Ⅰ即为重氮化合物)，加入步骤(1)0.010mL～0.90mL的0.1mg/mL间苯二酚储备液，加入8.0mg/ml的氨水0.4mL，再加二次水稀释，使得反应液中含间苯二酚的浓度分别为0.10μg/mL、0.30μg/mL、0.50μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL、6.0μg/mL、7.0μg/mL、8.0μg/mL、9.0μg/mL，在室温下进行偶联反应，10min后反应结束，生成一系列重氮-偶联化合物(偶联反应过程如图2所示，生成Ⅱ即为重氮-偶联化合物)，此时反应液呈黄色；对生成的一系列重氮-偶联化合物进行紫外-可见光分光光度法检测，紫外-可见光光谱图如图1所示，图中，a→l曲线分别代表的是间苯二酚的浓度为0.10μg/mL、0.30μg/mL、0.50μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL、6.0μg/mL、7.0μg/mL、8.0μg/mL、9.0μg/mL，由图1可知，一系列重氮-偶联化合物的吸收峰处对应于同一波长410nm，记录得到的一系列吸收峰处的吸光度值；
(3)以上述间苯二酚的一系列不同浓度为横坐标，以对应得到的一系列重氮-偶联化合物的所述吸光度值为纵坐标，绘制第一标准曲线，得到关于间苯二酚浓度与吸光度值的第一线性关系式为：y＝0.2789x+0.1575，其中x的线性范围为0.10μg/mL～1.0μg/mL，线性相关系数为0.985；以及y＝0.06207x+0.3654，其中x的线性范围为1.0μg/mL～9.0μg/mL，线性相关系数为0.995；
对浓度为4.0μg/mL的间苯二酚溶液进行11次连续平行检测，得出其相对标准偏差(RSD)为2.9％，这说明本发明方法检测间苯二酚浓度的重现性好，结果令人满意；本发明方法的间苯二酚浓度的检测限(3σ)为3.0×10-3μg/mL，检测限低；
(4)取环境水样(如工业废水等)进行检测，重复操作步骤(2)，以所述环境水样替代步骤(2)中的所述间苯二酚储备液进行所述偶联反应，反应结束后进行紫外-可见光分光光度法检测，得到所述环境水样对应的吸光度值，将所述环境水样的吸光度值代入步骤(3)得到的所述第一线性关系式中：若吸光度值小于等于0.43则代入第一线性关系式y＝0.2789x+0.1575；若吸光度值大于0.43则代入第一线性关系式y＝0.06207x+0.3654，由此可计算出环境水样中间苯二酚的浓度含量。
实施例2
分别取自来水、河水、有机化学实验室废水各30.0mL，用0.1mol/L的HCl调节pH至酸性，加入15mL二氯甲烷，萃取去除有机相，再加入15mL甲醇萃取(若水样中有间苯二酚可提高水样中间苯二酚的提取率)，将萃取得到的水相用NaOH调节pH至11～12，过滤去除沉淀，向滤液中加入10mL0.1mol/L的盐酸，转移到100mL容量瓶中，加水定容，进行标准加入法测定，测定方法同实施例1中步骤(1)～(3)；每组样品分别取三个平行样品，平行测定三次，样品测定结果如表1所示。
表1样品测定结果
由表1可知，本发明方法加标回收率在95.1％～101.2％之间，附合测量要求。
实施例3
一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，包括如下步骤：
步骤(1)～(2)与实施例1中步骤(1)～(2)相同，不同之处在于反应液中含间苯二酚的浓度分别为0.60μg/mL、1.6μg/mL、2.0μg/mL；步骤(2)反应结束后反应液用0.22μm滤膜过滤；
(3)以步骤(2)得到的波长410nm为高效液相色谱-紫外可见光检测器的检测波长对所得一系列重氮-偶联化合物进行所述高效液相色谱-紫外可见光检测器的色谱法检测，所述色谱法为反相高效液相色谱法，色谱检测条件：C18色谱柱(4.6mm×150mm，5μm)，流动相:甲醇:水＝0.7:0.3，流速为1.0mL/min，等度洗脱，柱温30℃，进样量20μL，检测波长410nm，结果表明在410nm检测波长处检测到步骤(2)反应产物重氮-偶联化合物，色谱图见图3，如图3所示，色谱峰的信号强度随着间苯二酚浓度的增加而增强，a→c曲线分别代表的是间苯二酚的浓度为0.60μg/mL、1.6μg/mL、2.0μg/mL，a曲线间苯二酚的浓度为0.60μg/mL的色谱峰的峰面积为3059，b曲线间苯二酚的浓度为1.6μg/mL的色谱峰的峰面积为5361，c曲线间苯二酚的浓度为2.0μg/mL的色谱峰的峰面积为6065；
以以上所述间苯二酚的不同浓度为横坐标，以所述色谱峰的峰面积值为纵坐标，绘制第二标准曲线，得到关于间苯二酚浓度与色谱峰的峰面积值的第二线性关系式为：y＝2226.7x+1653.3，其中x的线性范围为0.60μg/mL～2.0μg/mL，线性相关系数为0.984；
(4)取环境水样进行检测，重复操作步骤(2)，以所述环境水样替代步骤(2)中的所述间苯二酚储备液进行所述偶联反应，反应结束后以步骤(3)的所述检测波长、色谱检测条件进行所述色谱法检测，得到所述环境水样对应的色谱峰的峰面积值，将所述环境水样的色谱峰的峰面积值代入步骤(3)得到的所述第二线性关系式中，由此可计算出环境水样中间苯二酚的浓度含量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，还可以是其他芳伯胺类化合物，本发明步骤(2)中进行相关反应时各物质的使用量也会有所不同，具体的使用量是本领域内技术人员能够根据优化实验进行得出的，而随着原材料芳伯胺类化合物的不同，使得到的重氮-偶联产物的紫外-可见光吸收峰的波长也会有所不同，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。另外在本发明方法的基础上还可以用来检测瘦肉精盐酸克伦特罗的含量，即定量为间苯二酚，变量为盐酸克伦特罗的浓度，得到关于反应物信号强度(如峰面积或峰高的值)等应变量与盐酸克伦特罗浓度自变量的比例关系。
Claims (9)
1.一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制间苯二酚储备液；
(2)将芳伯胺类化合物溶液在酸性条件下加入亚硝酸盐溶液，在0～5℃下进行重氮化反应，生成重氮化合物后，加入步骤(1)的间苯二酚储备液和氨水，再加入水稀释，使反应液中分别含有一系列不同浓度的间苯二酚，在室温下进行偶联反应，反应结束后生成一系列重氮-偶联化合物；对生成的一系列重氮-偶联化合物进行紫外-可见光分光光度法检测，对应得到同一波长下的一系列吸收峰处的吸光度值；
(3)以所述间苯二酚的一系列不同浓度为横坐标，以步骤(2)对应得到的一系列重氮-偶联化合物的所述吸光度值为纵坐标，绘制第一标准曲线，得到关于间苯二酚浓度与吸光度值的第一线性关系式；
或者，以步骤(2)得到的所述同一波长为高效液相色谱-紫外可见光检测器的检测波长对所得一系列重氮-偶联化合物进行所述高效液相色谱-紫外可见光检测器的色谱法检测，得到一系列色谱峰值；以所述间苯二酚的一系列不同浓度为横坐标，以所述色谱峰值为纵坐标，绘制第二标准曲线，得到关于间苯二酚浓度与色谱峰值的第二线性关系式；
(4)取环境水样进行检测，重复操作步骤(2)，以所述环境水样替代步骤(2)中的所述间苯二酚储备液进行所述偶联反应，反应结束后进行所述紫外-可见光分光光度法检测，得到所述环境水样对应的吸光度值，将所述环境水样的吸光度值代入步骤(3)得到的所述第一线性关系式中，由此可计算出环境水样中间苯二酚的含量；
或者，反应结束后以步骤(3)的所述检测波长进行所述色谱法检测，得到所述环境水样对应的色谱峰值，将所述环境水样的色谱峰值代入步骤(3)得到的所述第二线性关系式中，由此可计算出环境水样中间苯二酚的含量。
2.根据权利要求1所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，步骤(1)中所述间苯二酚储备液的浓度为0.10mg/mL；步骤(2)中一系列不同浓度的所述间苯二酚其浓度为0.10μg/mL～9.0μg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，步骤(2)中所述芳伯胺类化合物溶液为盐酸克伦特罗溶液，所述亚硝酸盐溶液为亚硝酸钠溶液。
4.根据权利要求3所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，所述盐酸克伦特罗溶液的浓度为0.10mg/mL，所述亚硝酸钠溶液的浓度为0.20mg/mL，所述氨水的浓度为8.0mg/mL；所述盐酸克伦特罗溶液、所述亚硝酸钠溶液、所述间苯二酚储备液、所述氨水的体积比为0.8:0.5:(0.01-0.9):0.4。
5.根据权利要求4所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，步骤(2)中所述酸性条件的pH值为2～3，所述重氮化反应的时间为2～10min；所述偶联反应的时间为5～12min。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，步骤(3)中所述第一线性关系式为y＝0.2789x+0.1575，其中x的线性范围为0.10μg/mL～1.0μg/mL，线性相关系数为0.985。
7.根据权利要求1～5任一项所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，步骤(3)中所述第一线性关系式为y＝0.06207x+0.3654，其中x的线性范围为1.0μg/mL～9.0μg/mL，线性相关系数为0.995。
8.根据权利要求1所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，步骤(3)中所述检测波长为410nm；所述色谱法检测的方法为反相高效液相色谱法，所述色谱法色谱条件为：C18色谱柱，流动相:甲醇:水＝0.7:0.3，流速为1.0mL/min，等度洗脱，柱温30℃，进样量20μL；步骤(3)中所述色谱峰值为峰面积值或峰高值。
9.根据权利要求8所述的一种检测环境水样中间苯二酚浓度的方法，其特征在于，所述色谱峰值为峰面积值，步骤(3)中所述第二线性关系式为y＝2226.7x+1653.3，其中x的线性范围为0.60μg/mL～2.0μg/mL，线性相关系数为0.984。
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| CN116046766B (zh) * | 2022-12-26 | 2023-07-21 | 北京工商大学 | 一种可视化基于水溶性萘基重氮盐的烷基间苯二酚与阿魏酸的快速同时检测方法 |
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