二苯碳酰二肼分光光度法测定水溶肥料中六价铬的含量

Spectrophotometric Determination of Hexavalent Chromium in Water-Soluble Fertilizer with Diphenylcarbazide

于燕萍 Yanping YU , 徐楠 Nan XU , 于晓菲 Xiaofei YU , 齐云 Yun QI , 王景超 Jingchao WANG , 董茜 Qian DONG , 邹惠玲 Huiling ZOU , 张娟 Juan ZHANG

1 山东省产品质量检验研究院山东济南 250100 Shandong Institute for Product Quality Inspection, Jinan, Shandong 250100, China 2 上海化工研究院有限公司上海 200062 Shanghai Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Shanghai 200062, China

Author notes:

Correspondence to: 张娟(1976—), 女，硕士，教授级高工，长期从事土壤、肥料、农药、化工等产品的质量安全监测、研发、检测方法开发及标准研制等工作；ruyue95@163.com

摘要：

建立了二苯碳酰二肼分光光度法测定水溶肥料中六价铬含量的方法。以水溶解试样，用碳酸钠消除水溶肥料中钙、镁、铁等元素的干扰，加入硫酸(1+1)溶液1.0 mL、磷酸(1+1)溶液0.5 mL，在酸性条件下加入二苯碳酰二肼显色剂(用丙酮配制)2.0 mL，以试剂空白为参比，于波长540 nm处测量吸光度。结果表明：六价铬的质量浓度在0.20 mg/L以内与吸光度呈线性关系，测定值的相对标准偏差小于4%，加标回收率为85.4%~96.0%，方法可满足水溶肥料中六价铬含量的测定要求。

关键词：

六价铬; 二苯碳酰二肼; 分光光度法; 水溶肥料;

Abstract：

A method for determination of hexavalent chromium in water-soluble fertilizers by diphenylcarbazide spectrophotometry is established. The sample is dissolved in water, sodium carbonate is used to eliminate the interference of calcium, magnesium, iron and other elements in water-soluble fertilizers. 1.0 mL of sulfuric acid (1+1) solution and 0.5 mL of phosphoric acid (1+1) solution are added, 2.0 mL of diphenylcarbazide color developing reagent (prepared with acetone) is added under acidic condition, the reagent blank is used as a reference and the absorbance is measured at a wavelength of 540 nm. The results show that the mass concentration of hexavalent chromium within 0.20 mg/L has a linear relationship with the absorbance. The relative standard deviation of the determined value is less than 4% and the recovery is 85.4%-96.0%. The method can meet the requirements for the determination of hexavalent chromium in water-soluble fertilizer.

Keyword：

hexavalent chromium; diphenylcarbazide; spectrophotometry; water-soluble fertilizer;

2019年1月1日起实施的《中华人民共和国土壤污染防治法》，填补了我国土壤污染防治法律方面的空白，这是我国首次专门制定用来规范防治土壤污染的法律。《土壤污染防治行动计划》又被称为“土十条”，其中提出重点监测土壤中镉、汞、砷、铅、铬等重金属污染物。重金属污染具有长期性、累积性、潜伏性、不可逆性等特点，危害大、治理成本高。铬是重点控制的5种重金属元素之一，其毒性与存在价态有关，通常认为六价铬比三价铬的毒性高出100倍^[1]，而且六价铬更易为人体吸收并在体内蓄积，被国际癌症研究中心列为一级致癌物^[2]。

肥料作为重要的农业生产资料，直接作用于土壤环境和植物，进而影响人类健康。肥料中重点监控的重金属元素包括铬，其来源主要是磷肥以及硫酸亚铁等生产原料，建立一种测定肥料中六价铬含量的方法具有重要意义。目前肥料中六价铬的检测标准只有行业标准《水溶肥料总铬、三价铬和六价铬含量的测定》(NY/T 3425—2019)^[3]，由于该标准采用差减法进行六价铬检测，需要同时测定总铬及三价铬的含量，工作量大且成本较高。二苯碳酰二肼分光光度法因具备干扰少、操作简单、灵敏度高、适用范围广、线性范围宽等特点^[4]，被作为测定六价铬的经典方法和常用方法。本文采用碳酸钠消除水溶肥料中钙、镁、铁等元素的干扰，考察了显色剂的加入量、显色介质等对六价铬测定的影响，建立了一种二苯碳酰二肼分光光度法测定水溶肥料中六价铬的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

TU-1901型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司。

丙酮(C₃H₆O)、硫酸(H₂SO₄)，分析纯，烟台远东精细化工有限公司；磷酸(H₃PO₄)、二苯碳酰二肼(C₁₃H₁₄N₄O)，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；六价铬标准溶液，1 000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

六价铬标准使用溶液A: 100 μg/mL，移取10.00 mL六价铬标准溶液于100 mL容量瓶中，以水定容，混匀。

六价铬标准使用溶液B：50 μg/mL，移取5.00 mL六价铬标准溶液于100 mL容量瓶中，以水定容，混匀。

六价铬标准使用溶液C：5 μg/mL，移取10.00 mL六价铬标准使用溶液B于100 mL容量瓶中，以水定容，混匀。

六价铬标准使用溶液D：1 μg/mL，移取2.0 mL六价铬标准使用溶液B于100 mL容量瓶中，以水定容，混匀。

硫酸(1+1)溶液：将硫酸缓慢加入同体积的水中，边加边搅拌，待冷却后使用。

磷酸(1+1)溶液：将磷酸与等体积水混合均匀。

碳酸钠溶液：200 g/L, 称取20.0 g碳酸钠，溶解于水中，定容至100 mL。

显色剂：称取二苯碳酰二肼0.20 g，溶于50 mL丙酮中，加水稀释至100 mL，摇匀，移至棕色试剂瓶中于4 ℃下保存，保存期为半个月，颜色变深时不能再使用。

1.2 样品处理

称取1.0~10.0 g水溶肥料样品于100 mL容量瓶中，用水定容，混匀，干过滤，弃去最初几毫升滤液后，收集滤液待测。移取25.00 mL滤液于250 mL烧杯中，加入200 g/L碳酸钠溶液5 mL，搅拌混匀，待沉淀反应完全后用滤纸过滤，收集滤液于50 mL容量瓶中。滤干后用少量水冲洗烧杯和漏斗各3次，合并于滤液中。向滤液中缓慢加入1 mL硫酸(1+1)溶液、0.5 mL磷酸(1+1)溶液，摇匀。加入2.0 mL显色剂，用水定容，摇匀，放置10 min后，用3 cm的比色皿，于波长540 nm处，以试剂空白为参比，测量吸光度。

1.3 标准曲线绘制

分别移取1 μg/mL的六价铬标准使用溶液D 0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL于50 mL容量瓶中，加水至40 mL左右，加入0.5 mL硫酸(1+1)溶液和0.5 mL磷酸(1+1)溶液，摇匀，加入2.0 mL显色剂，用水定容，摇匀，放置10 min后，用3 cm的比色皿，于波长540 nm处，测量吸光度，绘制标准曲线，见图 1。

图 1

标准曲线

结果表明：六价铬的质量浓度在0.20 mg/L以内与其对应的吸光度呈线性关系，线性回归方程为y=2.489 1x-0.004 5，相关系数r=0.999 8。

2 结果与讨论

2.1 碳酸钠对干扰元素的影响

水溶肥料中含有的铁、锌、钙、镁等元素会对六价铬的测定产生干扰，影响测定结果的准确性，在显色反应前需要消除这些干扰。文献[5]采用加入碳酸钠溶液的方法使大部分干扰元素产生沉淀，进而消除干扰，且不会对六价铬的测定产生影响。试验借鉴上述方法，称取同一个试样2份，在1^#-2试样中加入200 g/L碳酸钠溶液5 mL，待其与水溶肥料中的铁、镁、钙等元素生成沉淀后进行测定，结果见表 1。

表 1

碳酸钠对六价铬测定的影响

样品	本底值/ (mg·kg^-1)	加标量/ (mg·kg^-1)	测定总量/ (mg·kg^-1)	回收率/ %
1^#-1	0.52	20.00	13.04	62.6
1^#-2	0.52	20.00	19.72	96.0
注：1)称样量为1.0 g，定容体积为100 mL，下同

由表 1可知，加入碳酸钠溶液后，六价铬的回收率显著提高，碳酸钠的加入可有效消除其他元素的干扰。

2.2 显色剂用量的选择

二苯碳酰二肼分光光度法测定六价铬的原理是在酸性溶液中，六价铬与二苯碳酰二肼反应生成稳定的紫红色络合物，在一定浓度范围内，紫红色的络合物色度与六价铬含量呈线性关系。因此，显色剂的加入量会影响测定。选取六价铬质量浓度为100 μg/L的标准使用溶液A，分别加入显色剂0.5、1.0、2.0、2.5 mL，测量吸光度，结果见表 2。

表 2

显色剂用量对吸光度的影响

显色剂用量/mL	吸光度
0.5	0.107
1.0	0.174
2.0	0.241
2.5	0.196

从表 2可看出，吸光度在显色剂用量为2.0 mL时达到峰值，显色剂用量继续增加，吸光度反而下降。因此，试验选择显色剂用量为2.0 mL。

2.3 显色剂介质的选择

二苯碳酰二肼的水溶液很不稳定，在放置时逐渐变黄，但在有机溶剂中的稳定性相对较好。文献[6-7]中用丙酮作为溶剂配制显色剂；文献[8]中用丙酮和丙醇作为溶剂配制显色剂；李彦^[9]认为用无水乙醇代替丙酮作介质，可避免丙酮的毒副作用，并从工作曲线、准确度、精密度等3个方面进行了论证，但是乙醇配制的显色剂有效期较短。采用丙酮作为介质，稳定性好，可以在4 ℃冷藏保存近1个月。综合考虑，试验选用丙酮为溶剂配制显色剂。

2.4 硫酸用量的选择

六价铬显色反应需要在酸性条件下进行，并要求有适宜的酸度范围。国家标准《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》(GB/T 7467—1987)中硫酸、磷酸体积比为1 ∶1；文献[8]中硫酸用量29 mL、磷酸用量31 mL，比例也接近1 ∶1。参照上述2个标准，为保证酸性条件满足要求，采用加入硫酸(1+1)溶液0.5 mL和磷酸(1+1)溶液0.5 mL。但由于前期碳酸钠溶液加入过量，需要消耗部分酸，经试验考察，加入硫酸(1+1)溶液1.0 mL、磷酸(1+1)溶液0.5 mL时的显色效果较好。

2.5 精密度试验

选取3^#、4^#水溶肥料样品按试验方法进行重复测量，结果见表 3。测定结果的相对标准偏差(RSD)均小于4%，满足一般方法验证中对RSD＜5%的要求。

表 3

精密度试验结果(n=6)

样品	测定值/(mg·kg^-1)	平均值/(mg·kg^-1)	RSD/%
3^#	0.431，0.439，0.406，0.431，0.406，0.414	0.421	3.33
4^#	5.200，5.292，5.329，5.392，5.380，5.387	5.330	1.40

2.6 加标回收试验

选取1^#、2^#水溶肥料样品按试验方法进行加标回收试验，结果见表 4。加标回收率为85.4%~ 96.0%，满足分析测试的要求。

表 4

加标回收试验结果

样品	测定值/(mg·kg^-1)	加标量/(mg·kg^-1)	测定总量/(mg·kg^-1)	回收率/%
1^#	0.52	8.00	7.91	92.4
1^#	0.52	20.00	19.72	96.0
2^#	1.08	8.00	7.91	85.4
2^#	1.08	20.00	19.64	92.8

2.7 与标准方法的比较

选取5^#水溶肥料样品按试验方法测定，六价铬质量分数为1.97 mg/kg；采用NY/T 3425—2019进行测定，六价铬质量分数为1.88 mg/kg。两种方法测得的六价铬含量基本一致，说明本试验方法可以用于水溶肥料中六价铬含量的测定。

3 结语

本文建立了二苯碳酰二肼分光光度法测定水溶肥料中六价铬的方法，通过加入碳酸钠消除水溶肥料中钙、镁、铁等元素的干扰，加标回收率显著提升。测定结果的相对标准偏差小于4%，加标回收率为85.4%~96.0%，与行业标准方法的测定值基本一致，完全满足水溶肥料中六价铬含量分析的要求，可用于水溶肥料中六价铬含量的测定。

ckwx 参考文献

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