CN101435770A

CN101435770A - 一种再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法

Info

Publication number: CN101435770A
Application number: CNA2008102196139A
Authority: CN
Inventors: 侯轶; 李友明; 胡松青; 曾娜; 肖亮
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: Guangdong Jinye Tobacco Sheet Technology Development Co., Ltd.; South China University of Technology SCUT; China National Tobacco Corp Guangdong Branch
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2009-05-20

Abstract

本发明公开了一种再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法。该方法先将再造烟叶废水pH值调节至10－13，过滤；然后绘制烟碱浓度－吸光度标准工作曲线Y＝aX+b；再将获得的水样稀释，依次分别加入pH缓冲溶液L、甲基橙溶液、摇匀后加入有机溶剂二氯甲烷，于分光光度计435nm处进行吸收值Y的测定；根据获得的标准工作曲线公式Y＝aX+b计算出稀释后烟碱浓度X，乘以稀释倍数即可得出水样中的烟碱实际浓度。本发明获得的废水中烟碱的快速分析测定方法可有效去除再造烟叶废水中其它物质的干扰，测定过程快速简单，对仪器应用要求不高，测定结果准确度和精确度较高。

Description

一种再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法

技术领域

本发明涉及一种再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，具体是通过调节水样体系pH值来去除烟碱分析测定的干扰，然后进行水样中烟碱的分光光度法测定。

背景技术

目前的国家标准和相关行业标准针对烟叶和烟气中烟碱的测定，规定了提取、萃取等前处理过程，对提取出的烟碱规定了气相色谱法、液相色谱法或者光度法，主要如下：

(1)色谱分析法。色谱法是利用各物质在两相间分配系数不同而进行分离的。具有较高的分离性能，能把烟碱与其共存生物碱等组份分开，同时又能准确地快速定性、定量分析，因而它是近年来比较流行、研究最多的方法。近10年来国内外主要是从流动相与固定相选择、升温方式、测定对象和烟碱与人体健康等方面进行探讨。常用的有气相色谱法、液相色谱法和色质联用等方法。色谱法的优点是分离效率高，测定速度快，分离与测量同步进行，重现性好，回收率高，过程无污染。缺点是需用大型仪器和标准物，不易普及，测量范围较窄。

(2)重量分析法。重量分析法包括硅钨酸重量法和苦味酸重量法。其中硅钨酸重量法是CORESTA推荐方法，也是自1909年由Bertrand报道以来，使用最广泛的经典测量烟碱的方法。它是将烟碱在强碱性介质中进行蒸汽蒸馏，用硅钨酸将蒸馏出的烟碱吸收生成烟碱的硅钨酸盐沉淀，将沉淀高温灼烧，根据剩余无水硅钨酸残渣(SiO₂.12WO₃)的量间接求出烟碱含量，在该方法中，沉淀物的结晶状态是影响准确度的关键。苦味酸重量法是控制pH约10.5的碱性条件，使蒸馏出的游离烟碱与过量饱和苦味酸生成烟碱苦味酸盐，经过滤、烘干、称量后计算烟碱含量。重量分析法的优点是不使用基准试剂和容量器皿，分析结果准确、重现性好、不受外界条件干扰；缺点是操作繁锁、耗时、不能区分烟碱和其它植物碱，当溶液中有铵等无机盐存在时沉淀不易生成，不适用低含量烟碱的测定。

(3)分光光度法。烟碱分子中虽有双键，但烟碱在可见光区没有吸收峰，在紫外区有236、259、282nm三个吸收峰，现有的行业标准YC/T34-1996“烟草及烟草制品总植物碱的测定光度法”就是根据这一特点建立起来的紫外分光光度法。另外烟碱可与铬蓝黑、甲基橙、溴甲酚绿等显色剂生成难溶于水的显色络合物，根据这一特点可用有机溶剂萃取该显色络合物建立萃取分光光度法。分光光度法测定烟叶和烟气中的烟碱时往往需要蒸馏或萃取等复杂的前处理，较为费时，还易受外界条件影响。

(4)其他方法。还有一些其他测量烟碱的办法，如滴定分析法利用烟碱是弱碱的性质在有机相中进行酸碱滴定，仪器投资小，操作简便，测试时间短，缺点是相对标准偏差较大，由于共存生物碱的干扰，往往结果比标准测量值高，不适合对准确度要求较高样品的测量。还有如旋光法、红外光谱法、原子吸收分光光度法、电位分析法、极谱法等，这些方法各有其鲜明的特点，分别适应于各类工作的需要，但都对测试仪器、测试人员素质提出了较高的要求。

上述方法都是针对烟叶或者烟气利用各种提取方法将烟碱提取后进行测定，因此在测定过程中成分相对简单，干扰物质影响较小，而对生产废水中多种复杂有机成分共存条件下烟碱的准确测定没有相关标准方法，气相和液相色谱法测定烟碱时对仪器工作要求高，工作时间长，无法快速准确的测定。烟碱作为烟草行业尤其是再造烟叶生产废水的特征物质之一，在废水中的含量较高，对废水的COD_Cr和色度贡献较大，因此烟碱的快速、准确测定成为监测烟草生产废水处理排放的一个重要指标。废水中有机污染物的含量较高，废水的可生化性能较好，废水色度较深(呈红棕色)，悬浮物浓度很高，由于原料为植物，使得废水中金属离子的浓度也较高，针对废水中烟碱测定方法存在的空白，本发明在确定废水中各干扰物质的影响下建立合适的前处理方法，和适宜的实验检测体系，以实现再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定。

发明内容

本发明针对现有生产废水中烟碱分析测定方法存在的空白，以调节体系pH值为主要的预处理方法，提供一种再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法。

为达到上述目的，本发明采用的以下的技术方案：

再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将再造烟叶废水pH值调节至10-13，过滤；

(2)绘制烟碱浓度-吸光度标准工作曲线Y＝aX+b，其中X为烟碱标准溶液浓度，Y为测定的吸光度值，a为标准工作曲线斜率系数，b为标准工作曲线基准系数；分别移取不同浓度的烟碱标准溶液各2mL，再依次分别加入pH4.5缓冲溶液1.0-2.5mL、甲基橙溶液1.5-2.5mL、摇匀后加入20mL二氯甲烷，于室温下振荡1-2min，静置8-20min，分离出下层萃取液，用玻璃比色皿取样于分光光度计430-440nm处进行吸收值测定，绘制吸光度-烟碱浓度标准工作曲线，求出Y＝aX+b公式中的斜率系数a和基准系数b；

(3)将步骤(1)中获得的水样稀释0-20倍后准确移取2.0mL，分别加入pH缓冲溶液1.0-2.5mL、甲基橙溶液1.5-2.5mL、摇匀后加入有机溶剂二氯甲烷20mL，于室温下振荡1-2min，静置8-20min后分离出下层萃取液，用玻璃比色皿取样于分光光度计435nm处进行吸收值Y的测定；根据步骤(2)获得的标准工作曲线公式Y＝aX+b计算出稀释后烟碱浓度X，乘以稀释倍数即可得出水样中的烟碱实际浓度。

所述步骤(1)中再造烟叶废水pH值调节是通过10％(质量)HCl和10％(质量)NaOH进行。所述步骤(1)中pH值优选为11-12。

所述步骤(2)缓冲溶液的用量优选为2.0mL。

所述步骤(2)中的甲基橙溶液用量优选为2.0mL。

所述步骤(2)中的振荡时间优选为1min，静置时间优选为10min。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明根据烟碱的化学性质特点及再造烟叶废水的特性，利用调节体系pH值对水样进行预处理，去除废水中其它物质的干扰，预处理过程简单、有效、快速。

2、本发明可实现废水中烟碱的快速准确测定，测定对仪器要求不高，仅需配备分光光度计和其它实验常用设备即可完成烟碱的测定，整个测定过程可在30min内完成。测定结果平行样品间变异系数均小于3％，加标回收率均在95％-105％之间，测定结果的精密度和准确度均较理想，是一种经济、高效的监测再造烟叶生产废水中烟碱浓度变化的有效方法，对我国这样一个烟草种植和卷烟生产的大国来说具有广泛的现实意义。

附图说明

图1是烟碱标准溶液吸光度-浓度标准工作曲线图。

图2是工厂排放废水中烟碱浓度的监测曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

乙酸-乙酸钠缓冲溶液配置方法为：所需pH＝pKa-Log(C_乙酸/C_乙酸钠)，其中Ka为乙酸的电离常数，在室温条件t＝20-25℃取pKa为4.754；Log(C_乙酸/C_乙酸钠)＝pKa-pH＝0.254。体系定容后用冰乙酸和三水合乙酸钠调节体系pH得到pH＝4.5的缓冲溶液；称取三水合乙酸钠38.1316g，量取冰乙酸30mL，将三水合乙酸钠与冰乙酸混合用蒸馏水至500mL。缓冲溶液的用量为1.0-2.5mL，优选用量为2.0mL。

甲基橙溶液为饱和溶液体系，其配制方法为：称取1.000g甲基橙用蒸馏水定容至1000mL，得到甲基橙饱和溶液体系，静置一天后取上清液使用。

实施例1：标准工作曲线的绘制

准确移取0、10、20、30、40、50、60和70mg/L的烟碱标准溶液各2mL，依次分别加入pH4.5乙酸-乙酸钠缓冲溶液2mL、甲基橙溶液1.5mL、摇匀后加入20mL二氯甲烷，于室温下振荡1min，静置10min，分离出下层萃取液于具塞比色管中，立即用玻璃比色皿取样于分光光度计435nm处进行吸收值测定。

实验结果，图中横坐标x为溶液中烟碱浓度，纵坐标y为不同浓度烟碱与甲基橙反应后被萃取至二氯甲烷中于波长435nm处测得的吸光度值。结果表明烟碱浓度与吸光度之间的线性相关显著，说明在0-70mg/L浓度范围内，烟碱与甲基橙的络合产物可定量被萃取至二氯甲烷溶剂中，标准工作曲线线性关系良好，其线性回归系数r＝0.996>r_0.01＝0765，可用来进行水溶液中烟碱的分析测定；通过线性回归计算求得实验室条件下标准曲线公式Y＝aX+b中的a＝0.0152(>0)，b＝0，a为标准工作曲线斜率系数，b为标准工作曲线基准系数(在本实施例中，是以试剂空白为参比，所以得到基准系数b＝0，若以蒸馏水为参比，则可得b>0)，即Y＝0.0152X。在进行样品中烟碱浓度测定时，可通过测定吸收值Y计算出烟碱浓度X＝Y/0.0152。

实施例2

用烟碱标准溶液来说明预处理过程对标准溶液中烟碱测定的定量损失情况。准确配置20.00mg/L的烟碱标准溶液，用10％(重量)的NaOH调节至pH13值，过滤，取滤液2mL，依次分别加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液2mL、甲基橙溶液1.5mL、摇匀后加入20mL二氯甲烷，于室温下振荡1min，静置10min，分离出下层萃取液于具塞比色管中，立即用玻璃比色皿取样于分光光度计在波长435nm处进行吸收值Y测定，测定时平行测定。根据图1得到的回归方程X＝Y/0.0152计算得到的平均浓度为20.04mg/L，平行样品间的变异系数为1.87％，说明经调节pH预处理后，水样中的烟碱没有损失，测得的烟碱浓度结果的平行性和准确度都较高。

实施例3

从广东省某再造烟叶生产厂家的废水处理站采集废水，废水自然pH值为4.8。将工厂取样得到的再造烟叶生产废水用10％(重量)的NaOH调节至pH分别为10、11、12和13，分别过滤，滤液稀释至烟碱标准工作曲线浓度范围内，就本次取样水样而言，稀释20倍，后各取不同PH的水样2mL，依次分别加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液2mL、甲基橙溶液1.5mL、摇匀后加入20mL二氯甲烷，于室温下振荡1min，静置10min，分离出下层萃取液于具塞比色管中，立即用玻璃比色皿取样于分光光度计在波长435nm处进行吸收值Y测定。根据实施例1得到的回归方程Y＝0.0152X计算出稀释后废水中烟碱的浓度X，乘以稀释倍数后可得实际废水浓度，结果如下表1：

表1

从表1可见，不经预处理调节pH值废水测得的烟碱浓度平均为428mg/L，测定结果的波动较大，变异系数达到7.51％，废水中的金属元素和一些其它有机物如木质素等不定量地与甲基橙发生反应，干扰烟碱的测定，使得实测值波动较大，而经调节pH预处理后，测得的实际废水的烟碱浓度结果平行性好，变异系数均小于5％。当pH大于10时烟碱在废水中以分子状态存在并溶解于废水中，而大部分金属元素和部分木质素则已通过沉淀去除，使得测定过程的干扰较少，结果重现性较好。

实施例4

实施例四对再造烟叶生产废水中的烟碱测定进行加标回收实验。准确移取实施例3中调节pH12的再造烟叶生产废水5mL，加入30mL100mg/L的烟碱标准溶液，混匀后定容至100mL，各取水样2mL，依次分别加入乙酸-乙酸钠缓冲溶2.5mL、甲基橙溶液2.5mL、摇匀后加入20mL二氯甲烷，于室温下振荡2min，静置20min，分离出下层萃取液于具塞比色管中，立即用玻璃比色皿取样于分光光度计在波长435nm处进行吸收值Y测定，测定时平行测定。根据实施例1得到的回归方程X＝Y/0.0152计算添加标准样品后的实际烟碱浓度结果如下表2所示：

表2

实验编号1、2、3和4是指本次实验平行测定4个样品，添加量是指额外添加的烟碱标准溶液，试验中是加入100mg/L的烟碱标准溶液30mL，然后再定容至100mL，则相当于添加的烟碱标准溶液浓度为30mg/L，理论值是指废水中原有的烟碱浓度加上额外添加的烟碱标准溶液浓度。

对废水进行加标回收测定的实验表明，预处理过程将废水pH值调节至pH>10以上，废水中烟碱的回收率较为理想，说明建立的预处理加络合显色的烟碱快速测定方法的准确性良好，并且平行实验测定结果表明该方法的重现性较好，变异系数约在1％左右，具有良好的精密度，调节废水pH值进行预处理这方法可用于造纸法烟草薄片生产废水烟碱的快速测定。

实施例5

实施例五对广东省某再造烟叶生产厂家废水中的烟碱浓度进行监测。不定时取样，每次取样取厂家废水处理站生物处理段的进水和出水各一份。每次取样200mL，以10％的NaoH调节溶液pH值为11后，过滤后收集滤液，将滤液稀释至烟碱标准工作曲线浓度范围10-70mg/L内，各取水样2mL，依次分别加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液2mL、甲基橙溶液1.5mL、摇匀后加入20mL二氯甲烷，于室温下振荡1min，静置8min，分离出下层萃取液于具塞比色管中，立即用玻璃比色皿取样于分光光度计在波长435nm处进行吸收值Y的测定。根据实施例1得到的回归方程X＝Y/0.0152计算稀释样品的烟碱浓度，然后乘以稀释倍数即可得废水中的烟碱浓度，计算结果如下图2所示，再造烟叶废水中烟碱的浓度一般在300-600mg/L范围内波动，而经过生物处理后，废水中烟碱的浓度仍在120mg/L以上。在整个监测过程中，每个样的分析检测在30min内完成，与烟叶、烟气烟碱的气相色谱分析中复杂的萃取-反萃取过程、气相色谱仪的调适分析过程相比，本发明的预处理加分光光度分析过程简单、快速、准确。

本发明上述各实施例用玻璃比色皿取样于分光光度计进行吸收值的测定是在在波长435nm处测定，该波长也可选取430～440nm任意一处进行测定，但是相应的标准曲线公式Y＝aX+b中的标准工作曲线斜率系数a和标准工作曲线基准系数b根据线性回归计算将有所不同。同样缓冲溶液在1.0-2.5mL范围内的用量以及甲基橙溶液在1.5-2.5mL范围内的用量将对标准工作曲线斜率系数a和标准工作曲线基准系数b具体取值有一定的影响，但是其线性关系不变，同样使用于本发明的再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法。

Claims

1、一种再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将再造烟叶废水pH值调节至10-13，过滤；

2、根据权利要求1的再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，其特征在于：所述步骤(1)中再造烟叶废水pH值调节是通过10％(质量)HCl和10％(质量)NaOH进行。

3、根据权利要求1的再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，其特征在于：所述步骤(1)中pH值为11-12。

4.根据权利要求2的再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，其特征在于：所述步骤(2)缓冲溶液的用量为2.0mL。

5、根据权利要求1的再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，其特征在于：所述步骤(2)中的甲基橙溶液用量为2.0mL。

6、根据权利要求1的再造烟叶生产废水中烟碱的快速分析测定方法，其特征在于：所述步骤(2)中的振荡时间为1min，静置时间为10min。