分光光度法分析测试糖蜜酒精废液的色度

文章编号:1001-7445(2004)03-0240-04分光光度法分析测试糖蜜酒精废液的色度梁达文1,魏光涛2,唐艳葵2,童张法2(1.广西玉林师范学院化生系,广西玉林536000;2.广西大学化学化工学院,广西南宁530004)摘要:研究了用分光光度法分析测试糖蜜酒精废液色度的方法,探讨了吸光度的测定条件,着重研究了pH 值对于糖蜜酒精废液吸光度的影响,最终确定了糖蜜酒精废液色度的测定条件,给出了脱色率的计算公式,由该方法推算脱色率可以客观准确地评价糖蜜酒精废液的脱色效果.关键词:分光光度法;糖蜜酒精废液;色度;吸光度;脱色率中图分类号:O 657.32 文献标识码:A糖蜜酒精废液是制糖工业副产品糖蜜经发酵生产酒精时,从精馏塔底部排出的一种高浓度有机废液,该废液含有大量的菌体残骸、残糖、色素、无机盐等,不但COD 高(常常达到8～15万m g /L ),而且颜色深.近年来,该废液的治理问题日益受到广大科研工作者的关注与研究,迫切希望达到无污染排放[1～3].糖蜜酒精废液的污染治理,尤其是废液的脱色问题一直是环保部门需要解决的关键技术.糖蜜酒精废液的色素的来源可以分为两大类:一类是甘蔗天然形成的色素(如植物色素),另一类是在制糖过程中形成的色素(如焦糖、类黑精等),但糖蜜酒精废液的色素来源以后者为主.在制糖过程中多酚类物质在酶的作用下氧化成褐色素,还原糖碱分解缩聚成高分子棕黑色素,还原糖与氨基酸反应生成褐色聚合物,糖热分解成深咖啡色的焦糖色素,酚类物与铁反应生成深色的化合物.目前对于糖蜜酒精废液的脱色研究报道较少,部分报道[4～7]涉及到吸附、絮凝等方法对废液脱色的研究.在一些处理体系中,涉及到采用调节pH 值来优化废液处理的工艺条件,但是测试糖蜜酒精废液吸光度时常常疏忽了pH 值对于测定吸光度的影响,事实上由于糖蜜酒精废液色素分子对pH 值的敏感性,pH 值对于吸光度测试影响很大.稀释倍数法是测定废水色度的常用方法,但该方法操作烦琐、实验误差大.分光光度法克服了上述缺点,是近年来某些行业已试用的色度测定方法[8].实验针对糖蜜酒精废液色素的pH 值敏感特性,探讨了由分光光度法测定糖蜜酒精废液吸光度的试验条件,为分光光度法测定糖蜜酒精废液色度提供了实验理论依据,并给出了由吸光度求取脱色率的计算公式,为改性膨润土对糖蜜酒精废液处理后脱色率的测定做好了基础工作.1　实验部分1.1　测定原理由朗白-比尔定律[9]可知:A =lg 1T =a s bc(1)式中,A 为糖蜜酒精废液的吸光度;T 为糖蜜酒精废液的透光率(以%表示);a s 为摩尔吸收系数;b 为被测糖蜜酒精废液的厚度;c 为糖蜜酒精废液有色物质的浓度.稀释后的糖蜜酒精废液有色物质浓度c 与糖蜜酒精废液的稀释比例x 成正比,如下式所示.第29卷第3期2004年9月广西大学学报(自然科学版)Jour nal of G uangx i U niv er sity (N at Sci Ed)V ol.29,N o.3　Sept.,2004 收稿日期:20040614;修订日期:20040917基金项目:广西“十百千人才工程”专项基金资助项目(2000228);广西自然科学基金(桂科基0448085)作者简介:梁达文(1954广西玉林师范学院副教授c =kx (2)式中,k 为某一常数.因此式(1)、(2)可整理如式(3)所示.A =lg 1T=a x bx (3)此处a x =kas .测得糖蜜酒精废液的吸光度A ,由式(4)求得废液处理后的脱色率 .(%)=(1-A 1A 0)×100%(4)式中,A 1为废液处理后的吸光度;A 0为处理前废液的吸光度.1.2　仪器与药品仪器:721分光光度计(上海第三分析仪器厂);PHS -3C 精密pH 计(上海雷磁仪器厂)等仪器若干.药品:糖蜜酒精废液由南宁市制糖造纸厂提供,其物性数据见表1;化学试剂HCl 、NaOH 等均为分析纯.表1　糖蜜酒精废液物性数据COD Cr /mg ・L -1浊度色度pH 值12万190040000 4.281.3　实验方法由于色值的测定受到浊度的影响,如果糖蜜酒精废液的悬浮物过多,应该对其进行过滤或离心预处理,以减少废液中悬浮颗粒造成的散射影响而准确测定吸光度.本试验所取稀释比例的废液悬浮物较少,故不做过滤预处理.测定糖蜜酒精废液吸光度时,取一定体积的废液,移至50mL 的比色管加蒸馏水定容.调节pH 值,用721分光光度计测定吸光度.分析过程中发现吸光度在较长时间内保持稳定.2　结果与讨论图1　波长 与废液吸光度A 的关系2.1　测定波长的选择取一定稀释比例pH 为4.44的废液,在不同波长处测其吸光度,将所得数据绘图.波长 与吸光度A 关系如图1所示.由图1可知糖蜜酒精废液的吸光度随着波长的递减而增加.Peters 和Phelps 曾经发现糖溶液的亮度曲线,其光学中心为560nm,这样就促使ICU M SA 当初建议用这个波长来测定色素[10].从图1可以看出,对于本稀释比例的废液在波长为560nm 处具有足够高的吸光度.综合考虑本试验稀释比例范围与废液吸光度读数大小、准确性的对应关系,选择测定波长为560nm ,这一选择恰好同糖液色素的光学中心是相符的.2.2　测定pH值的选择图2　pH 值与废液吸光度A 的关系取一定稀释比例的废液,用HCl 、NaOH 调至不同的pH 值,在选定波长处测其吸光度,将所得数据绘图.废液pH 值与吸光度A 关系如图2所示.由图2可见糖蜜酒精废液的吸光度随其pH 值不同而不同.在一些处理糖蜜酒精废液脱色的研究中,常常涉及到体系的pH 值变化对于糖蜜酒精废液脱色率的影响,但往往疏忽pH 值对于吸光度测定的影响.因此如果以吸光度计算的脱色率作为评241第3期梁达文等:分光光度法分析测试糖蜜酒精废液的色度价脱色效果的指标,应该在测定吸光度时选择固定的pH 值.由图2可知在pH 值为8的周围吸光度最大,且在此范围pH 值的波动对吸光度影响较小,因此选择pH 值8为测定条件.吸光度随pH 值的变化而改变可以从色素的化学性质得到很好的解释[4,10].酚类、酮类及低分子量糖分解产物对pH 值变化表现出敏感性.酚类的分子结构包含一个特定的共振电子体系,这种结构形成的一个重要特征是pH 敏感性.相对而言低分子量糖分解产物则表现出较为适中的pH 敏感性,焦糖、类黑精等色素对于pH 值的变化不太敏感.该废液在中性范围内敏感色素不会受到破坏,因此废液体系在pH 值为7～9时具有较深的颜色,吸光度也较大.强酸或强碱都将导致这些敏感色素的离解.2.3　标准曲线的建立及检验图3　稀释比例x 与吸光度A 的关系按不同比例稀释废液,调节pH 值为8.00,在波长560nm 处测其吸光度,由所得数据绘制标准曲线.稀释比例x 与吸光度A 关系如图3所示.为检验本标准曲线对于推算吸光度的有效性,稀释不同比例的废液测定其吸光度A exp ,并由标准曲线回归方程A =14.63x 推算吸光度A cal ,考察两者相对误差Re(%).Re(%)的计算公式如式(5)所示.Re(%)=A exp -A cal A exp ×100(5)不同稀释比例废液吸光度的计算与测定结果如表2所示.表2　吸光度计算与测定结果xA ex p A cal Re %0.121.820 1.756 3.540.162.426 2.341 2.000.203.033 2.926 3.530.24 3.640 3.511 3.54 由表2可见计算值A cal 与实验值A exp 吻合较好,其平均相对误差仅为3.15%.因此稀释比例已知的废液的吸光度A 0可以直接从回归方程求得,相对简便可靠.但是在稀释比例x 小于0.01时,此回归方程已经不能很好的线性表示稀释比例同吸光度的关系.这是因为在测定某种溶液的吸光度时,如果用这种溶液所能选择吸收的单色光照射,才会增大测定的灵敏度和精确度.而在很小的稀释比例下废液呈现淡黄色,波长在560～580nm 范围内恰好为黄绿透射光,因此不能很好的用回归方程A =14.63x 来表示稀释比例同吸光度的线性关系.但我们可以选择淡黄色溶液所能选择吸收的单色光来测定吸光度.本试验在波长为420nm 处测定稀释比例x 小于0.01的废液吸光度,由所得数据绘制标准曲线.稀释比例x 与吸光度A 关系如图4所示.图4　稀释比例x 与吸光度A 的关系如果在波长560nm 处测得废液的吸光度小于0.1(稀释比例在小于0.01的范围),应该在波长420nm 处重新测定其吸光度.由于同一稀释比例废液在不同的波长处具有不同的吸光度,而在测定过242广西大学学报(自然科学版)第29卷　程中稀释比例却是客观不变的,所以此时脱色率 (%)应采用稀释比例按下式计算.(%)=(1-x 1x 0)×100%(6)式中:x 1为由废液处理后测得的吸光度通过A =94.232x 计算得到的稀释比例;x 0为处理前废液的稀释比例.3　结　论本文讨论了由糖蜜酒精废液吸光度求取脱色率时,吸光度的测试条件.认为在一些处理糖蜜酒精废液的体系中(如活性炭吸附),由于常常涉及到考察pH 值对处理(如吸附脱色)效果的影响,为了客观评价脱色率的大小而不受pH 值对色素的影响,应将处理后的废液调至特定pH 值再测定其吸光度.此外由于脱色率计算式(5)、(7)中只有两个参数,其中式(5)中A 0可以计算求得,而式(7)中x 0已知,因此本方法不但准确客观而且简便易行.在改性膨润土吸附处理糖蜜酒精废液的试验中,由本方法测定了处理后废水色度并计算了脱色率,实验结果准确、测定简便.参考文献:[1]　李仲民,童张法.超滤法处理糖蜜酒精废液的研究[J].广西大学学报(自然科学版),2001,26(3):171-174.[2]　潘巧明,楼永通,陈小良,等.膜法处理糖蜜制酒精废水的初探[J].水处理技术,2000,26(6):340-342.[3]　M ira nda M ,et al .Color elimination fro m mo lasses wastew ater by A sper gillus niger [J].Bior esource T echnolo gy ,1996,57(3):229-235.[4]　吴振强,梁世中,姚汝华.甘蔗糖蜜酒精废液色素特性及脱除的研究[J ].环境污染与防治,1997,19(1):5-8.[5]　廖　雷,解庆林,刘　峥.糖蜜酒精废液生化及吸附联合处理方法[J].桂林工学院学报,1999,19(4):368-370.[6]　V ero nica .D eco lo r izatio n of m olasses w astew ater using an inor ganic flo ccula nt [J ].Jo ur nal of F erm ent atio n andBio eng ineer ing,1993,75(6):438-442.[7]　Bernar do E G ,et al .Decolor ization of molasses'w astew ater using activated car bon pr epared fro m cane bagasse[J].Car bon,1997,35(9):1271.[8]　张莘民,王　梅,何　谨.分光光度法测定印染废水的色度[J].环境监测管理与技术,1995,7(6):29-31.[9]　陈培榕,邓　勃.现代仪器分析实验与技术[M ].北京:清华大学出版社,1999:65-66.[10]　陈其斌,周重吉.高大维等译校.甘蔗制糖手册[M ].广州:华南理工大学出版社,1993:253.The analytical measurement of the colourity of molasses alcoholwastewater with spectrophotometryLIANG Da-w en 1,WEI Guang -t ao 2,T ANG Yan-kui 2,TON G Zhang-fa 2(1.Yulin T eacher s College o f Guangx i ,Y ulin 537000,China ;2.College o f Chemistry and Chemical Eng ineer ing ,Guangx i U niver sity ,N anning 530004,China)Abstract :A pr acticable analytical method of detecting the colo ur ity of molasses alcohol w astew ater by spectropho to metry is discussed in this paper.The measuring conditions have been discussed.T he effect of pH value on the absorbance o f the molasses alco hol w astew ater has been studied especially.The m easur ing conditions of absorbance and the calculatio n equation o f decoloring ratio have been given in the article and the decoloring ratio can be satisfacto rily detected w ith this metho d .Key words :spectr ophotom etry ;mo lasse alcohol w astew ater ;co lourity ;abso rbance ;deco loring ratio (责任编辑　张晓云)243第3期梁达文等:分光光度法分析测试糖蜜酒精废液的色度。