李文卓， 賈 旭， 楊德紅， 藺春蕾， 張艷麗

(中原工學(xué)院 材料與化工學(xué)院, 河南 鄭州 450007)

維生素C制劑及果蔬中Vc含量的直接碘量法測(cè)定實(shí)驗(yàn)是分析化學(xué)經(jīng)典的氧化還原滴定實(shí)驗(yàn)，在高?；瘜W(xué)、化工、醫(yī)藥、環(huán)境等理工類專業(yè)中被廣泛開(kāi)設(shè)。該方法具有儀器操作簡(jiǎn)單，樣品預(yù)處理簡(jiǎn)易、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又可以使學(xué)生掌握碘量法測(cè)定的原理和方法步驟，提高實(shí)驗(yàn)技能[1]。然而，在配制碘溶液時(shí)，在研磨碘和碘化鉀的混合物的過(guò)程中，碘的揮發(fā)量較大，很容易造成實(shí)驗(yàn)室污染，影響師生健康；另外，用該方法測(cè)量維生素C制劑和果蔬中Vc含量時(shí)，消耗的碘和碘化鉀的量過(guò)大，增加了實(shí)驗(yàn)成本和含碘廢液的排放量。為了解決以上問(wèn)題，筆者改進(jìn)了碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法，考查了不同濃度的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)測(cè)定Vc含量的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器試劑

1.1.1 儀器

ES-J220A分析天平(天津市德安特傳感技術(shù)有限公司)，85-2型恒溫磁力攪拌器(河南智成科技發(fā)展有限公司)。

25 mL移液管、250 mL容量瓶、50 mL酸式滴定管。

1.1.2 試劑

NaOH 溶液(1.0 mol/L)、HCl溶液(1.0 mol/L)、I2(優(yōu)級(jí)純)固體、KI固體、Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.05 mol/L)、固體As2O3、維生素C片劑(華中藥業(yè)股份有限公司)、2 g/L淀粉溶液、2 mol/L的HAc溶液。

以上試劑如無(wú)特殊說(shuō)明均為天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司的分析純?cè)噭?。玻璃儀器均為洛陽(yáng)北方玻璃廠出產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)用水為新制備的蒸餾水。

1.2 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法的改進(jìn)

1.2.1 配制方法

常規(guī)的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法：將固體I2、KI和H2O混合(見(jiàn)表1中碘液A的配制)，研磨至溶解，再將溶液轉(zhuǎn)入棕色試劑瓶中，加蒸餾水稀釋即可制成。然而，研磨過(guò)程中，體系敞開(kāi)，碘的揮發(fā)量較大，造成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境污染。另外，由于I2在KI溶液中的溶解速率慢，也會(huì)造成I2的揮發(fā)，同樣污染實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

(1)

反應(yīng)(1)表明，使用強(qiáng)堿性物質(zhì)，可顯著增加I2的溶解速率。因此，在堿性環(huán)境中溶解固體I2，能顯著降低I2的揮發(fā)量。

(2)

然而，在酸性環(huán)境下反應(yīng)(2)的反應(yīng)速率較快，生成的I2如果不能及時(shí)和試樣反應(yīng)，必然會(huì)以固體I2的形態(tài)析出并揮發(fā)，嚴(yán)重影響滴定的準(zhǔn)確度。為了解決這一問(wèn)題，需要在配制下列碘液時(shí)加入一定量的KI,從而發(fā)生反應(yīng)(3)

(3)

由此得知，可以通過(guò)改變?nèi)芤旱乃釅A性來(lái)改變碘元素在水溶液中的存在形式，改善其溶解速率，克服常規(guī)的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法出現(xiàn)的問(wèn)題。改進(jìn)的I2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法見(jiàn)表1。表1中，碘液A為用常規(guī)的方法配制的I2標(biāo)準(zhǔn)溶液[3]，碘液B為用改進(jìn)的方法配制的I2標(biāo)準(zhǔn)溶液。

表1 常規(guī)和改進(jìn)的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法對(duì)照表

1.2.2 改進(jìn)的碘液配制方法的理論依據(jù)

表2 部分含碘物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

(4)

從反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2)可知，如果在堿性環(huán)境下溶解I2，在酸性環(huán)境下利用反應(yīng)(2)生成的I2作為滴定劑進(jìn)行滴定，則存在下面物質(zhì)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

(5)

1.3 果蔬試樣液的制取及Vc含量的標(biāo)定

用250 mL干燥小燒杯準(zhǔn)確稱取85 g左右搗碎了的新鮮果蔬(檸檬)試樣[5]，將其轉(zhuǎn)入250 mL錐形瓶中，用蒸餾水沖洗小燒杯1～2次。向試樣中加入2 mol/L的CH3COOH溶液10 mL和2 g/L的淀粉溶液3 mL，搖勻，立即用I2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至試液由淺黃色變?yōu)闇\藍(lán)色,30s內(nèi)不褪色即為終點(diǎn)[6]。平行標(biāo)定5份。

1.4 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的標(biāo)定

用移液管移取25.00 mL 0.051 24 mol/L的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液于250 mL錐形瓶中，加50 mL蒸餾水、2 g/L的淀粉溶液3 mL，然后分別用配制好的碘液A 和碘液B滴定至試液呈淺藍(lán)色，30 s內(nèi)不褪色即為終點(diǎn)。平行標(biāo)定6份，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，計(jì)算碘溶液濃度。

1.5 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液穩(wěn)定性測(cè)試

標(biāo)準(zhǔn)溶液在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性對(duì)標(biāo)定結(jié)果影響非常大。為此，我們采用As2O3基準(zhǔn)試劑制備的Na3AsO3溶液對(duì)碘液A和B進(jìn)行一系列標(biāo)定，以考察其濃度隨時(shí)間的變化[7]并與標(biāo)準(zhǔn)溶液Na2S2O3標(biāo)定碘液B結(jié)果作比較。

Na3AsO3基準(zhǔn)溶液的制取方法為：準(zhǔn)確稱取0.624 2 g的As2O3，置于100 mL燒杯中，加入5 mL濃度為 6 mol/L的NaOH溶液，溫?zé)崛芙?，然后?滴2 g/L酚酞指示劑，用6 mol/L HCl溶液中和至剛好無(wú)色，再加入1～1.5 g NaHCO3，攪拌溶解，定量轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中，加蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，便可得到0.012 62 mol/L的Na3AsO3基準(zhǔn)溶液[3]。

測(cè)定時(shí)，準(zhǔn)確移取25.00 mL Na3AsO3，加50 mL蒸餾水、5 g NaHCO3和3 mL淀粉指示劑，用配置好的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到穩(wěn)定的藍(lán)色， 30 s內(nèi)不褪色即為終點(diǎn)。記錄消耗碘液的體積，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。每隔30 min標(biāo)定一次，時(shí)間跨度為240 min，碘液B標(biāo)定8次，觀察標(biāo)定出的碘溶濃度隨時(shí)間的變化。

1.6 Vc含量的測(cè)定

1.6.1 維生素C制劑中Vc含量的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取研磨好的維生素C制劑0.2～0.3 g，置于250 mL 錐形瓶中，加入100 mL新煮沸并冷卻的蒸餾水、10 mL醋酸和3 mL淀粉溶液，分別用濃度為0.025 03 mol/L的改進(jìn)的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.049 85 mol/L 的I2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至出現(xiàn)穩(wěn)定的淺藍(lán)色，記錄消耗I2溶液的體積。分別平行滴定3份，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。維生素C片劑樣品中維生素C的含量按式(6)計(jì)算：

(6)

WVc1——維生素C片劑樣品中維生素C的含量，mg/(100 mg)樣品；

VI2——滴定消耗的I2標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

cI2——I2標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；

m1——維生素C片劑樣品的質(zhì)量， g；

M1——維生素C的摩爾質(zhì)量， g/mol。

1.6.2 果蔬試樣液中Vc含量的測(cè)定

用濃度為0.025 03 mol/L改進(jìn)的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定果蔬試樣液，滴定至試樣液由淺黃色變?yōu)闇\藍(lán)色且在30 s內(nèi)不褪色為終點(diǎn)。試樣液中Vc的含量按式(7)計(jì)算：

(7)

WVc2——果蔬試樣中維生素C的含量，mg/(100 g)；

m2——果蔬試樣質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中碘的揮發(fā)量

表3為配制的碘液A和碘液B的標(biāo)定結(jié)果，可以得出碘液A和碘液B濃度的平均值分別為0.023 80 mol/L和0.025 03 mol/L。碘液A的平均濃度比碘液B的平均濃度小，其原因是配制碘液A時(shí)，在研磨溶解碘和碘化鉀的過(guò)程中，體系敞開(kāi)，碘的溶解速率慢，固體碘漂浮在溶液表面上導(dǎo)致其升華所致。碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程碘的揮發(fā)量hI2(計(jì)算時(shí)VI2為500 mL，參照表1)按式(8)計(jì)算：

(8)

hI2——I2的揮發(fā)量，g；

mI2——固體I2的質(zhì)量，g；

MI2——I2的摩爾質(zhì)量，g/mol；

根據(jù)(8)式，可以算出碘液A和碘液B配制過(guò)程中碘的揮發(fā)量分別為0.194 g和0.032 8 g。因而，采用改進(jìn)后的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法，可以使碘的揮發(fā)量減少到原來(lái)的16.9%。因而，用這種配制方法可以顯著減少碘揮發(fā)量，改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，降低對(duì)學(xué)生身體健康的傷害[8]。

表3 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定結(jié)果

2.2 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的穩(wěn)定性

實(shí)驗(yàn)“維生素片劑中Vc含量的測(cè)定”一般需要4 h，因此，要求配制的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液在4 h內(nèi)保持穩(wěn)定。為此，每間隔30 min用Na3AsO3基準(zhǔn)溶液標(biāo)定一次改進(jìn)的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，共標(biāo)定8次。標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，8次標(biāo)定的碘溶液的濃度非常接近，平均值為0.025 05 mol/L，平均相對(duì)誤差為0.15%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.62%，滿足分析化學(xué)定量分析的要求[9]，與Na2S2O3標(biāo)定的碘溶液濃度(0.025 03 mol/L)非常接近。由此可知碘溶液B在240 min內(nèi)具有很高的穩(wěn)定性，完全可以滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

表4 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

2.3 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的影響

分別用濃度為0.025 03 mol/L的改進(jìn)碘標(biāo)準(zhǔn)溶液和教材所要求濃度為0.049 85 mol/L的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定維生素片劑中Vc的含量[4]，結(jié)果見(jiàn)表5。用濃度為0.025 03 mol/L和0.049 85 mol/L的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定得出的WVc1的平均值分別為83.04 mg/(100 mg)和83.05 mg/(100 mg)， Vc的含量無(wú)顯著差異，也與樣品實(shí)際值相符合，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。由于碘濃度減半，實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生含碘廢物的量也隨之減半。踐行了節(jié)能減排，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型“兩型社會(huì)”的理念[10]。

表5 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的影響

2.4 碘標(biāo)準(zhǔn)液濃度對(duì)果蔬Vc的影響

用濃度為0.025 03 mol/L改進(jìn)的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定果蔬中的Vc的含量，結(jié)果列于表6。從表6可以得出，WVc2的平均值為109.33 mg/(100 g)，相對(duì)偏差為0.1%，滿足相對(duì)偏差小于±0.2%要求。因此采用碘溶液濃度減半方法也同樣適用于果蔬中Vc含量的測(cè)定。

表6 果蔬試樣Vc含量的測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

本文應(yīng)用理論與實(shí)踐相結(jié)合思想，采用“減量、減液”思路，對(duì)“維生素C制劑及果蔬中Vc含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行了改進(jìn)。采用堿性條件下溶解固體碘，酸性條件下釋放碘的方法，對(duì)配制碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法進(jìn)行了改進(jìn)。該方法可以使碘的揮發(fā)量減少到原來(lái)的16.9%，降低了I2標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的污染。所配制的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液在4h內(nèi)濃度保持穩(wěn)定，完全滿足Vc含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的要求。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)降低了實(shí)驗(yàn)消耗，改善了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，減輕了實(shí)驗(yàn)室廢水回收處理的壓力，在獲得良好的實(shí)驗(yàn)效果的同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)綠色化意識(shí)。這是一次成功把化學(xué)理論、實(shí)踐教學(xué)、節(jié)能減排三者緊密結(jié)合探索與實(shí)踐。