張?jiān)欤R鳳琴，王冠淇，孫艷濤

（吉林師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林四平 136000）

化學(xué)之中重要的實(shí)驗(yàn)就是酸堿中和，通過使用已經(jīng)知道濃度的酸或堿來測(cè)定未知濃度的酸或堿物質(zhì)。是高中階段化學(xué)學(xué)科當(dāng)中重要的基本概念，也是實(shí)驗(yàn)之中需要特別關(guān)注的一部分[1]。此實(shí)驗(yàn)具體位置在人教版化學(xué)教材的選修四書籍之中，有關(guān)于pH內(nèi)容的介紹之中，對(duì)于這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生首先應(yīng)該明確pH的基本概念和測(cè)定裝置pH計(jì)的使用方法，這是實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的前提[2]。

在酸堿滴定的實(shí)驗(yàn)中，一般選用的是傳統(tǒng)的方式，也就是利用指示劑來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在滴定的過程中，指示劑顏色會(huì)相應(yīng)的改變，由此可以來確定是否滴定完成，但從實(shí)際來看，實(shí)驗(yàn)人員因?yàn)樽陨碓谂袛囝伾写嬖谥饔^性，所以會(huì)產(chǎn)生偏差，從而結(jié)果出現(xiàn)誤差。同時(shí)在測(cè)定某些樣品時(shí)，由于其自身就存在著有色成分，雖然滴定過程會(huì)將顏色稀釋，但仍然會(huì)存在影響，增大偏差[3]。其次，整個(gè)的滴定過程，一般是選擇恰好變色這個(gè)臨界點(diǎn)判斷，但學(xué)生時(shí)常理解為恰好反應(yīng)完全這個(gè)節(jié)點(diǎn)[4,5]。而采用pH計(jì)指示終點(diǎn)的方法，不需要加入指示劑，操作簡(jiǎn)便，結(jié)果明顯，讓實(shí)驗(yàn)操作更好的被觀察。操作人員可以對(duì)原先僅憑眼睛無法有效判斷的現(xiàn)象給出合理的結(jié)果，并且具有測(cè)試效率更快、準(zhǔn)確度更高、結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)[6]。最后，因?yàn)閭鹘y(tǒng)滴定實(shí)驗(yàn)是需要不斷循環(huán)的，對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單操作重復(fù)進(jìn)行，整體周期比較久，學(xué)生會(huì)逐漸失去耐心，一旦滴定超過限度就會(huì)讓結(jié)果誤差增大。利用數(shù)字設(shè)備來實(shí)驗(yàn)，可以極大程度的節(jié)省時(shí)間，其中一方面可以讓學(xué)生不再被其他事項(xiàng)所分心，集中精力在滴定過程中的顏色改變，另一方面教師可以將節(jié)省出來的時(shí)間用在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論中。

醬油在整個(gè)發(fā)酵過程中，氨基酸是主要的味道來源，所以，對(duì)于評(píng)定醬油味道是否優(yōu)良以及發(fā)酵過程是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，是通過檢測(cè)氨基酸之中態(tài)氮含量，該數(shù)值越高也就說明質(zhì)量越上乘，味道自然更為美妙[7，8]。據(jù)調(diào)查，目前我國(guó)的醬油合格率現(xiàn)狀不樂觀，一部分生產(chǎn)商并沒有嚴(yán)格遵照國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)制定的《醬油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法GB/T5009.39-2003》，《釀造醬油GB/18186-2000》產(chǎn)品明示標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)的要求進(jìn)行組織生產(chǎn)，降低了對(duì)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品品質(zhì)的要求，在醬油中加入銨鹽，以次充好，以銨鹽中的氮冒充氨基酸態(tài)氮的含量，最終導(dǎo)致流通到市場(chǎng)上的醬油質(zhì)量參差不齊，真假難辨。因此，為落實(shí)維護(hù)消費(fèi)者利益，杜絕不合格產(chǎn)品的生產(chǎn)，研究出一種簡(jiǎn)單、快捷和準(zhǔn)確的模式來具體測(cè)定釀造醬油之中的氨基酸態(tài)氮含量已經(jīng)迫在眉睫。本次就基于這個(gè)方面來探索利用電位滴定的方式來測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，一方面利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直觀呈現(xiàn)，加強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而對(duì)理論知識(shí)加深理解；另一方面通過對(duì)生活中實(shí)際試樣的分析，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了探究環(huán)境，同時(shí)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[9]。

本實(shí)驗(yàn)選用學(xué)生熟知的日常調(diào)味品——醬油，吸引學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，逐步培養(yǎng)學(xué)生善于觀察“生活中的化學(xué)”的習(xí)慣。并且可以展示出數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降木唧w優(yōu)勢(shì)，能夠幫助教學(xué)過程節(jié)約時(shí)間，讓化學(xué)過程直觀的展現(xiàn)在學(xué)生眼前同時(shí)也讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為精準(zhǔn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

對(duì)于釀造醬油中需要測(cè)定的總酸以及態(tài)氮的含量，可以將指示劑的選型定在酚酞之上，搭配著ZD-2型的自動(dòng)滴定設(shè)備來實(shí)際評(píng)定，這樣的模式相較于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來說，整體過程更加效率，能夠讓學(xué)生直觀觀察過程，同時(shí)結(jié)果更為的精準(zhǔn)[10]。符合素質(zhì)化教育倡導(dǎo)下的教學(xué)模式。

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1）充分明確這樣的方式最終選取滴定終點(diǎn)的原理；2）熟練掌握滴定檢測(cè)的儀器在測(cè)評(píng)相關(guān)參數(shù)的使用方式；3）可以實(shí)際操控ZD-2型的儀器。

1.2 試劑與儀器

1.2.1 儀器

ZD-2型自動(dòng)電位滴定儀；B-10型攪拌器；復(fù)合pH電極；攪拌磁子；洗瓶；濾紙；萬分之一天平；250 mL燒杯；500 mL容量瓶；100 mL容量瓶；堿式滴定管；錐形瓶；試劑瓶；100 mL量筒；10 mL量筒；25 mL移液管。

1.2.2 試劑

氫氧化鈉（NaOH，分析純，沈陽市華東試劑廠）；37%甲醛溶液(分析純，沈陽市華東試劑廠)；鄰苯二甲酸氫鉀（KHP，分析純，沈陽市華東試劑廠）；市售醬油（海天老抽王，廣東佛山）；蒸餾水；pH=4.00標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液；pH=6.86標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液；pH=9.18標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液；酚酞指示劑。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

在發(fā)酵過程中，醬油中的蛋白質(zhì)經(jīng)霉菌體內(nèi)蛋白酶的作用，最終分解產(chǎn)生多種氨基酸。與蛋白質(zhì)不同的是其含氮量可以直接測(cè)定，故稱氨基酸態(tài)氮[11]?！夺勗灬u油GB/18186-2000》中指出氨基酸態(tài)氮含量的檢測(cè)方法通常采用甲醛值法，主要的原理的是氨基酸自身具備的兩個(gè)形態(tài)。在氨基酸的構(gòu)成中不僅有顯示酸性的羥基同時(shí)也有堿性的氨基基團(tuán)，基于兩個(gè)基團(tuán)的聯(lián)系讓氨基酸成為中性鹽。如果在氨基酸中增添甲醛就是將原本的堿性被隱藏，單純由羥基作用，對(duì)外顯酸性，這樣就可以通過氫氧化鈉試劑對(duì)其中的羥基基團(tuán)進(jìn)行滴定檢測(cè)，通過酸式指示劑來找出滴定的終點(diǎn)，有效的檢測(cè)出態(tài)氮含量[12]。在滴定過程溶液中會(huì)存在游離氫離子，其如果和標(biāo)準(zhǔn)試劑反應(yīng)完全后，溶液的pH值在7.0，也就是俗稱的有效酸度；當(dāng)pH值達(dá)到8.2，也就是總酸值，指的是溶液之中刨去有效酸度之外的成分與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際完全反應(yīng)；當(dāng)溶液之中的氨基酸羥基基團(tuán)和標(biāo)準(zhǔn)溶液完全反應(yīng)，則會(huì)將pH值拉升到9.2。反應(yīng)方程式為：

式中：

x—在試樣之中100mL所對(duì)應(yīng)的態(tài)氮含量，g/100 mL

c—標(biāo)準(zhǔn)試劑，氫氧化鈉的濃度，mol/L

V樣—樣品實(shí)際的體積，mL

V0—達(dá)到滴定的臨界值，也就是pH數(shù)值變?yōu)?.2時(shí)，稀釋整個(gè)過程中使用的標(biāo)準(zhǔn)試劑的體積mL

V1—試樣經(jīng)過稀釋之后添加甲醛的反應(yīng)結(jié)點(diǎn)，也就是pH值達(dá)到9.2時(shí)，耗去的標(biāo)準(zhǔn)試劑的體積，mL

V2—空白實(shí)驗(yàn)中添加甲醛的反應(yīng)結(jié)點(diǎn)，pH值達(dá)到9.2時(shí)，耗去的標(biāo)準(zhǔn)試劑的體積，mL

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1.4.1 NaOH溶液配制及標(biāo)定

1）首先將達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的燒杯放置在臺(tái)秤上，對(duì)應(yīng)稱量1.0 g的氫氧化鈉固體，并向其添加100 mL蒸餾水，使用玻璃棒充分?jǐn)嚢杈鶆颍裙腆w溶解后移至500 mL試劑瓶中，使用蒸餾水多次清潔燒杯，將沖洗過程的液體也倒入試劑瓶中，通過添加蒸餾水將總體積上升至500 mL，蓋上試劑瓶塞，充分搖動(dòng)，貼簽備用。

2）使用天平精確地稱量KHP，將稱取出的4.3 g物質(zhì)放入250 mL燒杯，添加蒸餾水100 mL，加熱并充分?jǐn)嚢柚敝寥芙?，靜置冷卻到室溫，使用玻璃棒引流到500 mL容量瓶，加入蒸餾水充分稀釋，達(dá)到刻度為止，搖晃均勻。

3）在錐形瓶中加入25.0 mL的KHP溶液，此過程使用移液管完成，并在其中滴入1～2滴酚酞指示劑，然后采用氫氧化鈉開始滴定過程，直到溶液表現(xiàn)出微紅色，并且0.5min色度未褪去，即可視為終點(diǎn)。

4）達(dá)到終點(diǎn)后，利用整個(gè)過程所耗去的氫氧化鈉溶液的體積標(biāo)定出標(biāo)準(zhǔn)特濃度。

1.4.2 總酸及氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定

1）校正儀器：接通電源，將ZD-2型自動(dòng)電位滴定儀器連接好，用兩點(diǎn)法pH=6.86和pH=4.00或9.18標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液校準(zhǔn)pH計(jì)。

2）處理醬油樣品：首先選定醬油試樣，利用移液管精準(zhǔn)的將5.0 mL試樣轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶之中，通過添加蒸餾水達(dá)到相應(yīng)刻度，搖動(dòng)均勻，向250 mL燒杯轉(zhuǎn)入20.0 mL試樣，并且加入60 mL純水，使用電磁攪拌器來開始滴定過程，最終當(dāng)pH值達(dá)到8.2時(shí)，記錄此時(shí)共耗去的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液的體積，最終完成總酸的檢測(cè)。

3）氨基酸的滴定：將中性37%甲醛溶液向上述溶液中添加10 mL，通過玻璃棒使其混合均勻，繼續(xù)利用標(biāo)準(zhǔn)液滴定到pH達(dá)9.2，記錄所用的體積。

4）試劑空白實(shí)驗(yàn)：使用量筒精確的將80 mL蒸餾水加入到250mL達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的燒杯之中，使用標(biāo)準(zhǔn)液再次滴定，當(dāng)pH達(dá)到8.2，向其中添加等量等濃度的甲醛溶液，均勻混合后，繼續(xù)滴定pH到9.2，再次記錄耗用體積。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 溶液濃度的計(jì)算

平行標(biāo)定NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液三次，結(jié)果見表1。由表1可計(jì)算出：NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為0.0463mol/L，相對(duì)平均偏差為0.003%（＜0.2%）結(jié)果準(zhǔn)確。

表1 NaOH溶液的標(biāo)定

2.2 總酸含量的測(cè)定

用0.046 3 mol·L-1NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)醬油的稀釋液進(jìn)行三次平行滴定，結(jié)果見表2。我國(guó)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定醬油的總酸度為每100 mL醬油不得超過2.5 g，從表2中看出：總酸含量為0.6249 g/100 mL（＜2.5 g/100 mL），說明市售醬油符合國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

表2 總酸含量的測(cè)定

2.3 氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定

用0.0463 mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)醬油稀釋液平行滴定三次，結(jié)果見表3。我國(guó)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定醬油的氨基酸態(tài)氮含量為每100 mL醬油不得低于0.4 g，從表3中看出：氨基酸態(tài)氮的含量為0.57 g/100 mL（＞0.4 g/100 mL），說明此市售醬油符合國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

表3 氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定

3 結(jié)論

在傳統(tǒng)化學(xué)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)部分，一般都是由教師口述或觀看多媒體演示實(shí)驗(yàn)視頻，內(nèi)容抽象，偏離生活實(shí)際，學(xué)生難以理解其實(shí)驗(yàn)的原理和結(jié)論，不能將理論與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合。并且教學(xué)過程比較枯燥乏味，使學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣不高，不利于培養(yǎng)學(xué)生的思考創(chuàng)新精神與動(dòng)手實(shí)踐能力。然而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有采集數(shù)據(jù)智能化、定量研究便捷化、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀化、實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新化等特點(diǎn)。采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，使用精確的電位滴定儀器來評(píng)測(cè)相關(guān)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)不僅操作便捷，現(xiàn)象直觀，而且易于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并總結(jié)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)學(xué)生探究能力的提升及化學(xué)素養(yǎng)的提高。