李文卓， 賈 旭， 楊德紅， 藺春蕾， 張艷麗

(中原工學院 材料與化工學院, 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定實驗是分析化學經(jīng)典的氧化還原滴定實驗，在高校化學、化工、醫(yī)藥、環(huán)境等理工類專業(yè)中被廣泛開設(shè)。該方法具有儀器操作簡單，樣品預處理簡易、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點，同時又可以使學生掌握碘量法測定的原理和方法步驟，提高實驗技能[1]。然而，在配制碘溶液時，在研磨碘和碘化鉀的混合物的過程中，碘的揮發(fā)量較大，很容易造成實驗室污染，影響師生健康；另外，用該方法測量維生素C制劑和果蔬中Vc含量時，消耗的碘和碘化鉀的量過大，增加了實驗成本和含碘廢液的排放量。為了解決以上問題，筆者改進了碘標準溶液的配制方法，考查了不同濃度的碘標準溶液對測定Vc含量的影響。

1 實驗

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)級純)固體、KI固體、Na2S2O3標準溶液(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。

以上試劑如無特殊說明均為天津市科密歐化學試劑有限公司的分析純試劑。玻璃儀器均為洛陽北方玻璃廠出產(chǎn)。實驗用水為新制備的蒸餾水。

1.2 碘標準溶液配制方法的改進

1.2.1 配制方法

常規(guī)的碘標準溶液配制方法：將固體I2、KI和H2O混合(見表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，研磨過程中，體系敞開，碘的揮發(fā)量較大，造成實驗室環(huán)境污染。另外，由于I2在KI溶液中的溶解速率慢，也會造成I2的揮發(fā)，同樣污染實驗室環(huán)境。

(1)

反應(1)表明，使用強堿性物質(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(2)的反應速率較快，生成的I2如果不能及時和試樣反應，必然會以固體I2的形態(tài)析出并揮發(fā)，嚴重影響滴定的準確度。為了解決這一問題，需要在配制下列碘液時加入一定量的KI,從而發(fā)生反應(3)

(3)

由此得知，可以通過改變?nèi)芤旱乃釅A性來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)的碘標準溶液配制方法出現(xiàn)的問題。改進的I2標準溶液的配制方法見表1。表1中，碘液A為用常規(guī)的方法配制的I2標準溶液[3]，碘液B為用改進的方法配制的I2標準溶液。

表1 常規(guī)和改進的碘標準溶液配制方法對照表

1.2.2 改進的碘液配制方法的理論依據(jù)

表2 部分含碘物質(zhì)的標準電極電勢

(4)

從反應(1)和反應(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(2)生成的I2作為滴定劑進行滴定，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含量的標定

用250 mL干燥小燒杯準確稱取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標準溶液滴定至試液由淺黃色變?yōu)闇\藍色,30s內(nèi)不褪色即為終點[6]。平行標定5份。

1.4 碘標準溶液濃度的標定

用移液管移取25.00 mL 0.051 24 mol/L的Na2S2O3標準溶液于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滴定至試液呈淺藍色，30 s內(nèi)不褪色即為終點。平行標定6份，同時做空白實驗，計算碘溶液濃度。

1.5 碘標準溶液穩(wěn)定性測試

標準溶液在使用過程中的穩(wěn)定性對標定結(jié)果影響非常大。為此，我們采用As2O3基準試劑制備的Na3AsO3溶液對碘液A和B進行一系列標定，以考察其濃度隨時間的變化[7]并與標準溶液Na2S2O3標定碘液B結(jié)果作比較。

Na3AsO3基準溶液的制取方法為：準確稱取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，溫熱溶解，然后加2滴2 g/L酚酞指示劑，用6 mol/L HCl溶液中和至剛好無色，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基準溶液[3]。

測定時，準確移取25.00 mL Na3AsO3，加50 mL蒸餾水、5 g NaHCO3和3 mL淀粉指示劑，用配置好的碘標準溶液滴定到穩(wěn)定的藍色， 30 s內(nèi)不褪色即為終點。記錄消耗碘液的體積，同時做空白實驗。每隔30 min標定一次，時間跨度為240 min，碘液B標定8次，觀察標定出的碘溶濃度隨時間的變化。

1.6 Vc含量的測定

1.6.1 維生素C制劑中Vc含量的測定

準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的改進的碘標準溶液和0.049 85 mol/L 的I2標準溶液滴定至出現(xiàn)穩(wěn)定的淺藍色，記錄消耗I2溶液的體積。分別平行滴定3份，同時做空白實驗。維生素C片劑樣品中維生素C的含量按式(6)計算：

(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標準溶液的體積，mL；

cI2——I2標準溶液的濃度，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含量的測定

用濃度為0.025 03 mol/L改進的碘標準溶液滴定果蔬試樣液，滴定至試樣液由淺黃色變?yōu)闇\藍色且在30 s內(nèi)不褪色為終點。試樣液中Vc的含量按式(7)計算：

(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 碘標準溶液配制過程中碘的揮發(fā)量

表3為配制的碘液A和碘液B的標定結(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，在研磨溶解碘和碘化鉀的過程中，體系敞開，碘的溶解速率慢，固體碘漂浮在溶液表面上導致其升華所致。碘標準溶液配制過程碘的揮發(fā)量hI2(計算時VI2為500 mL，參照表1)按式(8)計算：

(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，采用改進后的碘標準溶液配制方法，可以使碘的揮發(fā)量減少到原來的16.9%。因而，用這種配制方法可以顯著減少碘揮發(fā)量，改善實驗室環(huán)境，降低對學生身體健康的傷害[8]。

表3 碘標準溶液標定結(jié)果

2.2 碘標準溶液的穩(wěn)定性

實驗“維生素片劑中Vc含量的測定”一般需要4 h，因此，要求配制的碘標準溶液在4 h內(nèi)保持穩(wěn)定。為此，每間隔30 min用Na3AsO3基準溶液標定一次改進的碘標準溶液，共標定8次。標定結(jié)果見表4。由表4可知，8次標定的碘溶液的濃度非常接近，平均值為0.025 05 mol/L，平均相對誤差為0.15%，相對標準偏差為0.62%，滿足分析化學定量分析的要求[9]，與Na2S2O3標定的碘溶液濃度(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，完全可以滿足實驗的要求。

表4 碘標準溶液穩(wěn)定性測試結(jié)果

2.3 碘標準溶液濃度的影響

分別用濃度為0.025 03 mol/L的改進碘標準溶液和教材所要求濃度為0.049 85 mol/L的碘標準溶液測定維生素片劑中Vc的含量[4]，結(jié)果見表5。用濃度為0.025 03 mol/L和0.049 85 mol/L的碘標準溶液標定得出的WVc1的平均值分別為83.04 mg/(100 mg)和83.05 mg/(100 mg)， Vc的含量無顯著差異，也與樣品實際值相符合，達到了實驗教學目的。由于碘濃度減半，實驗所產(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”的理念[10]。

表5 碘標準溶液濃度的影響

2.4 碘標準液濃度對果蔬Vc的影響

用濃度為0.025 03 mol/L改進的碘標準溶液測定果蔬中的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)，相對偏差為0.1%，滿足相對偏差小于±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含量的測定。

表6 果蔬試樣Vc含量的測定結(jié)果

3 結(jié)語

本文應用理論與實踐相結(jié)合思想，采用“減量、減液”思路，對“維生素C制劑及果蔬中Vc含量測定實驗”進行了改進。采用堿性條件下溶解固體碘，酸性條件下釋放碘的方法，對配制碘標準溶液的方法進行了改進。該方法可以使碘的揮發(fā)量減少到原來的16.9%，降低了I2標準溶液配制過程對實驗環(huán)境的污染。所配制的碘標準溶液在4h內(nèi)濃度保持穩(wěn)定，完全滿足Vc含量測定實驗的要求。改進后的實驗降低了實驗消耗，改善了實驗室環(huán)境，減輕了實驗室廢水回收處理的壓力，在獲得良好的實驗效果的同時培養(yǎng)了學生實驗綠色化意識。這是一次成功把化學理論、實踐教學、節(jié)能減排三者緊密結(jié)合探索與實踐。