豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性研究

王中

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南湘潭411103）

豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性研究

王中

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南湘潭411103）

為了研究豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性；采用動(dòng)態(tài)法測(cè)定豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度，并采用Appellant模型對(duì)豆甾醇溶解度與溫度的關(guān)系進(jìn)行擬合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，當(dāng)二元溶劑中的甲苯體積分?jǐn)?shù)相同時(shí)，豆甾醇的溶解度隨著溫度的升高而增加；在溫度相同時(shí)，隨著甲苯-乙醇二元溶劑中的甲苯體積分?jǐn)?shù)的增加，豆甾醇的溶解度呈先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)甲苯-乙醇二元溶劑中的甲苯體積分?jǐn)?shù)為0.8時(shí)，豆甾醇的溶解度最大。采用Appellant模型對(duì)豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度進(jìn)行擬合，標(biāo)準(zhǔn)偏差小，精度高。

豆甾醇；甲苯-乙醇；溶解度

豆甾醇，是一種經(jīng)過(guò)物理提純而得，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、生理活性強(qiáng)等特點(diǎn)的物質(zhì)。它在醫(yī)藥、化妝品、動(dòng)物生長(zhǎng)劑及紙張加工、印刷、紡織、食品等領(lǐng)域有著廣泛用途。本文通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)驗(yàn)證豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解特性[1-7]。

1 材料與方法

1.1 藥品

豆甾醇（純度＞95％）：西安藍(lán)天生物工程有限責(zé)任公司；乙醇（AR）、甲苯（AR）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器

溫度計(jì)，移液管，球形冷凝管，玻璃夾套結(jié)晶器（華中科技大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院自制儀器），磁力加熱攪拌器：常州國(guó)華電器有限公司；T33A電子天平：上海天平儀器廠；DCW3510型低溫恒溫槽：上海比朗儀器有限公司。

1.3 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度的測(cè)定

豆甾醇在溶劑中的溶解特性，是采用溶劑結(jié)晶法分離提純混合物的熱力學(xué)基礎(chǔ)。目前測(cè)量溶解度的方法很多，歸納起來(lái)大體上可以分成動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法兩種[8-9]。靜態(tài)法是指在恒定的溫度、壓力和溶質(zhì)過(guò)量的條件下，攪拌較長(zhǎng)一段時(shí)間使體系趨于溶解平衡，靜置一段時(shí)間后，通過(guò)分析清液中的溶質(zhì)濃度或測(cè)定未溶固體的量等方法來(lái)確定研究體系在設(shè)定條件下的溶解度。動(dòng)態(tài)法通常是通過(guò)緩慢改變體系的溫度或組成等條件，測(cè)定發(fā)生相變時(shí)物性的變化來(lái)確定溶解度。比較常用的動(dòng)態(tài)法包括目測(cè)法、熱量法、激光法等[10-13]。

動(dòng)態(tài)法測(cè)量溶解度相對(duì)于靜態(tài)法來(lái)說(shuō)具有測(cè)定效率較高、樣品耗量少且不需要建立專門的分析平衡組成的方法等優(yōu)點(diǎn)，因此，本文采用動(dòng)態(tài)法測(cè)定了豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。該裝置是由玻璃夾套結(jié)晶器、控溫系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)組成。夾套結(jié)晶器與控溫系統(tǒng)一起保證設(shè)定溫度的恒定，攪拌系統(tǒng)為電磁攪拌，轉(zhuǎn)速可調(diào)，以保證固液兩相之間盡快達(dá)到平衡。

圖1 溶解度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental device for solubility measurement

設(shè)定恒溫水浴的溫度為實(shí)驗(yàn)溫度，向結(jié)晶器夾套內(nèi)通入循環(huán)水，再稱取一定量的豆甾醇加入結(jié)晶器中，然后用移液管按照二元溶劑的配比移取一定量溶劑加入體系中。開(kāi)啟磁力攪拌保證有部分豆甾醇沒(méi)有溶解，然后調(diào)節(jié)超級(jí)恒溫水浴的溫度，觀察豆甾醇在溶劑中的溶解情況，記錄下豆甾醇完全溶解時(shí)的溫度。根據(jù)已知的豆甾醇質(zhì)量和溶劑的體積，即能計(jì)算出某溫度時(shí)在一定配比溶劑中豆甾醇的摩爾溶解度。再稱取一定量的豆甾醇溶解于剛才所得的溶液中，繼續(xù)觀察豆甾醇的溶解情況，記錄下豆甾醇完全溶解時(shí)的溫度。如此反復(fù)，便能測(cè)出實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑體系中的溶解度，重復(fù)進(jìn)行3次同樣的測(cè)定，以驗(yàn)證其準(zhǔn)確性[14-16]。

1.4 豆甾醇摩爾溶解度的計(jì)算

通過(guò)動(dòng)態(tài)法測(cè)定一定溫度下豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解的質(zhì)量，再根據(jù)公式（1）計(jì)算出豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的摩爾溶解度，公式如下：

式中：mi為溶解溫度下豆甾醇溶解的質(zhì)量，g；Mi為豆甾醇的相對(duì)分子質(zhì)量；ρs1和ρs2為溶解溫度下二元溶劑中的兩種純?nèi)軇┑拿芏?，（g/mL）；Vs1和Vs2為兩種純?nèi)軇┑捏w積，mL；Ms1和Ms2為兩種純?nèi)軇┑南鄬?duì)分子質(zhì)量。

2 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度及關(guān)聯(lián)

采用動(dòng)態(tài)法測(cè)定豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度Table1 The solubility of stigmasterol in toluene-ethanol solvent with different concentrations of toluene

從表1可以看出，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，在組成相同的甲苯-乙醇二元溶劑中，豆甾醇溶解度隨著溫度的升高而增加；隨著二元溶劑中的甲苯體積分?jǐn)?shù)的增加，豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度呈先增加后減小的趨勢(shì)。在甲苯體積分?jǐn)?shù)為0.8時(shí)，豆甾醇在二元溶劑中的溶解度最大。

二元溶劑中常用的溶解度-溫度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系是Apelblat理想溶液模型，其公式2：

式中：x為豆甾醇的摩爾溶解度；T為溶解溫度，K；A、B、C為擬合方程的參數(shù)。該理想溶液模型是依據(jù)熱力學(xué)平衡推出的普適模型，是在假設(shè)溶質(zhì)分子和溶劑分子相互之間作用力的前提下由Clausius-Clapeyron方程推導(dǎo)的[15-16]。

本文采用該模型對(duì)豆甾醇在甲苯-甲醇二元溶劑中的溶解度-溫度關(guān)系進(jìn)行擬合。標(biāo)準(zhǔn)偏差s d的定義如公式3：

式中：N為實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的點(diǎn)數(shù)；m為擬合方程中待定參數(shù)的個(gè)數(shù)為通過(guò)式（3）計(jì)算的摩爾溶解度；為實(shí)驗(yàn)得到摩爾溶解度值。

采用Apelbalt模型對(duì)豆甾醇在不同甲苯含量甲苯-甲醇二元溶劑中的溶解度-溫度關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再根據(jù)公式（3）計(jì)算得到不同溫度時(shí)豆甾醇在甲苯-乙醇中溶解度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)圖2～圖8及表2。

由圖2～圖8和表2可以看出，采用Apelbalt模型對(duì)豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度回歸擬合得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差s d較小，說(shuō)明采用該模型關(guān)聯(lián)豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的精度較高。

圖2 豆甾醇在乙醇中的溶解度與溫度的關(guān)系Fig.2 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in ethanol solvent

圖3 豆甾醇在v為0.2的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關(guān)系Fig.3 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.2

圖4 豆甾醇在v為0.4的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關(guān)系Fig.4 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.4

圖5 豆甾醇在v為0.6的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關(guān)系Fig.5 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.6

3 結(jié)論

1）在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，在甲苯-乙醇二元溶劑中，豆甾醇的溶解度是隨著溫度的升高而增加。

2）在相同溫度下，豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度隨著溶劑中甲苯含量的增加均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)甲苯體積分?jǐn)?shù)為0.8時(shí)，豆甾醇在二元溶劑中的溶解度最大。

圖6 豆甾醇在v為0.8的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關(guān)系Fig.6 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.8

圖7 豆甾醇在v為0.9的甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度與溫度的關(guān)系Fig.7 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.9

圖8 豆甾醇在甲苯中的溶解度與溫度的關(guān)系Fig.8 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene solvent

3）采用Apelbalt模型分別擬合豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中的溶解度-溫度的關(guān)系，擬合后的標(biāo)準(zhǔn)偏差s d較小，說(shuō)明采用該模型關(guān)聯(lián)豆甾醇和二元溶劑中溶解度與溫度關(guān)系的精度較高。

表2 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶劑中溶解度-溫度擬合結(jié)果Table2 Stigmasterol in toluene-ethanol binary solvent solubility -temperature fitting results

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A Study of Dissolution Characteristics of Stigmasterol in Toluene-Ethanol Solvent

WANG Zhong
（Hunan Urban Construction College，Xiangtan 411103，Hunan，China）

To study the dissolution characteristics of stigmasterol in toluene-ethanol solvent，the dynamic method was adopted to measure the solubility of stigmasterol in toluene-ethanol solvent，and the Appellant model was used to fit the relationship between the solubility of stigmasterol and temperature.The experimental results showed that，within the range of test temperature，the solubility of stigmasterol increases with the rise of temperature when the volume fraction of toluene remains the same；the solubility of stigmasterol increases first and then decreases subsequently with the increase of the volume fraction of toluene when the temperature remains the same.When the volume fraction of toluene of the toluene-ethanol solvent was equal to 0.8，the solubility of stigmasterol reached the peak level.The Appellant model can achieve a small standard deviation and high precision for fitting the relationship between the solubility of stigmasterol and temperature.

stigmasterol；toluene-ethanol；solubility

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.04.006

2012-10-18

2008年湖北省教育廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目（基金編號(hào)：2008A23）

王中（1983—），男（漢），工程師，碩士，從事食品安全檢測(cè)方面的研究。