EDTA法測(cè)定牛奶中鈣含量及條件探討*

李 云

(包頭師范學(xué)院 化學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

鈣是人體內(nèi)最重要的、含量最多的礦物元素，約占體重的2%。它廣泛分布于全身各組織器官中，其中約99%分布于骨骼和牙齒中，構(gòu)成骨鹽并維持它們的正常生理功能。鈣也與身體健康息息相關(guān)，鈣除成骨以支撐身體外，還參與人體的代謝活動(dòng)。約1%的鈣分布在體液(即肌肉的軟組織和細(xì)胞的外液)中，它是細(xì)胞的主要陽(yáng)離子，還是人體最活躍的元素之一，其含量雖少，卻對(duì)體內(nèi)的生理和生化反應(yīng)起著重要的調(diào)節(jié)作用。缺鈣可導(dǎo)致兒童佝僂病、青少年發(fā)育遲緩、孕婦高血壓、老年人骨質(zhì)疏松癥等。目前，我國(guó)居民攝入鈣量嚴(yán)重不足，尤其是兒童、青少年和老年人缺鈣比例比較高[1]。鈣含量的測(cè)定通常采用火焰原子吸收光譜法[2]，EDTA滴定法[3]，高錳酸鉀滴定法[4]。EDTA滴定法所用儀器普通易得、成本低廉、分析時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、條件要求不高[5]，且EDTA與金屬離子配位反應(yīng)具有廣泛性，生成的配合物穩(wěn)定、顏色明顯，易判斷滴定終點(diǎn)，并且是1:1配位，沒(méi)有分級(jí)現(xiàn)象[6]。下面將以EDTA滴定法測(cè)定牛奶中鈣含量為例，結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中的一些問(wèn)題，將該方法的原理、方法及注意事項(xiàng)等進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。

1 測(cè)定牛奶中鈣含量的不同條件

1.1 幾種不同的測(cè)定條件

查閱文獻(xiàn)得知，蒸發(fā)牛奶普遍使用酒精燈加熱，過(guò)濾牛奶鈣沉淀物普遍使用定量濾紙過(guò)濾[7]，但酒精燈溫度不可控，濾紙過(guò)濾法步驟繁瑣且濾紙消耗量較大，可能并不合適，實(shí)驗(yàn)中將加以探討。此外，查閱文獻(xiàn)得知，馬弗爐灰化溫度為 550-600℃，灰化時(shí)間為1-2h[7]，此條件是否為最佳條件實(shí)驗(yàn)中也將加以探討。實(shí)驗(yàn)中針對(duì)牛奶鈣沉淀物的過(guò)濾方法可選擇定量濾紙過(guò)濾和離心機(jī)分離倒掉清液保留沉淀2種，實(shí)驗(yàn)中也將加以探討。另外，本次實(shí)驗(yàn)還將進(jìn)行指示劑加入量、三乙醇胺加入量、溶液PH值等其他測(cè)定條件的探討。通過(guò)以上各項(xiàng)條件探討，從而找出最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。

1.2 EDTA滴定法的選擇依據(jù)

EDTA滴定法所用儀器普通易得、成本低廉、分析時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、條件要求不高[5]，且EDTA與金屬離子配位反應(yīng)具有廣泛性，生成的配合物穩(wěn)定、顏色明顯，易判斷滴定終點(diǎn)，并且是1:1配位，沒(méi)有分級(jí)現(xiàn)象[6]。故通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定EDTA滴定法測(cè)定小麗花牛奶中的鈣含量的最佳測(cè)試條件。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

EDTA與金屬離子配位反應(yīng)具有廣泛性，生成的配合物穩(wěn)定、顏色明顯，易判斷滴定終點(diǎn)，并且是1:1配位，沒(méi)有分級(jí)現(xiàn)象[6-7]。

本實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)PH=9-10[9]，滴定前向樣品中加入指示劑鉻藍(lán)黑R，它先與Ca2+反應(yīng)生成紅色絡(luò)合物，反應(yīng)式為:

Ca2++In2-→CaIn(紅色)

當(dāng)在樣品中滴入EDTA溶液時(shí)，EDTA首先與溶液中未絡(luò)合的Ca2+反應(yīng)生成無(wú)色絡(luò)合物，其反應(yīng)式為：

Ca2++Y2-→CaY(無(wú)色)。

因?yàn)镃a2+與指示劑形成的絡(luò)合物不如與EDTA形成的絡(luò)合物穩(wěn)定，所以過(guò)量的EDTA滴定液便能奪取紅色絡(luò)合物CaIn中的Ca2+，從而使鉻藍(lán)黑R還原為原來(lái)的形態(tài)，于是溶液由紅色又變?yōu)樗{(lán)色，即達(dá)到終點(diǎn)。其反應(yīng)式為：

CaIn+Y2-→CaY+In2-

其中In2-代表指示劑，Y2-代表EDTA。

2.2 實(shí)驗(yàn)用品

分析天平、馬弗爐、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、PH儀、堿式滴定管、濃鹽酸、濃氨水、三乙醇胺、鋅粉、乙二胺四乙酸二鈉、鉻藍(lán)黑R(鈣試劑)、六亞甲基四胺、草酸銨、二甲酚橙、氫氧化鈉

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

分析中，除另有說(shuō)明，均限用分析純?cè)噭┖驼麴s水，EDTA由EDTA二鈉代替。先預(yù)熱馬弗爐至580℃。

2.3.1溶液的配制

(1)2mol/L HCL溶液：取41.67ml濃鹽酸于250ml容量瓶中，潤(rùn)洗量筒3-4次，洗液轉(zhuǎn)移到容量瓶中，之后定容，搖勻

(2)2mol/LNH3·H2O溶液：取33.33ml濃氨水于250ml容量瓶中，潤(rùn)洗量筒3-4次，洗液轉(zhuǎn)移到容量瓶中，之后定容，搖勻

(3)1:1HCl溶液：5ml蒸餾水與5ml濃鹽酸配制而成

(4)鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液：分析天平稱(chēng)取鋅粉0.1668g于100ml燒杯中，加入10ml 1:1HCL溶液，迅速蓋上表面皿。待鋅粉完全溶解后，沖洗表面皿和燒杯2-3次，洗液轉(zhuǎn)入250ml容量瓶中，之后定容至刻度線(xiàn)，搖勻

(5)20%六亞甲基四胺溶液：稱(chēng)取20g六亞甲基四胺固體粉末于100ml燒杯中，加入50ml水微熱溶解，轉(zhuǎn)入100ml容量瓶中，洗滌燒杯內(nèi)壁2-3次，洗液也轉(zhuǎn)移入容量瓶，之后定容至刻度線(xiàn)，搖勻

(6)0.2%二甲酚橙溶液：稱(chēng)取0.4998g二甲酚橙粉末于100ml燒杯中，加入50ml蒸餾水?dāng)嚢枞芙?，轉(zhuǎn)移到棕色瓶中，再用50ml蒸餾水洗滌燒杯2-3次，洗液也轉(zhuǎn)入棕色瓶中，加蓋，搖勻

(7)鉻藍(lán)黑R(鈣試劑)溶液(現(xiàn)配現(xiàn)用)：稱(chēng)取0.1004g鉻藍(lán)黑R粉末于50ml燒杯中，加入5ml濃氨水，再加入10ml無(wú)水乙醇，攪拌后轉(zhuǎn)入棕色瓶中，再用10ml無(wú)水乙醇洗滌燒杯，洗液也轉(zhuǎn)入棕色瓶中，加蓋，搖勻

(8)草酸銨溶液：稱(chēng)取5g草酸銨固體于100ml燒杯中，加入100ml蒸餾水微熱溶解，轉(zhuǎn)移到玻璃瓶中

(9)EDTA二鈉溶液：稱(chēng)取3.7232gEDTA二鈉固體粉末于100ml燒杯中，攪拌溶解，之后轉(zhuǎn)移到500ml容量瓶中，洗滌燒杯2-3次，洗液也轉(zhuǎn)移到容量瓶中，定容，搖勻

2.3.2牛奶的蒸發(fā)

此步比較耗費(fèi)時(shí)間故應(yīng)先進(jìn)行此步，操作此步等待時(shí)可進(jìn)行其他步驟。取2個(gè)干燥的250ml燒杯，編號(hào)后分別稱(chēng)重。將牛奶分別倒入100ml于燒杯中，再分別稱(chēng)重。將2個(gè)燒杯分別置于可調(diào)式電爐上蒸發(fā)至粘稠狀，冷卻后稱(chēng)重。將2個(gè)燒杯中部分樣品取出分別包于8張濾紙中，放于坩堝中并編號(hào)，每次取樣后稱(chēng)重?zé)?若使用玻璃棒取樣，第一次取樣前應(yīng)再稱(chēng)量一次包含玻璃棒重量的燒杯重量)。將8個(gè)樣品連同坩堝一起放于干燥箱中干燥0.5-1h。干燥后將8個(gè)樣品連同坩堝放于可調(diào)式電爐上在通風(fēng)櫥中小火碳化至無(wú)煙。將8個(gè)樣品連同坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中550-600℃灰化2-3h，灼燒為固體粉末

2.3.3 EDTA的滴定

用EDTA二鈉溶液潤(rùn)洗堿式滴定管2-3次，將EDTA二鈉溶液加入滴定管中，記下讀數(shù)。用鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗移液管2-3次，平行移取25.00ml鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液3次于3個(gè)錐形瓶中，并分別加入1-2滴二甲酚橙溶液。分別向3個(gè)錐形瓶中滴加20%六亞甲基四胺溶液至穩(wěn)定的紫紅色后，再多滴加5ml(或調(diào)節(jié)PH=5-6)[8]。用EDTA二鈉溶液滴定至溶液由紫紅變?yōu)榱咙S即為滴定終點(diǎn)，記下讀數(shù)

2.3.4牛奶的滴定

將8份樣品轉(zhuǎn)移到8個(gè)燒杯中，用2mol/L HCL溶液和蒸餾水洗滌坩堝3-4次，洗液也轉(zhuǎn)入燒杯中。向8個(gè)燒杯中加入2mol/L的鹽酸溶液，使樣品完全溶解，之后調(diào)節(jié)PH≈4。向8個(gè)燒杯中加入過(guò)量草酸銨溶液，約10ml，充分?jǐn)嚢韬筮^(guò)濾(此處為條件探討，用離心機(jī)分離3份樣品作為對(duì)比)。用2mol/L的鹽酸溶液分別洗滌漏斗中的沉淀及濾紙4-6次(此處為條件探討，與之前用離心機(jī)分離3份樣品同步，用2mol/L HCL溶液和蒸餾水洗滌離心管4-6次)，并將洗液分別轉(zhuǎn)入8個(gè)250ml錐形瓶中，加入適量的水，分別滴加2mol/L氨水溶液，調(diào)節(jié)PH=9-10。分別向8個(gè)錐形瓶中滴加4-5滴鉻藍(lán)黑R溶液，分別用EDTA二鈉溶液滴定至溶液由紅色變?yōu)樗{(lán)色即為終點(diǎn)

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、處理及計(jì)算公式

表1：EDTA濃度的標(biāo)定

表2:小麗花牛奶中的鈣含量(過(guò)濾的)

表3:小麗花牛奶中的鈣含量(離心的)

平均偏差:

4 實(shí)驗(yàn)條件探索及討論

4.1 蒸發(fā)牛奶的加熱方式

由實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，使用酒精燈蒸發(fā)牛奶全程耗費(fèi)工業(yè)酒精較多，且牛奶蒸發(fā)到后期時(shí)易引起牛奶濺出導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗甚至引起燙傷，原因是酒精燈溫度不可控且攪拌不及時(shí)導(dǎo)致熱量積聚過(guò)多。蒸發(fā)牛奶時(shí)不宜使用酒精燈，應(yīng)使用可調(diào)式電爐，在牛奶蒸發(fā)后期時(shí)調(diào)低溫度且應(yīng)該使用較大的燒杯并不斷攪拌，這樣可以更快的散發(fā)牛奶中積聚的熱量，防止牛奶濺出。

4.2 樣品的灰化條件

由實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，灰化時(shí)間為1小時(shí)、灰化溫度為550℃時(shí)，樣品灰化不完全，有黑色結(jié)塊產(chǎn)生，測(cè)定結(jié)果偏低；灰化時(shí)間為3小時(shí)、灰化溫度為580℃時(shí)，樣品灰化完全，無(wú)黑色結(jié)塊產(chǎn)生，測(cè)定結(jié)果較好；灰化時(shí)間為3小時(shí)、灰化溫度為780℃時(shí)，樣品灰化完全，無(wú)黑色結(jié)塊產(chǎn)生，測(cè)定結(jié)果嚴(yán)重偏低；灰化時(shí)間為3小時(shí)、灰化溫度為980℃時(shí)，樣品灰化完全，無(wú)黑色結(jié)塊產(chǎn)生，幾乎測(cè)不到鈣含量。故灰化時(shí)間為3小時(shí)、灰化溫度為580℃為最佳灰化條件，低于此條件會(huì)造成有機(jī)物灰化不完全形成黑色結(jié)塊[9]，影響過(guò)濾和測(cè)定結(jié)果；高于此條件含鈣成分會(huì)丟失，造成測(cè)定值偏低甚至無(wú)法測(cè)出鈣含量(過(guò)高的灰化溫度會(huì)導(dǎo)致鈣元素蒸發(fā)或升華)[10]。

4.3 牛奶鈣沉淀物的過(guò)濾方式

由表2、表3可看出，使用離心機(jī)分離含鈣沉淀比使用濾紙過(guò)濾含鈣沉淀所得的鈣含量要高，原因是濾紙過(guò)濾操作步驟較繁瑣，每步均損失一定量的鈣成分，導(dǎo)致最后總體鈣含量較低。另外，過(guò)濾時(shí)濾紙的消耗量較大，并不節(jié)能環(huán)保。

4.4 溶液PH值的影響

由實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，在酸性環(huán)境下無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定樣品溶液中的鈣含量，只有在PH=9左右的弱堿性環(huán)境下才可準(zhǔn)確測(cè)定。經(jīng)查閱文獻(xiàn)得知，只有在PH=9～10的弱堿性環(huán)境下，指示劑鉻藍(lán)黑R才可變色[5-6]。

4.5 三乙醇胺加入量的影響

作為掩蔽劑的三乙醇胺在實(shí)驗(yàn)中起到掩蔽鐵、鋁離子，從而提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性的作用[4-5]。由實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，在三乙醇胺的加入量分別為1滴、3滴、5滴、7滴、10滴時(shí)對(duì)最后樣品溶液中鈣含量的測(cè)定結(jié)果有明顯影響，但值得注意的是，三乙醇胺需要在調(diào)節(jié)PH值之前也就是酸性環(huán)境下加入，否則將無(wú)法起到掩蔽鐵、鋁離子的作用[5]。

4.6 指示劑加入量的影響

由實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，鉻藍(lán)黑R作為滴定牛奶鈣沉淀物時(shí)的指示劑[7]，在加入1滴時(shí)，樣品溶液顏色過(guò)淡，變色時(shí)不易判斷；在加入2-3滴時(shí)，樣品溶液顏色較明顯，變色時(shí)易判斷；在加入4-6滴時(shí)，樣品溶液顏色過(guò)深，變色時(shí)不易判斷且變色臨界點(diǎn)明顯后移。故指示劑加入量應(yīng)為2-3滴為宜。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)條件方面：蒸發(fā)牛奶時(shí)使用較大的燒杯在可調(diào)式電爐上蒸發(fā)并不斷攪拌；馬弗爐灰化條件為580℃時(shí)灰化3小時(shí)；分離牛奶鈣沉淀物時(shí)使用離心機(jī)分離；樣品溶液PH值應(yīng)為9-10且應(yīng)在調(diào)節(jié)樣品溶液PH值之前加入三乙醇胺掩蔽鐵、鋁離子；指示劑鉻藍(lán)黑R只需加入2-3滴即可。以上實(shí)驗(yàn)條件即為本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)條件。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果方面：購(gòu)買(mǎi)的五袋小麗花牛奶中鈣平均含量為95.79mg/100g。

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