基于傳感器技術(shù)的西地碘含片中碘分子含量測定

王幗君

摘要：針對教材中的海帶提碘實驗做了拓展和延伸，利用氧化還原電勢傳感器和滴數(shù)傳感器測定了西地碘含片中碘分子的含量，進一步加深學(xué)生對氧化還原反應(yīng)原理的認(rèn)識和理解，提高了學(xué)生的實驗?zāi)芰ΑＭ瑫r，該實驗巧妙將藥物含量測定和化學(xué)實驗相結(jié)合，拓寬了高中定量實驗的范圍和內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：西地碘含片;碘分子;硫代硫酸鈉;氧化還原電位;滴數(shù)傳感器;含量測定

文章編號：1008-0546（2020）01-0096-02 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.028

碘是人類發(fā)現(xiàn)的第二個人體必需的微量元素，它是甲狀腺素的重要成分，具有重要的生理功能。碘也是制造無機或有機碘化物的基本原料，在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、燃料、冶金、化工、食品、合成橡膠、國防及尖端技術(shù)等方面有廣泛用途。其中，碘在醫(yī)藥中的應(yīng)用與人們的生活最為密切。它可以用作消毒劑，如碘酒、碘仿;也可以用于防治地方性甲狀腺腫，如碘化鉀片;還可以用于抗心律失常，如乙胺碘呋酮片。而西地碘含片作為家庭必備用藥，在含化的過程中釋放出來的“活性碘分子”能直接清除咽喉部位的細(xì)菌、病毒、芽孢等致病微生物，起到快速殺菌消炎的作用，可以有效治療多種口腔咽喉類疾病。

基于碘和人體健康之間的密切聯(lián)系，上海高一化學(xué)教材中設(shè)置了“從海帶中提取碘”的實驗。教材中對該實驗的設(shè)計是一個定性實驗，沒有涉及碘含量的測定方法。本文以西地碘含片為實驗對象，利用傳感器技術(shù)設(shè)計了測定碘元素含量的實驗，作為對教材實驗的拓展和補充。

一、實驗原理

西地碘含片中主要成分為分子碘，制藥時按每片1.5毫克碘分子投料。取藥品適量，加入碘化鉀、水和稀醋酸溶液溶解。碘化鉀可以防止碘的揮發(fā)，增大碘在水中的溶解度;稀醋酸則為硫代硫酸鈉和碘反應(yīng)提供弱酸性環(huán)境;最后用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定處理好的樣品溶液。硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定碘分子的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，如公式1-1所示，同一種物質(zhì)的氧化態(tài)和還原態(tài)形成氧化還原電對，電對在溶液中會產(chǎn)生電極電勢，因此可以用“氧化還原電勢傳感器”來測定滴定過程中的電極電勢。用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定西地碘含片樣品溶液時，ORP電極測量的電勢將迅速下降，形成突躍。通過滴數(shù)傳感器可以得到反應(yīng)終點時消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，根據(jù)硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和體積，測得西地碘含片中碘分子的含量。

二、實驗儀器及試劑

1.實驗儀器

數(shù)據(jù)采集器（vernier）、滴數(shù)傳感器（vernier）、氧化還原電勢傳感器（vernier）、磁力攪拌器、電子天平、移液管、量筒、燒杯、研缽。

2.實驗試劑

西地碘含片（北京華素制藥股份有限公司，規(guī)格：1.5毫克/片）、碘化鉀（AR）、10%稀醋酸（AR）、硫代硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0.01026mol·L^-1（上海玻爾化學(xué)試劑有限公司定量分析標(biāo)準(zhǔn)溶液）、純水。

三、實驗操作步驟

1.滴數(shù)傳感器校準(zhǔn)

（1）連接滴數(shù)傳感器與數(shù)據(jù)采集器;

（2）在配套滴液器內(nèi)注入20mL純水，固定滴液器并將滴液器的滴頭對準(zhǔn)滴數(shù)傳感器的感應(yīng)區(qū)域;

（3）調(diào)節(jié)滴液速度;

（4）在滴數(shù)傳感器的感應(yīng)區(qū)域下方放置10mL量筒，要確保滴下的液體可以準(zhǔn)確滴入量筒中;

（5）點擊數(shù)據(jù)采集器的“校準(zhǔn)”按鈕，同時打開滴液器開關(guān);

（6）當(dāng)量筒內(nèi)液體接近9mL時，關(guān)閉滴液器開關(guān)，取出量筒準(zhǔn)確讀數(shù)，并在“校正值”框中輸入讀數(shù)。

2.待測樣品處理

（1）取西地碘含片20片，精密稱定，計算平均片重;

（2）在研缽中研細(xì)，稱取約相當(dāng)于碘10mg的樣品于200mL燒杯中，加碘化鉀0.5克、水150mL、10%稀醋酸10mL，攪拌使其溶解。

3.待測樣品中碘分子含量測定

（1）連接好數(shù)據(jù)采集器和氧化還原電勢傳感器;

（2）在滴液器中注入硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液;

（3）將裝有待測樣品的燒杯置于磁力攪拌器上，將氧化還原電勢傳感器插入樣品溶液中;

（4）打開磁力攪拌器開關(guān)，點擊數(shù)據(jù)采集器的“采集”按鈕;

（5）打開滴液器開關(guān)，讓硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液逐滴滴入燒杯中，數(shù)據(jù)采集器自動記錄數(shù)據(jù);

（6）通過滴定終點時硫代硫酸鈉的消耗體積，計算得出待測樣品溶液中碘分子的含量，繼而可以算出每片西地碘含片中碘分子的含量。

4.實驗數(shù)據(jù)分析和處理

圖1和圖2為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定西地碘含片樣品溶液的電極電勢隨體積變化的滴定曲線。通過讀取數(shù)據(jù)可以得知，反應(yīng)溶液中初始的電勢值分別為360.4mV和365.6mV。隨著硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴入，電勢開始緩慢下降，當(dāng)硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入量達(dá)到5mL和7mL左右時，電勢迅速下降，此時曲線產(chǎn)生突躍，直到反應(yīng)結(jié)束，電勢又趨于平穩(wěn)，最終分別達(dá)到末電位191.9mV和210.9mV。

分別對數(shù)據(jù)進行擬合求導(dǎo)，得到如圖3和圖4所示的導(dǎo)數(shù)曲線，取導(dǎo)數(shù)的極值為滴定終點，即可得到滴定終點時所消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，通過計算，可以求出西地碘含片中碘分子的含量，如表1所示。

四、實驗結(jié)果討論

本實驗的樣品為北京華素制藥股份有限公司出品的西地碘含片，說明書上的標(biāo)示量為“每片含碘分子1.5毫克”。本實驗中測得西地碘含片中每片平均含量為1.28毫克，占標(biāo)示量的百分比為85.3%。根據(jù)《中國藥典》（2015年版）中的規(guī)定：本品含活性碘應(yīng)為標(biāo)示量的85.0%～115.0%，因此實驗數(shù)據(jù)有效。

五、實驗意義

本實驗應(yīng)用氧化還原電勢傳感器和滴數(shù)傳感器測定西地碘含片中碘分子含量，使氧化還原反應(yīng)由抽象變成直觀，加深了學(xué)生對化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)原理的理解和應(yīng)用。數(shù)字化實驗的介入，在滴定過程中通過測量電極電勢的變化來確定滴定終點，可以避免待測液本身的顏色干擾，甚至可以不用指示劑進行滴定操作，有效解決了學(xué)生在傳統(tǒng)滴定操作時的誤差問題;而化學(xué)實驗技術(shù)在藥物分析中的應(yīng)用又拓寬了學(xué)生的視野和知識面，為定量實驗開辟了新的途徑，作為高中化學(xué)教材實驗的拓展和補充具有積極意義。