甲醇含量測(cè)定條件的優(yōu)化

楊瀟，周唯

（合肥師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽合肥230601）

發(fā)酵過程往往伴有醇類的產(chǎn)生，如乙醇，同時(shí)也可能為甲醇。甲醇對(duì)人體傷害很大，口服8～36 h后可產(chǎn)生頭痛、頭暈、乏力等癥狀，甚至痙攣、昏迷、死亡等[1]。即使少量甲醇也能引起慢性中毒等[2-4]。因此，在研究發(fā)酵過程時(shí)，往往需要測(cè)定甲醇的含量。

甲醇的檢測(cè)方法有很多，比如分光光度法、色譜法等[5]。其中分光光度法測(cè)量準(zhǔn)確，然而，分光光度法在甲醇含量測(cè)定過程中易受如氧化時(shí)間等的影響而導(dǎo)致偏差。

基于此，我們通過改變顯色時(shí)間、氧化時(shí)間[6]和吸收波長，對(duì)以品紅-亞硫酸法[5]測(cè)定甲醇含量的分光光度法[7]進(jìn)行優(yōu)化，以提高該方法的靈敏度和準(zhǔn)確度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑（表1）

表1 實(shí)驗(yàn)試劑

1.1.2 儀器與設(shè)備（表2）

表2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）溶液的配制

高錳酸鉀—磷酸溶液：準(zhǔn)確稱取3 g高錳酸鉀，加入15 mL、85%磷酸溶液及70 mL水的混合液中，待高錳酸鉀充分溶解后用水定容至100 mL。

草酸—硫酸溶液：準(zhǔn)確稱取5 g無水草酸（H2C2O4），按照1∶1的比例溶于硫酸中，定容至100 mL。

品紅—亞硫酸溶液：稱取0.1 g堿性品紅，仔細(xì)研磨后加水（80℃）60 mL，邊加水邊研磨使其溶解，待其充分溶解后吸取上清液濾于100 mL容量瓶中，冷卻后加10 mL（10%）亞硫酸鈉溶液，1 mL鹽酸，定容至100 mL，放置過夜。

甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取1.000 g甲醇（相當(dāng)于1.27 mL）置于預(yù)先裝有少量蒸餾水的100 mL容量瓶中，定容至100 mL。此溶液甲醇濃度為10 g/L。

甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液：吸取10 mL甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液置于100 mL容量瓶中，定容。此溶液甲醇含量為1 g/L。

60%無甲醇無甲醛的乙醇：取300 mL無水乙醇，加高錳酸鉀少許，振搖后放置24 h，蒸餾，最初和最后的1／10蒸餾液棄去，收集中間的蒸餾部分即可。

10%亞硫酸鈉溶液：稱取10 g亞硫酸鈉固體，溶于90 mL的蒸餾水中。

（2）最佳波長的確定

取5份1 mL的甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液分別置于25 mL具塞比色管中，各加入0.5 mL 60%無甲醇無甲醛的乙醇。然后各加入蒸餾水至5 mL，混勻，各管依次加入2 mL高錳酸鉀—磷酸溶液，混勻，放置10 min。各管加入2 mL草酸-硫酸溶液，混勻后靜置，使溶液褪色，放置15 min。然后依次加入5 mL品紅亞硫酸溶液，混勻，于20℃靜置30 min。移取適量于比色皿中，然后分別在550 nm、570 nm、610 nm、630 nm、650 nm處測(cè)吸光度值，得出測(cè)定最佳吸收波長。

（3）最佳氧化時(shí)間的確定

取5份1 mL的甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液分別置于25 mL具塞比色管中，各加入0.5 mL 60%無甲醇無甲醛的乙醇。然后各加入蒸餾水至5 mL，混勻，各管依次加入2 mL高錳酸鉀—磷酸溶液，混勻，分別放置5 min、10 min、15 min、20 min、25 min后加入2mL草酸-硫酸溶液，混勻后靜置，使溶液褪色，放置15 min。然后依次加入5 mL品紅亞硫酸溶液，混勻，于20℃靜置30 min。在上述實(shí)驗(yàn)所得的波長處測(cè)吸光度值，得出最適宜的氧化時(shí)間。

（4）最佳顯色時(shí)間的確定

取5份1 mL的甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液分別置于25 mL具塞比色管中，各加入0.5 mL 60%無甲醇無甲醛的乙醇。然后各加入蒸餾水至5 mL，混勻，各管依次加入2 mL高錳酸鉀—磷酸溶液，混勻，放置時(shí)間由上述實(shí)驗(yàn)確定。各管加入2 mL草酸-硫酸溶液，混勻后靜置，使溶液褪色，放置15 min。然后依次加入5 mL品紅亞硫酸溶液，混勻，于20℃以上分別靜置20 min、25 min、30 min、35 min、40 min。然后在前述確定波長下測(cè)定吸光度值，得出最適宜的顯色時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

為提高甲醇含量測(cè)定的準(zhǔn)確度，我們進(jìn)行了甲醇含量測(cè)定方法的條件優(yōu)化。為得到測(cè)定甲醇含量的優(yōu)化條件，我們選取了不同變量的不同條件進(jìn)行分析，具體變量如表3。

表3 測(cè)定甲醇含量的不同變量的條件設(shè)定

2.1 吸收波長的確定

由實(shí)驗(yàn)1.2（2），甲醇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液的吸光度與對(duì)應(yīng)波長的關(guān)系如表4所示。

表4 甲醇標(biāo)準(zhǔn)液的吸光度A與對(duì)應(yīng)波長λ的關(guān)系

圖1 甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度A與波長λ的關(guān)系

由表4可知，甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度與對(duì)應(yīng)波長的關(guān)系如圖1，對(duì)于含有相同甲醇含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品，吸光度從550 nm處隨波長的增加先增大后減小，在590 nm波長下，其吸光度最大。因此，590 nm波長適宜用于甲醇含量的測(cè)定。

2.2 氧化時(shí)間的確定

由實(shí)驗(yàn)1.2（3），甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度與氧化時(shí)間的關(guān)系如表5所示。

表5 甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度A與氧化時(shí)間的關(guān)系

由表5可知，甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度與氧化時(shí)間的關(guān)系如圖2所示，對(duì)于甲醇含量相等的標(biāo)準(zhǔn)溶液，吸光度隨氧化時(shí)間的增加先增大后減小。在其他條件不變的前提下，氧化時(shí)間為10 min時(shí)，吸光度最大。這主要是由于采用品紅-亞硫酸法測(cè)定甲醇含量，有賴于測(cè)定過程中產(chǎn)生的甲醛顯色。發(fā)酵液中的甲醇在磷酸溶液中被高錳酸鉀氧化成甲醛，過量的高錳酸鉀及反應(yīng)中產(chǎn)生的二氧化錳用硫酸草酸溶液除去。氧化產(chǎn)生的甲醛與品紅亞硫酸作用生成藍(lán)紫色醌型色素，顯色。當(dāng)氧化時(shí)間小于10 min時(shí)，反應(yīng)不夠充分，高錳酸鉀溶液還不足以將甲醇氧化成甲醛，溶液顏色較淺，吸光度較小。而過長的氧化時(shí)間，甲醛會(huì)被過量的高錳酸鉀進(jìn)一步氧化，從而干擾甲醛的顯色。

圖2 甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度A與氧化時(shí)間t的關(guān)系

因此，甲醇含量測(cè)定的氧化時(shí)間設(shè)定為10 min。

2.3 顯色時(shí)間的確定

由實(shí)驗(yàn)1.2（4），甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度與對(duì)應(yīng)顯色時(shí)間的關(guān)系如表6。

表6 甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度A與顯色時(shí)間的關(guān)系

由表6可知，甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度與顯色時(shí)間的關(guān)系如圖3。20 min以后，吸光度增大。25 min時(shí)吸光度最大。之后吸光度隨顯色時(shí)間增加有所下降。氧化產(chǎn)生的甲醛與品紅亞硫酸溶液反應(yīng)需要一定的時(shí)間，生成藍(lán)紫色物質(zhì)并顯色。當(dāng)顯色時(shí)間延長后，色素在溶劑中的顯色隨時(shí)間延長有所減弱。

圖3 甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度A與顯色時(shí)間t的關(guān)系

因此，本實(shí)驗(yàn)中，甲醇含量測(cè)定的顯色時(shí)間定為25 min。

綜上所述，采用品紅-亞硫酸法測(cè)定甲醇含量的優(yōu)化條件為吸收波長590 nm，氧化時(shí)間為10 min，20℃以上顯色時(shí)間為25 min。

3 結(jié)論

本研究利用分光光度法對(duì)以品紅-亞硫酸法測(cè)定甲醇含量進(jìn)行條件優(yōu)化，得出測(cè)定甲醇含量的優(yōu)化條件為最佳吸收波長為590 nm，最佳氧化時(shí)間為10 min及最佳顯色時(shí)間為25 min。甲醇含量的測(cè)定可以在此條件下進(jìn)行。

（致謝：感謝合肥師范學(xué)院給予的相關(guān)研究支持）