庫侖滴定法測定維生素C藥片中抗壞血酸含量

中山大學化學與化學工程學院廣州 510275

摘要：以冰醋酸與0.3 mol·L^-1溴化鉀混合液作為電解液，在陽極產生的Br₂與抗壞血酸發生氧化-還原反應,據此以恒電流庫侖滴定法進行抗壞血酸的定量測定。結果表明，藥片中抗壞血酸含量為833.9mg·g^-1，相對平均偏差為0.22%。該法可直接用于Vitamin C片等樣品中抗壞血酸含量的測定，本法具有設備簡單、快速、靈敏等優點，結果令人滿意。

關鍵詞：抗壞血酸庫侖滴定法 雙鉑指示電極安培法

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1前言

維生素C（Vitamin C ，Ascorbic Acid）又叫L-抗壞血酸，是一種水溶性維生素,人體缺乏這種維生素C易得壞血癥。維生素C易被空氣中的氧氣氧化,在新鮮蔬菜和水果，如青菜、韭菜、菠菜、柿子椒等深色蔬菜，以及柑桔、紅果、柚子、檸檬等水果中含量較高，野生的莧菜、苜蓿、刺梨、沙棘、獼猴桃、酸棗等含量尤其豐富。

維生素C的主要成分抗壞血酸具有重要的生理作用，它可以促進骨膠原的生物合成，利于組織創傷口的更快愈合；促進氨基酸中酪氨酸和色氨酸的代謝，延長肌體壽命；改善鐵、鈣和葉酸的利用；改善脂肪和類脂特別是膽固醇的代謝，預防心血管��；促進牙齒和骨骼的生長，防止牙床出血；增強肌體對外界環境的抗應激能力和免疫力^[1]。大多數動物體內可自行合成維生素C，但是人類、猿猴等由于體內缺乏必須的古洛糖酸內酯氧化酶，不能使葡萄糖轉化成維生素C，需通過食物來供應身體所需。因此，維生素C是參與人體的生理代謝不可或缺的一類有機化合物。缺乏維生素C會導致壞血病，損害人體健康。維生素C對心血管疾病、腫瘤、感染及炎癥、糖尿病等疾病都有一定的功效^[2]。但是，過量攝入維生素C也會對人體產生副作用^[3]。

常見的檢測維生素C的方法主要有滴定法(如2,6-二氯靛酚滴定法和碘量法)、比色法、分光光度法、熒光分析法、化學發光法、流動注射法、電化學分析法及色譜法等^[4]。蔬菜、水果及其制品中總抗壞血酸測定的國標（GB/T 5009.86-2003）方法為熒光法和2,4一二硝基苯肼法。

庫侖滴定法是建立在控制電流電解過程基礎上的庫侖分析法，它是電化學分析法的一個重要分支,具有較高的靈敏度、精密度和準確性,適用于微量甚至痕量物質的準確測定。該法具有比一般滴定分析更顯著的優點。庫侖滴定以電位或電流法指示終點，可減少一般容量分析中以指示劑變色確定終點時的終點觀測誤差，提高了準確度，特別適用于有色溶液、混濁溶液的測定。另外庫侖法不需要配制及標定標準溶液,以電解液直接進行滴定,分析結果通過精確測定電量而獲得，因而快速、靈敏、精密度高，易于實現自動化操作，適用于容量分析的各類滴定^[5]。

對于滴定反應的終點可以用以下方法判斷：

1.化學指示劑法：容量分析中使用的化學指示劑，只要體系合適，仍可使用。

2.電位法：在電解池中插入指示電極和參比電極，由滴定過程中電極電位的突躍來指示終點的到達。

3.雙鉑指示電極安培法：它是在電解體系中插入一對加有微小電壓的鉑電極，通過觀察此對電極上電流的突變來指示終點的方法，又稱為永停法。

本實驗采用庫侖滴定法，以電解產生的Br₂來測定抗壞血酸的含量。反應有：

該反應能快速而又定量地進行，因此可通過電解生成Br₂來“滴定”抗壞血酸。本實驗用KBr作電解質來電生Br₂，電極反應為：

陽極：2Br⁻= 2e⁻ + Br₂

陰極：2H⁺ + 2e⁻= H₂(g)

滴定終點用雙鉑指示電極安培法來確定。實驗裝置如下圖所示：

圖1：庫侖滴定裝置

在終點前，電生出的Br₂立即被抗壞血酸還原為Br⁻離子，因此溶液未形成電對Br₂/Br⁻。指示電極沒有電流通過（僅有微小的殘余電流），但當達到終點后，存在過量的Br₂形成Br₂/Br⁻可逆電對，使電流表的指針明顯偏轉，指示終點到達。根據法拉第定律：

m：被滴定抗壞血酸的質量，mg；

Q：電極反應所消耗的電量（本儀器所示電量為mC）；

M：抗壞血酸的分子量(176.1g·mol^-1)；

F：Faraday（法拉第）常數，其值為96485C·mol^-1；

n：電極反應的電子轉移數。

2實驗部分^[6]

2.1試劑和儀器

2.1.1儀器

KLT-1型通用庫侖儀、磁力攪拌器、超聲波清洗器、500 mL微量移液器、電解池裝置包括：雙鉑工作電極、雙鉑指示電極。

2.1.2 試劑

電解液：冰醋酸與0.3 mol·L^-1 KBr溶液等體積混合。

樣品溶液：準確稱取一片維他命C藥片于小燒杯中，用少量蒸餾水浸泡片刻，用玻璃棒小心搗碎，溶液連同少量不溶輔料轉移到50mL容量瓶中，在超聲波清洗器中助溶。藥片溶解后用蒸餾水定容至刻度 。

2.2 實驗方法

本實驗所用的兩個工作電極及一對指示電極都為鉑電極。為了保證電流效率100%，防止陽極產生的Br₂到陰極上重新還原成Br^-，電解池必須附設一鹽橋把陰極與溶液體系隔開。實驗過程中指示電極外加電壓為200mv，中間有高靈敏度的檢流計。在實驗達到計量點前，溶液中沒有過量的Br₂，這時指示電極外加電壓為200mv，故兩指示電極間沒有電流通過或電流很�。�即殘余電流）。但當溶液中抗壞血酸被作用完全后溶液中即有過量的Br₂及Br^-，此時指示電極之間有電流通過（電流上升法）。當我們看到靈敏檢流計中有較大電流通過時即表示終點達到。

2.2.1儀器調節

（1）儀器面板上所有按鍵全部彈出，“工作/停止”開關置于“停止”位置。

（2）“量程選擇”旋至10 mA檔，“補償極化電位”反時針旋至“0”，開啟電源，預熱10 min。

（3）指示電極電壓調節：按下“極化電位”鍵和“電流”、“上升”鍵，調節“補償極化電位”，使表指針擺至20（這時表示施加到指示電極上的電位為200 mV），然后使“極化電位”鍵復原彈出。

2.2.2測量

（1）電解池準備：向洗凈的電解池中加入70 mL電解液（使用量筒），用滴管向電解陰極管填充足夠的電解底液，不小于陰極管體積的2/3。紅黑繞線連接工作電極，紅白電線連接指示電極，然后將電解池置于攪拌器上。

（2）終點指示的底液條件預設：將“工作/停止”開關置于“工作”位置。向電解池中加幾滴抗壞血酸樣品溶液，開動攪拌器，按下“啟動”鍵，待電流計指針穩定后再按一下“電解”按鈕。這時即開始電解，在顯示屏上顯示出不斷增加的毫庫侖數，直至指示紅燈亮，記數自動停止，表示滴定到達終點，可看到表的指針向右偏轉，指示有電流通過，這時電解池內存在少許過量的Br₂，形成Br₂/Br^-可逆電對，這就是終點指示的基本條件（以后滴定完畢都存在同樣過量的Br₂）。

（3）樣品測定：用微量移液器向電解池中加入500 mL樣品溶液，令“啟動”鍵彈出（這時數顯表的讀數自動回零），再按下“啟動”鍵，待電流計指針穩定后按下“電解”按鍵。這時指示燈熄滅并開始電解，即開始庫侖滴定，同時計數器同步開始計數。電解至近終點時，指示電流上升，當上升到一定數值時指示燈亮，計數器停止工作，即滴定終點到達。此時顯示表中的數值，即為滴定終點時所消耗的毫庫侖數，記錄數據。

（4）平行測定樣品溶液三份。

（5）用同樣的方法，測定水溶維C100飲料樣品中抗壞血酸的含量，并將結果與外包裝上的含量進行對比。

3結果與討論

3.1實驗結果與計算

表1:維生素C藥片中抗壞血酸的分析結果

表2:水溶維C100飲料中抗壞血酸的分析結果

從表1中可以看到，測量的相對平均偏差為0.22%，說明實驗的精密度很好，重現性較強，而且實驗過程耗時短，故測定抗壞血酸含量可以選用庫侖法。表2的數據反映三次測量數據偏差較大，同時測得的抗壞血酸含量為36.8 mg/100mL大于標識值22.5mg/100mL。出現這個現象是因為陰極電解時間過長，導致電解液中氫離子濃度大幅降低，從而影響了電解效率使測量結果增大。

3.2問題討論

（1）電解液中加入KBr和冰醋酸的作用是什么？

答：本實驗以KBr為電解質，電解產生的Br₂來測定抗壞血酸的含量。由于維生素C容易被空氣中的氧氣氧化，為減緩維生素C被空氣中的氧氣氧化的速率，整個測定過程要保持溶液呈酸性，冰醋酸可以創造所需的酸性環境。

（2）所用的KBr若被空氣中的O₂氧化，將對測定結果產生什么影響？

答：實驗過程中，若部分KBr被空氣中的氧氣氧化，這部分生成的Br₂會與抗壞血酸反應，使電導率儀測定的消耗電量值減少，造成測定結果偏小，為防止KBr被氧化，可以往溶液中通入N₂來消除氧氣。

（3）電解過程中，陰極不斷析出H₂會對電解液的PH有何影響？

答：由于電解過程中陰極有H₂生成，導致溶液中的H⁺含量相對下降，溶液的PH將會升高。 隨著H⁺的大量放電，會使實驗的精密度下降，誤差增大。

（4）為何電解電極的陰極要置于保護套中，而指示電極則不需要？

答：將電解電極的陰極置于保護套中是為了避免陽極氧化得到的Br₂又回到陰極放電，影響電流效率，給測量帶來誤差。指示電極由于兩端所加的電壓比較低,而Br₂/Br-的電位是+1.066v，Br₂不會在指示電極上放電，所以不用加保護套。

（5）如何確定本實驗庫侖滴定中的電流效率達到100%？

答：由本實驗的原理可知，通過直接測量所消耗的電量來間接測量抗壞血酸的含量。這就要求電解時的電流效率必須達到100%才能保證測量的準確，而電流效率受到以下一些因素的影響：

1.溶劑的電極反應；

2.溶液中雜質的電解反應；

3.水中溶解氧；

4.電解產物的再反應；

5.充電電容。

為了確定電解的電流效率達到100%，必須消除這些影響。具體措施有：

1.可以更換溶劑，選擇適當的溶劑；

2.進行預電解，使電解液中的物質穩定下來

不影響測量；

3.通入N₂來消除溶解氧；

4.將電極與產生電解產物的電解液隔開；

5.使用輔助電極。

此外，可以通過提前配置抗壞血酸的標準溶液進行一次測量，然后通過計算來判斷電解的電流效率是否達到100%。

參考文獻：

1.王立家，李寬閣，劉淑蘭等.維生素C的營養功能及應用[J].黑龍江省寶清縣畜牧獸醫局，2009

2.劉豐華，郭惠娟，王莉.維生素C的藥理與臨床應用[J].石藥集團中諾藥業有限公司，2010

3.楊兆宏，程新萍.維生素C的不良反應[J].西安交通大學瑞鑫藥業有限公司，2009

4.袁長梅.抗壞血酸常用測定方法探討[J].農業部農產品質量監督檢驗測試中心，2009

5.王琦，吳俊森.庫侖滴定法測定水果、蔬菜中Vc含量的研究[J].山東建筑工程學院環境工程學系，2005

6.陳六平，鄒世春. 2007.現代化學實驗與技術.北京：科學出版社.423-426