根据光吸收定律,波长和强度一定的入射光通过光程长度固定的溶液时,吸光度与吸光物质的浓度成正比。在吸收光度法中,通常需要绘制标准曲线(工作曲线),即固定液层厚度、入射光强度和波长,测定一系列不同浓度标准溶液的吸光度,以吸光度为纵坐标,标准溶液浓度为横坐标作图,可得到一条通过原点的直线,该直线称为标准工作曲线。
然而,在实际工作中,特别是在溶液浓度较高时,常会出现标准工作曲线不成直线的现象,这种现象称为偏离Beer定律。偏离Beer定律的原因主要是所用仪器不能提供较纯的单色光,以及随着溶液浓度的增大发生了吸光物质性质的改变。这种偏离并不是由Beer定律本身不严格所引起,只能称为表观偏离。
非单色光是导致偏离Beer定律的一个主要原因。一般的单色器所提供的入射光并不是纯单色光,而是波长范围较窄的光带,实际上仍是复色光。由于物质对不同波长光的吸收程度不同,因而就产生偏离Beer定律。在测量混色光的吸光度时,入射光的强度为I0'+I0'',透射光的强度则为I1+I2,因此所测得的吸光度与波长有关。
化学因素也会引起偏离Beer定律。吸光物质的浓度改变会导致吸光物质发生存在形式的改变,从而影响物质对光的吸收能力,导致Beer定律的偏离。此外,在高浓度时,吸光粒子之间的相互作用会使它们的吸光能力发生改变,这种相互作用随浓度增大而增强,使吸光度与浓度间的关系偏离线性关系。
为了防止偏离Beer定律,必须根据物质对光吸收性质、溶液中化学平衡的知识,严格控制显色反应条件,使被测物质定量地保持在吸光能力相同的形式,以获得较好的分析结果。
石竹素是一种常温常压下呈灰白色结晶粉末的化合物,广泛存在于多种植物精油中,如丁子香油、薰衣草油等。它具有极高的反应活性,需要保持低温环境以保持其活性。
石竹素的性状
选择富含石竹素的植物作为原料,如丁香花、薰衣草等。通过蒸馏等方法提取出植物精油,经过初步分离和纯化,最终得到高纯度的石竹素产品。
在食品领域,石竹素被用作香料成分和防腐剂;在药物领域,具有消炎、抗癌和增强皮肤渗透活性;在化妆品领域,用于修复受损性细胞和促进细胞再生,具有抗炎、抗氧化的作用。
[1] Chavan M J , Wakte P S , Shinde D B .Analgesic and anti-inflammatory activity of Caryophyllene oxide from Annona squamosa L. bark[J].Phytomedicine: international journal of phytotherapy and phytopharmacology, 2009, 17(2):149-151.
[2] Yang D P , Michel L , Chaumont J P ,et al.Use of caryophyllene oxide as an antifungal agent in an in vitro experimental model of onychomycosis[J].Mycopathologia, 1999, 148(2):79-82.
[3] Yang X , Lederer C , Mcdaniel M ,et al.Hydrolysis products of caryophyllene oxide in hops and beer[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1993, 41(11):2082-2085.
现代人由于生活和工作环境的改变以及心理情绪上的压力,使得人们对维生素C(维他命C,vitamin C)需求较以往为高。有研究指出抽烟者及二手烟者,其体内血液中维生素C浓度均比没有抽烟者为低,同时其维生素C代谢也比没有抽烟者为快。再者,普遍外食的饮食习惯,适当补充维生素C是迫切需要的。维生素C摄取的来源,除了蔬菜、水果外,也经由服用人工合成维他命C锭来取代。图一为现代的人们广泛地使用药锭形式的维他命C。
图一 人们广泛地使用药锭形式的维他命C
照片来源:Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_C
市售维他命C锭中的主要成份为抗坏血酸(L-ascorbic acid),其分子式为C6H8O6,莫耳质量(分子量)为176.12 g/mol。有关市售维他命C锭中的抗坏血酸含量测定方法很多,一般採用碘滴定(一种氧化还原滴定)、酸硷滴定和紫外分光光度法。以下是测定市售维他命C锭中抗坏血酸含量的简单原理以及步骤和结果。
I. 酸硷滴定
《原理概述》
市售维他命C锭中的主要成份为抗坏血酸由于抗坏血酸为双质子弱酸(pKa1= 4.1,pKa2 = 11.8),因此可以进行酸硷滴定来测定市售维他命C锭中抗坏血酸的含量。抗坏血酸Ka2太小,可视其为单质子弱酸来进行酸硷滴定。在酸硷滴定时,当酸所消耗的氢离子莫耳数,等于硷所消耗的氢氧根离子莫耳数时,称为当量点(equivalence point)。滴定终点和当量点不一定相同,但只要选择合适的指示剂,通常可视滴定终点为当量点。
《步骤和结果》
先取一市售维他命C锭秤重,得其质量0.562克,磨碎此维他命C锭,再用约20 mL的蒸馏水溶解之。试液过滤后,用蒸馏水在滤纸上沖洗数次,最后将维他命C溶液的总体积配製为约30 mL的待测液。取该待测液置于锥形瓶后,加一酸硷指示剂,用已标定的0.107 M NaOH溶液来滴定,达滴定终点时,滴定管中用去的NaOH溶液体积为23.44 mL。
II. 氧化还原滴定
《原理概述》
市售维他命C锭中的主要成份为抗坏血酸,由于抗坏血酸本身具有较强的还原性,放置在空气中易被氧化,而成为去氢抗坏血酸(dehydro-L-ascorbic acid),因此可考虑以I2为氧化剂,并通过在弱酸溶液中用已知浓度的I2溶液,对市售维他命C药锭进行氧化还原滴定。
由于碘固体易挥发,不易配製精确的碘溶液,因此改用碘酸钾(KIO3)溶液为滴定液,在弱酸溶液中与过量的碘化钾(KI)反应所生成碘分子(I2)来代替,如反应式[1]所示:
IO3-(aq) + 5I-(aq) + 6H+(aq) → 3I2(aq) + 3H2O(l)---- [1] 反应式[1]所生成碘分子可与抗坏血酸很快地进行氧化还原反应,如反应式[2]所示:
I2(aq) + C6H8O6(aq) → 2I-(aq) + C6H6O6(aq) + 2H+(aq)---- [2] 当待测液中抗坏血酸完全反应用尽后,剩余过量的 I2 会与溶液中 I- 生成 I3-,如反应式[3]所示:
I2(aq) + I-(aq) → I3-(aq)---- [3] 此时I3-立即与澱粉指示剂产生藍黑色的错合物,而达到滴定终点。
《步骤和结果》
取1.491克的一市售维他命C药锭,先用约60 mL蒸馏水溶解,然后用容量瓶配製成100.00 mL,再用移液管取出上述溶液10.00 mL置于锥形瓶内,同时加入2 mL 0.5%澱粉以及1.0 g KI后,搅拌溶解后进行滴定。以0.0102 M KIO3为滴定液,进行滴定至锥形瓶呈蓝黑色后,并在1分钟内不褪色即达滴定终点,此时记录所需用KIO3滴定液体积为19.72 mL。
III. 紫外分光光度法
《原理概述》
研究显示,维生素C在稀硫酸溶液中,在250.7 nm波长处有最大吸收的特性,因而可採用紫外分光光度法来测定市售维他命C锭中含抗坏血酸的重量和重量百分比。
朗伯-比尔定律(Lambert-Beer's law):当一束平行的单色光通过均匀且无散射现象的溶液时,溶液吸收光度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。比尔定律不仅适用于有色溶液,也适用于无色溶液。光源不仅适用于可见光区的单色光,也适用于紫外和红外光区的单色光。
朗伯-比尔定律的运用于分光光度法的示意图,如图二所示:
图二??朗伯-比尔定律的吸收的光束图
图片来源:Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Beer–Lambert law
朗伯-比尔定律的方程式为A = α × l × c。
此处,A:溶液吸光度 = log(I0/I1),其中I0为入射光的强度,I1为透过光的强度;l:吸收槽中液层厚度;c:待测样品溶液的浓度;α:莫耳吸光係数,它为物质的特性常数。
《步骤和结果》
一市售维他命C药锭重为0.615克,取其0.0712克当作测定样本,先用0.005 M的稀硫酸溶解后,然后用量瓶配製成100.00 mL(当作溶液A)。再用移液管量取此溶液2.00 mL到量瓶,加稀硫酸稀释至100.00 mL(当作溶液B),取此溶液置于1.00 cm的吸收槽中,在最大吸收波长250.7 nm处测得吸光度A值为0.551。(由文献得知抗坏血酸的莫耳吸光係数为8250 L mol-1 cm-1)
?
情境试题
1. 根据「情境描述」中的酸硷滴定,回答下面的问题。
(1) 写出此酸硷滴定的酸硷中和之平衡反应式。
(2) 实验室现有3种酸硷指示剂,其pH範围与其变色如下:
?在上述三种指示剂中,那一个最适合当作此滴定的指示剂?为什么?滴定终点是什么颜色?
(3) 计算此市售的维他命C锭中含抗坏血酸的毫克数和重量百分比。
2. 根据「情境描述」中的氧化还原滴定,回答下面的问题。
(1) 写出反应式[2]的氧化半反应式和还原半反应式。
(2) 解释本实验过程必须维持在弱酸环境下,进行此氧化还原滴定。
(3) 计算此市售的维他命C锭中含抗坏血酸的毫克数和重量百分比。
3. 根据「情境描述」中的紫外分光光度法,回答下面的问题。
(1) 计算溶液B的抗坏血酸浓度为溶液A的多少倍?
(2) 计算此市售的维他命C锭中含抗坏血酸的毫克数和重量百分比。
连结:维他命C的定量分析(Quantitative Analysis of Vitamin C)〔II〕
参考资料(撷取日期:2010年7月)
氨基酸是构成酶和蛋白质的基本单元,对其进行衍生后再进行分析是一种常用的检测方法。本文介绍了使用对乙氧基苯磺酰氯进行氨基酸衍生的制备方法和操作步骤。
制备对乙氧基苯磺酰氯的方法如下:将二氯甲烷、9和三乙胺加入叔丁胺中,然后加入冰水,分层后用二氯甲烷进行萃取,最后经过柱色谱分离得到对乙氧基苯磺酰氯。
使用对乙氧基苯磺酰氯进行氨基酸衍生的方法如下:将对乙氧基苯磺酰氯溶解于THF中,加入叔丁醇钾和氨基酸,搅拌反应后蒸干溶剂,经过柱色谱分离得到衍生物。
对乙氧基苯磺酰氯衍生法操作简单,只需将对乙氧基苯磺酰氯加入含有氨基酸的碳酸氢钾缓冲溶液中,在室温下避光反应一定时间即可完成衍生。该方法适用于临床检测和科研需要,具有简单、快速和样品处理简单的优点。
然而,对乙氧基苯磺酰氯衍生法存在一些缺点,包括反应速度较慢、水解产物干扰测定、衍生产物对紫外光照敏感以及易生成多级衍生产物。因此,在选择衍生试剂时需要考虑衍生速度、分析灵敏度、检测二级氨基酸能力和干扰因素等指标。
[1] 瞿其曙,汤晓庆,胡效亚,等.柱前衍生法在氨基酸分析测定中的应用[J,化学进展,2006,18(6):104-108.
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锗的化学性质与锡、砷相似,常以2价和4价阳离子形态以及4价阴离子(GeH4)存在。4价锗的化合物呈两性,以酸性为主。锗的化合物GeS2呈白色,可溶于碱,难溶于强酸溶液。
近年来,除了广泛应用的比色试剂苯芴酮,还有一些新试剂被应用于锗的测定,如溴连苯三酚红,四羟基酚嗪(Ⅰ),3,4-二羟基萘二苯基甲醇(Ⅱ),4-硝基苯偶氮变色酸(Ⅲ)等。
6,7-二羟基-2,4-二苯基苯并吡喃法是一种常用的锗测定方法。许多邻二羟基苯井吡喃衍生物能与锗生成有色络合物。这些试剂与锗的反应机理为:
这类试剂在酸性介质中与锗生成络合物,同时伴随着颜色的变化。6,7-二羟基-2,4-二苯基苯并吡喃能在酸性更强的介质中与锗反应,且更灵敏。然而,反应产物在水相中溶解度小,必须加入保护胶体使之稳定。与三羟基荧酮法相比,该方法的选择性较差,许多离子会干扰锗的测定,因此必须加入过氧化氢、磷酸和EDTA作为掩蔽剂。
测定步骤:取含锗量不超过50微克的分析试液一份于25毫升容量瓶中,然后依次加入1毫升5N HCl、0.3毫升1:1磷酸、2滴过氧化氢、2毫升EDTA溶液,1毫升动物胶溶液,2.5毫升试剂,摇匀后用水稀至刻度。放置3分钟后进行光度测定,锗含量在0-2.5微克/毫升范围内符合Beer定律。
二溴新戊二醇是一种重要的有机试剂和药物中间体,同时也是一种新型含溴阻燃剂。目前,国内合成二溴新戊二醇的主要方法是采用溴化氢与季戊四醇的气相反应工艺。然而,液相合成二溴新戊二醇的报道很少,且没有工业化生产。
为了解决这个问题,笔者在德国专利的基础上进行了探索创新,成功地采用两种新的液相合成方法制备出二溴新戊二醇。
图1 二溴新戊二醇合成路线
方法一、
在 250 mL 三口瓶中分别加入季戊四醇 10 g(0.073 mol),50 mL HBr(浓度 40 %),搅拌,从恒压漏斗中滴加 7 mL H 2 SO 4 ,滴加完毕后升温至回流温度 115 ℃,回流约 2 h 后滴加HOAc5.0 mL,继续回流 25 h 结束反应。冷却,经减压蒸馏除去大量液体后可得橘红色粘稠状粗品 20.5 g。粗品用水和乙醇的混合液(V 水 /V 乙醇 =1/20)多次重结晶,过滤,真空干燥得二溴新戊二醇纯品 13.8 g(0.053 mol),白色粉末状固体,产率 66.8 %。
方法二、
在 250 mL 三口瓶中分别加入季戊四醇 10 g(0.073 mol),红磷 3 g(0.24 mol),25 mL HBr(浓度 40 %),搅拌,升温至 50 ℃左右,从恒压漏斗中滴加 7.1 mL Br 2 (要深入液面以下滴加),滴加过程要缓慢,滴加完毕后升温至回流温度 115 ℃,回流约 2 h 后滴加 HOAc 5.0 mL,继续回流 20 h 结束反应。反应液冷却,抽滤,除去过量的红磷,经减压蒸馏除去大量液体后可得橘红色粘稠状粗品 18.9 g。粗品用水和乙醇的混合液(V水 /V 乙醇 =1/20)多次重结晶,过滤,真空干燥得二溴新戊二醇纯品 12.1 g(0.046 mol),白色粉末状固体,产率 61.0 %。
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