EDTA法测定牛奶中钙含量及条件探讨

２０１４年１２月　阴山学刊　ＹＩＮＳＨＡＮ　ＡＣＡＤＥＭＩＣ　ＪＯＵＲＮＡＬ　Ｄｅｃ．２０１４　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．４　第２８卷第４期　ＥＤＴＡ法测定牛奶中钙含量及条件探讨　李　云　（包头师范学院化学学院，内蒙古包头０１４０３０）　摘要：测定牛奶中的钙含量时，在ＰＨ＝９～１０的弱碱性条件下，以铬蓝黑Ｒ为指示剂，用ＥＤＴＡ滴定经　盐酸溶液溶解过的牛奶钙沉淀物。从蒸发加热方式、灰化条件、过滤方式等方面进行备件探讨，分析不同实验　条件对测定结果的影响。结果表明：使用可调式电炉加热并不断搅拌为最佳蒸发加热方式，灰化时间为３小　时、灰化温度为５８０℃时为最佳灰化条件，使用离心机分离含钙沉淀比使用滤纸过滤含钙沉淀所得的钙含量　要高，原因是滤纸过滤操作步骤较繁琐，每步均损失一定量的钙成分，导致最后总体钙含量较低。　关键词：小丽花牛奶；钙含量；ＥＤＴＡ络合滴定法；灰化；分离沉淀方法　中图分类号：０６５５文献标识码：Ａ文章编号：１００４—１８６９（２０１４）０４—００１４—０４　钙是人体内最重要的、含量最多的矿物元素，　１　测定牛奶中钙含量的不同条件　１．１几种不同的测定条件　查阅文献得知，蒸发牛奶普遍使用酒精灯加热，　约占体重的２％。它广泛分布于全身各组织器官　中，其中约９９％分布于骨骼和牙齿中，构成骨盐并　维持它们的正常生理功能。钙也与身体健康息息相　关，钙除成骨以支撑身体外，还参与人体的代谢活　动。约ｌ％的钙分布在体液（即肌肉的软组织和细　胞的外液）中，它是细胞的主要阳离子，还是人体最　活跃的元素之一，其含量虽少，却对体内的生理和生　化反应起着重要的调节作用。缺钙可导致儿童佝偻　病、青少年发育迟缓、孕妇高血压、老年人骨质疏松　症等。目前，我国居民摄入钙量严重不足，尤其是儿　童、青少年和老年人缺钙比例比较高…。钙含量的　测定通常采用火焰原子吸收光谱法　Ｊ，ＥＤＴＡ滴定　过滤牛奶钙沉淀物普遍使用定量滤纸过滤　，但酒　精灯温度不可控，滤纸过滤法步骤繁琐且滤纸消耗　量较大，可能并不合适，实验中将加以探讨。此外，　查阅文献得知，马弗炉灰化温度为５５０—６００　，灰　化时间为１—２ｈｌ　，此条件是否为最佳条件实验中　也将加以探讨。实验中针对牛奶钙沉淀物的过滤方　法可选择定量滤纸过滤和离心机分离倒掉清液保留　沉淀２种，实验中也将加以探讨。另外，本次实验还　将进行指示剂加入量、三乙醇胺加入量、溶液ＰＨ值　等其他测定条件的探讨。通过以上各项条件探讨，　从而找出最优实验条件。　法　Ｊ，高锰酸钾滴定法＿４　Ｊ。ＥＤＴＡ滴定法所用仪器　普通易得、成本低廉、分析时间短、操作简单、条件要　求不高　，且ＥＤＴＡ与金属离子配位反应具有广泛　性，生成的配合物稳定、颜色明显，易判断滴定终点，　１．２　ＥＤＴＡ滴定法的选择依据　ＥＤＴＡ滴定法所用仪器普通易得、成本低廉、分　析时间短、操作简单、条件要求不高　ｊ，且ＥＤＴＡ与　金属离子配位反应具有广泛性，生成的配合物稳定、　颜色明显，易判断滴定终点，并且是１：１配位，没有　分级现象　Ｊ。故通过实验，确定ＥＤＴＡ滴定法测定　并且是１：１配位，没有分级现象　Ｊ。下面将以ＥＤ—　ＴＡ滴定法测定牛奶中钙含量为例，结合实际检验过　程中的一些问题，将该方法的原理、方法及注意事项　等进行简单阐述。　收稿日期：２０１４—０６—１０　作者简介：李１４　云（１９６４一），女，辽宁朝阳人，副教授，研究方向：无机化学。　小丽花牛奶中的钙含量的最佳测试条件。　线，摇匀　２　实验部分　２．１　实验原理　ＥＤＴＡ与金属离子配位反应具有广泛性，生成　的配合物稳定、颜色明显，易判断滴定终点，并且是　（５）２０％六亚甲基四胺溶液：称取２０ｇ六亚甲　基四胺固体粉末于１００ｍｌ烧杯中，加人５０ｍｌ水微热　溶解，转入１００ｍｌ容量瓶中，洗涤烧杯内壁２—３次，　洗液也转移人容量瓶，之后定容至刻度线，摇匀　１：１配位，没有分级现象　。ｊ。　本实验中调节ＰＨ＝９—１０　，滴定前向样品中　加入指示剂铬蓝黑Ｒ，它先与Ｃａ　反应生成红色络　合物，反应式为：　Ｃａｎ＋Ｉｎ　＿ＣａＩｎ（红色）　当在样品中滴人ＥＤＴＡ溶液时，ＥＤＴＡ首先与　溶液中未络合的ｃａ“反应生成无色络合物，其反应　式为：　Ｃａ　＋　一　ＣａＹ（无色）。　因为ｃａ　与指示剂形成的络合物不如与ＥＤＴＡ　形成的络合物稳定，所以过量的ＥＤＴＡ滴定液便能　夺取红色络合物Ｃａｉｎ中的ｃａ¨，从而使铬蓝黑Ｒ　还原为原来的形态，于是溶液由红色又变为蓝色，即　达到终点。其反应式为：　ＣａＩｎ＋Ｙ　一－＋ＣａＹ＋Ｉｎ　一　其中Ｉｎ　一代表指示剂，Ｙ　一代表ＥＤＴＡ。　２．２　实验用品　分析天平、马弗炉、电热恒温鼓风干燥箱、ＰＨ　仪、碱式滴定管、浓盐酸、浓氨水、三乙醇胺、锌粉、乙　二胺四乙酸二钠、铬蓝黑Ｒ（钙试剂）、六亚甲基四　胺、草酸铵、二甲酚橙、氢氧化钠　２．３　实验步骤　分析中，除另有说明，均限用分析纯试剂和蒸馏　水，ＥＤＴＡ由ＥＤＴＡ二钠代替。先预热马弗炉至　５８０ｃｃ。　２．３．１溶液的配制　（１）２ｍｏｌ／Ｌ　ＨＣＬ溶液：取４１．６７ｍｌ浓盐酸于　２５０ｍｌ容量瓶中，润洗量筒３—４次，洗液转移到容　量瓶中，之后定容，摇匀　（２）２ｍｏｌ／ＬＮＨ，・Ｈ　Ｏ溶液：取３３．３３ｍｌ浓氨水　于２５０ｍｌ容量瓶中，润洗量筒３—４次，洗液转移到　容量瓶中，之后定容，摇匀　（３）１：１ＨＣ１溶液：５ｍｌ蒸馏水与５ｍｌ浓盐酸配　制而成　（４）锌标准溶液：分析天平称取锌粉０．１６６８ｇ　于１００ｍｌ烧杯中，加入１０ｍｌ　１：１ＨＣＬ溶液，迅速盖上　表面皿。待锌粉完全溶解后，冲洗表面皿和烧杯２　—３次，洗液转入２５０ｍｌ容量瓶中，之后定容至刻度　（６）０．２％二甲酚橙溶液：称取０．４９９８ｇ二甲酚　橙粉末于１００ｍｌ烧杯中，加入５０ｍｌ蒸馏水搅拌溶　解，转移到棕色瓶中，再用５０ｍｌ蒸馏水洗涤烧杯２　—３次，洗液也转入棕色瓶中，加盖，摇匀　（７）铬蓝黑Ｒ（钙试剂）溶液（现配现用）：称取　０．１００４ｇ铬蓝黑Ｒ粉末于５０ｍｌ烧杯中，加入５ｍｌ浓　氨水，再加入１０ｍｌ无水乙醇，搅拌后转入棕色瓶中，　再用１０ｍｌ无水乙醇洗涤烧杯，洗液也转入棕色瓶　中，加盖，摇匀　（８）草酸铵溶液：称取５ｇ草酸铵固体于１００ｍｌ　烧杯中，加人１００ｍｌ蒸馏水微热溶解，转移到玻璃瓶　中　（９）ＥＤＴＡ二钠溶液：称取３．７２３２ｇＥＤＴＡ二钠　固体粉末于１００ｍｌ烧杯中，搅拌溶解，之后转移到　５００ｍｌ容量瓶中，洗涤烧杯２—３次，洗液也转移到　容量瓶中，定容，摇匀　２．３．２牛奶的蒸发　此步比较耗费时间故应先进行此步，操作此步　等待时可进行其他步骤。取２个干燥的２５０ｍｌ烧　杯，编号后分别称重。将牛奶分别倒入１００ｍｌ于烧　杯中，再分别称重。将２个烧杯分别置于可调式电　炉上蒸发至粘稠状，冷却后称重。将２个烧杯中部　分样品取出分别包于８张滤纸中，放于坩埚中并编　号，每次取样后称重烧杯（若使用玻璃棒取样，第一　次取样前应再称量一次包含玻璃棒重量的烧杯重　量）。将８个样品连同坩埚一起放于干燥箱中干燥　０．５一ｌｈ。干燥后将８个样品连同坩埚放于可调式　电炉上在通风橱中小火碳化至无烟。将８个样品连　同坩埚转入马弗炉中５５０—６００ｏＣ灰化２—３ｈ，灼烧　为固体粉末　２．３．３　ＥＤＴＡ的滴定　用ＥＤＴＡ二钠溶液润洗碱式滴定管２—３次，将　ＥＤＴＡ二钠溶液加入滴定管中，记下读数。用锌标　准溶液润洗移液管２—３次，平行移取２５．００ｍｌ锌标　准溶液３次于３个锥形瓶中，并分别加入１—２滴二　甲酚橙溶液。分别向３个锥形瓶中滴加２０％六亚　甲基四胺溶液至稳定的紫红色后，再多滴加５ｍｌ（或　调节ＰＨ＝５—６）　Ｊ。用ＥＤＴＡ二钠溶液滴定至溶　液由紫红变为亮黄即为滴定终点，记下读数　１５　２．３．４牛奶的滴定　将８份样品转移到８个烧杯中，用２ｍｏｌ／Ｌ　ＨＣＬ　溶液和蒸馏水洗涤坩埚３—４次，洗液也转入烧杯　中。向８个烧杯中加入２ｍｏｌ／Ｌ的盐酸溶液，使样品　完全溶解，之后调节ＰＨ一４。向８个烧杯中加入过　量草酸铵溶液，约１０ｍｌ，充分搅拌后过滤（此处为条　件探讨，用离心机分离３份样品作为对比）。用　２ｍｏｌ／Ｌ的盐酸溶液分别洗涤漏斗中的沉淀及滤纸４　—６次（此处为条件探讨，与之前用离心机分离３份　样品同步，用２ｍｏｌ／Ｌ　ＨＣＬ溶液和蒸馏水洗涤离心　管４—６次），并将洗液分别转人８个２５０ｍｌ锥形瓶　中，加入适量的水，分别滴加２ｍｏｌ／Ｌ氨水溶液，调节　ＰＨ　＝９—１０。分别向８个锥形瓶中滴加４—５滴铬　蓝黑Ｒ溶液，分别用ＥＤＴＡ二钠溶液滴定至溶液由　红色变为蓝色即为终点　３　实验数据记录、处理及计算公式　表１：ＥＤＴＡ浓度的标定　由表１可以看出，经标定后，测得ＥＤＴＡ标准溶　液的浓度为Ｃ　：０．０２０８０ｍｏｌ／Ｌ，相对平均偏差为　０．２４％。　表２：小丽花牛奶中的钙含量（过滤的）　表３：小丽花牛奶中的钙含量（离心的）　由表２、表３可以看出，过滤情况下，由于３号　样品与其他样品钙含量相差太大，为异常值，故舍　去，所以测得的钙含量为ｍ　＝８８．７７ｍｇ，相对平均　１６　偏差为０．３４％；离心情况下，测得的钙含量为ｍ　＝　９５．７９ｍｇ，相对平均偏差为０．６６％。　绝对偏差：ｄ　＝　—　（　＝１，２，３…．，ｒＬ）　平均偏差：　±　＋一Ｉ　ｄ．Ｉ：　＝　砉　相对平均偏差：ｄ　＝　Ｘ　１００％　４实验条件探索及讨论　４．１　蒸发牛奶的加热方式　由实验过程可知，使用酒精灯蒸发牛奶全程耗　费工业酒精较多，且牛奶蒸发到后期时易引起牛奶　溅出导致实验失败甚至引起烫伤，原因是酒精灯温　度不可控且搅拌不及时导致热量积聚过多。蒸发牛　奶时不宜使用酒精灯，应使用可调式电炉，在牛奶蒸　发后期时调低温度且应该使用较大的烧杯并不断搅　拌，这样可以更快的散发牛奶中积聚的热量，防止牛　奶溅出。　４．２样品的灰化条件　由实验过程可知，灰化时间为１小时、灰化温度　为５５０℃时，样品灰化不完全，有黑色结块产生，测　定结果偏低；灰化时间为３小时、灰化温度为５８０￣Ｃ　时，样品灰化完全，无黑色结块产生，测定结果较好；　灰化时间为３小时、灰化温度为７８０￣Ｃ时，样品灰化　完全，无黑色结块产生，测定结果严重偏低；灰化时　间为３小时、灰化温度为９８０￣（２时，样品灰化完全，　无黑色结块产生，几乎测不到钙含量。故灰化时间　为３小时、灰化温度为５８０￣Ｃ为最佳灰化条件，低于　此条件会造成有机物灰化不完全形成黑色结块　Ｊ，　影响过滤和测定结果；高于此条件含钙成分会丢失，　造成测定值偏低甚至无法测出钙含量（过高的灰化　温度会导致钙元素蒸发或升华）¨　。　４．３牛奶钙沉淀物的过滤方式　由表２、表３可看出，使用离心机分离含钙沉淀　比使用滤纸过滤含钙沉淀所得的钙含量要高，原因　是滤纸过滤操作步骤较繁琐，每步均损失一定量的　钙成分，导致最后总体钙含量较低。另外，过滤时滤　纸的消耗量较大，并不节能环保。　４．４溶液ＰＨ值的影响　由实验过程可知，在酸性环境下无法准确测定　样品溶液中的钙含量，只有在ＰＨ＝９左右的弱碱性　环境下才可准确测定。经查阅文献得知，只有在ＰＨ　＝９～１０的弱碱性环境下，指示剂铬蓝黑Ｒ才可变　件即为本实验的优选实验条件。　实验结果方面：购买的五袋小丽花牛奶中钙平　均含量为９５．７９ｒａｇ／１００ｇ。　色　一　。　４．５三乙醇胺加入量的影响　作为掩蔽剂的三乙醇胺在实验中起到掩蔽铁、　铝离子，从而提高实验准确性的作用　。由实验　过程可知，在三乙醇胺的加入量分别为１滴、３滴、５　滴、７滴、１０滴时对最后样品溶液中钙含量的测定结　果有明显影响，但值得注意的是，三乙醇胺需要在调　节ＰＨ值之前也就是酸性环境下加入，否则将无法　［参考文献］　［１］王喜明，等．滴定法测定保健食品中的钙［Ｊ］．中国卫生　检验杂志，２００６（０６）：７５４—７５５．　［２］李敏，等．火焰原子吸收法测定补钙制品中的钙及其干　扰抑制［Ｊ］．中国公共卫生，２００１，１７（８）：７５９—７６０．　［３］杨惠芬．食品卫生理化检验标准手册［Ｍ］．北京：中国标　起到掩蔽铁、铝离子的作用　Ｊ。　准出版社，１９９７．　４．６指示剂加入量的影响　［４］Ｉ．Ｍ．科尔索夫，等．定量化学分析（中册）［Ｍ］．北京：高　等教育出版社，１９８７：１８５３—８７０．　由实验过程可知，铬蓝黑Ｒ作为滴定牛奶钙沉　［５］Ｒ・蒲希比．实用络合滴定法［Ｍ］．广州：中山大学出版　淀物时的指示剂　Ｊ，在加入１滴时，样品溶液颜色过　社，１９８７．　淡，变色时不易判断；在加入２—３滴时，样品溶液颜　［６］李玉珍，吕宝华，荆志杰．ＥＤＴＡ络合滴定法测定不同品　色较明显，变色时易判断；在加入４—６滴时，样品溶　质牛奶中钙含量［Ｊ］．山西大同大学学报（自然科学版），　液颜色过深，变色时不易判断且变色临界点明显后　２０１Ｉ，２７（１）：４２—４４．　移。故指示剂加入量应为２—３滴为宜。　［７］赫春香．微型定量分析化学实验［Ｍ］．大连：大连海事大　５实验结论　学出版社，２０００．　实验条件方面：蒸发牛奶时使用较大的烧杯在　［８］杨润泉，杨学芬，曾波．ＥＤＴＡ容量法测定饲料级磷酸三　钙中的钙含量［Ｊ］．云南化工，２００４，（０１）：３０—３１．　可调式电炉上蒸发并不断搅拌；马弗炉灰化条件为　［９］殷华山．污水中钙离子含量测定方法的改进［Ｊ］．宁夏石　５８０％时灰化３小时；分离牛奶钙沉淀物时使用离心　油化工，２００４，（Ｏ１）：２０—２２．　机分离；样品溶液ＰＨ值应为９—１０且应在调节样　［１０］黄运显，孙维贞．常见元素化学分析方法［Ｍ］．北京：化　品溶液ＰＨ值之前加入三乙醇胺掩蔽铁、铝离子；指　学工业出版社，２００８：７８—８０．　示剂铬蓝黑Ｒ只需加入２—３滴即可。以上实验条　Ｔｏ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　Ｃａｌｃｉｕｍ　Ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　Ｍｉｌｋ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ＥＤＴＡ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ＬＩ　Ｙｕｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｂａｏｔｏｕ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ；Ｂａｏｔｏｕ　０１４０３０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｍｉｌｋ，ａｌｋａｌｉｎｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＰＨ＝９　ｔｏ　１０，Ｅｒｉｏ．　ｃｈｒｏｍｅ　ｂｌｕｅ　ｂｌａｃｋ　Ｒ　ｉｓ　ａ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒ，ｔｉｔｒａｔｅ　ｗｉｔｈ　ＥＤＴＡ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｂｙ　ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｈａｄ　ｍｉｌｋ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ．Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｈｅａｔｉｎｇ，ａｓｈｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｓｔｉｒｒｉｎｇ　ｔｏ　ｅｖａｐｏｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｓｈｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　３　ｈｏｕｒｓ，　ｔｈｅ　ａｓｈｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　５８０℃ａｓｈｉｎｇ　ｗｈｅｎ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｕｓｉｎｇ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｆｉｌｔｅｒ　ｐａｐｅｒ　ｏｖｅｒ　ｐｒｅｃｉｐｉ—　ｔａｔｅｄ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ，ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｆｉｌｔｅｒ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｍ—　ｐｌｅｘ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｔｈｅ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｓｔｅｐ　ａｒｅ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｒｅｓｌｌｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ａ　ｌｏｗｅｒ　ｆｉｎａｌ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｇｅｎｅｒａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＸｉａｏＬｉＨｕａ　ｍｉｌｋ；ｃａｌｃｉｕｍ　ｃｏｎｔｅｎｔ；ＥＤＴＡ　ｃｏｍｐｌｅｘｏｍｅｔｒｉｃ　ｔｉｔｒａｔｉｏｎ；ａｓｈ；ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ