酸堿中和滴定法測(cè)定環(huán)氧乙烷法合成牛磺酸含量

陳騁，趙基鋼，何慶功，袁向前

(華東理工大學(xué) 綠色能源化工國(guó)際聯(lián)合研究中心，上海 200237)

牛磺酸可以促進(jìn)嬰幼兒大腦發(fā)育[1]、防止心血管病[2]、改善記憶能力[3]，具有廣闊的發(fā)展前景。目前，天然提取的牛磺酸已不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求[4]。環(huán)氧乙烷法合成牛磺酸，成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好、環(huán)境污染少。

目前，常用的牛磺酸檢測(cè)方法有高效液相色譜法[5-6]、分光光度法[7-8]和自動(dòng)電位滴定法[9]。這些方法受儀器、場(chǎng)地及檢測(cè)時(shí)間的限制，無(wú)法快速檢測(cè)[10]，制約著研發(fā)進(jìn)程。酸堿中和滴定法可快速定量檢測(cè)牛磺酸含量[11]，但其滴定條件及其精度在國(guó)內(nèi)還鮮有報(bào)道。

本文采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化牛磺酸滴定的條件，為后續(xù)研發(fā)提供分析依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

牛磺酸、羥乙基磺酸鈉均為化學(xué)純；氨水、NaOH、酚酞均為分析純；實(shí)驗(yàn)室常規(guī)玻璃儀器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

牛磺酸的滴定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 14759—2010[12]進(jìn)行。取約2 g樣品，加入一定量的羥乙基磺酸鈉(模擬反應(yīng)產(chǎn)物)，加50 mL水，使之溶解。加入5 mL甲醛溶液，用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定，加酚酞指示劑3滴，直至溶液呈粉色。C1(牛磺酸摩爾濃度，mol/L)以下式表示：

C1=(V3-V2-V0)C2/V1

式中C2——NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，mol/L；

V0——甲醛消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

V1——牛磺酸溶液的體積，mL；

V2——滴定前NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

V3——滴定后NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 氨的影響

環(huán)氧乙烷法合成的牛磺酸中含有大量的未反應(yīng)的氨，在0.32 mol/L的10.0 mL牛磺酸溶液中分別滴加0.5，1.0，1.5，2.0，3.0 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的氨水，加熱至100 ℃蒸發(fā)，直至溶液完全結(jié)晶，則氨被除盡，滴定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 牛磺酸及氨水混合溶液滴定結(jié)果Table 1 Titration results of taurine and ammonia solution

由表1可知，未除氨之前的溶液滴定結(jié)果相對(duì)誤差>10%，最大的可>40%，而除氨之后的滴定結(jié)果相對(duì)誤差<3%，氨的存在對(duì)牛磺酸的滴定有非常顯著的影響，在滴定之前應(yīng)先將氨除去。

2.2 誤差分析

實(shí)驗(yàn)中，牛磺酸的體積和濃度分別精確到0.001 mL和0.000 1 mol/L，滴定管的讀數(shù)誤差為0.10 mL，即ΔV1=0.001 mL，ΔC=0.000 1 mol/L，ΔV=0.1 mL。當(dāng)牛磺酸的體積分別為5，10，15 mL時(shí)，滴定所使用的標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液體積可由實(shí)驗(yàn)得出。根據(jù)測(cè)量誤差δ(包括ΔV/VT，ΔC/C和ΔV1/V1)可求出最大絕對(duì)測(cè)量偏差Δxmax=c1×(ΔV/VT+ΔC/C+ΔV1/V1)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 滴定中最大絕對(duì)測(cè)量偏差Δxmax和測(cè)量誤差δTable 2 Maximum absolute measurement deviationΔxmax and measurement error δ in titration

由表2可知，取相同的牛磺酸體積15 mL在不同的測(cè)定條件下(不同的牛磺酸摩爾百分含量，不同的甲醛滴加量)得到的牛磺酸濃度為0.318 5，0.317 4 mol/L，其最大偏差為0.812 5%>0.102 4%，表明測(cè)定條件對(duì)牛磺酸滴定結(jié)果影響顯著，因此可引入正交實(shí)驗(yàn)來(lái)尋求優(yōu)化條件。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)牛磺酸的量、牛磺酸摩爾百分含量和甲醛的加入量實(shí)驗(yàn)，因素與水平見(jiàn)表3，結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 因素及其水平Table 3 Factors and levels

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Orthogonal experimental results

結(jié)果表明，RB>RA>RC，即牛磺酸的摩爾百分含量對(duì)滴定結(jié)果的影響最大，其次是牛磺酸的體積，甲醛的量對(duì)滴定的影響不大。牛磺酸滴定的優(yōu)化條件為A2B2C3，即在牛磺酸取樣體積10 mL，摩爾百分含量為75%，甲醛滴加量為3 mL時(shí)，能得到較準(zhǔn)確的滴定結(jié)果。

表5 方差分析Table 5 Variance analysis

由表5可知，牛磺酸的體積、牛磺酸的摩爾百分含量、甲醛滴加量的F值均小于F0.10，對(duì)滴定結(jié)果的影響不明顯。

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在牛磺酸取樣體積10 mL，摩爾百分含量為75%，甲醛滴加量為3 mL的條件下進(jìn)行滴定，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，測(cè)得的牛磺酸含量相對(duì)誤差 <0.5%。

表6 最優(yōu)條件下牛磺酸含量滴定結(jié)果Table 6 Titration results of taurine contentunder optimal conditions

3 結(jié)論

(1)溶液中存在氨時(shí)，滴定結(jié)果相對(duì)誤差可高達(dá)>40%。常壓下將溶液加熱至100 ℃蒸發(fā)，使溶液完全結(jié)晶，氨被除盡后溶液的滴定結(jié)果相對(duì)誤差<3%。

(2)除氨后，酸堿中和滴定法測(cè)定牛磺酸含量的優(yōu)化條件為：牛磺酸取樣體積10 mL，摩爾百分含量75%，甲醛滴加量為3 mL，相對(duì)誤差<0.5%。影響牛磺酸滴定實(shí)驗(yàn)因素的影響程度大小依次為：牛磺酸摩爾百分含量、牛磺酸取樣體積、甲醛滴加量。