酸碱中和滴定法测定环氧乙烷法合成牛磺酸含量
2019-09-24陈骋赵基钢何庆功袁向前
陈骋，赵基钢，何庆功，袁向前
(华东理工大学 绿色能源化工国际联合研究中心，上海 200237)
牛磺酸可以促进婴幼儿大脑发育[1]、防止心血管病[2]、改善记忆能力[3]，具有广阔的发展前景。目前，天然提取的牛磺酸已不能满足市场需求[4]。环氧乙烷法合成牛磺酸，成本低、产品质量好、环境污染少。
目前，常用的牛磺酸检测方法有高效液相色谱法[5-6]、分光光度法[7-8]和自动电位滴定法[9]。这些方法受仪器、场地及检测时间的限制，无法快速检测[10]，制约着研发进程。酸碱中和滴定法可快速定量检测牛磺酸含量[11]，但其滴定条件及其精度在国内还鲜有报道。
本文采用正交实验优化牛磺酸滴定的条件，为后续研发提供分析依据。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
牛磺酸、羟乙基磺酸钠均为化学纯；氨水、NaOH、酚酞均为分析纯；实验室常规玻璃仪器。
1.2 实验方法
牛磺酸的滴定按照国家标准GB 14759—2010[12]进行。取约2 g样品，加入一定量的羟乙基磺酸钠(模拟反应产物)，加50 mL水，使之溶解。加入5 mL甲醛溶液，用标准NaOH溶液滴定，加酚酞指示剂3滴，直至溶液呈粉色。C1(牛磺酸摩尔浓度，mol/L)以下式表示：
C1=(V3-V2-V0)C2/V1
式中C2——NaOH标准溶液的摩尔浓度，mol/L；
V0——甲醛消耗NaOH标准溶液的体积，mL；
V1——牛磺酸溶液的体积，mL；
V2——滴定前NaOH标准溶液的体积，mL；
V3——滴定后NaOH标准溶液的体积，mL。
2 结果与讨论
2.1 氨的影响
环氧乙烷法合成的牛磺酸中含有大量的未反应的氨，在0.32 mol/L的10.0 mL牛磺酸溶液中分别滴加0.5，1.0，1.5，2.0，3.0 mL质量分数为25%的氨水，加热至100 ℃蒸发，直至溶液完全结晶，则氨被除尽，滴定结果见表1。
表1 牛磺酸及氨水混合溶液滴定结果Table 1 Titration results of taurine and ammonia solution
由表1可知，未除氨之前的溶液滴定结果相对误差>10%，最大的可>40%，而除氨之后的滴定结果相对误差<3%，氨的存在对牛磺酸的滴定有非常显著的影响，在滴定之前应先将氨除去。
2.2 误差分析
实验中，牛磺酸的体积和浓度分别精确到0.001 mL和0.000 1 mol/L，滴定管的读数误差为0.10 mL，即ΔV1=0.001 mL，ΔC=0.000 1 mol/L，ΔV=0.1 mL。当牛磺酸的体积分别为5，10，15 mL时，滴定所使用的标准NaOH溶液体积可由实验得出。根据测量误差δ(包括ΔV/VT，ΔC/C和ΔV1/V1)可求出最大绝对测量偏差Δxmax=c1×(ΔV/VT+ΔC/C+ΔV1/V1)，结果见表2。
表2 滴定中最大绝对测量偏差Δxmax和测量误差δTable 2 Maximum absolute measurement deviationΔxmax and measurement error δ in titration
由表2可知，取相同的牛磺酸体积15 mL在不同的测定条件下(不同的牛磺酸摩尔百分含量，不同的甲醛滴加量)得到的牛磺酸浓度为0.318 5，0.317 4 mol/L，其最大偏差为0.812 5%>0.102 4%，表明测定条件对牛磺酸滴定结果影响显著，因此可引入正交实验来寻求优化条件。
2.3 正交实验结果
对牛磺酸的量、牛磺酸摩尔百分含量和甲醛的加入量实验，因素与水平见表3，结果见表4。
表3 因素及其水平Table 3 Factors and levels
表4 正交实验结果Table 4 Orthogonal experimental results
结果表明，RB>RA>RC，即牛磺酸的摩尔百分含量对滴定结果的影响最大，其次是牛磺酸的体积，甲醛的量对滴定的影响不大。牛磺酸滴定的优化条件为A2B2C3，即在牛磺酸取样体积10 mL，摩尔百分含量为75%，甲醛滴加量为3 mL时，能得到较准确的滴定结果。
表5 方差分析Table 5 Variance analysis
由表5可知，牛磺酸的体积、牛磺酸的摩尔百分含量、甲醛滴加量的F值均小于F0.10，对滴定结果的影响不明显。
2.4 验证实验
在牛磺酸取样体积10 mL，摩尔百分含量为75%，甲醛滴加量为3 mL的条件下进行滴定，结果见表6。
由表6可知，测得的牛磺酸含量相对误差 <0.5%。
表6 最优条件下牛磺酸含量滴定结果Table 6 Titration results of taurine contentunder optimal conditions
3 结论
(1)溶液中存在氨时，滴定结果相对误差可高达>40%。常压下将溶液加热至100 ℃蒸发，使溶液完全结晶，氨被除尽后溶液的滴定结果相对误差<3%。
(2)除氨后，酸碱中和滴定法测定牛磺酸含量的优化条件为：牛磺酸取样体积10 mL，摩尔百分含量75%，甲醛滴加量为3 mL，相对误差<0.5%。影响牛磺酸滴定实验因素的影响程度大小依次为：牛磺酸摩尔百分含量、牛磺酸取样体积、甲醛滴加量。
