碱量法测定壳聚糖脱乙酰度的滴定误差
作者：张燕霞 李启瑞
单位：张燕霞 李启瑞(新高海洋研究所，青岛 266071)
关键词：壳聚糖，脱乙酰度，滴定误差，指示剂
中国海洋药物000415 摘要 壳聚糖脱乙酰度采用碱量法，按强碱-强酸型测定，不管选用何种指示剂，均可产生不容忽视的滴定误差。
THE TITRATION ERROR OF THE ALKALIMETRIE ESTIMATION OF THE DEACETYLATING DEGREE OF CHITOSAN
Zhang Yanxia，Li Qirui
(Qingdao Xingao Ocean Institute,Qingdao,266071)
, http://www.100md.com
ABSTRACT In this study the experiments showed that the alkalimetric estimation of the deacetylation degree of chitosan by the strong base-strong acid reaotion could cause the titration error not to be ignored,no matter what indicators would be sued.
KEY WORDS chitosan,deacetylating degree,titration error,indicator
壳聚糖是天然直链高分子聚合物，可从虾、蟹壳中制得、脱乙酰度是其重要质量指标之一，它对壳聚糖的理化性质有着重要影响。现有的测定脱乙酰度方法不少[1～9]，其中尤以碱量法[1，5，8，9]，以其操作简便、试剂易得而普遍被生产厂家所广泛采用。其方法依据，通常解释为壳聚糖中胺基(-NH2)在酸中质子化(-N+H3)，过量的酸利用碱返滴定，根据所消耗的酸量，计算壳聚糖中胺基的含量，从而推算出脱乙酰度。所选指示剂，多依据强碱-强酸型滴定反应、在实验工作中发现，该法使用NaOH-CHl滴定反应，其等当点并非在pH=7.0处，突跃范围也不包括pH=7.0处。这就意味着，指示剂选择或终点控制失当，必然导致较大滴定误差[4，5，8]。
, 百拇医药
采用电位滴定法测定壳聚糖样品在多种条件下其等当点(滴定终点)的变化情况及规律，从中获得新的认识与启迪。
1 实验部分
1.1 仪器
PHS-3C精密酸度计，上海雷磁仪器厂
分析天平，上海天平仪器厂
恒温电磁搅拌器，江苏金坛国华仪器厂1.2 试剂
CHl(分析纯)：0.1mol.L-1标准溶液
NaOH(分析纯)：0.1mol.L-1标准溶液
1.3 样品
, 百拇医药
壳聚糖试验样品分别产自青岛恒生、海生、海汇、高司、明月和即祥等生产厂家。
1.4 实施步骤
准确称取0.2g 壳聚糖样品，置于150mL 烧杯中，用移液管移入HCl标准溶液20.00mL、蒸馏水10.00mL，电磁搅拌，使溶解澄清。电位滴定，记录NaOH标准溶液滴加体积及被滴定液pH值。
实验观察了浓度、温度、粘度和脱乙酰度等对等当点的影响
2 结果与讨论
2.1 滴定曲线
从滴定曲线看，有两个滴定突跃(如图1)
, 百拇医药 图1 滴定曲线
第一个滴定突跃范围在pH3～5之间；第二滴定突跃范围在pH8～10之间。前一突跃对应NaOH中和过量HCl等当点前后滴定反应情况；后一突跃对应NaOH中和质子化胺基等当点前后滴定反应情况，可示意为：
R-N+H3+OH-—→R-NH2+H20
两个滴定突跃，前者尚可用来实际测定，后者则甚难实际应用。后者难以实际应用的原因，是被滴定液存有大量絮状沉淀，严重干扰电极反应，滴定液每次加入后，平衡时间(所测溶液pH值稳定时间)有时长达30min，且高低波动，这是由于大量絮状的存在，导致整个被测体系很难均匀所致。
故本工作主要实验探讨了滴定曲线的第一突跃的突跃范围、等当点与滴定误差等有关问题。
, 百拇医药
2.2 滴定突跃
壳聚糖电位滴定法滴定曲线(第一突跃)及突跃范围，如图2所示。
图2 壳聚糖的滴定曲线
实验条件：如1.4所述。
实验结果表明：从图2滴定曲线(第一突跃)可看出：
1.滴定突跃特点：
滴定突跃范围小，仅2个pH单位(3～5)。
滴定突跃不够垂直。
等当点在pH4.0左右。
, 百拇医药
2.从突跃范围看，显然并非强酸-强碱型反应。
3.根据滴定突跃(△pH)必须在0.3pH单位以上，人眼借助指示剂颜色变化才能准确判断滴定终点的标准来衡量，在等当点附近，保持△pH=0.3时，需要加NaOH标准液至少为0.06mL,相当滴定液总体积(10mL)的0.6%，此滴定误差已大大超过容量分析允许误差0.1%～0.2%。
2.3 等当点
2.3.1 不同浓度壳聚糖的等当点(pH)
表1 不同浓度壳聚糖的等当点测定结果 样品
编号
C
‰
, 百拇医药 DD
%
等当点pH
样1
样2
样3
平均值
8021
8022
8023
2.5
5.0
7.0
, 百拇医药 91
91
91
4.27
4.06
3.83
4.24
4.05
3.93
4.23
4.03
3.84
4.24
, http://www.100md.com
4.05
3.87
实验表明，壳聚糖浓度高，等当点pH则低；浓度低，等当点pH则升高。实验还表明，壳聚糖胺基质子化后，存在解离倾向，可示意为：
解离的发生与加强，为被滴定液提供H+的来源。
2.3.2 不同脱乙酰度壳聚糖的等当点(pH)表2 不同脱乙酰度壳聚糖的等当点测定结果 样品
DD
%
C
‰
, http://www.100md.com
等当点
pH
平行样
n
标准差
S
变异系数
C.V%
801
901
802
79
89
, 百拇医药 91
5
5
5
4.00
3.97
3.92
7
7
7
0.0810
0.0823
0.0805
, 百拇医药 2.02
2.07
20.5
实验表明，浓度相同，不同脱乙酰度的壳聚糖的DD%在79～91间时，等当点(pH)相差不大。从多次重复测定(每种样品平行样数为7)，其标准差s均在0.083以下，变异系数在2.1%以下。
2.3.3 不同粘度壳聚糖的等当点(pH)
表3 不同粘度壳聚糖的等当点测定结果 样品
粘度
mPa.s
C
‰
, 百拇医药
等当点
pH
平行样
n
标准差
S
变异系数
C.V%
801
803
802
30
170
, http://www.100md.com 350
5
5
5
3.99
4.06
3.92
5
5
5
0.0930
0.0532
0.0804
, 百拇医药 2.33
1.31
2.03
实验表明，3种不同粘度的样品，粘度分别为30、170、350mPa.s，代表了常见的低、中、高粘度3类壳聚糖，但其等当点(pH)相差不多，比较接近。只是测定时平衡时间略有差异。
2.3.4 不同温度时壳聚糖的等当点(pH)表4 不同温度时壳聚糖的等当点测定结果 样品
温度
C0
C
‰
等 当 点
, 百拇医药
平均值
pH
样1
pH
样2
pH
样3
pH
8024
8025
8026
10
20
, 百拇医药 30
5
5
5
3.98
3.95
3.90
3.96
3.95
3.93
3.99
4.00
3.85
, 百拇医药 4.02
3.90
3.93
实验表明，温度对等当点(pH)的影响不太明显。
2.4 滴定误差估算
2.4.1 大量实验已经证明，分析结果相对误差≤0.1%时，滴定突跃(△pH)必须在0.3pH单位以上，人眼借助指示剂颜色变化才能准确判断。本工作实验结果亦表明，在等当点(4.0)前后，在0.3pH单位突跃变化范围内，通常约需0.06～0.08ml滴定液，若按滴定液总消耗量为10ml计，则滴定误差相当于0.6%～0.8%，若在(4.0±0.3)pH更大，如(4.0±0.6)pH单位时，同样是突跃0.3pH单位，但其滴定误差明显增大(如下表)，这是因为此段滴定曲线坡度更大之故。表5 滴定突跃△pH与滴定液△V关系 等当点
, 百拇医药
pH
终点范围
pH
终点距
△pH
△VNaOH
mL
滴定误差
%
4.00
4.00
4.00±0.30
4.00±0.30
, 百拇医药
4.00±1.00
4.00～3.70
4.00～4.30
3.70～3.00
4.30～5.00
0.06
0.40～0.70
0.6
4～7
2.4.2 几种指示剂的滴定误差
表2几种指示剂的滴定误差，是假定等当点恰在该指示剂的变色点。表6 几种指示剂滴定误差的估算 甲基橙
, http://www.100md.com
溴甲酚绿
甲基橙-溴甲酚绿
变色点
pH
滴定误差
%
变色点
pH
滴定误差
%
变色点
pH
滴定误差
, http://www.100md.com
%
3.4
2.0～2.5
4.9
3～5
5.1
6～9
所列滴定误差值，均系由电位法之滴定曲线之△V/△pH估算而来。
2.4.3 甲基橙滴定误差的估算表7 甲基橙滴定误差的估算 滴定终点pH
滴定液△V(ml)
滴定误差%
, http://www.100md.com 3.4
3.7
4.0
4.3
4.6
0.20～0.25
0.06
0
0.06
0.15～0.20
2.0～2.5
0.6
0
, 百拇医药
0.6
1.5～2.0
估算方法同2.4.2。
2.5 实验条件之选定
本实验所选条件如1.4所述。可归纳为如表8：表8 实验条件的选定 样品量
HCl
NaOH
蒸馏水
V总
g
mol/L ml
mol/L ml
, http://www.100md.com
ml
终点ml
0.200
0.1000 20.00
0.1000 10.00
10.00
40.00
在确定该条件之先，曾多方面改变条件，做了对比，诸如以下所述：
2.5.1 增加样品浓度，当达到8‰以上时，有的壳聚糖样品，絮状沉淀明显加多，使测定难以定量进行。
2.5.2 增多HCl标准溶液体积，同时增多了取液次数，实际也增加了实验误差。
, 百拇医药
2.5.3 提高HCl、NaOH标准溶液浓度，势必减少体积取量，滴定误差随之加大。
2.5.4 唯一可做适当调整的条件是HCl标准溶液的体积可由 20.00mL增加到25.00mL，其他条件不变。即便如此，该法的滴定误差也仅能由0.6%除低到0.4%。仍然达不到容量分析通常达到的0.1%～0.2%之要求。
3 结论
实验结果表明，应用指示剂指示终点的碱量法，在测定壳聚糖脱乙酰度时，均可能产生不可忽视的滴定误差。因而降低了该法测定结果的可信程度。产生较大误差的根本原因在于忽视了壳聚糖胺基质子化后对溶液H+浓度所带来的影响，而简单地把滴定反应看做典型的强碱(NaOH)-强酸(HCl)类型反应。实验表明，采用碱量法测定壳聚糖脱乙酰度时，滴定终点(等当点)不在pH7.00，而是在4.00左右；突跃范围也不包括pH7.00，仅仅2个pH单位(pH3.0～5.0)，且不够垂直。
, http://www.100md.com
参考文献
[1]祝大昌.化学世界，1986，12：507
[2]汪志君.碱量法测定壳聚糖中的胺基.化学世界，1986，1：22
[3]王伟.日用化学工业.1989，2：36
[4]陈振宁，郭慎满.碱量法测壳聚糖中胺基方法的改造.化学通报，1990，10：42
[5]林瑞洵，蒋苏洪，张慕珊.脱乙酰度测定方法.化学通报，1992，3：39
[6]郑连英，姚恕，刘茉娥.壳聚糖的质量分析和标准.精细化工，1993，10(1)：16
[7]陈洁，相万琪.甲壳素脱乙酰度的测定方法.无锡轻工学院学报，1993，12(3)：255
[8]陈盛，陈祥旭，等.甲壳素脱乙酰度方法及测定比较.化学世界，1995，8：419
[9]许加超，肖英之.符合药用质量要求的甲壳素精制工艺.海洋湖沼通报，1995，4：53
[10]李蕾，刘小明，钟永思.线性滴定法同时测定壳聚糖的脱乙酰度及其胺基的表现离解常数.分析试验室，1996，15(2)：21
(收稿日期：2000-03-21), http://www.100md.com
单位：张燕霞 李启瑞(新高海洋研究所，青岛 266071)
关键词：壳聚糖，脱乙酰度，滴定误差，指示剂
中国海洋药物000415 摘要 壳聚糖脱乙酰度采用碱量法，按强碱-强酸型测定，不管选用何种指示剂，均可产生不容忽视的滴定误差。
THE TITRATION ERROR OF THE ALKALIMETRIE ESTIMATION OF THE DEACETYLATING DEGREE OF CHITOSAN
Zhang Yanxia，Li Qirui
(Qingdao Xingao Ocean Institute,Qingdao,266071)
, http://www.100md.com
ABSTRACT In this study the experiments showed that the alkalimetric estimation of the deacetylation degree of chitosan by the strong base-strong acid reaotion could cause the titration error not to be ignored,no matter what indicators would be sued.
KEY WORDS chitosan,deacetylating degree,titration error,indicator
壳聚糖是天然直链高分子聚合物，可从虾、蟹壳中制得、脱乙酰度是其重要质量指标之一，它对壳聚糖的理化性质有着重要影响。现有的测定脱乙酰度方法不少[1～9]，其中尤以碱量法[1，5，8，9]，以其操作简便、试剂易得而普遍被生产厂家所广泛采用。其方法依据，通常解释为壳聚糖中胺基(-NH2)在酸中质子化(-N+H3)，过量的酸利用碱返滴定，根据所消耗的酸量，计算壳聚糖中胺基的含量，从而推算出脱乙酰度。所选指示剂，多依据强碱-强酸型滴定反应、在实验工作中发现，该法使用NaOH-CHl滴定反应，其等当点并非在pH=7.0处，突跃范围也不包括pH=7.0处。这就意味着，指示剂选择或终点控制失当，必然导致较大滴定误差[4，5，8]。
, 百拇医药
采用电位滴定法测定壳聚糖样品在多种条件下其等当点(滴定终点)的变化情况及规律，从中获得新的认识与启迪。
1 实验部分
1.1 仪器
PHS-3C精密酸度计，上海雷磁仪器厂
分析天平，上海天平仪器厂
恒温电磁搅拌器，江苏金坛国华仪器厂1.2 试剂
CHl(分析纯)：0.1mol.L-1标准溶液
NaOH(分析纯)：0.1mol.L-1标准溶液
1.3 样品
, 百拇医药
壳聚糖试验样品分别产自青岛恒生、海生、海汇、高司、明月和即祥等生产厂家。
1.4 实施步骤
准确称取0.2g 壳聚糖样品，置于150mL 烧杯中，用移液管移入HCl标准溶液20.00mL、蒸馏水10.00mL，电磁搅拌，使溶解澄清。电位滴定，记录NaOH标准溶液滴加体积及被滴定液pH值。
实验观察了浓度、温度、粘度和脱乙酰度等对等当点的影响
2 结果与讨论
2.1 滴定曲线
从滴定曲线看，有两个滴定突跃(如图1)
, 百拇医药 图1 滴定曲线
第一个滴定突跃范围在pH3～5之间；第二滴定突跃范围在pH8～10之间。前一突跃对应NaOH中和过量HCl等当点前后滴定反应情况；后一突跃对应NaOH中和质子化胺基等当点前后滴定反应情况，可示意为：
R-N+H3+OH-—→R-NH2+H20
两个滴定突跃，前者尚可用来实际测定，后者则甚难实际应用。后者难以实际应用的原因，是被滴定液存有大量絮状沉淀，严重干扰电极反应，滴定液每次加入后，平衡时间(所测溶液pH值稳定时间)有时长达30min，且高低波动，这是由于大量絮状的存在，导致整个被测体系很难均匀所致。
故本工作主要实验探讨了滴定曲线的第一突跃的突跃范围、等当点与滴定误差等有关问题。
, 百拇医药
2.2 滴定突跃
壳聚糖电位滴定法滴定曲线(第一突跃)及突跃范围，如图2所示。
图2 壳聚糖的滴定曲线
实验条件：如1.4所述。
实验结果表明：从图2滴定曲线(第一突跃)可看出：
1.滴定突跃特点：
滴定突跃范围小，仅2个pH单位(3～5)。
滴定突跃不够垂直。
等当点在pH4.0左右。
, 百拇医药
2.从突跃范围看，显然并非强酸-强碱型反应。
3.根据滴定突跃(△pH)必须在0.3pH单位以上，人眼借助指示剂颜色变化才能准确判断滴定终点的标准来衡量，在等当点附近，保持△pH=0.3时，需要加NaOH标准液至少为0.06mL,相当滴定液总体积(10mL)的0.6%，此滴定误差已大大超过容量分析允许误差0.1%～0.2%。
2.3 等当点
2.3.1 不同浓度壳聚糖的等当点(pH)
表1 不同浓度壳聚糖的等当点测定结果 样品
编号
C
‰
, 百拇医药 DD
%
等当点pH
样1
样2
样3
平均值
8021
8022
8023
2.5
5.0
7.0
, 百拇医药 91
91
91
4.27
4.06
3.83
4.24
4.05
3.93
4.23
4.03
3.84
4.24
, http://www.100md.com
4.05
3.87
实验表明，壳聚糖浓度高，等当点pH则低；浓度低，等当点pH则升高。实验还表明，壳聚糖胺基质子化后，存在解离倾向，可示意为：
解离的发生与加强，为被滴定液提供H+的来源。
2.3.2 不同脱乙酰度壳聚糖的等当点(pH)表2 不同脱乙酰度壳聚糖的等当点测定结果 样品
DD
%
C
‰
, http://www.100md.com
等当点
pH
平行样
n
标准差
S
变异系数
C.V%
801
901
802
79
89
, 百拇医药 91
5
5
5
4.00
3.97
3.92
7
7
7
0.0810
0.0823
0.0805
, 百拇医药 2.02
2.07
20.5
实验表明，浓度相同，不同脱乙酰度的壳聚糖的DD%在79～91间时，等当点(pH)相差不大。从多次重复测定(每种样品平行样数为7)，其标准差s均在0.083以下，变异系数在2.1%以下。
2.3.3 不同粘度壳聚糖的等当点(pH)
表3 不同粘度壳聚糖的等当点测定结果 样品
粘度
mPa.s
C
‰
, 百拇医药
等当点
pH
平行样
n
标准差
S
变异系数
C.V%
801
803
802
30
170
, http://www.100md.com 350
5
5
5
3.99
4.06
3.92
5
5
5
0.0930
0.0532
0.0804
, 百拇医药 2.33
1.31
2.03
实验表明，3种不同粘度的样品，粘度分别为30、170、350mPa.s，代表了常见的低、中、高粘度3类壳聚糖，但其等当点(pH)相差不多，比较接近。只是测定时平衡时间略有差异。
2.3.4 不同温度时壳聚糖的等当点(pH)表4 不同温度时壳聚糖的等当点测定结果 样品
温度
C0
C
‰
等 当 点
, 百拇医药
平均值
pH
样1
pH
样2
pH
样3
pH
8024
8025
8026
10
20
, 百拇医药 30
5
5
5
3.98
3.95
3.90
3.96
3.95
3.93
3.99
4.00
3.85
, 百拇医药 4.02
3.90
3.93
实验表明，温度对等当点(pH)的影响不太明显。
2.4 滴定误差估算
2.4.1 大量实验已经证明，分析结果相对误差≤0.1%时，滴定突跃(△pH)必须在0.3pH单位以上，人眼借助指示剂颜色变化才能准确判断。本工作实验结果亦表明，在等当点(4.0)前后，在0.3pH单位突跃变化范围内，通常约需0.06～0.08ml滴定液，若按滴定液总消耗量为10ml计，则滴定误差相当于0.6%～0.8%，若在(4.0±0.3)pH更大，如(4.0±0.6)pH单位时，同样是突跃0.3pH单位，但其滴定误差明显增大(如下表)，这是因为此段滴定曲线坡度更大之故。表5 滴定突跃△pH与滴定液△V关系 等当点
, 百拇医药
pH
终点范围
pH
终点距
△pH
△VNaOH
mL
滴定误差
%
4.00
4.00
4.00±0.30
4.00±0.30
, 百拇医药
4.00±1.00
4.00～3.70
4.00～4.30
3.70～3.00
4.30～5.00
0.06
0.40～0.70
0.6
4～7
2.4.2 几种指示剂的滴定误差
表2几种指示剂的滴定误差，是假定等当点恰在该指示剂的变色点。表6 几种指示剂滴定误差的估算 甲基橙
, http://www.100md.com
溴甲酚绿
甲基橙-溴甲酚绿
变色点
pH
滴定误差
%
变色点
pH
滴定误差
%
变色点
pH
滴定误差
, http://www.100md.com
%
3.4
2.0～2.5
4.9
3～5
5.1
6～9
所列滴定误差值，均系由电位法之滴定曲线之△V/△pH估算而来。
2.4.3 甲基橙滴定误差的估算表7 甲基橙滴定误差的估算 滴定终点pH
滴定液△V(ml)
滴定误差%
, http://www.100md.com 3.4
3.7
4.0
4.3
4.6
0.20～0.25
0.06
0
0.06
0.15～0.20
2.0～2.5
0.6
0
, 百拇医药
0.6
1.5～2.0
估算方法同2.4.2。
2.5 实验条件之选定
本实验所选条件如1.4所述。可归纳为如表8：表8 实验条件的选定 样品量
HCl
NaOH
蒸馏水
V总
g
mol/L ml
mol/L ml
, http://www.100md.com
ml
终点ml
0.200
0.1000 20.00
0.1000 10.00
10.00
40.00
在确定该条件之先，曾多方面改变条件，做了对比，诸如以下所述：
2.5.1 增加样品浓度，当达到8‰以上时，有的壳聚糖样品，絮状沉淀明显加多，使测定难以定量进行。
2.5.2 增多HCl标准溶液体积，同时增多了取液次数，实际也增加了实验误差。
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2.5.3 提高HCl、NaOH标准溶液浓度，势必减少体积取量，滴定误差随之加大。
2.5.4 唯一可做适当调整的条件是HCl标准溶液的体积可由 20.00mL增加到25.00mL，其他条件不变。即便如此，该法的滴定误差也仅能由0.6%除低到0.4%。仍然达不到容量分析通常达到的0.1%～0.2%之要求。
3 结论
实验结果表明，应用指示剂指示终点的碱量法，在测定壳聚糖脱乙酰度时，均可能产生不可忽视的滴定误差。因而降低了该法测定结果的可信程度。产生较大误差的根本原因在于忽视了壳聚糖胺基质子化后对溶液H+浓度所带来的影响，而简单地把滴定反应看做典型的强碱(NaOH)-强酸(HCl)类型反应。实验表明，采用碱量法测定壳聚糖脱乙酰度时，滴定终点(等当点)不在pH7.00，而是在4.00左右；突跃范围也不包括pH7.00，仅仅2个pH单位(pH3.0～5.0)，且不够垂直。
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(收稿日期：2000-03-21), http://www.100md.com