利用色度計探究雙氧水作為漂白劑的最佳質量分數

陳科宏 張澤 曹戈瑤

摘要：雙氧水是一種無污染的氧化型漂白劑，對人體和環境較友好，是目前織物漂白的主要試劑之一。作者研究了濃度對雙氧水漂白效果的影響，以品紅溶液為漂白對象，在相同的時間內，利用色度計檢測顏色變淺的程度，從而體現雙氧水的漂白能力。用2mL不同質量分數的雙氧水漂白1mL 1%（質量分數）的品紅溶液，實驗結果表明，在室溫10℃的環境下，7%的雙氧水漂白效果最好。

關鍵詞：雙氧水;色度計;朗伯比爾定律;氧化色素

文章編號：1008-0546（2018）12-0088-02中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.029

一、實驗簡介

雙氧水具有漂白性，對品紅溶液具有良好的漂白效果。根據相關文獻，在相同環境下，雙氧水的體積與品紅溶液的體積為2 ∶ 1時漂白效果最好 [1]。在實驗室中，雙氧水的濃度最高為30%，在本實驗中，利用30%的雙氧水配制出25mL的25%、20%、10%、7%、6%、5%、2.5%、1.5%的雙氧水溶液，同時配制1%的品紅溶液。分別取各濃度的雙氧水2mL與1mL品紅溶液于比色皿中，利用色度計分析品紅溶液的顏色深淺，取相同時間，即選擇將比色皿放入色度計10s的數據進行比較，從而反映出品紅溶液的褪色情況和該濃度雙氧水的漂白能力。

色度傳感器通過對溶液吸光度（或透光度）值的檢測來確定溶液的濃度。與分光光度計不同，色度傳感器能夠實時、連續地檢測溶液的色度變化，從而動態地監測化學反應進程 [2]。利用色度計可以實時檢測品紅溶液的透光率：T=I（透射光強度）/I0（入射光強度）。T（透光率越大），證明品紅溶液褪色越明顯，雙氧水漂白能力越強。

二、雙氧水的漂白原理

關于過氧化氫的漂白劑機理有兩種解釋，一種解釋為過氧化氫分解成水和新生氧，即H2O2=H2O+[O]，新生氧[O]與色素發生反應而具有漂白作用。這種解釋是最早的關于雙氧水漂白原理的解釋，而實驗證明，在強堿、高溫條件下，原子態氧能氧化纖維素，造成織物損傷，而漂白作用則沒有確切的證據。

另一種解釋為H2O2是一種二元弱酸，可在水溶液中發生電離：

HOO-是一種極強的親核試劑，可與生色基團作用，破壞其結構使之失去發色功能，從而達到漂白的作用。以HOO-和紙漿中常見的木素反應為例 [3]：木素結構中的苯環本身是無色的，但在加熱條件下，苯環會轉換成生色基團醌式結構，變成有色體。HOO-會破壞醌式結構，使苯環打開，從而褪色。

在本實驗中，使用的品紅的結構如下：

HOO-同樣可以破壞發色團，使其褪色。若在酸性溶劑中，其氧化性進一步增強，可氧化—NH2;若在堿性溶劑中，還原性加強也可使品紅褪色 [4]。

中國紡織大學的周鉑先生等人，用經典的動力學方法，研究了雙氧水在強堿介質中（pH>13）的分解機理，提出了如下的作用模式 [5]：

其中起到漂白作用的物質是K2步驟生成的HOO-。K3步驟生成的[O]會破壞被漂白織物的纖維素，所以漂白與損傷纖維同時發生。為了減少纖維素的損傷，應保證：K2>K3，從而降低原子態氧破壞纖維素的程度，減少織物在漂白過程中的受損程度，而雙氧水的濃度是決定競爭反應的重要因素之一。所以尋找雙氧水的最佳漂白濃度，避免使用過多的雙氧水，一是可以節約試劑，二是可以減少[O]的生成，盡可能減少對織物纖維素的破壞，這也是本實驗的意義所在。

三、實驗儀器及試劑

1.傳感器：色度傳感器。

2.實驗儀器：10mL量筒兩個，25mL容量瓶，比色皿，250mL燒杯，玻璃棒，膠頭滴管。

3.試劑：1%的品紅溶液，30%、25%、20%、10%、7%、5%、3%、2.5%、1.5%（質量分數）的雙氧水（注：可提供30%的雙氧水，其余濃度的雙氧水可在實驗過程中配制）。

四、實驗過程

1.稱量2g品紅固體，配制250mL1%的品紅溶液于250mL燒杯中。

2.品紅色的互補色為綠色，將色度計上波長選擇為綠光的波長565nm處，進行校準。

3.校準完成后滴加1mL 1%的品紅溶液于比色皿中，用色度計檢測出原始數值T。

4.取30%的雙氧水，滴加2mL雙氧水在裝有品紅溶液的比色皿中，將比色皿放入色度計，10秒后，檢測出數值T1。

5.另滴1mL品紅溶液于小燒杯中，將30%的雙氧水稀釋成10mL 25%的雙氧水，將稀釋后的溶液同樣滴加2mL進入品紅溶液中，利用色度計測出數值T2。

6.另滴1mL品紅溶液于小燒杯中，將30%的雙氧水稀釋成10mL 20%的雙氧水，將稀釋后的溶液滴加2mL進入品紅溶液中，利用色度計測出數值T3。

7.重復上述操作，將30%的雙氧水分別再稀釋成10%、7%、6%、5%、2.5%、1.5%，分別得到T4、T5……T9。

五、數據處理

將原始數值T分別和得到的T1……T9做差值，得到ΔTn，差值越大說明品紅褪色越明顯，雙氧水的漂白效果越好，可畫出ΔTn/H2O2質量分數的曲線圖，觀察在濃度為多少時出現一個峰值。對數據進行處理做曲線圖如圖所示：

從圖中我們可以看出，雙氧水質量分數7%時ΔTn數值最大，也就是說在這次實驗中測得雙氧水質量分數7%時，對品紅溶液的漂白效果最好，在質量分數介于10%～25%和1.5%～5%之間漂白效果無明顯變化。在質量分數5%～7%和7%～10%之間漂白效果變化最明顯。

六、實驗結論

根據實驗結果，可以得出結論，雙氧水的漂白能力與濃度不成正比。在室溫（10℃）左右，滿足雙氧水和品紅溶液體積比為2 ∶ 1的條件下，質量分數為7%的雙氧水漂白效果最好。在蔣亞平《黃金分割法對過氧化氫最佳漂白濃度的選擇》一文中，作者通過實驗，用2mL不同濃度的雙氧水漂白1mL 0.1%的品紅溶液，得出的結論是2%的雙氧水漂白效果最好。該數據與本實驗的結果不同，筆者分析可能是因為室溫及品紅濃度不同導致實驗結果的差異，因此溫度對雙氧水漂白能力的影響及品紅濃度對其本身分子結構變化的影響可以作為進一步研究的方向。

參考文獻

[1]? 蔣亞平.黃金分割法對過氧化氫最佳漂白濃度的選擇[J].化學教育，2015，36（11）：57-59

[2]? 靳飛.利用色度計傳感器探究蔗糖的還原性[J].化學教學，2013（1）：49-51

[3]? 王向強，陳嘉川，龐志強，楊桂花.二氧化氯和過氧化氫漂白技術[J].華東紙業，2011，42（6）：52-58

[4]? 萬如鍇，曹桂能，陳紅.品紅褪色機理的探究[J].化學教育，2008（2）：67-68

[5]? 傅德才，周鴻娟.雙氧水的漂白原理及其穩定劑的進展[J].河北輕化工學院學報，1994（4）：76-80

[6]? 謝雯.常用氧化型漂白劑的漂白原理、制備方法及其應用[J].廣東化工，2017，44（10）：141-142