酸堿中和滴定法測定環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 綠色能源化工國際聯合研究中心，上海 200237)

牛磺酸可以促進嬰幼兒大腦發育[1]、防止心血管病[2]、改善記憶能力[3]，具有廣闊的發展前景。目前，天然提取的牛磺酸已不能滿足市場需求[4]。環氧乙烷法合成牛磺酸，成本低、產品質量好、環境污染少。

目前，常用的牛磺酸檢測方法有高效液相色譜法[5-6]、分光光度法[7-8]和自動電位滴定法[9]。這些方法受儀器、場地及檢測時間的限制，無法快速檢測[10]，制約著研發進程。酸堿中和滴定法可快速定量檢測牛磺酸含量[11]，但其滴定條件及其精度在國內還鮮有報道。

本文采用正交實驗優化牛磺酸滴定的條件，為后續研發提供分析依據。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

牛磺酸、羥乙基磺酸鈉均為化學純；氨水、NaOH、酚酞均為分析純；實驗室常規玻璃儀器。

1.2 實驗方法

牛磺酸的滴定按照國家標準GB 14759—2010[12]進行。取約2 g樣品，加入一定量的羥乙基磺酸鈉(模擬反應產物)，加50 mL水，使之溶解。加入5 mL甲醛溶液，用標準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標準溶液的摩爾濃度，mol/L；

V0——甲醛消耗NaOH標準溶液的體積，mL；

V1——牛磺酸溶液的體積，mL；

V2——滴定前NaOH標準溶液的體積，mL；

V3——滴定后NaOH標準溶液的體積，mL。

2 結果與討論

2.1 氨的影響

環氧乙烷法合成的牛磺酸中含有大量的未反應的氨，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質量分數為25%的氨水，加熱至100 ℃蒸發，直至溶液完全結晶，則氨被除盡，滴定結果見表1。

表1 牛磺酸及氨水混合溶液滴定結果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果相對誤差>10%，最大的可>40%，而除氨之后的滴定結果相對誤差<3%，氨的存在對牛磺酸的滴定有非常顯著的影響，在滴定之前應先將氨除去。

2.2 誤差分析

實驗中，牛磺酸的體積和濃度分別精確到0.001 mL和0.000 1 mol/L，滴定管的讀數誤差為0.10 mL，即ΔV1=0.001 mL，ΔC=0.000 1 mol/L，ΔV=0.1 mL。當牛磺酸的體積分別為5，10，15 mL時，滴定所使用的標準NaOH溶液體積可由實驗得出。根據測量誤差δ(包括ΔV/VT，ΔC/C和ΔV1/V1)可求出最大絕對測量偏差Δxmax=c1×(ΔV/VT+ΔC/C+ΔV1/V1)，結果見表2。

表2 滴定中最大絕對測量偏差Δxmax和測量誤差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%，表明測定條件對牛磺酸滴定結果影響顯著，因此可引入正交實驗來尋求優化條件。

2.3 正交實驗結果

對牛磺酸的量、牛磺酸摩爾百分含量和甲醛的加入量實驗，因素與水平見表3，結果見表4。

表3 因素及其水平Table 3 Factors and levels

表4 正交實驗結果Table 4 Orthogonal experimental results

結果表明，RB>RA>RC，即牛磺酸的摩爾百分含量對滴定結果的影響最大，其次是牛磺酸的體積，甲醛的量對滴定的影響不大。牛磺酸滴定的優化條件為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，能得到較準確的滴定結果。

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，對滴定結果的影響不明顯。

2.4 驗證實驗

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的條件下進行滴定，結果見表6。

由表6可知，測得的牛磺酸含量相對誤差 <0.5%。

表6 最優條件下牛磺酸含量滴定結果Table 6 Titration results of taurine contentunder optimal conditions

3 結論

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

(2)除氨后，酸堿中和滴定法測定牛磺酸含量的優化條件為：牛磺酸取樣體積10 mL，摩爾百分含量75%，甲醛滴加量為3 mL，相對誤差<0.5%。影響牛磺酸滴定實驗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。