3種常用過氧化氫檢測方法的比較

過氧化氫具有極強(qiáng)的氧化能力，主要?dú)⒕硎抢梅纸馍傻牧u基，破壞微生物的外層保護(hù)結(jié)構(gòu)，使得保護(hù)層通透性發(fā)生改變，從而引起細(xì)胞滲透壓的改變，微生物因體內(nèi)外的平衡系統(tǒng)受到破壞而死亡；或是通過破壞微生物體內(nèi)的酶、蛋白質(zhì)及DNA，使微生物死亡。過氧化氫在完成殺菌后，分解為氧氣和水，不會留下有毒物質(zhì)，不需要用水進(jìn)行沖洗，對環(huán)境沒有污染性，是一種環(huán)保型的消毒劑[1]。

過氧化氫作為一種環(huán)境友好型化學(xué)品，被廣泛用于純凈水、礦泉水、乳品、飲料、啤酒、果汁以及制藥等產(chǎn)品加工、醫(yī)院及公共場所等行業(yè)的消毒滅菌。例如，現(xiàn)在市場上流通的利樂包和康美包，都是使用35%以上的食品過氧化氫均勻地涂布或噴灑在乳制品包裝材料表面，通過加熱蒸發(fā)殘留的過氧化氫來完成滅菌過程[2]；美國唯綠牌灌裝機(jī)就是利用噴灑0.1%和2%濃度的過氧化氫進(jìn)入紫外線殺菌區(qū)域，與紫外燈協(xié)同作用，完成對乳制品包裝的殺菌；生產(chǎn)桶裝水企業(yè)使用0.5%的食品級過氧化氫對桶裝瓶蓋浸泡、擦拭30 s來完成消毒[3]；醫(yī)療企業(yè)可以使用3%過氧化氫消毒液超聲霧化對嬰兒暖箱表面、水槽及操作窗進(jìn)行消毒[4]。常見的30%過氧化氫常用作食品加工、漂白、防腐、保鮮劑以及醫(yī)藥上的殺菌劑等。過氧化氫濃度的高低直接影響殺菌效果。例如，35%濃度的過氧化氫原液殺滅大腸桿菌只需0.85 min，而1%濃度的過氧化氫稀釋溶液殺死大腸桿菌卻要5 min；0.05%濃度的過氧化氫殺死90%的金黃色葡萄球菌需67 min，若把過氧化氫濃度提高到2.5%時(shí)，只要30 min就能殺死99.95%的金黃色葡萄球菌，若把過氧化氫濃度提高到5%時(shí)，僅需5 min就可以殺死99.97%的金黃色葡萄球菌[5]。因此，為了保證不同濃度的過氧化氫能達(dá)到預(yù)期的殺菌效果，對過氧化氫濃度的在線監(jiān)測是不可或缺的，但不同的檢測方法存在著差異性與優(yōu)劣性。目前，過氧化氫濃度的檢測方法有高效液相色譜法[6]、紫外分光光度法[7]、化學(xué)滴定法（高錳酸鉀滴定法、碘定量法和鈰量法）[8]、折光法以及比重法等。化學(xué)滴定法是主流的檢測方法。該檢測方法復(fù)雜、化學(xué)污染嚴(yán)重以及不利于快速讀取結(jié)果等。折光法和比重法是目前檢測過氧化氫溶液濃度的一種快速簡便的方法，其操作簡單，不需要化學(xué)試劑。本文分別對高錳酸鉀法、比重法和折光法進(jìn)行研究，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，為企業(yè)日常監(jiān)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試劑

0.100 2 mol·L-1高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，北京世紀(jì)奧科生物技術(shù)有限公司；濃硫酸，廣州化學(xué)試劑廠；30%過氧化氫，默克；35%過氧化氫，索爾雅集團(tuán)中國有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

50 mL茶色滴定管（經(jīng)過有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)定）；10 mL刻度吸管（A類）；分析天平（精確值0.000 1 g，經(jīng)過有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)定）；溫度計(jì)（測量范圍0～100 ℃）；密度計(jì)（測量范圍：0.9 ～ 1.0 kg·L-1；1.00～1.10 kg·L-1；1.10～1.20 kg·L-1）；雙氧水濃度計(jì)（日本ATAGO愛拓）；錐形瓶（50 mL）。

1.3 檢測方法

1.3.1 過氧化氫標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制

以30%的過氧化氫為標(biāo)準(zhǔn)儲備液，吸取0.83 mL、4.20 mL、12.50 mL、16.70 mL、25.00 mL、41.70 mL和83.30 mL過氧化氫于250 mL的容量瓶中，用水定容至250 mL，配制成0.1%、0.5%、1.5%、2.0%、3.0%、5.0%和10.0%的過氧化氫溶液。

1.3.2 高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法

（1）實(shí)驗(yàn)原理。在酸性介質(zhì)中，過氧化氫與高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)。根據(jù)高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量，計(jì)算過氧化氫的含量。反應(yīng)方程式為2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2KMnO4+K2SO4+5O2↑+8H2O。

（2）檢測操作[9]。用已知濃度的KMnO4直接滴定已知濃度的H2O2。①過氧化氫濃度為0.1%和0.5%的樣品溶液：稱取3.0～4.0 g樣品于裝有25 mL蒸餾水的錐形瓶中（精確至0.000 1 g），加10 mL 3 mol·L-1的H2SO4，用0.1 mol·L-1的高錳酸鉀滴定至粉紅色，保持30 s不褪色。②過氧化氫濃度為1.5%、2.0%、3.0%和5.0%的樣品溶液：稱取1.0～2.0 g樣品于裝有25 mL蒸餾水的錐形瓶中（精確至0.000 1 g），加10 mL 3 mol·L-1的，用 0.1 mol·L-1的高錳酸鉀滴定至粉紅色，保持30 s不褪色。③過氧化氫濃度為10.0%和30.0%的樣品溶液：稱取0.2 g樣品于裝有25 mL蒸餾水的錐形瓶中（精確至0.000 1 g），10 mL 3 mol·L-1的H2SO4，用0.1 mol·L-1的高錳酸鉀滴定至粉紅色，保持30 s不褪色。 ④過氧化氫濃度為35.0%的樣品溶液：稱取0.1 g樣品于裝有25 mL蒸餾水的錐形瓶中（精確 至 0.000 1 g）， 加 10 mL 3 mol·L-1的 H2SO4， 用0.1 mol·L-1的高錳酸鉀滴定至粉紅色，保持30 s不褪色。樣品中過氧化氫的濃度X（以H2O2計(jì)）的計(jì)算公式為

式中：X為樣品中過氧化氫的濃度，%；V為滴定中消耗的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；C為高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol·L-1；m為過氧化氫樣品的質(zhì)量，g ；M為過氧化氫的摩爾質(zhì)量（M=34.02 g·mol-1）。

1.3.3 比重法

（1）實(shí)驗(yàn)原理。密度計(jì)是根據(jù)阿基米德定律和物體浮在液體表面上的平衡條件制成的，漂浮的固態(tài)所遭受的水的浮力相當(dāng)于它排除的液體容積。密度計(jì)的一頭呈現(xiàn)泡狀，是許多小鉛粒或水銀的儲藏處。當(dāng)玻璃管被豎直地插入檢測的液體中時(shí)，它就能穩(wěn)定地浮在液體中，維持平衡，這個過程是自動的，此時(shí)就可以通過其本身的重力來計(jì)算出液體的密度。

（2）檢測操作。從密閉的雙氧水槽中取約220 mL的過氧化氫溶液到250 mL量筒內(nèi)，并將密度計(jì)放入量筒內(nèi)，再往量筒內(nèi)加注過氧化氫，直至密度計(jì)完全浮起。如果密度計(jì)上有氣泡，則輕輕攪動，直至氣泡消失。同時(shí)，讀出密度計(jì)與溫度計(jì)上的密度和溫度后，用直尺在列線圖上把對應(yīng)的兩個數(shù)值連成一條直線，即可得出過氧化氫的濃度（圖1）。

圖1 過氧化氫濃度對照示意圖

1.3.4 折光法（雙氧水濃度計(jì)檢測法）

（1）實(shí)驗(yàn)原理。該設(shè)備利用光線的折光原理來測定其濃度，即由于光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)是光的傳播方向發(fā)生了改變，利用測量光發(fā)生折射時(shí)的臨界角來確定其介質(zhì)的濃度。

（2）檢測操作。按3 s“START”鍵開機(jī)，往棱鏡中滴入清水，按“ZERO”鍵，校正歸零。將清水倒出，用擦鏡紙將棱鏡表面擦拭干凈。取一滴待測溶液滴入棱鏡內(nèi)，按“START”鍵，測試結(jié)果即為實(shí)際濃度值。將待測溶液倒出，用清水沖洗干凈，用擦鏡紙將棱鏡表面擦拭干凈。按3 s“START”鍵關(guān)機(jī)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方法對不同濃度過氧化氫的檢測結(jié)果

2.1.1 高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法結(jié)果

不同濃度過氧化氫滴定法檢測結(jié)果見表1。

表1 不同濃度過氧化氫滴定法檢測結(jié)果表

2.1.2 比重法檢測結(jié)果

不同濃度過氧化氫比重法檢測結(jié)果見表2。

表2 不同濃度過氧化氫比重法檢測結(jié)果表

2.1.3 折光法檢測結(jié)果

不同濃度過氧化氫折光法檢測結(jié)果見表3。

表3 不同濃度過氧化氫的折光法檢測結(jié)果表

2.2 討論

3種方法的結(jié)果對比見表4。

表4 3種方法的結(jié)果對比表

由表4可知，高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法在測定濃度為0.1%～35.0%的過氧化氫溶液樣品中，樣品濃度檢測結(jié)果的相對誤差≤5%；比重法由于過氧化氫密度值換算的限制，在檢測5.0%～35.0%的過氧化氫溶液樣品中，測定結(jié)果相對誤差在0%～20%內(nèi)；折光法無法檢測出0.1%的低含量過氧化氫溶液樣品，0.5%過氧化氫溶液樣品的檢測結(jié)果相對誤差達(dá)到20%，1.5%～35.0%的過氧化氫溶液樣品測定結(jié)果的相對誤差≤5%。這3種方法中高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法通用性強(qiáng)，準(zhǔn)確性高，幾乎所有濃度都可以用該化學(xué)方法來檢測。比重法只能測定5%以上的濃度，低含量濃度的過氧化氫無法檢測，而且過氧化氫濃度換算表中不是每一個溫度都有明確的對應(yīng)，最后得到的結(jié)果是一個估讀值，準(zhǔn)確性的誤差范圍波動比較大，特別是低含量過氧化氫的準(zhǔn)確性要比高含量過氧化氫的準(zhǔn)確性低，因比重計(jì)上浮的幅度越微小越容易造成讀數(shù)誤差，影響最后的換算值。折光法檢測0.5%濃度的過氧化氫比實(shí)際值偏低0.1%左右，可能由于含量過低產(chǎn)生光的折射偏差比較大，但1.5%以上濃度的過氧化氫檢測準(zhǔn)確性可以與高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法齊平。在重復(fù)性實(shí)驗(yàn)中，高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法RSD值≤0.5%，比重法和折光法的RSD值均為0%。因此，使用折光法檢測可以避免人為誤差；比重法在可控的密度和溫度的范圍內(nèi)，估算值的范圍比較大，人為誤差可以忽略；高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法對操作人員的能力要求比較高。同時(shí)，對比3種檢測方法，高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法的滴定操作過程比較復(fù)雜、耗時(shí)比較長，至少需要30 min，但比重法只需2～3 min，折光法只需3～5 s就能得出結(jié)果。

3 結(jié)論

通過采用3種方法對過氧化氫濃度的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法適用性強(qiáng)、準(zhǔn)確度的保障性較高，對樣品濃度沒有硬性的限制要求，但化學(xué)方法檢測過程較煩瑣，無法快速得出結(jié)果，難以實(shí)時(shí)監(jiān)控過氧化氫濃度。比重法所需設(shè)備較少，操作簡單，只需一步換算就能得出結(jié)果，但檢測不同的濃度需要更換不同量程規(guī)格的密度計(jì)，檢測的范圍性比較受限制，只能檢測5%以上的濃度，且該方法容易受介質(zhì)中氣泡的影響造成讀數(shù)誤差。因此，食品企業(yè)在日常過氧化氫濃度的檢測中，可以根據(jù)企業(yè)的實(shí)際濃度使用比重法或雙氧水濃度計(jì)檢測法進(jìn)行在線監(jiān)測，同時(shí)定期用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定法對過氧化氫濃度進(jìn)行驗(yàn)證。