1、茶叶中各种微量元素的鉴定与定量测定段东斑(武汉大学化学与分子科学学院 湖北武汉 430072)一、 实验目的1. 了解并掌握鉴定茶叶中某些化学元素的方法。2. 学会选择合适的化学分析方法。3. 掌握配合滴定法测茶叶中钙、镁含量的方法和原理。4. 掌握分光光度法测茶叶中微量铁的方法。二、 实验原理茶叶属植物类，为有机体，主要由 C，H，N 和 O 等元素组成，其中含有Fe，Al，Ca ，Mg 等微量金属元素。本实验的目的是要求从茶叶中定性鉴定Fe，Al，Ca ，Mg 等元素，并对 Fe，Ca，Mg 进行定量测定。茶叶需先进行“干灰化” 。“ 干灰化 ”即试样在空气中置于敞口的蒸发皿后坩埚中加热，
2、把有机物经氧化分解而烧成灰烬。这一方法特别适用于生物和食品的预处理。灰化后，经酸溶解，即可逐级进行分析。钙、镁含量的测定，可采用配合滴定法。在 pH=10 的条件下，以铬黑 T 为指示剂，EDTA 为标准溶液。直接滴定可测得 Ca，Mg 总量。若欲测 Ca，Mg 各自的含量，可在pH12.5 时，使 Mg2+离子生成氢氧化物沉淀，以钙指示剂、EDTA 标准溶液滴定 Ca2+离子，然后用差减法即得 Mg2+离子的含量。Fe3+, Al3+离子的存在会干扰 Ca2+，Mg 2+离子的测定，分析时，可用三乙醇胺 掩蔽Fe3+与 Al3+。茶叶中铁含量较低，可用分光光度法测定。邻二氮菲（简写 phen
3、），是光度法测定铁的优良试剂。在 pH=29 的范围内，与二价铁生成稳定的桔红色配合物（Fe(phen) 3） 2+此配合物的 lgK 稳 = 21.3，摩尔吸光系数 510 = 1.1104 Lmol-1cm-1，而 Fe3+能与邻二氮菲生成 31 配合物，呈淡蓝色，lgK 稳 =14.1。所以在加入显色剂之前，应用盐酸羟胺(NH 2OHHCl)将 Fe3+还原为 Fe2+，其反应方程式为：2 Fe3+ + 2 NH2OHHCl 2Fe 2+ + N2 + H2O + 4H+ + 2Cl-测定时控制溶液的酸度为 pH5 较为适宜，用邻二氮菲可测定试样中铁的总量。三、 试剂与仪器仪器：电炉，研
4、钵，蒸发皿，称量瓶，托盘天平，分析天平，中速定量滤纸，长颈漏斗，50mL 酸式滴定管 721 型分光光度计，1cm 吸收池，10mL 吸量管，50mL 容量瓶试剂：1%铬黑 T；EDTA ；1.010 -3 molL-1 铁标准溶液；25%三乙醇胺水溶液；氨性缓冲溶液（pH=10）；100gmL -1 铁标准溶液；0.15%邻二氮菲水溶液；10%盐酸羟胺溶液（新配）；1molL -1 乙酸钠溶液。四、 实验方法1. 茶叶的灰化和试验的制备取在 100105下烘干的茶叶 78g 于研钵中捣成细末，转移至称量瓶中，称出称量瓶和茶叶的质量和，然后将茶叶末全部倒入蒸发皿中，再称空称量瓶的质量，差减得蒸
5、发皿中的茶叶的准确质量。将盛有茶叶末的蒸发皿加热使茶叶灰化（在通风厨中进行） ，然后升高温度，使其完全灰化（或者在电路上现干燥碳化后在马弗炉中 800加热灰化 0.5h） 。冷却后，加 6 molL-1HCl 10mL 于蒸发皿中，搅拌溶解（可能有少量不溶物）将溶液完全转移至 150mL 烧杯中，加水 20mL，再加 6 molL-1NH3H2O 适量控制溶液 pH 为 67，使产生沉淀。并置于沸水浴加热 30min，过滤，然后洗涤烧杯和滤纸。滤液直接用 250mL 容量瓶盛接，并稀释至刻度，摇匀，贴上标签，标明为试液（1） ，待测。另取 250mL 容量瓶于长颈漏斗之下，用 6 molL-1
6、HCl 10mL 溶解滤纸上的沉淀，并少量多次地洗涤滤纸。完毕后，稀释容量瓶中滤液至刻度线，摇匀，贴上标签，标明为试验（2） ，待测。2. 茶叶中，Ca，Mg 总量的测定从 1容量瓶中准确吸取试液 25mL 置于 250mL 锥形瓶中，加入三乙醇胺 5mL，再加入氨性缓冲溶液 10mL，摇匀，最后加入铬黑 T 指示剂少许，用 0.01 molL-1EDTA 标准溶液滴定至溶液由红紫色恰变纯蓝色，即达终点，根据 EDTA 的消耗量，计算茶叶中Ca，Mg 的总量。并以 MgO 的质量分数表示。4. 茶叶中 Fe 含量的测量（1）邻二氮菲亚铁吸收曲线的绘制 用吸量管吸取铁标准溶液 0，2.0，4.0
7、mL 分别注入 50mL 容量瓶中，各加入 5mL 盐酸羟胺溶液，摇匀，再加入 5mL HAcNaAc 缓冲溶液和 5mL 邻菲啰啉溶液，蒸馏水定容。放置 10min，用 1cm 的比色皿，以试剂空白溶液为参比溶液，在 722 型分光光度计中，从波长 420600nm 间分别测定其光密度，确定最大吸收峰的波长，以此为测量波长。（2）标准曲线的绘制 用吸量管分别吸取铁的标准溶液 0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0mL 于 7 只 50mL容量瓶中，依次分别加入 5.0mL 盐酸羟胺，5.0mLHAc NaAc 缓冲溶液，5.0mL 邻菲啰啉，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置 10m
8、in。用 1cm 的比色皿，以空白溶液为参比溶液，用分光光度计分别测其光密度。以 50mL 溶液中铁含量为横坐标，相应的光密度为纵坐标，绘制邻菲啰啉亚铁的标准曲线。（3）茶叶中 Fe 含量的测定 用吸量管从 2容量瓶中吸取试液 2.5mL 于 50mL 容量瓶中，依次加入 5.0mL 盐酸羟胺，5.0mLHAcNaAc 缓冲溶液，5.0mL 邻菲啰啉，用水稀释至刻度，摇匀，放置10min。以空白溶液为参比溶液，在同一波长处测其光密度，并从标准曲线上求出 50mL 容量瓶中 Fe 的含量，并换算出茶叶中 Fe 的含量，以 Fe2O3 质量数表示之。五数据记录与结果1.金银花中钙镁总量的测定表 1
9、 EDTA 溶液的标定（锌的质量为 0.1927g）编号 1 2 3V(EDTA)/mL 27.10 27.10 27.12C(EDTA)mol/L 0. 01087 0.01087 0.01086平均浓度 mol/L 0.01087平均相对偏差% 0.03表 2 金银花中钙镁总量的测定（金银花的质量为 5g）编号 1 2 3V 式样/mL 50 50 50V(EDTA)/mL 19.60 19.50 19.56 C(式样)mmol/L 4.261 4.239 4.252 平均浓 mmol/L 4.251 平均相对偏差% 0.18 实验中式样是用 250mL 容量瓶定容测定，则钙镁总量4.25
10、1/0.251.63nCVmolLmol以氧化镁计算 40./42.83Mggonglmg.8%=8.57/.57%5oMg式 样金银花中钙镁总量约为 8.57mg/g，质量分数为 0.857%2.金银花中铁含量的测定吸收波长的选取测定波长 420nm 430nm 440nm 450nm 460nm 470nm 480nm 490nm 495nm 500nm吸光度 0.133 0.151 0.165 0.178 0.192 0.211 0.223 0.227 0.230 0.234测定波长 504nm 508nm 510nm 512nm 514nm 516nm 518nm 520nm 530n
11、m 540nm吸光度 0.241 0.244 0.245 0.236 0.246 0.244 0.239 0.234 0.199 0.139选定最大吸收波长 512nm 为测定波长工作曲线的建立铁 含 量 工 作 曲 线00.0460.0890.1430.186 0.20.246y = 0.0408x + 0.0075R2 = 0.986500.050.10.150.20.250.30 1 2 3 4 5 6 7浓 度吸光度A金银花中铁含量的测定实验测得 A=0.077，由工作曲线方程 y=0.0408x+0.0075 得17.03/5CgmL试 样=10=7.3/5010=.73mCVgmL
12、mg铁 试 样 试 样 %.4=3.g/FeFe试 样金银花中铁的含量为 3.4mg/g，质量分数为 0.034%五问题与讨论（1）应如何选择灰化的温度？灰化的作用是将有机物完全氧化去除，留下无机盐便于实验测定。灰化的温度需要低于待测物的熔沸点，高于有机物的燃点，这样才能灰化完全且不损失样品。（2）鉴定 Ca2+时，Mg 2+为什么会干扰？如何分别测定 Ca2+和 Mg2+的含量？Ca2+和 Mg2+与 EDTA 的结合能力相当，在 pH=10 的条件下滴定只能得到总量。若要测定各个离子的含量，可以将 PH 调至 1213 将镁沉淀，滴定钙的含量。（3）测定钙镁含量是加入三乙醇胺的作用是什么？在分离 Fe，Al，Ca，Mg 离子时，分离不一定很完全，这时需要通过掩蔽来排除Fe，Al 对 Ca，Mg 离子测定的干扰。（4）邻菲啰啉分光光度法测得的铁含量是否为茶叶中亚铁含量？为什么？实验中用盐酸羟胺将三价铁完全还原为亚铁，测定的是茶叶中铁元素的总量，而不是亚铁的含量。（5）如何确定邻菲啰啉显色剂的用量？采用试剂溶液为参比溶液，标准溶液为测定液，改变邻二氮菲的用量，以邻二氮菲体积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸光度-试剂用量曲线，从而确定最佳显色剂用量。
