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3结果与讨论15

3.1定性分析的结果和讨论15

3.1.1双硫腙指示剂定性的结果和讨论15

3.1.2硫氰化钾指示剂定性的结果和讨论16

3.2定量分析的结果和讨论16

3.2.1二价铁（Fe2+）含量测定的结果和讨论16

3.2.2游离甘氨酸含量测定的结果和讨论17

3.2.3总甘氨酸含量测定的结果和讨论18

3.2.4螯合率的计算18

4结论19

致谢20

参考文献21

1绪论

1.1研究背景及意义

缺铁性贫血是体内铁的储存不能满足正常红细胞生成的需要而发生的贫血。

是由于铁摄入量不足、吸收量减少、需要量增加、铁利用障碍或丢失过多所至。

形态学表现为小细胞低色素性贫血。

缺铁性贫血不是一种疾病，而是疾病的症状，症状与贫血程度和起病的缓急相关。

铁是血红蛋白、肌红蛋白和多种酶系的重要组成成分，在体内起着营养、免疫等重要作用，它是畜禽所必须的重要微量元素之一。

铁添加剂的发展经历的3个阶段，第一代为无机盐类，如硫酸亚铁、碳酸亚铁等；

第二代产品为一些接单的有机化合物如柠檬酸亚铁，富马酸亚铁等；

第三代为氨基酸络合铁，如甘氨酸铁。

前两类均存在其应用弊端，无机盐类不仅吸收利用率差，而且容易造成环境污染、资源浪费，影响饲料中其他活性营养物质的吸收利用。

而简单的有机化合物难以克服吸收利用率低的缺陷，不能充分满足动物体生长的需要。

因此，需要研究开发安全高效的饲用铁添加剂的新产品，以克服一直沿用的微量元素的无机盐类添加剂的弊端。

自17世纪，化学界发现并制备出络合物以来，络合物的研究和应用在许多行业都得到了很大发展。

20世纪70年代，微量元素氨基酸络合物的研究推动了络合物在动物营养中的应用。

而甘氨酸是动物必需的营养源之一，动物营养研究工作者用其作为络合物，研究和开发出新一代微量元素—氨基酸营养性添加剂——甘氨酸亚铁。

大量实验表明，甘氨酸亚铁成为了新型的微量元素添加剂，它具有较高的生物学效价，接近于动物体内天然形态的微量元素补充剂，可以完全被动物吸收和利用，具有良好的稳定性。

如何更高效的合成甘氨酸亚铁，并标准的对其进行质检分析，使其在实际中广泛应用成了研究的课题。

1.2甘氨酸亚铁的合成及表征测定方法

1.2.1甘氨酸亚铁的合成

甘氨酸钠盐制备：

C2H5NO2+NaOHC2H4NO2Na+H2O

甘氨酸亚铁的制备：

2C2H4NO2Na+2FeS04·

7H2O+H2SO4[Fe（C2H5NO2）2SO4·

4H2O]·

[FeSO4·

6H2O]+Na2SO4+4H2O

（1）水体系合成法

目前水体系合成法是合成氨基酸微量元素螯合物的主要方法。

不仅用单个氨基酸和金属离子的螯合，也用于复合氨基酸微量元素螯合物的螯合。

此法存在工艺周期长，过程较难控制（要维持一定的温度和pH值），成本高，废液污染等缺点；

但能获得很高的产率。

另外，一些复合氨基酸微量元素螯合物也是通过水体系来合成的，比单个氨基酸和金属元素的螯合只多了个水解的过程。

一般都是利用一些废料来水解获得复合氨基酸，也有用豆粕来水解以获得复合氨基酸的。

实验证实，利用饲料级豆粕通过硫酸水解获得的复合氨基酸和硫酸锌螯合物，获得了92％的螯合率。

（2）固相合成法

固相反应中，反应物的粉碎细化，有利于反应物之间的接触，提高了反应效率。

固相合成法不仅适合于单个氨基酸与某个金属离子螯合成单项螯合物，且对于复合氨基酸微量元素螯合物的合成也很好。

研究证实，由固相合成的复合氨基酸铜的螯合率达93．8％。

基本工艺：

氨基酸+金属盐粉碎、混合加入引发剂微波辐射催化合成用乙醇、乙醚和蒸馏水充分洗涤纯化产物滤渣真空干燥

优点是合成操作简单、耗时少、成本低廉、副产物少；

制得的产品纯度高。

但其原料主要是醋酸盐等有机盐，价格较高；

若用价格较低的强酸盐为原料合成氨基酸螯合物，副产物在微波作用下，易引起产物焦糊。

其合成中如何快速清除副产物，提高反应物的接触程度，有效控制反应温度都是要解决的问题。

（3）小结

由于氨基酸与亚铁离子，不仅会络合生成新产物，而且会螯合生成其他的产物。

但氨基酸成本较高，而产品的主要作用是为了补充铁元素，防止贫血。

所以选取氨基酸含量比例较小的产物，减小成本，达到与其他产物相同的作用。

水体系法虽然产率高，但需消耗更多的氨基酸，成本也随之增大，不适合盈利。

最终选取固相合成法来制取甘氨酸亚铁。

1.2.2甘氨酸亚铁的表征测定

（1）红外光谱分析

将纯化后的甘氨酸亚铁产品做红外光谱分析，并和纯品甘氨酸比较（结果见图1、图2）。

从图中可以看出：

甘氨酸的红外光谱在2600～3100cm-1有较强宽谱带，这是NH3+的特征吸收峰，而甘氨酸亚铁的红外光谱中无此吸收峰，说明甘氨酸亚铁中没有游离的NH3+，同时，甘氨酸在2100cm-1处有一个较强的吸收峰，这是α-氨基酸的特征吸收峰，而甘氨酸亚铁中无此吸收峰。

因此可以确定甘氨酸亚铁中没有游离的甘氨酸存在。

（2）晶体结构分析

单晶X射线衍射（X射线晶体学）是一种广泛应用的分析技术，它使用X射线准确测定结晶样品中各原子的实际位置。

利用单晶体对X射线的衍射效应，可计算晶胞的电子密度图。

从图赏可以直接得到原子的晶胞中的位置，从而测定出晶体结构和分子结构，分析检测结果：

晶系：

三斜空间群：

P—1（2#）

晶胞参数：

a=5.988（4）A0b=6.790（6）A0c=13.396（8）A0

α=85.40（3）0β=82.92

（2）0γ=83.06（3）0

晶胞体积V=535.4（6）A03，单位晶胞分子数Z=1

[注：

1A0=0.1nm]

结构因子R1=0.027，S=1.008，

空间结构（图3）：

（3）合成甘氨酸亚铁定性分析

双硫腙指示剂：

金属微量元素的氨基酸螯合物在甲醇中的溶解度很小，而无机金属离子在甲醇中的溶解度较大。

用甲醇来提取氨基酸螯合物商品时，如果金属微量元素螯合完全，则几乎没有金属离子进入甲醇提取液。

在甲醇提取液中滴入显色剂双硫腙后，任然显示双硫腙本身的蓝绿色。

如果金属微量元素螯合不完全，则有较多的金属离子进入甲醇提取液。

在甲醇提取液中滴入显色剂双硫腙后，双硫腙和金属离子显红色至红紫色。

硫氰化钾指示剂：

在提取液中加入双氧水后，溶液中的亚铁离子氧化为铁离子。

硫氰化钾对铁离子显红色。

（4）总二价铁（Fe2+）含量的测定（铈量法）

即采用四价铈盐溶液作滴定剂的容量分析方法。

1861年由L.T.兰格建立。

在酸性溶液中，Ce4+与还原剂作用，被还原为Ce3+。

（Ce4+/Ce3+）＝1.61伏。

在1～8高氯酸溶液中，＝+1.70～+1.87伏；

在1～8硝酸溶液中，＝-1.44～-1.42伏；

在盐酸溶液中，Ce4+不很稳定，会缓慢地将Cl-氧化为Cl，随着酸度的增高，氧化速率也增高，但在硫酸存在下，氧化速率会减低。

所以，实际上常用硫酸铈的硫酸溶液作滴定剂，它非常稳定。

而在硝酸或高氯酸溶液中,在光的作用下，Ce4+会缓慢地被水还原,使其浓度逐渐下降。

Ce4+易水解而生成碱式盐沉淀，因此不适合在弱酸性或碱性溶液中滴定。

在铈量法中，虽然Ce4+具有黄色，Ce3+为无色，但由于Ce4+的黄色不够深,不能作为指示滴定终点的自身指示剂，要选用适当的氧化还原指示剂，如邻二氮菲－亚铁指示剂，铈量法的滴定曲线见图：

（5）游离甘氨酸含量的测定（非水滴定）

非水滴定法是在非水溶剂中进行的滴定分析方法。

非水溶剂指的是有机溶剂与不含水的无机溶剂。

以非水溶剂作为滴定介质，不仅能增大有机化合物的溶解度，而且能改变物质的化学性质，使在水中不能进行完全的滴定能够顺利进行，从而扩大了滴定分析的应用范围。

温度变化对滴定介质冰醋酸影响较大，冰醋酸的凝点为15.6℃，当室温低于15.6℃，滴定液就会凝结在滴定管中，因此滴定温度应控制在20℃以上。

冰醋酸的膨胀系数较大，为0.0011℃，即温度改变1℃，体积就有0.11%的变化，所以当使用与标定温度相差在±

10℃以内。

由于水分的存在，将严重影响电位滴定曲线的突跃的指示剂颜色的变化，影响终点的灵敏度，所有仪器，供试品中均不得有水分存在，所用的试剂的含水量均应在0.2%以下，必要时应加入适量的醋酐以脱水。

（6）总甘氨酸含量的测定（凯氏定氮法）

样品与硫酸和催化剂一同加热消化，使蛋白质分解，分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵。

然后碱化蒸馏使氨游离，用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定，根据酸的消耗量乘以换算系数，即为蛋白质含量。

有机物中的胺根在强热和CuSO4，浓H2SO4作用下，硝化生成（NH4）2SO4，反应式为：

2NH2-+H2S04+2H+＝（NH4）2SO4（其中CuSO4做催化剂）

在凯氏定氮器中与碱作用，通过蒸馏释放出NH3，收集于H3BO3溶液中反应式为:

（NH4）2SO4+2NaOH＝2NH3+2H2O+Na2SO4

2NH3+4H3BO3＝（NH4）2B4O7+5H2O

用已知浓度的H2SO4（或HCl）标准溶液滴定，根据HCl消耗的量计算出氮的含量，然后乘以相应的换算因子，既得蛋白质的含量：

（NH4）2B4O7+2HCl+5H2O＝2NH4Cl+4H3BO3

1.3课题的研究内容及目的

本课题主要研究以最大的经济效益获得含铁量更高的补铁产品。

从甘氨酸亚铁的合成起，使甘氨酸与亚铁离子1：

1螯合，追求使用更少的甘氨酸使亚铁离子被螯合，避免其以无机游离形式存在。

对合成完毕的产品，进行各方面含量的检测，不断改善，使游离的各组分含量不断减少，提高动物体对亚铁离子的吸收。

2实验部分

2.1仪器与试剂

2.11实验试剂

试验中所使用试剂及规格见表2.1

表2.1实验试剂一览表

试剂名称

分子式

规格

浓度

备注

甘氨酸

C2H5NO2

AR

固体

白色晶体粉末

7水合硫酸亚铁

FeSO4·

7H2O

浅蓝色晶体粉末

氢氧化钠

NaOH

白色块状固体

硫酸

H2SO4

3mol/L，10%，98%

无色粘稠状液体

盐酸

HCl

0.01mol/L

无色透明液体

双硫腙氯仿溶液

C13H12N4S

0.001%

蓝黑色结晶，将1mg双硫腙溶于100mL氯仿中，蓝黑色溶液

过氧化氢

H2O2

30%

硫氰化钾指示溶液

KSCN

无色透明溶液

无水甲醇

CH3OH

无色透明液体，不含水份

硫酸铈标准滴定溶液

Ce2（SO4）3·

8H2O

0.1mol/L

磷酸溶液

H3PO4

10%

二苯胺磺酸钠指示液

C12H10NNaO3S

氧化还原指示剂，露置空气中变色

冰乙酸

CH3COOH

98%以上

14摄氏度以下为固体

结晶紫指示剂溶液

不易长久保存

高氯酸标准滴定溶液

HClO4

混合催化剂

0.4g硫酸铜，5个结晶水，6g硫酸钾磨碎混匀

混合指示剂

甲基红0.1%乙醇溶液，溴甲酚绿0.5%乙酸溶液两溶液等体积混合

硼酸

H3BO3

2%

硼酸吸收液

1%硼酸水溶液1000mL，加入0.1%溴甲酚绿乙醇溶液10mL,0.1%甲基红乙醇溶液7mL,4%氢氧化钠水溶液0.5mL,混合。

2.12实验仪器

仪器名称

电子天平

型号：

BS224S

研钵

药匙

玻璃棒

恒温器

烧杯

50mL，250mL，500mL,1000mL

试管

外径（mm）×

长度（mm）：

15×

150、18×

180、25×

200等

滴定管

酸式滴定管与碱式滴定管

锥形瓶

250mL

量筒

10mL，100mL

容量瓶

250mL，1000mL

消煮管

自动回零装置

凯氏蒸馏装置

2.2甘氨酸亚铁的合成

所需药品：

甘氨酸，7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O），NaOH（固体）硫酸溶液（3mol/L）

仪器：

电子天平，研钵，药匙，恒温器，玻璃棒

合成原理：

2C2H4NO2Na+2FeSO4·

计算甘氨酸与7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）质量比为75:

278

实验步骤：

1.称取甘氨酸6.0096g，倒入研钵中，此时为白色晶体。

2.加入水1.2mL，研磨3分钟，甘氨酸变潮湿。

3.加入NaOH固体0.5172g，加水0.5mL，研磨搅拌5分钟，甘氨酸变为白色糊状，测得pH为10-11。

4.称取7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）22.2371g，倒入研钵，硫酸亚铁与甘氨酸接触部分瞬间变为墨绿色。

5.保持温度70摄氏度，研磨搅拌，混合物逐渐变为墨绿色糊状。

搅拌1分钟不到，混合物突然变硬，难以搅拌。

用药匙刮下，保持70摄氏度研磨半小时。

混合物呈墨绿色块状固体。

6.加入3mol/L硫酸2.4mL调节pH，边加入，边研磨。

混合物逐渐变为土黄色。

用湿润的pH试纸测定pH，为3-4。

7.将合成的甘氨酸亚铁刮下，呈土黄色颗粒粉末状，称量，26.3446g

注意事项：

加入7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）研磨一段时间后，混合物会突然变硬，变为墨绿色，此时一定要继续充分研磨，使其与甘氨酸充分反应。

研磨到后期，注意土黄色产品中夹杂的墨绿色点，尽量研磨，使其消失参与反应。

2.3甘氨酸亚铁的定性分析

2.31双硫腙指示剂定性

待测样品（甘氨酸亚铁）

双硫腙（0.001%氯仿溶液：

将1mg双硫腙溶于100mL氯仿中）

无水甲醇

7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）

电子天平，药匙，玻璃棒，烧杯，试管

实验原理：

1.称取甘氨酸亚铁与7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）各含等量的金属元素（约25-50mg）分量，按各含25mg金属元素计算，称取7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）124.1mg，甘氨酸亚铁58.0mg。

2.分别取两个100mL烧杯，倒入50mL无水甲醇，室温下搅拌30分钟，使其充分溶解，7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）完全溶解，而甘氨酸亚铁几乎不溶。

过滤甘氨酸亚铁浑浊液，取其清液。

取3支干净，干燥的试管，各加入5mL配制的双硫腙氯仿溶液。

取7水合硫酸亚铁（FeSO4·

7H2O）溶液与甘氨酸亚铁溶液各5滴，滴入双硫腙氯仿溶液，观察现象。

滴加样品后双硫腙可能不会立即显色，需要等待较长时间。

如果仍不变色，可以考虑多滴加几滴样品溶液。

静置继续等待。

2.32硫氰化钾指示剂定性

双氧水（H2O2），硫氰化钾（KSCN）

Fe3++（SCN）-=Fe（SCN）3

3.取2支干净，干燥的试管，各加入上述配制的两种溶液5mL。

向两支试管中各滴加1滴双氧水，轻微震荡。

然后各滴加1滴硫氰化钾（KSCN）显色剂，观察现象

双氧水氧化性较强，所以需要确保，溶液中没有未溶解的样品，否则会把为溶解的甘氨酸亚铁中的亚铁氧化，这样无法表明样品是否螯合。

2.4甘氨酸亚铁各组分含量的测定

2.41总二价铁离子（Fe2+）含量的测定

测定样品（甘氨酸亚铁）

硫酸铈标准滴定溶液：

c[Ce（SO4）2]=0.1mol/L

5%硫酸溶液，10%磷酸溶液

二苯胺磺酸钠指示液

电子天平，药匙，烧杯，玻璃棒，滴定管，锥形瓶

Fe2++Ce（SO4）2=Ce3++Fe3++3SO42-

利用二苯胺磺酸钠指示液不同的显色性质辨别滴定终点

1.试样溶液配制：

称取甘氨酸亚铁约2.0055g，倒入100mL烧杯中，加入5%硫酸60mL，加入10%磷酸溶液20mL，然后注入100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线。

溶液出初始显浅黄色，放置长时间后显无色。

2.用移液管移取25mL甘氨酸亚铁溶液，置于锥形瓶中，再加入25mL蒸馏水，滴入4滴二苯胺磺酸钠指示液。

3.用硫酸铈标准滴定溶液滴定溶液。

终点现象：

溶液初始为无色透明，滴加工程中，逐渐变为黄色透明溶液，当滴入最后一滴硫酸铈标准滴定溶液时，溶液突然变为紫红色，空气中放置一会，溶液又变为墨绿色，再滴加2-3滴，溶液再次变为紫红色，放置不变色，判定为滴定终点。

4.做平行实验。

虽然Ce4+具有黄色，Ce3+为无色，但由于Ce4+的黄色不够深,不能作为指示滴定终点的自身指示剂，要选用适当的氧化还原指示剂，如二苯胺磺酸钠指示剂

2.42游离甘氨酸含量的测定

甘氨酸亚铁，冰乙酸，结晶紫指示剂溶液，高氯酸标准滴定溶液

自动回零滴定装置，锥形瓶，量筒，电子天平，药匙

以冰乙酸为溶剂，结晶紫为指示剂，高氯酸标准溶液为滴定剂，反应生成氨基乙酸的高氯酸盐。

1.称取1g甘氨酸亚铁，置于250mL锥形瓶，加入30mL冰醋酸溶解（样品大部分难以溶解），加入2-4滴结晶紫指示剂。

溶液此时显紫红色。

2.用高氯酸标准滴定溶液滴定，溶液由紫红色变为蓝绿色为滴定终点。

3.做平行实验。

整个实验不能引入水份。

2.43总甘氨酸含量的测定

硫酸：

98%化学纯

混合催化剂

硼酸：

化学纯，2%水溶

盐酸标准溶液：

凯氏烧瓶

凯氏蒸馏装置（右图）

锥形瓶

容量瓶

消煮管

2NH2-+H2SO4+2H+＝（NH4）2SO4（其中CuSO4做催化剂）

　　（NH4）2SO4+2NaOH＝2NH3+2H2O+Na2SO4

用已知浓度的H2SO4（或HCI）标准溶液滴定，根据HCI消耗的量计算出氮的含量，然后乘以相应的换算因子