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碘离子电极快速测得食盐中的碘

摘要………………………………………………………………………………………………1

键词………………………………………………………………………………………………1

1实验部分………………………………………………………………………………………1

1.1仪器及试剂………………………………………………………………………………1

1.2实验原理……………………………………………………………………………………2

1.3实验步骤……………………………………………………………………………………2

1.3.1电极的处理………………………………………………………………………………2

1.3.2绘制标准曲线……………………………………………………………………………2

1.3.3样品的处理………………………………………………………………………………3

1.3.4实验条件的选择…………………………………………………………………………3

1.3.4.1溶液的稳定性…………………………………………………………………………3

1.3.4.2温度的选择……………………………………………………………………………3

1.3.4.3pH值的选择…………………………………………………………………………3

1.3.4.4搅拌速度的选择………………………………………………………………………4

1.3.4.5响应时间的选择………………………………………………………………………4

1.3.4.6　总离子强度剂（TISAB）的选择………………………………………………………4

1.3.5结果计算…………………………………………………………………………………4

2　结果与讨论……………………………………………………………………………………4

2.1　碘溶液的稳定性对测定结果的影响………………………………………………………4

2.2温度对测定结果的影响…………………………………………………………………5

2.3　pH值对测定结果的影响…………………………………………………………………5

2.4　搅拌速度对测定结果的影响………………………………………………………………5

2.5　响应时间对测定结果的影响………………………………………………………………6

2.6　总离子强度剂（TISAB）对测定结果的影响………………………………………………6

2.7共存离子的干扰……………………………………………………………………………6

2.8回收率测定…………………………………………………………………………………7

3　结语…………………………………………………………………………………………8

致谢………………………………………………………………………………………………8

主要参考文献……………………………………………………………………………………8

英文摘要…………………………………………………………………………………………9

英文关键词………………………………………………………………………………………9

本文共9页，共5323字

碘离子选择电极快速测定食盐中碘的含量

化学与环境科学学院化学教育06级汉班张杰200613051

指导教师赵慧高级实验师

摘要利用碘离子选择电极，以0.1mol/LKNO3-0.01mol/L酒石酸为总离子强度调节剂、Na2SO3为还原保护剂，将加碘食盐中的IO3-还原为I-，在双液接饱和甘汞电极为参比电极的条件下，采用直接电位法和标准曲线法直接测定了溶液中的I-量，实验结果表明，本法操作简便、测定快速且准确、灵敏度高、抗干扰能力强。

其线性范围为10-1-10-8mol/L，检测下限为4.6×10-8mol/L，回收率为98.2%-100.7%。

可广泛用于对食盐中碘含量的测定。

关键词碘；离子选择电极；快速测定；食盐；含量

碘是人体必需的微量元素之一，是甲状腺素的重要组成部分，是维持甲状腺功能的重要元素之一。

甲状腺素不仅能调节机体内的许多物质代谢，还对机体的生长发育产生重要影响。

碘摄入量过低或过高都会导致甲状腺疾病增加。

而碘缺乏病（IDD）是人类最严重、流行最广的疾病之一，人和动物缺碘都会对胚胎和出生后的发育带来严重后果，导致婴幼儿甲状腺发育不全，生长缓慢，智力低下。

成年人缺碘可导致甲状腺功能亢进，患大脖子病[1]。

因此，人体每天均需补充适量的碘。

人体所需的碘主要来源于食品，食品中碘主要以无机碘（碘酸盐、碘化物）、有机碘（如碘代氨基酸）等形态存在。

而人们食用碘盐是摆脱上述疾病，摄取碘来维持正常新陈代谢的最简便、安全、有效的方法之一[2]。

加碘食盐的生产，一般是在制盐后通过流注一定量的碘酸钾溶液来制备。

加碘盐中碘含量的国家标准是KIO3的含量是35±15mg/Kg（碘元素的含量是20mg/Kg-50mg/Kg）根据每个地方的需碘量不同，每个地方销售的食盐中的含碘量也是不一样的。

因而对食盐或加碘盐中的微量碘的监测在碘盐生产和碘缺乏病的预防中尤为关键。

因此当地食品卫生部门对本地销售的食盐中碘含量的测定对人体健康和产品质量监控十分重要[3]。

目前食盐中微量碘的测定方法主要有碘量法、分光光度法、化学发光法、直接滴定法、氧化还原滴定法、氧化滴定法等，但这些方法大多操作繁琐，重复性较差。

本文所采用的碘离子选择性电极法具有简便、快速、准确等优点，适用于微量碘的测定。

因此采用此法测定碘盐中微量碘的研究有着重要的意义[4]。

1　实验部分

1.1　仪器及试剂

PHS-3C精密pH计（上海雷磁仪器厂）。

雷磁参比电极（即双盐桥甘汞电极；内盐桥充饱和KCl溶液，外盐桥为饱和KNO3溶液，上海精密科学仪器有限公司）。

雷磁PI-1型碘离子选择电极（上海精密科学仪器有限公司）。

S-77-03型磁力搅拌器（中国南汇电讯器材厂）。

FA2004N电子天平（上海精密科学仪器有限公司）。

总离子强度调节剂（TISAB）：

（0.1mol/LKNO3-0.01mol/L酒石酸）。

还原保护剂：

（准确称取1.2604g亚硫酸钠（AR），放入干燥洁净的50mL小烧杯中，用TISAB溶液溶解并转移、稀释至100mL棕色容量瓶，即为0.1mol/LNa2SO3溶液）。

碘标准溶液：

（准确称取1.660g碘化钾（AR），放入干燥洁净的50ml小烧杯中，加入1mL0.1mol/LNa2SO3溶液，再用TISAB溶液溶解并转移、稀释至100mL棕色容量瓶，即为1.00×10-1mol/L碘离子标准溶液（可以保存一个月），然后用TISAB溶液逐级稀释为1.00×10-2mol/L-1.00×10-9mol/L系列碘离子标准溶液（稀释液得测定时配制））。

实验所用其它试剂均为分析纯，水为二次水。

1.2　实验原理

本方法是将加碘食盐配制成氯化钠溶液，利用亚硫酸钠在加热及酸性条件下，将溶液中的碘酸钾（I5+）还原为碘离子（I-），溶液中I-的浓度在实验设定的条件下，其浓度为1.82-1.98×l0-5mol/L，该I-浓度在碘离子选择性电极的线性范围内:

10-1-10-7mol/L，通过碘电极测定加碘氯化钠溶液中I-的浓度而计算出加碘食盐中I-的含量[5]。

2IO3-+5SO32-+2H+=5SO42-+H20+I2

H20+I2+SO32-=2H++I-+SO42-

1.3　实验步骤

1.3.1电极的处理

新的碘电极在使用前要在10-9mol/L碘化钾溶液中活化2小时，再用二次水洗至稳定的电位值（-80mV），再放入二次水中浸泡保存。

在每次测定前都要用二次水洗至稳定的电位值，在用滤纸擦干；测定完以后也有要二次水洗净，用滤纸擦干，再放入二次水中浸泡保存。

新的217C型双液接饱和甘汞电极，内盐桥已经充好了饱和KCl溶液，配制KNO3饱和溶液注入到外盐桥里，并且要加入少许KNO3晶体；在测定过程中及时添加KNO3晶体保持KNO3晶体的存在。

用完以后也有用二次水洗净，用滤纸擦干，套上胶冒保存。

1.3.2绘制标准曲线

在实际测量中，为了避免滞后效应造成测量误差，应按先稀后浓之顺序进行。

在测定条件下，选用1×10-9mol/L-1×10-1mol/L的KI标准溶液进行测定。

插入碘电极和饱和甘汞电极（用二次水洗至稳定电位），由稀至浓在中速搅拌下测其平衡电位值（约2min），并绘制校正曲线（详见图1）。

回归方程为y=-60.81x+393.64，线性范围为10-1-10-8mol/L，相关系数为0.9998，检测下限为4.6×10-8mol/L。

图1　校正曲线Fig.1　Thecalibrationcurve

1.3.3样品处理

本实验对本市销售的三个不同产地（内蒙古呼市回民区、内蒙古阿拉善、湖北）的食盐进行测定。

用50mL洁净小烧杯称取3.0000g食盐，用适量TISAB溶液溶解，再加入2mL0.1mol/LNa2SO3溶液，搅拌，用表面皿盖在小烧杯上；加热至刚刚出现气泡时停止，用自来水冷却至室温，完全转移至100mL棕色容量瓶中，再用TISAB溶液定容，摇匀待测。

1.3.4实验条件的选择

1.3.4.1碘溶液的稳定性

溶液中的碘离子不稳定，在样品处理过程中易被水中的溶解氧所氧化，所以须在测定过程中加还原剂保护氧化成I2或IO3-。

I2挥发且难溶于水，分析困难。

IO3-的生成，使得I-浓度发生改变，亦影响测定。

本文对同一碘离子标准溶液在放置不同时间下测定的结果进行了实验对比。

结果表明：

溶液在棕色容量瓶中8h基本稳定。

但放置过夜，线性响应范围变窄。

为了提高碘溶液的稳定性，可适量加入还原剂：

Na2S2O3、Na3AsO3、抗坏血酸溶液（Vc）、Na2SO3、NaHSO3、抗坏血酸、盐酸羟胺再来测定其电位值。

1.3.4.2温度的选择

在室温条件（15℃-19℃）下，用温度计测定去离子水、标准溶液和样品溶液的温度在15±1℃，因此将PHS-3C精密pH计的温度补偿调到15℃。

试验了溶液的温度分别控制在15℃-55℃，每5℃测定其1×10-5mol/L的碘标液的电位值。

1.3.4.3pH值的选择

在0.1mol/LKNO3-0.01mol/L酒石酸为总离子强度调节剂来配制的标准溶液和被测溶液（溶液的pH值为3.0左右）。

固定碘离子浓度为10-3mol/L的碘标准溶液时，用不同浓度的H2SO4溶液和NaOH溶液进行酸度调节，测定不同pH时的电位值。

1.3.4.4搅拌速度的选择

对1×10-5mol/L的KI标准溶液的在慢速，中速和快速的情况下测定其电位值。

1.3.4.5响应时间的选择

插入电极后，电位值开始迅速的增大，然后缓慢的增大，接近2分钟时趋于稳定，2分钟以后电位值开始变化。

从电极插入开始接触1×10-5mol/L的KI标准溶液时开始计时，观察并记录电位值的变化。

每15s记一数值，直到数值在1min内稳定在1mV之内。

1.3.4.6总离子强度剂（TISAB）的选择

分别配制出含有浓度0.10mol/LNaNO3、0.01mol/LNaNO3、0.10mol/LKNO3、0.05mol/LKNO3、0.01mol/LKNO3、0.01mol/LK2SO4、0.01mol/LKH2PO4的七种1×10-1mol/L的KI标准溶液，并分别依次稀释1×10-9mol/L。

插入碘电极和双盐桥甘汞电极（先用二次水洗至稳定电位），溶液由稀至浓在中速搅拌条件下测其平衡电位值。

1.3.5结果计算

测定各试液相应的平衡电位值Ex。

将Ex带入Ex=-60.81Cx+393.64或者用作图法将Ex带入校正曲线既可以求出I-的摩尔浓度的负对数值即-lgCx，再取对数即得I-的摩尔浓度Cx；再由式

（1）计算样品食盐中碘离子的质量浓度即食盐中的含碘量:

Cx（I-）。

（mg/Kg）式

（1）

式

（1）中，Vx为溶液的体积（Vx=0.1L），W为样品食盐重量（g）。

表1样品测定结果

Table1　Thedeterminationresultsofsamples

食盐的产地

内蒙古呼市回民区

湖北

内蒙古阿拉善盟

食盐食盐质量m/g

3.006

3.002

3.008

3.0002

3.0004

3.006

3.0001

3.0005

Ex/mV

Cx（I-）/mg.Kg-1

20.87

20.14

20.85

39.73

38.29

38.26

44.51

42.97

44.51

（I-）/mg.Kg-1

20.62

38.61

44.00

2　结果与讨论

2.1碘溶液的稳定性对测定结果的影响

由于Na3AsO3有毒、Vc易分解，抗坏血酸溶液本身不稳定，较易被氧化而失去作用；入Na2S2O3测得的标准曲线线性不理想，线性范围很窄，在10-5mol/L明显弯曲，且对Na2S2O3试剂的纯度要求很高当含有少量硫杂质即会对测定结果造成很大的影响。

故选用Na2SO3作为还原剂。

分别加入0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/LNa2SO3，配制系列碘标液，放置40天后，考察还原剂浓度对检测下限的影响。

实验发现，加入0.01mol/LNa2SO3的与当天配制的系列碘离子标准溶液的检测下限几乎一致[5]。

2.2温度对测定结果的影响

结果表明KI标准溶液浓度越大，改变的幅度越小，与能斯特方程关系相符。

所以为了使测定误差减小，应尽量使标准液与各待测液的温度保持一致，且应尽量使溶液的温度与室温保持一致。

将酸度计的温度设定为待测定溶液的温度，并尽量缩短测量时间，使整个测量过程温度的变化不大。

因此在室温条件（15℃-19℃）下，用温度计测定去离子水、标准溶液和样品溶液的温度在15±1℃，因此将PHS-3C精密pH计的温度补偿调到15℃。

表2电极电位与溶液温度的关系

Table2RealationshipsbetweenElectrodepotentialandtemperature

温度/℃

电位/mV

2.3pH值对测定结果的影响

结果表明:

pH值在2.0-11.0范围时测定结果的重现性好。

标准溶液和被测溶液的pH值为3.0左右，不用调节溶液的pH值，方便简单并且满足要求。

表3电极电位与溶液pH值的关系

Table3RealationshipsbetweenElectrodepotentialandSolutionpH

溶液pH值

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

电位/mV

213

212

213

214

212

213

214

212

214

2.4搅拌速度对测定的影响

搅拌速度过快会使空气进入溶液，容易把I-氧化；气泡也会影响电流的传导，从而使测定的电位值偏低。

搅拌速度过慢会使响应的时间加长，部分I-会被氧化，也使得测得的电位值偏低。

因此采用中速搅拌。

表4电极电位与搅拌速度的关系

Table4RealationshipsbetweenElectrodepotentialand

搅拌速度

慢速

中速

快速

电位/mV

2.5响应时间对测定结果的影响

结果表明电位随时间开始增大，2min时电位趋于稳定，随后电压又减小或增加，不稳定；因此在2min时记录数据。

所以每次测定电位时尽量在2min时和电位稳定以减小误差。

表5电极响应电位与响应时间的关系

Table5Realationshipsbetweenresponsepotentialandresponsetime

时间/s

105

120

135

150

165

电位/mV

-86

-43

-11

2.6总离子强度剂（TISAB）对测定结果的影响

结果表明，在相同浓度下，除K2SO4外，其余各溶液均有较好的浓度-电位关系图。

但只有KNO3溶液的线性范围较宽，电位值低，即电极检测下限得到降低，故选择0.1mol/LKNO3为该方法的离子强度调节剂（TISAB）。

为用于实际试样测定时，使得本法具有良好的缓冲性能和掩蔽干扰物之作用，酒石酸缓冲控制整个溶液的酸度，并且能掩蔽试验中可能出现的铁、铝、铜、钙、铅等金属阳离子。

0.01mol/LNaNO3-0.01mol/L酒石酸、0.01mol/LNaNO3-0.05mol/L酒石酸、0.01mol/LNaNO3-0.1mol/L酒石酸进行了实验对比。

结果表明，各体系均有较好的浓度-电位关系曲线。

但0.01mol/LNaNO3-0.01mol/L酒石酸体系的线性范围较宽，电位值低，即检测下限得到降低。

此体系的pH值为2.8，在合适的pH范围内[5]。

故选择0.1mol/LKNO3-0.01mol/L酒石酸为本实验的总离子强度调节剂（TISAB）。

2.7共存离子的干扰

实验常见的SCN-、CN-、S2-、S2O32-、Cl-、Br-、NO3-、SO42-、HPO42-、Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+等采用固定干扰离子混合溶液法，固定碘标液的浓度为10-5mol/L，分别改变各种干扰离子的浓度，测其平衡电位值，进而求得选择性系数。

结果表明即使大量存在NO3-、SO42-、HPO42-也不产生干扰；可以不考虑。

Ca2+、Fe2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+由于选择性系数非常小，均对测定基本不产生干扰；故离了强度调节剂以KNO3为宜，调节溶液酸度以H2SO4为宜。

Al3+、Fe3+、Cl-、Br-对测定有较小的干扰，酒石酸对Al3+、Fe3+等金属离子有掩蔽作用，可以不考虑。

CN-有严重干扰，但食盐中一般不存在，可以不考虑。

S2-、S2O32-亦有严重干扰，即使只有极少量，也会使电极得到错误的响应；而试样中含微量的S2-、S2O32-，在样品处理过程中已转变成其它的高价状态的SO42-，可以不考虑[4]。

表6共存离子的电位选择系数

Table6Potentialselectivecoefficientofcoexistingions

阴离子

CN-

S2-

S2O32-

Cl-

SCN-

Br-

SO42-

NO3-

HPO42-

lgKpotI-,Ax-

-1.21

-1.33

-1.83

-2.41

-3.43

-3.70

-5.20

-5.60

-6.23

阳离子

Fe3+

Al3+

Ca2+

Mg2+

Zn2+

Mn2+

Cu2+

Fe2+

lgKpotI-,Ax-

-3.03

-3.38

-4.21

-4.46

-4.05

-3.54

-3.87

-3.81

2.8样品的回收率测定

为了检验本法测定结果的可靠性，本实验在试样溶液中加入2mL10-4mol/L碘标准溶液，再测定溶液的电极电位E2；将E2代入E2=-60.81C2+393.64即测定I-的总摩尔浓度对数值lgC2，取对数可得I-的总摩尔浓度C2，故由式

（2）求得I-的总的质量浓度C（I-）总；由式（3）可求得加入的I-的质量浓度Cs（I-）。

即由式（4）可求得其回收率[3]。

（mg/Kg）式

（2）

（mg/Kg）式（3）

式（4）

式中:

C2为总的溶液的碘离子的摩尔浓度，V2为总溶液的体积（0.1002mL），Cs（I-）为添加的碘标液的碘含量，Cs为添加的标准溶液浓度（10-5mol/L），Vs为添加的标准溶液体积（2mL），Vx为样品液体积（100mL），W为样品食盐重量（g）。

表7样品的回收率

Table7　Therecoveryofthesamples

食盐的产地

内蒙古呼市回民区

湖北

内蒙古阿拉善盟

食盐食盐质量m/g

3.006

3.002

3.008

3.0002

3.0004

3.006

3.0001

3.0005

Ex/mV

E2/mV

Cx（I-）/mg.Kg-1

20.87

20.14

20.85

39.73

38.29

38.26

44.51

42.97

44.51

Cs（I-）/mg.Kg-1

8.44

8.45

8.44

8.45

8.44

8.45

8.44

C总（I-）/mg.Kg-1

29.41

28.36

29.40

48.01

46.40

46.37

53.92

52.00

53.94

回收率W/%

99.7

100.8

99.6

100.3

100.7

98.2

98.9

98.2

结果表明样品的有较好的回收率（98.2%-100.7%），可以用此方法测定食盐中的I-的含量。

3　结语

本文运用碘离子选择电极快速测定食盐中微量碘的方法。

对TISAB的选择，在有关文献的基础上做了进一步改进，使得线性范围拓展为10-1-10-8mol/L，检测下限达4.6×10-8mol/L，较文献报道的检测下限降低了一个数量级以上。

此结果对于水体、蔬菜，水果等样品中含碘量的测定具有一定的参考价值，本文方法操作简便、快速、准确、灵敏、易于实现自动分析，加之其价格低廉，适于中小企事业单位推广应用[6]。

致谢

赵慧老师对本论文做出了细心的指导，在此表示衷心的感谢！

主要参考文献:

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[2]刘文涵,高云芳,何涛.离子选择电极测定食盐含碘量的研究[J].浙江工业大学学报.1999:

27（3）,237-241.

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[4]黄德培,沈子琛,吴国梁等.离子选择电极的原理及应用[M].北京:

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[5]邵华谷处,段东成.用碘离子选择性电极测定食盐中碘的含量[J].中国井矿盐.1998:

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[6]李磊（LiLei）.碘离子选择电极测定食盐中的含量[J].沈阳

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