碘与多羟基聚合物显色反应研究及分析应用(定稿)

碘与多羟基聚合物显色反应研究及分析应用
一、摘要：
本实验通过分光光度法，研究碘与多羟基聚合物显色反应的反应程度，得到碘分别与各种物质显色反应的工作曲线，得到其适用的工作区间，分析利用该显色反应分光光度法分析实验结果的合理性。

该实验中需要的波长在可见光区。

二、实验试剂和仪器：
1 2g/L淀粉标准溶液（加热溶解）
2 2g/L 环糊精（0.5076g~250ml容量瓶定容c=2.0304g/L）
3 2g/L PEG（0.5156g~250ml容量瓶定容c=2.0624g/L）
4 2g/L PV A （0.5032g~250ml容量瓶定容c=2.0128g/L）
5 2g/L 海藻酸钠
6 2g/L 壳聚糖（壳聚糖、海藻酸钠难以溶解，称取0.5g，溶于煮沸的蒸馏水中，溶解后冷却到室温在250ml容量瓶中定容。

）
7 0.2% I2-KI标准溶液（棕色瓶）(0.5044g/250ml)
8 0.02% I2-KI标准溶液（棕色瓶）
9 723P可见光分光光度计
10 100ml、250ml容量瓶若干
11 25ml棕色比色管若干
三、实验方案及实验数据处理：
1 定性确定碘与各种多羟基聚合物显色反应情况
分别将KI-I2溶液与淀粉、PVA、PEG、海藻酸钠、环糊精、壳聚糖溶液混合，观察是否出现显色现象
（碘与PVA反应时，需对碘-碘化钾溶液预处理：将3g硼酸溶于0.01mol/L碘溶液中，使显色反应易发生）
除淀粉和PVA外，其他有机物与碘-碘化钾溶液混合后均无显色现象。

淀粉易与碘-碘化钾溶液显色呈蓝色或蓝紫色，且颜色较深，可以在较低浓度下用分光光度计测量吸光度；PVA显色不明显，显色产物颜色为淡绿色，且需要在较高浓度（PVA浓度约为淀粉的五倍）下才能在分光光度计误差范围内测定吸光度。

PVA与碘的显色反应，产物不稳定，显色后会很快褪色，
2 定量测定碘与淀粉的显色反应
2.1 绘制碘在实验室条件下自发氧化和挥发的工作曲线（A-t曲线）
分别移取0.02% I2-KI标准溶液10ml于25ml比色管中，加入蒸馏水定容。

以蒸馏水为参比，在0、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、45、60min，在最大吸收波长处测定吸光度，得到碘在实验室条件下自发氧化和挥发的工作曲线。

拿到实验仪器后，我们在棕色瓶中配置溶液，认为可以保持很久不会产生损耗。

故不进行自发氧化和挥发的工作曲线。

2.2 碘和淀粉显色反应的吸收曲线测定（A~λ曲线）
移取1.00ml 0.02% I2-KI标准溶液于25ml棕色比色管中，加入1.00ml 2g/L淀粉标准溶液，定容。

以蒸馏水做参比溶液，在分光光度计上在680nm-540nm做吸光度~波长曲线（横坐标间隔5nm）。

实验数据如下：（碘浓度0.0008%，淀粉浓度0.08g/L）
₰/nm A（淀粉）₰/nm A（淀粉）₰/nm A（淀粉）
680 0.235 630 0.256 580 0.243
675 0.238 625 0.258 575 0.234
670 0.238 620 0.259 570 0.227
665 0.24 615 0.259 565 0.218
660 0.241 610 0.262 560 0.209
655 0.244 605 0.262 555 0.199
650 0.248 600 0.259 550 0.188
645 0.251 595 0.256 545 0.178
640 0.252 590 0.253 540 0.167
635 0.255 585 0.247
用Origin软件作图如下：
由实验数据及图像，确定碘与淀粉显色的最大吸收波长在605-610nm。

考虑到实验中的误差，接下来的实验，我们使用610nm作为最大吸收波长。

该处，不进行实验曲线的方程拟合。

拟合的图像极值点与实际的最大吸收波长相差太大，没有实际的应用价值。

2.3 pH对碘和淀粉显色反应的影响（A~pH曲线）
移取1.00ml 0.02% I2-KI标准溶液于4支25ml棕色比色管中，加入1.00ml 2g/L 淀粉标准溶液，调节不同pH，分别在610nm处测定吸光度，绘制吸光度~pH曲线。

实验数据：
pH A
[H]=2.5 0.728，溶液显蓝紫色
6.9 0.617
9.2 0.357
由该实验数据知，不同pH下碘与淀粉反应后的吸光度差别很大。

由于实验条件限制，我们只有pH=6.9和pH=9.2的缓冲溶液以及[H]=2.5的溶液，在同一参比下得到的数据有较大差别；而能够由实验数据得到的结论显示，淀粉与碘的显色反应的吸光度随pH的增大而减小。

根据查阅文献及实验数据分析，我们认为：
pH 在弱酸性时，实验条件较好。

弱酸性条件下碘在水溶液中的歧化反应
HIO I H O H I ++=+-+22(可逆，可逆符号word 中无法表示)会受到抑制，从而有利于碘单质与淀粉的反应。

在碱性环境中吸光度随pH 增大而不断减小，我们认为碘在碱性环境中发生反应O H IO I OH I 222++=+---，抑制了碘和淀粉的反应。

在强酸性环境中，淀粉会被水解产生糊精，糊精与碘反应显紫红色，与淀粉混合后显蓝紫色。

2.4 绘制反应的工作曲线，确定合理的浓度范围
2.4.1淀粉定量时，吸光度随碘浓度的变化
分别移取0.02% I2-KI 标准溶液0、0.50、1.00、......5.00ml 于9个25ml 比色管中，加入1.25ml 2g/L 淀粉标准溶液，定容。

以第一个瓶中的溶液为参比溶液，在610nm 处测定吸光度。

将淀粉溶液用量换为2.50ml 、3.75ml 、5.00ml ，重复上述步骤，得到4条工作曲线。

数据记录：
c （淀粉）0.1g/L 0.2g/L 0.3g/L 0.4g/L
c(I 2)(mg/L) A A A A
0 0 0 0 0
4 0.156 0.217 0.283 0.245
8 0.426 0.648 0.768 0.752
12 0.547 0.954 1.203 1.256
16 0.622 1.066 1.485 1.716
20 0.64 1.213 1.637 1.95
24 0.702 1.309 1.776 2.133
28 0.76 1.427 1.944 2.347
32 0.77 1.51 2.09 2.552
作图：
对每条曲线，淀粉浓度不同，分别确定工作曲线：
1 淀粉0.1g/L ：工作区间c(I 2)>10mg/L ，线性拟合程度0.959
2 淀粉0.2g/L：工作区间c(I2)>10mg/L，线性拟合程度0.993
3 淀粉0.3g/L：工作区间c(I2)>10mg/L，线性拟合程度0.981
4 淀粉0.4g/L：工作区间c(I2)>10mg/L，线性拟合程度0.961
综上，碘浓度大于10mg/L时，线性程度较好，可用于测定碘与淀粉的显色反应。

当碘的浓度大于30mg/L时，用分光光度计测得的吸光度数据过大，仪器本身的误差过大，不适宜作为实验中测定显色反应的数据。

2.4.2碘定量时，吸光度随淀粉浓度的变化
固定0.02% I2-KI标准溶液用量为0.50ml，分别加入2g/L淀粉标准溶液0、0.50、1.00......5.00ml，测定工作曲线。

改变0.02% I2-KI标准溶液用量为1.00、
1.50......
2.50ml，测定5条工作曲线。

数据记录：
V(I2~KI)4mg/L 8mg/L 12mg/L 16mg/L 20mg/L
c(淀粉)(g/L) A A A A A
0 0 0 0 0 0
0.04 0.121 0.195 0.312 0.282 0.333
0.08 0.17 0.392 0.445 0.514 0.675
0.12 0.218 0.502 0.625 0.722 0.931
0.16 0.226 0.632 0.794 0.886 1.209
0.2 0.233 0.652 0.932 1.08 1.472
0.24 0.217 0.687 1.048 1.27 1.656
0.28 0.255 0.729 1.14 1.452 1.876
0.32 0.24 0.745 1.201 1.564 2.023
0.36 0.237 0.771 1.203 1.667 2.176
0.4 0.242 0.79 1.212 1.763 2.307
作图：
对每条曲线，碘浓度不同，分别确定工作曲线：
1 碘-碘化钾溶液4mg/L：
无法找到合适的线性区间。

该组实验由于浓度太低，实验仪器所产生相对误差过大，导致实验数据分布不成线性，得不到好的线性区间。

2 碘-碘化钾溶液8mg/L：工作区间c(淀粉)>0.16g/L，线性拟合程度0.982
3 碘-碘化钾溶液12mg/L：工作区间0.12g/L<c(淀粉)<0.32g/L，线性拟合程度0.967
4 碘-碘化钾溶液16mg/L：工作区间0< c(淀粉)<0.32g/L，线性拟合程度0.962
5 碘-碘化钾溶液20mg/L：工作区间0<c(I2)<0.4g/L，线性拟合程度0.976
综上，该组实验中碘的浓度不宜过低，否则碘与淀粉反应产物的浓度过低，得到的溶液测量吸光度时受到仪器等环境影响过大，难以得到相对准确的结果。

淀粉浓度在0.4g/L之上的数据我们没有测量。

此时的吸光度会过大，分光光度计测得的结果也会不准确。

3 定量测定碘与聚乙烯醇的显色反应
由实验1知，碘与PV A的显色反应产物极不稳定，在空气中会自发分解褪色，且分解速率较快。

因此，受到实验条件和实验时间的限制，我们无法像实验2中测定碘与淀粉的显色反应一样较为精确地定量测定碘与PV A的显色反应。

该反应我们只能做出一条碘与PV A显色反应的吸光度随时间的分解曲线。

由查阅文献知，碘与PV A 显色的最大吸收波长约为690nm。

3.1 碘和PV A显色反应产物随时间变化的自发分解曲线测定（A~t曲线）
移取3.00ml 0.02% I2-KI标准溶液于25ml棕色比色管中，加入3.00ml 2g/L PV A 溶液，定容至10ml。

在0min、1min、2min、3min、4min、5min、10min、15min、20min,分别以蒸馏水做参比溶液，在分光光度计上在690nm做吸光度~时间曲线（横坐标间隔5nm）。

数据记录：
t/min A
0 0.352
1 0.345
2 0.342
3 0.34
4 0.338
5 0.337
10 0.326
15 0.326
20 0.326
由实验数据和作图，碘与PV A反应产物不稳定，记忆分解，分解曲线如上图。

由图知，15min后，浓度基本不变。

由此得，15分钟后，分解过程基本完成。

四、结论：
本实验通过分光光度计研究碘与多羟基聚合物的显色反应，确定了分光光度法应用于碘与多羟基聚合物显色体系时的显色体系、适用条件，得到了相对可行的工作曲线，并对实验结果进行了一定的解释。

由于实验条件及实验时间的限制，实验没有做到足够完善：在碘与淀粉的显色反应中，吸光度随pH的变化做的不够完善，实验组过少，导致结论的不精确；在碘与PV A的显色反应中，由于最终实验时间的限制，我们只测定了反应体系随时间的分解，并没能进行更加深入的研究。