苹果中维生素C含量的测定
创新性实验
---苹果中维C含量的测定
前言：
苹果，又名柰、频婆、天然子，苹果为蔷薇科苹果属植物的果实。苹果酸甜可口，营养丰富，是老幼皆宜的水果之一。它的营养价值和医疗价值都很高。每100g鲜苹果肉中含糖类15g，蛋白质0.2g，脂肪0.1g，粗纤维0.1g，钾110mg，钙0.11mg，磷11mg，铁0.3mg，胡萝卜素0.08mg，维生素B1为0.01mg，维生素B2为0.01mg，尼克酸0.1mg，还含有锌及山梨醇、香橙素、维生素C等营养物质。中医认为苹果有生津、润肺；除烦解暑、开胃醒酒、止泻的功效。现代医学认为对高血压的防治有一定的作用。欧洲人说：“一天吃一个苹果，医生远离你”。加拿大人研究表明，在试管中苹果汁有强大的杀灭传染性病毒的作用，吃较多苹果的人远比不吃或少吃的人得感冒的机会要低。所以，有的科学家和医师把苹果称为“全方位的健康水果”或“全科医生”。
维生素是是我们经常听到的一个词语，我们每天都要通过食物摄入各种各样的维生素，维生素同我们的健康是密切相关的，维生素C 是心血管的保护神、心脏病患者的健康元素。维生素C（又称抗坏血酸）普遍存在于水果和蔬菜中，也是一种对人类而言至关重要的物质：人体缺乏维生素C 将导致坏血病，维生素C还能防止传染性疾病，甚至癌症。所以，食品饮料医药、医疗等行业都要测定食品、饮料、药品以及血液中的维生素C的含量。
苹果中含有Vc，不过含量比较低，每100克苹果中Vc的平均含量为4毫克。
维生素C含量的测定方法很多。一般方法有碘量法，2，6-二氯靛酚滴定法;2，4-二硝基苯肼比色法;荧光分光光度法;电化学法和高效液相色谱法。
维生素C广泛存在于植物组织中,新鲜的水果、蔬菜中含量较多。若采用2，6-二氯靛酚滴定法由于果汁具有一定的色泽,滴定终点不易辨认。二甲苯-二氯靛酚比色法虽然适用于测定深色样品还原型抗坏血酸,但由于萃取液二甲苯为有机溶剂,有很强的毒性,既不利于操作人员的健康,也不利于环境保护,故不推荐此测试方法。
而碘滴定法仅需常规滴定设备,条件易于满足。因此,在满足测定范围和测定精度要求的前提下,应尽可能选择不需要昂贵仪器设备条件、简单易行的方法。pH控制在3-5比较适合。
本次实验用的是直接碘量法测定维生素C。
在本次实验中，通过查找资料、设计实验、操作实施，等过程，预期达到如下目的：
1、掌握直接碘量法测定维生素C的原理和方法。
2、掌握维生素C的提取方法。
3、实践各种溶液的配制及其标定操作。
4、通过计算，了解同类但不同品种水果在微量物质的含量上
是否存在显著差异。
实验设计思路：
因为维生素C易被氧化，所以在苹果榨汁后用草酸溶液保护，并配成溶液。然后用碘溶液滴定再根据定量反应剂量关系计算出苹果中维生素C的含量。实验在酸性条件下进行，并立即滴定以防止维生素C被氧化。
实验原理：
1、主反应及其反应条件
维生素C分子式为C6H8O6，Vc呈酸性，具有较强的还原性，加热或在溶液中易氧化分解，在碱性条件下更易被氧化，为己糖衍生物，在医药上和化学上应用非常广泛。在分析化学中常作为还原剂用于光度法和配位滴定法等，如把Fe3+，Cu2+ 还原为Cu+,Au(III)还原为金属Au等。因此了解它的分析方法十分重要。
维生素C分子中含有还原性的烯二醇基，具有很强的还原性，能把I2还原成碘离子，反应式如下：
反应会使淀粉碘的混合溶液所显示出的蓝色自动褪去，所以采用碘量法量，淀粉溶液是主反应指示剂。
由于Vc的还原性很强，较容易被溶液和空气中的氧氧化，在碱性介质中这种氧化作用更强，因此滴定宜在酸性介质中进行，以减少副反应的发生。考虑到I2在强酸性中也易被氧化，故一般选在PH
为3-5的弱酸性溶液中进行滴定
I2滴定时有n(Vc):n(I2)=1:1
2、碘溶液的配制及其标定
I2微溶于水而易溶于KI溶液，但在稀的KI溶液中溶解得很慢，所以配制I2溶液时不能过早加水稀释，应先将I2和KI混合，用少量水充分研磨，溶解完全后再加水稀释。
I与KI间存在如下平衡：I2＋I－=I3－
游离I2容易挥发损失，这是影响碘溶液稳定性的原因之一。因此溶液中应维持适当过量的I－离子，以减少I2的挥发。空气能氧化I－离子，引起I2浓度增加：
4 I－＋O2＋4H＋=2I2＋2H2O
此氧化作用缓慢，但能为光，热，及酸的作用而加速，因此I2溶液应处于棕色瓶中置冷暗处保存。I2能缓慢腐蚀橡胶和其他有机物，所以I应避免与这类物质接触。
I2溶液的标定用Na2S2O3标定。而Na2S2O3一般含有少量杂质，在PH=9-10间稳定，所以在Na2S2O3溶液中加入少量的
Na2CO3,Na2S2O3见光易分解可用棕色瓶储于暗处，经8-14天，用
K2C2O7做基准物间接碘量法标定Na2S2O3溶液的浓度。其过程为：
K2C2O7与KI先反应析出I2：析出的I2再用标准的Na2S2O3溶液滴定：从而求得Na2S2O3的浓度。这个标定Na2S2O3的方法为间接碘量法。
碘量法的基本反应式：2S2O32－＋I2=S4O62－＋2I－
标定Na2S2O3溶液时有：
6I－＋Cr2O72－＋14H＋=2Cr3＋＋3I2＋7H2O 2S2O32－＋
I2=S4O62－＋2I－
Na2S2O3标定时有:n(K2C2O7): n(Na2S2O3)=1:6
由于Vc的还原性很强，较容易被溶液和空气中的氧氧化，在碱性介质中这种氧化作用更强，因此滴定宜在酸性介质中进行，以减少副反应的发生。考虑到I2在强酸性中也易被氧化，故一般选在PH为3-5的弱酸性溶液中进行滴定。
主要仪器和试剂:
1.主要仪器
电子天平酸式滴定管碱式滴定管烧杯锥形瓶容量瓶。
2. 试剂
I2溶液（0.01mol/L）每次大约需用2.3mL Na2S2O3溶液(0.01mol/L) 淀粉溶液（0.5%）HAc(2 mol/L) ，重铬酸钾(A.R) 2%草酸溶液KI溶液HCl溶液（6 mol?L-1）。
实验步骤：
一、配制溶液
1、I2溶液（0.01mol/L）：0.66g I2和1g KI，置于研钵中加少量水，在通风橱中研磨。待I2全部溶解后，将溶液转入棕色试剂瓶，加水稀释
至
250mL，摇匀，放置暗处保存。
2、Na2S2O3溶液(0.01mol/L)：用台秤称取1.3g Na2S2O3·5H2O溶于500mL新煮并冷却的蒸馏水中，加入0.5g Na2CO3，贮存于棕色瓶中摇匀，置于暗处一周，在进行滴定。
3、淀粉溶液（0.5%）：将0.5g可溶性淀粉，用少量水调成糊状，缓慢加入到沸腾的100ml蒸馏水中，继续煮沸至溶液透明为止。加热时间不可以过长，应迅速冷却可避免降低其灵敏性。淀粉溶液易腐化，可加入少量的防腐剂如HgI2、ZnCl2等。
4、2%草酸溶液：草酸2g溶于100mL蒸馏水中。
5、K2Cr2O7溶液：称取重铬酸钾固体0.12g左右于烧杯中，加水溶解后移入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度线处，摇匀。
二、维生素C的提取
用水将新鲜的苹果洗净，称取30g左右样品，加入2%草酸溶液直至浸没置于组织搅拌机中榨成汁液。然后收集所有汁液于250mL 烧杯中，用尽量少的蒸馏水冲洗搅拌机上的残留橙汁于烧杯中。
三、各种溶液的标定
1、Na2S2O3溶液的标定
准确移取20.00mL 标准K2Cr2O7 溶液于250mL锥形瓶中，加3mL 6mol?L-1的HCl，5ml KI，盖上表面皿，摇匀后置于暗处5min，使反应完全，加50mL蒸馏水稀释，以Na2S2O3 滴定至黄绿色，加入2mL 淀粉溶液，继续滴定至溶液呈亮绿色为终点，记录Na2S2O3 的体积。再重复标定两次，计算Na2S2O3 的浓度。
2、I2溶液的标定
准确移取20.00mL Na2S2O3溶液于250mL的锥形瓶中，加50mL
蒸馏水，2mL淀粉溶液，用I2溶液滴定呈稳定的蓝色，30 s内不褪色，即为终点。
3、维生素C含量的测定
向苹果提取液中加入5mL2 mol/L HAc和2mL0.5%淀粉指定剂，立即用I2标准溶液滴定至溶液显稳定的蓝色, 30s内不褪色即终点。平
行滴定五次，计算维生素C的含量。
数据处理：
表1 Na2S2O3溶液的标定
实验项目 1 2 3
m(K2Cr2O7)/g 0.1347
V(K2Cr2O7)/mL 20.00 20.00 20.00 V(Na2S2O3)/mL 20.02 20.03 20.00
c(Na2S2O3)/ mol/L 0.01088 0.01087 0.01089 c(Na2S2O3)平均/ mol/L 0.0188
di/ mol/L 0.00000 -0.00001 0.00001
dr/‰ 0.0 -0.9 0.9
注：c(Na2S2O3)=480 m(K2Cr2O7) /[M(K2Cr2O7)V(Na2S2O3)]
表2 I2溶液的标定
实验项目 1 2 3
V(I2)/mL 18.24 18.25 18.24
V(Na2S2O3)/mL 20.00 20.00 20.00
c(I2)/mol/L 0.005965 0.005962 0.005965 c(I2)平均/ mol/L 0.005964
di/ mol/L 0.000001 -0.000002 0.000001
dr/‰0.2 -0.3 0.2注：c(I2)= c(Na2S2O3) V(Na2S2O3) /2 V(I2)
表3A 样品一中维生素C含量的测定
实验项目 1 2 3
m s/g 30 30 30
V(I2)/mL 4.90 4.59 4.30 c(I2)/mol/L 0.005964
m(Vc) /mg 5.15 4.82 4.52 w(Vc) /mg/100g 17.2 16.1 15.1 w(Vc)平均/mg/100g 16.1
di/ mol/L 1.1 0.0 -1.0 dr/‰ 68 0.0 -62
表3B样品二中维生素C含量的测定
实验项目 1 2 3 m s/g 30 30 30 V(I2)/mL 2.90 3.11 3.18 c(I2)/mol/L 0.005964
m(Vc) /mg 3.05 3.27 3.34 w(Vc) /mg/100g 10.2 10.9 11.1 w(Vc)平均/mg/100g 10.7
di/ mol/L -0.5 0.2 0.4 dr/‰ 47 19 37注：m (Vc)=1000c(I2) V(I2)M(Vc)
附注：
M(Vc)=176.14 g/mol
M(I2)=253.8089 g/mol
M(Na2S2O3)=158.10 g/mol
M(Na2S2O3·5H2O)=248.17 g/mol
M(H2C2O4·2H2O)=126.07 g/mol
M(K2Cr2O7)=294.18 g/mol
显著性检验:
步骤：1、提出原假设H0：二者无显著性差异，二者相等，差异由随机误差造成的，来自同一总体。
备择假设H1：二者不等（或大，或小）。
2、用F检验法：比较S1与S2是否显著，F表为单侧表（α=0.05）
3、统计量F=S1*S1/(S2*S2) （其中S1大于S2）
经测定：
样品A：w(Vc)平均1=16.1 S1=1.05 n1=3
样品B：w(Vc)平均2=10.7 S2=0.473 n2=3
比较w(Vc)平均1和w(Vc)平均2是否有显著性差异（P=90%）
先比较S1与S2，H0：S1≠S2 H1：S1=S2
双侧检验，选定α=0.10 查表得F=9.28
F测=4.93<9.28 不显著，方差可以合并。
S平均=0.663
再比较w(Vc)平均1与w(Vc)平均2
H0：w(Vc)平均1=w(Vc)平均2 H1：w(Vc)平均1≠w(Vc)平均2
双侧检验，查表得t=2.92 t测=9.98>2.92
结论：有90%的把握认为这两个品种的苹果在Vc含量上存在显著性差异。
参考文献：
《基础化学实验》（上册无机和分析化学）高等教育出版社《分析化学》（第四版）高等教育出版社
设计总结:
误差分析：本次实验误差主要由于苹果中铁元素易被氧化，所产生的颜色使得样品标定时的颜色难以判断，变化不够明显，难以做到平行。
心得体会：通过本次创新性实验，经历了查找资料、设计实验、配制溶液、实验操作、数据处理等等一系列的步骤，熟悉了实验的整个流程，加深了对自主实验的认识，检验了基本操作的水平，锻炼了根据实验事实修改理论不足的能力。总之，创新性实验对我们有很大的帮助，希望能够持续开展。
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