第三章 结果与讨论
3.1 单因素实验
3.1.1 吸收波长的选择
按照实验方法进行实验,苯酚可见光吸收曲线图3.1如图所示,在波长524nm处存在最大吸收波长。所以,以524nm作为测量的吸收波长。
图3.1 苯酚可见光吸收曲线图
3.1.2 温度的选择
取1.0mL苯酚溶液,0.19mL中性红溶液,0.45mL碘酸钾溶液,0.16mL硫酸溶液于比色管中,用蒸馏水稀释到25.0mL,分别在50、55、60、65、70、75、80、85、90℃下,反应11min后,用冷流水冷却5min,后测定溶液的吸光度,实验结果如图3.2所示。
图3.2 加热温度对吸光度的影响
从图3.2可以看出,随着加热温度逐渐的增加,体系的反应速率不断增大,但当温度达到80℃时,反应速率增加较为缓慢。因此,单因素实验选取最佳加热温度为80℃。当温度超过80℃时,A增加的速率变缓的原因可能是,温度持续升高使得反应速率变慢。
3.1.3 加热时间的选择
研究加热时间的长短对溶液吸光度的影响,在80℃下,其他条件保持不变,分别在时间8、9、10、11、12、13、14、15min下,对溶液进行加热,后在524nm波长下测定溶液的吸光度,实验结果如图3.3所示。
图3.3 加热时间对吸光度的影响
从图3.3可以看出,随着加热时间的增加,溶液体系的反应速率是逐渐增大的,但当加热时间超过11min后,速率增大变缓。因此,单因素实验选取的最佳加热时间为11min。当加热时间超过11min时,A增加速率变缓的原因可能是,长时间的加热已经使得该反应体系达到反应的平衡状态,反应物浓度基本恒定。
3.1.4 硫酸用量的选择
研究硫酸用量在0.10-0.22mL范围内对吸光度的影响,取稀硫酸用量分别为0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20、0.22mL,其余条件不变,按照实验方法在波长524nm下分别测定溶液的吸光度,实验结果如图3.4所示。
图3.4 硫酸用量对吸光度的影响
从图3.4可以看出,当硫酸用量在0.10-0.22mL范围时,随着H2SO4用量的增加,吸光度先是逐渐增加,当超过0.16mL时,随着用量的增加,吸光度陡然下降。因此,单因素实验选取硫酸的最佳用量为0.16mL。当H2SO4用量超过0.16mL,A增加速率变缓的原因可能是,过量的H2SO4抑制了反应的进行。
3.1.5 冷却时间的选择
研究冷却时间在2-8min范围内对吸光度的影响,取冷却时间分别为2、3、4、5、6、7、8min,其余条件不变,按照2.3方法进行实验,在波长524nm下测定溶液的吸光度,实验结果如图3.5所示。
图3.5 冷却时间对吸光度的影响
从图3.5可以看出,当随着冷却时间的不断增加,体系的吸光度是不断增加的,但当冷却时间超过5min时,其体系的吸光度增加得较为缓慢。因此,单因素实验选取最佳冷却时间为5min。当冷却时间超过5min时,A增加速率变缓的原因可能是,长时间的低温已经抑制了反应的进行。
3.1.6 其它因素的影响
(1)水杨酸的影响
取两支比色管,分别依次向两支比色管中加入0.19mL2.0×10-4mol/L的中性红溶液、0.16mL1.0×10-2mol/L的硫酸溶液、0.45mL1.0mg/mL的碘酸钾溶液,再向其中一支比色管中加入1.0mL1.0mg/mL的水杨酸溶液,另一支则不加,用蒸馏水稀释到25.0mL,摇匀。后,按照以上得出的最佳实验条件,在80℃水浴中,加热11min后,冷流水冷却5min,最后在524nm波长下,以蒸馏水为参比,分别测出两份溶液的吸光度为:
A水杨酸=0.78005,A无=0.78001
(2)醋酸酐的影响
取两支比色管,分别依次向两支比色管中加入0.19mL2.0×10-4mol/L的中性红溶液、0.16mL1.0×10-2mol/L的硫酸溶液、0.45mL1.0mg/mL的碘酸钾溶液,再向其中一支比色管中加入1.0mL1.0mg/mL的醋酸酐溶液,另一支则不加,用蒸馏水稀释到25.0mL,摇匀。后,按照以上得出的最佳实验条件,在80℃水浴中,加热11min后,冷流水冷却5min,最后在524nm波长下,以蒸馏水为参比,分别测出两份溶液的吸光度为:
A醋酸酐=0.78003,A无=0.78001
通过上述两组实验可以发现,有水杨酸及醋酸酐的存在时,吸光度几乎没有变化。由此我们可以得出结论,水杨酸和醋酸酐对该反应体系没有催化作用,且也不影响吸光度的测定。
3.2 正交实验因素水平的确定及实验
通过单因素变量实验,确定各因素对实验影响的程度,把对实验影响较小及无影响的变量忽略,以对实验影响较大的因素作正交实验,分析最佳实验条件。
3.2.1 正交实验因素水平的确定
根据查阅的资料及单因素实验,最终选定H2SO4用量、反应温度、反应时间、冷却时间四个影响因素,每个因素3个水平,选用4因素3水平正交表L9(34),见表3.1。通过9组实验确定最佳分析条件,实验结果见表3.2。
3.2.2 实验内容
用微量取液器分别取下列体积的溶液加入比色管:0.19mL2.0×10-4mol/L的中性红溶液、0.16mL1.0×10-2mol/L的硫酸溶液、0.45mL1.0mg/mL的碘酸钾溶液, 1.0mL1.0mg/mL的苯酚溶液,用蒸馏水稀释到25.0mL,摇匀。置于80℃恒温水浴中,加热11min后,迅速取出,冷却5min,用1cm比色皿,以蒸馏水作参比,在波长为524nm下测定各溶液的吸光度,得到相应的吸光度数据。
3.2.3 正交实验及实验结果
表3.1 4因素3水平L9(34) 正交表
水平 因素
A B C D
H2SO4用量/mL 反应温度/℃ 反应时间/min 冷却时间/min
1 0.14 70 9 3
2 0.16 80 11 5
3 0.18 90 13 7
表3.2 正交实验结果
水平 因素 A值
A B C D
H2SO4用量/mL 反应温度/℃ 反应时间/min 冷却时间/min
1 0.14 70 9 3 0.76572
2 0.14 80 11 5 0.77258
3 0.14 90 13 7 0.76946
4 0.16 70 11 7 0.75293
5 0.16 80 13 3 0.78256
6 0.16 90 9 5 0.78395
7 0.18 70 13 5 0.76893
8 0.18 80 9 7 0.79154
9 0.18 90 11 3 0.79642
K1 2.308 2.288 2.341 2.345
K2 2.319 2.360 2.322 2.325
K3 2.357 2.350 2.321 2.314
k1=K1/4 0.577 0.572 0.585 0.586
k2=K2/4 0.580 0.585 0.580 0.581
k3=K3/4 0.589 0.587 0.580 0.578
R 0.012 0.016 0.005 0.008
根据表3.2中的极差R可以看出,在选取的4个因素中,影响程度的大小依次为:反应温度>H2SO4用量>冷却时间>反应时间,反应温度对吸光度的差值A影响最大,其次是H2SO4用量,再次是冷却时间,最后是反应时间。通过正交实验,确定的最佳分析条件如表3.3所示:
表3.3 本实验方法的最佳分析条件
因素 选定条件参数
反应温度/℃ 80℃
H2SO4用量/mL 0.16mL
冷却时间/min 5min
反应时间/min 11min
3.3 工作曲线和检出限
在已确定的最佳实验条件下,改变苯酚的浓度,按3.2.2节实验方法进行测定,结果如表3.4。
表3.4 苯酚标准溶液的用量对吸光度的影响
苯酚标准溶液的浓度/(μg/mL) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
吸光度A 0.77431 0.77166 0.76952 0.76693 0.76478 0.76259
通过以上数据,得出溶液吸光度的标准图,如下:
图3.6苯酚标准溶液的用量对吸光度的影响
线性拟合得到方程:
A=0.77663-0.01183C苯酚 (6)
线性范围为0.05-3.0μg/mL。
表3.5 线性方程的相关参数
参数 相关系数R 拟合的标准差SD 数据点数目N 概率值P
数值 -0.99815 3.04×10-4 6 <0.0001
按照实验方法,对0.020μg/mL的苯酚贮存液进行6次实验,计算得到相对标准偏差为2.1%,对空白进行6次测定的标准偏差为0.0043,计算本方法的检出限(以3σ计)为4.21×10-9μg/L。
3.4样品中苯酚含量的计算
3.4.1样品的预处理
分别将两片阿司匹林研碎、称重,后各配制成50.0mL和100.0mL的溶液,静置三天,让其充分均匀。
3.4.2苯酚含量的测定
按照2.4的实验方法进行测定,对两份样品溶液50.0mL及100.0mL分别测其吸光度,计算含量。
所得数据列于下表3.6。
表3.6 苯酚含量的计算
药片质量/g 溶液吸光度 苯酚浓度/μg/mL 苯酚含量/μg 含量百分数/%
1 0.4934 0.75732 1.6323 81.615 0.01857
2 0.4467 0.76695 0.8183 81.830 0.01832