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滴定在现实生活中的应用

如果您曾经在化学实验室工作过,那么您肯定熟悉测量是进行化学的关键因素这一事实。从本质上讲,化学包含一些非常复杂的方法,这些方法为我们提供了使我们的日常生活更轻松的产品。具体来说,分析化学是化学科学的一个分支,主要涉及两个部分:

  • 定性分析:揭示给定样品中化学物质的特性。

  • 定量分析: 对样品中存在的一种、几种或所有特定物质的绝对或相对丰度进行数值测定。

滴定法,也称为滴定法,是一种定量分析形式,允许化学家确定样品中存在的特定试剂的未知浓度。由于体积是该分析中测量的关键参数,因此滴定也称为体积分析。滴定的基本过程包括将一种已知浓度的溶液(称为滴定剂)缓慢添加到已知体积的另一种浓度未知的溶液(称为分析物)中,直到反应达到中和。知道添加的滴定剂的体积可以确定未知物的浓度。通常,指示剂通常用于指示滴定终点,根据两者之间的反应,指示滴定剂的量与存在的分析物的量相平衡。第一种体积分析方法是法国化学家让-巴蒂斯特-安德烈-杜马斯在试图确定有机化合物中氮与其他元素结合的比例时设计和发现的。如今,由于需求的增加,工业领域的经典滴定方法已被自动滴定仪所取代,即逐渐加入滴定剂并测量用于确定终点的任何特性的机器。尽管如此,在成本或自动化需求不合理的情况下,手动滴定仍然被证明非常有用。例如,化学实验室中的滴定作为学习化学科学或工程的学生的几个理论概念和实际操作之间的桥梁。它提供了平衡方程和相关数学的练习,以在体积、质量和摩尔之间进行转换,这对这两个学科都至关重要。尽管滴定似乎是一个非常严谨的概念,但确实如此,但我们使用的几种产品如果没有滴定是不可能实现的。让我们看几个例子,说明滴定如何让我们的生活变得更轻松。

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1、食品工业

制作美味的食物无疑是一项复杂的任务,食品和饮料行业必须遵守一长串法规。这些规定是相当合理的,因为受污染的食品会给消费者和生产者带来严重的问题。滴定法在食品工业中经常使用,以监测食品中的酸、碱和盐含量。一些日常食品,其质量由滴定决定:

  • 醋、蛋黄酱和番茄酱中的醋酸。

  • 冷冻浓缩橙汁中的柠檬酸。

  • 苹果汁中的苹果酸。

  • 泡菜中的乳酸。

  • 可乐饮料中的磷酸。

  • 几种食品中的盐,如零食、薯片、肉制品等。

  • 饮料工业中原水的碱度。

  • 肉制品中的凯氏定氮(蛋白质)含量。

  • 油脂的酸值、皂化
    值、过氧化值、碘值等编码。

在通过滴定确定酸度时,酸被碱性溶液中和,最常见的是氢氧化钠 (NaOH)。在单质子酸滴定中,在特定的 pH 值下达到平衡,这可以用 pH 计检测,也可以通过添加在平衡 pH 下改变颜色的指示剂来目测。随着竞争的加剧,食品行业的体积分析水平已达到与制药行业相近的高度。

2、化妆品行业

化妆长期以来一直是人类文明的一部分,已知最早使用化妆品的历史可以追溯到公元前 4000 年(可能是埃及人)。21 世纪的化妆品行业在全球范围内价值 2000 亿美元,与我们日常使用的许多其他化学产品一样,该行业的产品质量在很大程度上也依赖于滴定。由于产品是供消费者直接在皮肤上使用的,因此化妆品行业需要确保产品不会对消费者造成任何伤害。滴定有助于化妆品制造中使用的成分的适当浓度和数量。染发剂、护肤霜、洗发水、护发素、清洁剂和剃须膏都含有一些酸和碱的混合物。例如,氢氧化铵等碱通常用于通过滴定调节这些产品的 pH 值。市售脱毛膏对生产者和最终消费者都非常关注,因为它们通过深入皮肤表面起作用,并且最有可能引起过敏反应,例如皮疹和出血性烧伤。对腐蚀性化学品数量的一点误判可能会成为一个主要问题,并可能导致公司在诉讼中损失数百万美元。

3、酒业

从葡萄园到酒杯,酿造葡萄酒的过程包括一系列的化学反应和过程,保证了葡萄酒优雅的口感、色泽和质地。对于酿酒师来说,葡萄酒的质量至关重要。掌握制作优质葡萄酒的艺术伴随着滴定科学。例如,必须测量几种酸的浓度,例如酒石酸、苹果酸或柠檬酸,因为酸含量会影响酿造葡萄酒的葡萄汁的味道、颜色和微生物稳定性。在葡萄酒工业中,这些酸性浓度被称为“可滴定酸度”。该过程包括用 NaOH 溶液以不同的速度滴定脱气的葡萄酒,直到达到 8.2 pH 的终点。酿造葡萄酒的另一个最重要的步骤是评估和控制葡萄酒中二氧化硫的含量。二氧化硫被用作微生物制剂,通过破坏可能导致不需要的二次发酵的细菌来控制葡萄酒的腐败,无论是在葡萄酒酿造过程中还是在储存过程中。它还可以作为一种抗氧化剂来保持葡萄酒的颜色。葡萄酒中的二氧化硫传统上使用颜色指示剂通过 Ripper 滴定法进行分析。该技术使用碘和淀粉指示剂来滴定溶液并确定游离的浓度 无论是在酿酒和酿酒过程中,还是在储存过程中。它还可以作为一种抗氧化剂来保持葡萄酒的颜色。葡萄酒中的二氧化硫传统上使用颜色指示剂通过 Ripper 滴定法进行分析。该技术使用碘和淀粉指示剂来滴定溶液并确定游离的浓度 无论是在酿酒和酿酒过程中,还是在储存过程中。它还可以作为一种抗氧化剂来保持葡萄酒的颜色。葡萄酒中的二氧化硫传统上使用颜色指示剂通过 Ripper 滴定法进行分析。该技术使用碘和淀粉指示剂来滴定溶液并确定游离的浓度{SO}_{2}所以2. 尽管出于实际原因,大多数酿酒厂通常都可以使用气相色谱或液相色谱等先进技术,但滴定对于确保产品质量的一致性至关重要。

4、医药行业

与许多其他化学分支一样,滴定法长期以来一直是制药行业的标准分析方法。它有利于药物生产中活性成分和原料的含量测定。从药物的配方到生产,体积分析的作用主要可分为以下四个不同的过程:

  • 药物活性成分的纯度分析: 滴定法用于测定药物产品中活性成分的含量,例如阿司匹林中的乙酰水杨酸或复合维生素片剂中的维生素C,以及用于合成药物的药物添加剂的含量测定和纯度控制。药用化合物。

  • 氧化还原滴定法的含量分析: 氧化还原(氧化还原)滴定法也用于检查原材料、填料和防腐剂的纯度。一个很好的例子是 4-苯甲酸甲酯(一种对羟基苯甲酸酯)的溴化测定。该化合物在眼科制剂和外用软膏中用作防腐剂。

  • 沉淀滴定:根据它们的结构,一些活性成分用合适的滴定剂沉淀形成消耗性药物。这方面的例子是苯扎氯铵和克霉唑。

  • pH-Stat 滴定:  pH-stat 滴定用于表征药物、检查酶产品的纯度以及研究化学反应的动力学。pH-stat 是指固定的pH 值,即pH 值在一定时间内保持恒定。该技术特别用于测定反应动力学参数,例如酶的反应性。

卡尔费休滴定

卡尔费休库仑滴定仪,用于 1ppm 至 5% 的水含量测量

卡尔费休滴定法是化学中一种常用的分析方法,有助于确定特定混合物中的水含量。在制药工业中,就产品的活性和储存寿命而言,产品的水分或水分含量起着重要作用。水含量过高或过低都会在很大程度上损害活性成分的有效性。

5. 生物柴油制造

随着人口的增加和随之而来的环境问题,对可再生能源的需求也在日益增长。生物柴油,也称为绿色柴油,是传统燃料的高投资替代品之一。它是一种柴油燃料,通常通过使脂类(如动物脂肪、植物提取物或植物油)与醇反应产生甲酯、乙酯或丙酯而制成。加速形成所需的催化剂量取决于脂质的游离脂肪酸 (FFA) 含量,可以使用简单的滴定法确定。如果FFA含量低于1%,则进行碱催化剂反应,而如果FFA含量大于1%,则在反应中使用酸催化剂。

6. 废水管理

水是我们生活的重要组成部分之一,其质量和安全对我们的福祉至关重要。尽管水是一种可再生资源,并且在我们的星球上存在丰富的资源,但许多发展中国家无法获得足够的清洁饮用水。为了维持安全的饮用水供应,需要对关键变量进行可靠测试,以支持废水处理和净化过程。借助简单的滴定方法,通过分析水的 pH 值来监测水的污染。pH 值的显着变化也会对水中存在的其他化学物质产生影响。例如,在正常情况下,水中的氨不会对水生生物有害;然而,如果 pH 值升高,氨变得有毒并严重影响水生生物。此外,金属在水中的溶解度还取决于 pH 值。如果水的酸性更强(低 pH 值),它往往会溶解金属,从而增加中毒的机会。滴定允许我们分析的另一个因素是水的碱度。一般来说,碱度是衡量水体中和酸含量的能力。水中的碱性化合物,如碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物,通过去除水的酸度来降低水的酸度 碱度是衡量水体中和酸含量的能力。水中的碱性化合物,如碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物,通过去除水的酸度来降低水的酸度 碱度是衡量水体中和酸含量的能力。水中的碱性化合物,如碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物,通过去除水的酸度来降低水的酸度{H}^{+}H+离子。

7.医学诊断

医学诊断包括广泛的医学测试,有助于确定特定疾病的潜在原因。滴定是实验室技术人员在分析患者血液和尿液样本时经常遇到的众多实践之一。例如,滴定可以让他们分析糖尿病患者血液中的葡萄糖水平。医疗诊断中另一个常见的滴定示例是家庭妊娠测试套件。孕妇的尿液样本含有人绒毛膜促性腺激素 (hCG),这是一种由胎盘细胞产生的激素化学物质。它的生产从发育中的胚胎附着在子宫上开始,在受孕后 6-12 天. 女性是否怀孕可以通过试剂盒上的两条彩色条带来指示。滴定结果也可能证实怀孕期间的其他问题,例如维生素 D 缺乏症。

8. 酸雨分析

如今,人们可能会遇到雨水酸度增加的多种影响,例如大理石和石灰石表面的溶解、金属物体的腐蚀以及天然水的 pH 值降低。世界各地的“酸雨”一词解决了这个问题,它对所有生物都产生了重大影响。雨水中pH值的降低主要是由于二氧化硫、一氧化氮等环境污染物造成的。气象学家利用滴定法分析雨水样品中的酸含量。这是一个快速的过程,可以提供相当准确的结果。此外,滴定不需要昂贵的设备,这使得环保人士更容易在多个地点频繁进行测试。

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