对于水溶液或非水溶液中的各种中药酸碱成分的定量分析,一般都是根据溶液pH值和滴定剂之间的pH?DV的“S”形关系曲线进行滴定测试 〔1〕 ,即酸碱滴定的终点由计量点附近出现pH突跃来确定。在水溶液中,要求分析测试的弱酸或弱碱的离解常数K>10 -7 ,对多元酸、多元碱、混合酸及混合碱,还要求K 1 /K 2 >10 4 。否则,因在计量点附近无明显突跃或pH突跃之间不能分开而无法准确滴定;非水滴定,虽然从改变溶剂的性能入手,使应用范围有所拓宽,但仍需根据pH突跃来确定终点,而且大多数溶剂对环境有污染,因此上述方法有局限性。线性滴定法,利用pH?DV函数的直线关系进行定量测试 〔2〕 ,不需要寻找突跃,通过滴定直线就可确定终点。Ingman根据离解平衡、计量平衡、质量平衡、电荷平衡推导出一元强碱BOH滴定一元弱酸HA的函数式,并用线性图解法确定其滴定终点。对在水溶液中离解常数K≥10 -11 的弱酸、弱碱,K 1 /K 2 ≥10 0。2 的多元酸、多元碱、混合酸及混合碱在水溶液中能得到准确的滴定结果。
1 松下宽函数式
松下宽等在Ingman的基础上研究了同时确定滴定终点和稳定常数的函数式,并且测量点可以离计量点较远,因而避开了计量点时反应的可逆性(如生成物的离解),使线性滴定法得到了更广泛的应用。下面简单介绍松下宽根据4个平衡推导用一元强碱BOH滴定一元弱酸HA的函数式及其线性滴定曲线。
①离解平衡 HA H + +A - K HA =[HA]
a H + [A - ] 得 [HA]=K HA ?a H + ?[A - ] (a)②计量平衡 V ep c B =V 0 c HA (b)③质量平衡
c=[HA]+[A - ]=c HA V 0
V 0 +V B +V ep c B
V 0 +V B (c)④电荷平衡 BOH=B + +OH - HA H + +A -
[H + ]+[B + ]=[OH - ]+[A - ]
因 [B + ]=c B V B V 0 +V B 故 [H + ]+c B V B
V 0 +V B =[OH - ]+[A - ](d)将(a)式和(b)式代入(c)式,得:
[A - ]= V ep c B
(V 0 +V B )(1+K HA a H + ) (e)将(e)式代入(d)式得:V B +[H + ]-[OH - ]
c B
(V 0 +V B )= V ep
1+K HA a H + (1)式(1)为松下宽函数式。式中V ep 为计量点时消耗滴定剂的毫升数;V B 为滴定剂加入的毫升数;c B 为滴定剂的物质的量浓度;V 0 为被滴溶液的原始体积(mL);K HA 为被滴弱酸在滴定温度下的形成常数(或稳定常数),它为弱酸HA的离解常数的倒数;a H + 为溶液中H + 的活度。
令 y=V B +[H + ]-[OH - ]
c B (V 0 +V B )x=a H + y
则 y=V ep -K HA x (2)(2)式为一直线方程,直线的截距为滴定终点的体积(V ep ),直线的斜率为弱酸HA的形成常数。图1为松下宽函数式的线性滴定曲线。
线性滴定法操作简便,滴定剂用等量分步的方法加入,测定速度快,不需特殊的仪器,便于推广。若配合电子计算机便可大大简化计算并易实现自动化。