豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解特性研究

王中

（湖南城建职业技术学院，湖南湘潭411103）

豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解特性研究

王中

（湖南城建职业技术学院，湖南湘潭411103）

为了研究豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解特性；采用动态法测定豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度，并采用Appellant模型对豆甾醇溶解度与温度的关系进行拟合。实验结果表明在实验温度范围内，当二元溶剂中的甲苯体积分数相同时，豆甾醇的溶解度随着温度的升高而增加；在温度相同时，随着甲苯-乙醇二元溶剂中的甲苯体积分数的增加，豆甾醇的溶解度呈先增加后减小的趋势。当甲苯-乙醇二元溶剂中的甲苯体积分数为0.8时，豆甾醇的溶解度最大。采用Appellant模型对豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度与温度进行拟合，标准偏差小，精度高。

豆甾醇；甲苯-乙醇；溶解度

豆甾醇，是一种经过物理提纯而得，具有营养价值高、生理活性强等特点的物质。它在医药、化妆品、动物生长剂及纸张加工、印刷、纺织、食品等领域有着广泛用途。本文通过试验的方法来验证豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解特性[1-7]。

1 材料与方法

1.1 药品

豆甾醇（纯度＞95％）：西安蓝天生物工程有限责任公司；乙醇（AR）、甲苯（AR）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器

温度计，移液管，球形冷凝管，玻璃夹套结晶器（华中科技大学食品科学学院自制仪器），磁力加热搅拌器：常州国华电器有限公司；T33A电子天平：上海天平仪器厂；DCW3510型低温恒温槽：上海比朗仪器有限公司。

1.3 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度的测定

豆甾醇在溶剂中的溶解特性，是采用溶剂结晶法分离提纯混合物的热力学基础。目前测量溶解度的方法很多，归纳起来大体上可以分成动态法和静态法两种[8-9]。静态法是指在恒定的温度、压力和溶质过量的条件下，搅拌较长一段时间使体系趋于溶解平衡，静置一段时间后，通过分析清液中的溶质浓度或测定未溶固体的量等方法来确定研究体系在设定条件下的溶解度。动态法通常是通过缓慢改变体系的温度或组成等条件，测定发生相变时物性的变化来确定溶解度。比较常用的动态法包括目测法、热量法、激光法等[10-13]。

动态法测量溶解度相对于静态法来说具有测定效率较高、样品耗量少且不需要建立专门的分析平衡组成的方法等优点，因此，本文采用动态法测定了豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度，实验装置如图1所示。该装置是由玻璃夹套结晶器、控温系统和搅拌系统组成。夹套结晶器与控温系统一起保证设定温度的恒定，搅拌系统为电磁搅拌，转速可调，以保证固液两相之间尽快达到平衡。

图1 溶解度测定的实验装置Fig.1 Experimental device for solubility measurement

设定恒温水浴的温度为实验温度，向结晶器夹套内通入循环水，再称取一定量的豆甾醇加入结晶器中，然后用移液管按照二元溶剂的配比移取一定量溶剂加入体系中。开启磁力搅拌保证有部分豆甾醇没有溶解，然后调节超级恒温水浴的温度，观察豆甾醇在溶剂中的溶解情况，记录下豆甾醇完全溶解时的温度。根据已知的豆甾醇质量和溶剂的体积，即能计算出某温度时在一定配比溶剂中豆甾醇的摩尔溶解度。再称取一定量的豆甾醇溶解于刚才所得的溶液中，继续观察豆甾醇的溶解情况，记录下豆甾醇完全溶解时的温度。如此反复，便能测出实验温度范围内豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂体系中的溶解度，重复进行3次同样的测定，以验证其准确性[14-16]。

1.4 豆甾醇摩尔溶解度的计算

通过动态法测定一定温度下豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中溶解的质量，再根据公式（1）计算出豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的摩尔溶解度，公式如下：

式中：mi为溶解温度下豆甾醇溶解的质量，g；Mi为豆甾醇的相对分子质量；ρs1和ρs2为溶解温度下二元溶剂中的两种纯溶剂的密度，（g/mL）；Vs1和Vs2为两种纯溶剂的体积，mL；Ms1和Ms2为两种纯溶剂的相对分子质量。

2 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度及关联

采用动态法测定豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度，结果见表1。

表1 豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度Table1 The solubility of stigmasterol in toluene-ethanol solvent with different concentrations of toluene

从表1可以看出，在实验温度范围内，在组成相同的甲苯-乙醇二元溶剂中，豆甾醇溶解度随着温度的升高而增加；随着二元溶剂中的甲苯体积分数的增加，豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度呈先增加后减小的趋势。在甲苯体积分数为0.8时，豆甾醇在二元溶剂中的溶解度最大。

二元溶剂中常用的溶解度-温度经验关系是Apelblat理想溶液模型，其公式2：

式中：x为豆甾醇的摩尔溶解度；T为溶解温度，K；A、B、C为拟合方程的参数。该理想溶液模型是依据热力学平衡推出的普适模型，是在假设溶质分子和溶剂分子相互之间作用力的前提下由Clausius-Clapeyron方程推导的[15-16]。

本文采用该模型对豆甾醇在甲苯-甲醇二元溶剂中的溶解度-温度关系进行拟合。标准偏差s d的定义如公式3：

式中：N为实验所测得的点数；m为拟合方程中待定参数的个数为通过式（3）计算的摩尔溶解度；为实验得到摩尔溶解度值。

采用Apelbalt模型对豆甾醇在不同甲苯含量甲苯-甲醇二元溶剂中的溶解度-温度关系进行关联，再根据公式（3）计算得到不同温度时豆甾醇在甲苯-乙醇中溶解度的标准偏差，结果见图2～图8及表2。

由图2～图8和表2可以看出，采用Apelbalt模型对豆甾醇在不同甲苯含量的甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度回归拟合得到的标准偏差s d较小，说明采用该模型关联豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度与温度的精度较高。

图2 豆甾醇在乙醇中的溶解度与温度的关系Fig.2 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in ethanol solvent

图3 豆甾醇在v为0.2的甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度与温度的关系Fig.3 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.2

图4 豆甾醇在v为0.4的甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度与温度的关系Fig.4 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.4

图5 豆甾醇在v为0.6的甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度与温度的关系Fig.5 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.6

3 结论

1）在实验温度范围内，在甲苯-乙醇二元溶剂中，豆甾醇的溶解度是随着温度的升高而增加。

2）在相同温度下，豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度随着溶剂中甲苯含量的增加均呈现先增加后减小的趋势，当甲苯体积分数为0.8时，豆甾醇在二元溶剂中的溶解度最大。

图6 豆甾醇在v为0.8的甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度与温度的关系Fig.6 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.8

图7 豆甾醇在v为0.9的甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度与温度的关系Fig.7 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene-ethanol solvent when v is equal to 0.9

图8 豆甾醇在甲苯中的溶解度与温度的关系Fig.8 The relationship between the solubility of stigmasterol and temperature in toluene solvent

3）采用Apelbalt模型分别拟合豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中的溶解度-温度的关系，拟合后的标准偏差s d较小，说明采用该模型关联豆甾醇和二元溶剂中溶解度与温度关系的精度较高。

表2 豆甾醇在甲苯-乙醇二元溶剂中溶解度-温度拟合结果Table2 Stigmasterol in toluene-ethanol binary solvent solubility -temperature fitting results

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A Study of Dissolution Characteristics of Stigmasterol in Toluene-Ethanol Solvent

WANG Zhong
（Hunan Urban Construction College，Xiangtan 411103，Hunan，China）

To study the dissolution characteristics of stigmasterol in toluene-ethanol solvent，the dynamic method was adopted to measure the solubility of stigmasterol in toluene-ethanol solvent，and the Appellant model was used to fit the relationship between the solubility of stigmasterol and temperature.The experimental results showed that，within the range of test temperature，the solubility of stigmasterol increases with the rise of temperature when the volume fraction of toluene remains the same；the solubility of stigmasterol increases first and then decreases subsequently with the increase of the volume fraction of toluene when the temperature remains the same.When the volume fraction of toluene of the toluene-ethanol solvent was equal to 0.8，the solubility of stigmasterol reached the peak level.The Appellant model can achieve a small standard deviation and high precision for fitting the relationship between the solubility of stigmasterol and temperature.

stigmasterol；toluene-ethanol；solubility

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.04.006

2012-10-18

2008年湖北省教育厅重点科研项目（基金编号：2008A23）

王中（1983—），男（汉），工程师，硕士，从事食品安全检测方面的研究。