利用色度计探究双氧水作为漂白剂的最佳质量分数

陈科宏 张泽 曹戈瑶

摘要：双氧水是一种无污染的氧化型漂白剂，对人体和环境较友好，是目前织物漂白的主要试剂之一。作者研究了浓度对双氧水漂白效果的影响，以品红溶液为漂白对象，在相同的时间内，利用色度计检测颜色变浅的程度，从而体现双氧水的漂白能力。用2mL不同质量分数的双氧水漂白1mL 1%（质量分数）的品红溶液，实验结果表明，在室温10℃的环境下，7%的双氧水漂白效果最好。

关键词：双氧水;色度计;朗伯比尔定律;氧化色素

文章编号：1008-0546（2018）12-0088-02中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.029

一、实验简介

双氧水具有漂白性，对品红溶液具有良好的漂白效果。根据相关文献，在相同环境下，双氧水的体积与品红溶液的体积为2 ∶ 1时漂白效果最好 [1]。在实验室中，双氧水的浓度最高为30%，在本实验中，利用30%的双氧水配制出25mL的25%、20%、10%、7%、6%、5%、2.5%、1.5%的双氧水溶液，同时配制1%的品红溶液。分别取各浓度的双氧水2mL与1mL品红溶液于比色皿中，利用色度计分析品红溶液的颜色深浅，取相同时间，即选择将比色皿放入色度计10s的数据进行比较，从而反映出品红溶液的褪色情况和该浓度双氧水的漂白能力。

色度传感器通过对溶液吸光度（或透光度）值的检测来确定溶液的浓度。与分光光度计不同，色度传感器能够实时、连续地检测溶液的色度变化，从而动态地监测化学反应进程 [2]。利用色度计可以实时检测品红溶液的透光率：T=I（透射光强度）/I0（入射光强度）。T（透光率越大），证明品红溶液褪色越明显，双氧水漂白能力越强。

二、双氧水的漂白原理

关于过氧化氢的漂白剂机理有两种解释，一种解释为过氧化氢分解成水和新生氧，即H2O2=H2O+[O]，新生氧[O]与色素发生反应而具有漂白作用。这种解释是最早的关于双氧水漂白原理的解释，而实验证明，在强碱、高温条件下，原子态氧能氧化纖维素，造成织物损伤，而漂白作用则没有确切的证据。

另一种解释为H2O2是一种二元弱酸，可在水溶液中发生电离：

HOO-是一种极强的亲核试剂，可与生色基团作用，破坏其结构使之失去发色功能，从而达到漂白的作用。以HOO-和纸浆中常见的木素反应为例 [3]：木素结构中的苯环本身是无色的，但在加热条件下，苯环会转换成生色基团醌式结构，变成有色体。HOO-会破坏醌式结构，使苯环打开，从而褪色。

在本实验中，使用的品红的结构如下：

HOO-同样可以破坏发色团，使其褪色。若在酸性溶剂中，其氧化性进一步增强，可氧化—NH2;若在碱性溶剂中，还原性加强也可使品红褪色 [4]。

中国纺织大学的周铂先生等人，用经典的动力学方法，研究了双氧水在强碱介质中（pH>13）的分解机理，提出了如下的作用模式 [5]：

其中起到漂白作用的物质是K2步骤生成的HOO-。K3步骤生成的[O]会破坏被漂白织物的纤维素，所以漂白与损伤纤维同时发生。为了减少纤维素的损伤，应保证：K2>K3，从而降低原子态氧破坏纤维素的程度，减少织物在漂白过程中的受损程度，而双氧水的浓度是决定竞争反应的重要因素之一。所以寻找双氧水的最佳漂白浓度，避免使用过多的双氧水，一是可以节约试剂，二是可以减少[O]的生成，尽可能减少对织物纤维素的破坏，这也是本实验的意义所在。

三、实验仪器及试剂

1.传感器：色度传感器。

2.实验仪器：10mL量筒两个，25mL容量瓶，比色皿，250mL烧杯，玻璃棒，胶头滴管。

3.试剂：1%的品红溶液，30%、25%、20%、10%、7%、5%、3%、2.5%、1.5%（质量分数）的双氧水（注：可提供30%的双氧水，其余浓度的双氧水可在实验过程中配制）。

四、实验过程

1.称量2g品红固体，配制250mL1%的品红溶液于250mL烧杯中。

2.品红色的互补色为绿色，将色度计上波长选择为绿光的波长565nm处，进行校准。

3.校准完成后滴加1mL 1%的品红溶液于比色皿中，用色度计检测出原始数值T。

4.取30%的双氧水，滴加2mL双氧水在装有品红溶液的比色皿中，将比色皿放入色度计，10秒后，检测出数值T1。

5.另滴1mL品红溶液于小烧杯中，将30%的双氧水稀释成10mL 25%的双氧水，将稀释后的溶液同样滴加2mL进入品红溶液中，利用色度计测出数值T2。

6.另滴1mL品红溶液于小烧杯中，将30%的双氧水稀释成10mL 20%的双氧水，将稀释后的溶液滴加2mL进入品红溶液中，利用色度计测出数值T3。

7.重复上述操作，将30%的双氧水分别再稀释成10%、7%、6%、5%、2.5%、1.5%，分别得到T4、T5……T9。

五、数据处理

将原始数值T分别和得到的T1……T9做差值，得到ΔTn，差值越大说明品红褪色越明显，双氧水的漂白效果越好，可画出ΔTn/H2O2质量分数的曲线图，观察在浓度为多少时出现一个峰值。对数据进行处理做曲线图如图所示：

从图中我们可以看出，双氧水质量分数7%时ΔTn数值最大，也就是说在这次实验中测得双氧水质量分数7%时，对品红溶液的漂白效果最好，在质量分数介于10%～25%和1.5%～5%之间漂白效果无明显变化。在质量分数5%～7%和7%～10%之间漂白效果变化最明显。

六、实验结论

根据实验结果，可以得出结论，双氧水的漂白能力与浓度不成正比。在室温（10℃）左右，满足双氧水和品红溶液体积比为2 ∶ 1的条件下，质量分数为7%的双氧水漂白效果最好。在蒋亚平《黄金分割法对过氧化氢最佳漂白浓度的选择》一文中，作者通过实验，用2mL不同浓度的双氧水漂白1mL 0.1%的品红溶液，得出的结论是2%的双氧水漂白效果最好。该数据与本实验的结果不同，笔者分析可能是因为室温及品红浓度不同导致实验结果的差异，因此温度对双氧水漂白能力的影响及品红浓度对其本身分子结构变化的影响可以作为进一步研究的方向。

参考文献

[1]  蒋亚平.黄金分割法对过氧化氢最佳漂白浓度的选择[J].化学教育，2015，36（11）：57-59

[2]  靳飞.利用色度计传感器探究蔗糖的还原性[J].化学教学，2013（1）：49-51

[3]  王向强，陈嘉川，庞志强，杨桂花.二氧化氯和过氧化氢漂白技术[J].华东纸业，2011，42（6）：52-58

[4]  万如锴，曹桂能，陈红.品红褪色机理的探究[J].化学教育，2008（2）：67-68

[5]  傅德才，周鸿娟.双氧水的漂白原理及其稳定剂的进展[J].河北轻化工学院学报，1994（4）：76-80

[6]  谢雯.常用氧化型漂白剂的漂白原理、制备方法及其应用[J].广东化工，2017，44（10）：141-142