EDTA滴定法测药物制剂中的ZnO：定量分析在实践中的应用

赵宏伟，槐佳孟，王泽，陈霞

山西大学化学化工学院，太原 030006

配位滴定法是一种非常重要的定量分析方法，其滴定分析是以配位反应为基础的分析方法[1]。在大学的分析化学实验课程中，EDTA (乙二胺四乙酸)常用作配位滴定法中的滴定试剂，能够与大多数金属离子形成稳定的1 : 1配位化合物[2]。在生活中常用EDTA作为滴定试剂进行离子检测，例如自来水硬度的测定、铝合金中铝含量的测定、胃舒平药片中Al(OH)3和MgO含量的测定等。

为保持学生在实践课上的积极性，突出滴定法在日常生活中的应用，本文介绍了用经典EDTA滴定法测定痱子粉和皮肤软膏中氧化锌的方法，并将其作为我校分析化学实验课程中配位滴定设计实验之一。

氧化锌(ZnO)是一种白色粉末状的无机物，是必要矿物质锌的来源。具有防腐、干燥、抗炎、除臭、紫外线防护等特性，是医药产品配料中常见的化学添加剂。然而，若人接触锌的浓度高于生理需要，是有一定毒性的[3]。因此，对药物制剂中的锌含量进行定量分析是非常必要的。在本实验中，我们提出了一种通过经典EDTA滴定法测定两种药物制剂(痱子粉和皮肤软膏)中氧化锌含量的方法。

经典的滴定法由于其具有操作简单、成本低、准确性高等特点，在分析高浓度分析物(例如药物活性成分)的样品时，仍被广泛应用。Zn(II)离子的滴定方法有两种，酸性溶液时使用二甲酚橙指示剂，碱性溶液时使用铬黑T指示剂(EBT)[4,5]。本实验分别采用上述两种指示剂法测定了不同药品中的ZnO的含量，具体分析方法如图1所示：首先用稀盐酸分别提取粉剂和膏剂药品样品中的氧化锌，其中，1) 软膏法提取的氧化锌，在pH = 10的缓冲溶液中，以EBT为指示剂，用EDTA标准滴定；2) 粉末法提取的氧化锌，将溶液的pH调至5-6，以二甲酚橙为指示剂，用EDTA标准溶液滴定。最后学生计算样品中ZnO的含量及相对标准偏差，将结果与产品标签信息进行比较，计算相对误差。

图1 本文实验操作流程图

1 实验目的

(1) 学会复杂样品的处理方法和待测试液的制备方法。

(2) 掌握用配位滴定法测定ZnO的原理和应用。

(3) 了解利用滴定法测定药品中金属离子含量的实际意义。

2 实验重点难点

(1) 实验重点：掌握配位滴定法的实验原理和操作。

(2) 实验难点：待测样品的分析和样品的预处理。

3 样品处理

ZnO是一种两性氧化物，可以与酸和强碱发生反应。与酸反应见反应式(1)：

粉末痱子粉样品提取Zn(II)离子。将样品溶解在酸性介质中，经过滤除去悬浮物，得到从样品中提取的Zn(II)的澄清溶液。

皮肤软膏样品提取Zn(II)离子。将样品溶解在盐酸和乙酸乙酯中，软膏中的有机成分溶解在乙酸乙酯中，氧化锌溶解在盐酸中[6]。利用分液漏斗将有机相和水相进行分离，得到从样品中提取的Zn(II)的澄清溶液。

4 实验原理

配位滴定法是基于金属离子和配位离子之间的定量反应。EDTA是配位滴定中常用的滴定试剂，可以与金属离子形成稳定的1 : 1配位化合物。标定EDTA时，一般选择铬黑T或二甲酚橙做指示剂，不同指示剂适应的条件有所不同。选用铬黑T作为指示剂时，应在pH = 10的缓冲溶液中进行，选用二甲酚橙做指示剂，需将溶液pH调至5-6。

皮肤软膏提取液中只有Zn(II)离子，可选择上述两个指示剂任意之一的测定条件进行滴定。粉末状的痱子粉中含有滑石粉，制备的待测溶液中主要成分为Zn(II)离子，但其中含有Mg(II)离子。Mg2+、Zn2+均能与EDTA形成稳定的配合物，可以利用EDTA的酸效应进行分步滴定，防止Mg2+的干扰。当酸度不同时，锌镁离子的配位也不同[7]。在pH = 5-6时，EDTA只和Zn2+配位，而Mg2+不被滴定；只有当pH = 10的碱性条件下Mg2+可被滴定。

在滴定终点，消耗的EDTA的摩尔数等于溶液中所含的金属离子的摩尔数。样品中ZnO质量的计算式为：

式中：CEDTA是EDTA标准溶液的浓度，单位为mol·L-1；VEDTA是滴定终点消耗的EDTA平均体积，单位为mL；MZnO为ZnO的分子量(81.38 g·mol-1)，ms是每份待测试样的样品质量，单位为g。

5 实验注意事项

(1) 用酸处理样品时要充分搅拌，尽量多地溶解待测离子。

(2) 用乙酸乙酯萃取时注意正确操作。

(3) 样品处理时应在通风橱下进行。

6 实验部分

6.1 主要试剂和仪器

酸式滴定管，锥形瓶(250 mL)，容量瓶(250.0 mL)，移液管(10.00 mL，25.00 mL)，FA/JA1004型电子天平，称量瓶；EDTA (0.01 mol·L-1左右，待标定)，HCl (1 : 1)，ZnO (固体，AR)，铬黑T指示剂，二甲酚橙指示剂，六亚甲基四胺溶液(200 g·L-1)，氨水(1 : 1)，pH = 10的氨水-氯化铵缓冲溶液。

待测样品：

1) 氧化锌痱子粉(当地药店获得，健民集团叶开泰国药(随州)有限公司)。

2) 氧化锌软膏(当地药店获得，天津金耀药业有限公司)。

6.2 实验过程

6.2.1 Zn2+标准溶液的配制及EDTA溶液的标定

(1) 配制Zn2+标准溶液和EDTA溶液。

a) 0.01 mol·L-1Zn2+标准溶液配制。

准确称取0.2-0.25 g ZnO于50 mL烧杯中，加少量去离子水润湿后，缓慢滴加6 mol·L-1HCl水溶液，搅拌至其完全溶解。然后将溶液定量转移至250.0 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，摇匀，计算Zn2+标准溶液的浓度。计算公式如下：

Zn2+标准溶液浓度的计算，按照上述操作步骤，将准确称取的mZnO= 0.2072 g代入公式(3)中，求得CZn2+= 0.01020 mol·L-1。

b) 0.01 mol·L-1EDTA溶液配制。

称取3.5-4.0 g乙二胺四乙酸二钠盐于200 mL烧杯中，用蒸馏水溶解，所得溶液倒入聚乙烯塑料瓶中，再加蒸馏水稀释至1000 mL左右，摇匀。

(2) 标定EDTA溶液。

用移液管移取25.00 mL Zn2+标准溶液于锥形瓶中，逐滴加入1 : 1的氨水，同时不断摇动直至开始出现白色浑浊(Zn(OH)2固体)，以中和溶液中过量的HCl，注意过量的氨水能与Zn2+络合，浑浊消失变为澄清。然后加50 mL蒸馏水、10 mL NH3-NH4Cl缓冲溶液和2-3滴铬黑T指示剂，用待标定的EDTA溶液滴至溶液由紫红色刚好变为蓝绿色，记下消耗的EDTA溶液的体积。如此再重复滴定3次，取平均值后计算EDTA溶液的准确浓度。实验数据记录在表1中。

数据处理：EDTA溶液滴定25.00 mL 0.01020 mol·L-1Zn2+标准溶液的体积分别记录于表1中，EDTA与金属离子形成稳定的1 : 1配位化合物，由定量关系可知EDTA溶液浓度CEDTA按下式计算：

表1 Zn2+标准溶液标定EDTA溶液

根据表1数据计算出EDTA标准溶液的浓度为：CEDTA= 0.01040 mol·L-1。

6.2.2 样品中氧化锌的提取及待测溶液的制备

1) 从痱子粉样品中提取ZnO。

准确称取37.5020 g痱子粉于250 mL烧杯中，加入10 mL 6 mol·L-1HCl水溶液和40 mL蒸馏水。混合物用玻璃棒搅拌10 min，静置分层，上层为乳白色悬浮物，下层为无色透明液体，其中悬浮物通过布氏漏斗减压过滤并用蒸馏水洗涤3次，所得滤液定量转移至250.0 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，摇匀，得到Zn(II)离子待测溶液。

2) 从皮肤软膏样品中提取ZnO。

准确称取1.2509 g的皮肤软膏于250 mL的烧杯中，通风橱内加10 mL 6 mol·L-1HCl水溶液、40 mL蒸馏水和50 mL乙酸乙酯[8]。向混合液中加入磁子，在通风厨中用磁力搅拌器将混合物搅拌30 min。将得到的混合溶液转移至分液漏斗中，静置分层，下层水相收集至250.0 mL容量瓶中，上层有机悬浮用20 mL饱和食盐水洗涤三次，水相合并收集至容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度线处，摇匀，得到Zn(II)离子待测溶液(图2)。

图2 分液漏斗进行分液

6.2.3 氧化锌含量的测定

痱子粉样品。用移液管移取25.00 mL Zn2+待测试液3份于250 mL锥形瓶中，分别滴加2滴2 g·L-1二甲酚橙指示剂，滴加200 g·L-1六亚甲基四胺溶液至溶液呈现稳定的紫红色，再加5 mL六亚甲基四胺溶液，然后用EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色刚好变为黄色，如图3A所示，记下消耗EDTA溶液的体积。平行滴定3份，取平均值，利用上述公式(2)计算氧化锌含量。实验数据记录在表2中，与标签含量对比结果记录在表3中。

图3 (A) 痱子粉样品Zn2+溶液滴定前紫红色和滴定终点黄色；(B) 皮肤软膏样品Zn2+溶液滴定前紫红色和滴定终点蓝绿色

皮肤软膏样品。用移液管移取25.00 mL Zn2+待测试液3份置于250 mL锥形瓶中，分别滴加1 : 1 NH3·H2O，同时不断摇动直至开始出现白色浑浊(Zn(OH)2固体)，注意过量的氨水能与Zn2+络合，浑浊消失变为澄清。分别加10 mL NH3-NH4Cl缓冲溶液、50 mL蒸馏水和2-3滴铬黑T指示剂，然后用EDTA标准溶液滴至由紫红色刚好变为蓝绿色，如图3B所示，记下消耗EDTA溶液的体积。平行滴定3份，取平均值，利用上述公式(2)计算氧化锌含量。实验数据记录在表2中，与标签含量对比结果记录在表3中。

数据处理：EDTA溶液滴定痱子粉和软膏两种25.00 mL Zn2+待测试液的体积分别记录于表2中，氧化锌在两种药品中的含量根据测定数据计算，并记录于表2中，计算方法根据公式(2)。

表2 ZnO氧化锌的质量含量的测定

从表2中数据可以看出，痱子粉样品中氧化锌含量为0.4965%，皮肤软膏样品中氧化锌含量为14.88%。因复杂样品可接受的相对标准偏差RSD数值不得高于5%，而两种方法获得的所有RSD值均低于1%，表明该方法具有较高的准确度[9]。

6.2.4 氧化锌含量的分析

为便于比较，将测得的氧化锌的含量换算成与产品标签中相同的单位表示，数据列于表3中。

表3 氧化锌测得值与标签值比较

本文中提到的方法准确性和精确性，通过表2和表3的RSD和Er数据得到很好的验证。从表3中的数据可以看出，实验中测得1 g痱子粉样品含有4.9653 mg氧化锌，1 g软膏样品含有149.7 mg氧化锌。测定值与标签值相比，结果显示：痱子粉样品与产品标签信息的相对误差为-0.69%，软膏样品的相对误差-0.20%，二者的相对误差均小于1%[9]，测定结果也令人满意。根据以上结果，两种样品的滴定方法都得到了有效验证。

6.2.5 实验方法验证

已知EDTA滴定Zn(II)离子时可以在两种不同的条件下进行，即pH为5-6、二甲酚橙做指示剂或者pH = 10的缓冲溶液、铬黑T作为指示剂。

文中实验(见4.2.3小节)采用的实验步骤是：1) 痱子粉样品在pH为5-6、二甲酚橙做指示剂、0.01040 mol·L-1EDTA溶液滴定；2) 软膏样品在pH = 10的缓冲溶液、铬黑T作为指示剂、0.01040 mol·L-1EDTA溶液滴定。

除了以上实验操作还做了以下条件实验：1) 将软膏样品试样在pH为5-6、二甲酚橙做指示剂、0.01040 mol·L-1EDTA溶液滴定，与4.2.2小节中的实验数据进行对比，结果基本一致，说明该试样在两种滴定方法中都适用；2) 将痱子粉样品试样在pH = 10的缓冲溶液、铬黑T作为指示剂、0.01040 mol·L-1EDTA溶液滴定，利用上述公式(2)计算氧化锌含量，测得三次结果的ZnO%平均值为0.9913%，即9.9 mg·g-1，其数值远远超过标签含量5.0 mg·g-1的数值，根据实验数据证实在碱性条件下，痱子粉中由于Mg2+存在会影响Zn2+的滴定。因此，该样品的滴定应在酸性条件下进行。事实上，在进行滴定分析时，当屏蔽掉镁离子的干扰时，实验结果和标签数据一致，因此，我们认为痱子粉样品中除了镁离子和锌离子外，不含其他金属离子，在酸度pH = 5-6时，滴定的是痱子粉样品中锌离子，而不存在其他离子干扰。

6.2.6 线性度曲线

用EDTA滴定法分析5、10、20、25、30 mL的Zn(II)待测溶液的等分试样，并将每个等分试样中ZnO的含量与预期含量作图。线性拟合的r2值都在0.99以上，这表明两种方法在这个工作范围内是线性的。其中蓝色表示预测氧化锌含量，红色表示实验氧化锌含量(图4)。

图4 实测的样品中ZnO的质量与预测的样品中ZnO的含量关系

痱子粉和软膏样品的测定系数(R2)分别为0.9991和0.9994。这高于线性方法的最低接受值0.99，因此可以认为该方法在分析的范围内是有线性关系的。

7 实验在教学中的应用

在具体教学中，先让学生查阅资料，拟定实验方案，在此基础上，本实验的实施过程需要学时数为4学时。具体实施如下：1) 首先进行实验原理的讲解，用时0.5小时。包括氧化锌在制药工业中的重要性、HCl提取氧化锌原理、使用缓冲剂的原因，以及演示预先准备好转折点的颜色变化，最后讲解ZnO含量的计算。2) 操作环节及测定过程用时2.5小时。包括：样品称重、提取及待测溶液的配制，EDTA溶液的标定，组分含量的测定等等，所有学生都做了三个平行滴定，所需缓冲液和指示剂溶液由实验代课老师预先制备。3) 结果处理用时1小时。实验结束后整理数据、计算ZnO平均含量、计算RSD、相对误差上交实验报告。

山西大学化学化工学院分析化学实验课的学生在定量分析课程中应用了本实验。本文提供了10名同学粉末痱子粉样品数据及5名学生的软膏样品数据。学生进行实验操作并进行数据分析。将学生数据中氧化锌含量对比进行汇总，列于表4和表5中。

表4 学生使用痱子粉样品获得的氧化锌含量的比较

表5 学生使用软膏样品获得的氧化锌含量的比较

学生们对痱子粉和皮肤软膏的分析结果分别显示在表4和表5中。每个结果都代表了每个学生三次单独测定的平均值。结果显示：粉末法测定值的RSD值范围从0.10%到0.50%，软膏法从0.22%到0.41%。学生测定值与标签数据的相对误差(Er/%)分别为：痱子粉为-0.98% - 0.05%，皮肤软膏为-0.53% - 0.16%。在滑石粉的分析中，10项分析的相对误差全部低于±1%，在软膏的分析中，5项分析的相对误差全部低于±1%。比较二者的相对误差，发现痱子粉样品相对误差比较大，可能是因为痱子粉样品粉末较细，对离子吸附较强，学生过滤样品时洗涤不够充分，痱子粉中氧化锌含量较少，导致误差相对较大。总之，获得数据误差的原因可能是学生缺乏经验导致样品污染、技术仪器错误、乙酸乙酯提取过程中样品丢失，以及超过了滴定的终点。

8 结语

文中提及的配位滴定法内容，在定量分析课程教学中是十分重要的。本实验从痱子粉和软膏两种不同状态的药物样品中提取待测成分，应用过滤、萃取和滴定等技术进行分析测定，不仅提高了学生的学习兴趣，而且还锻炼了他们解决问题的能力，同时也丰富了教学内容。实际样品的分析不同于定量分析中教材上的经典实验，增加了样品预处理环节，为了得到待测试液，须除去干扰杂质而采取萃取和过滤等步骤，将分析化学和有机化学的基本实验技术联系起来，既弥补了理论教学中往往缺乏实际样品分析内容，又锻炼了学生的动手能力。另外整个实验过程中学生学会了如何评价一种实验方法是否准确，以及如何从统计学角度比较实验测定值和预期值的关系。

该实验已成功地应用于我校化学专业学生的定量分析实验课程中。通过总结分析化学实验课程中学生的反馈，使用真实的样品对吸引学生学习兴趣和提高学生的实验技术具有重要作用。为提高学生在实际教学中的积极性，增强和发展学生的实验技术，建议在实际教学中多分析日常使用的样品。