柠檬酸（CA）含量测定

发布时间：2025-06-24 08:51:39 阅读量：2 作者：生物检测中心

柠檬酸 (CA) 含量测定方法（酸碱滴定法）

一、 目的 本方法旨在通过酸碱滴定法，准确测定样品中柠檬酸 (Citric Acid, CA) 的含量。该方法操作简便、结果可靠，适用于食品、饮料、化工产品、药品等多种样品基质中柠檬酸的定量分析。

二、 原理 柠檬酸是一种三元有机羧酸，具有三个可离解的羧基氢离子。本方法基于酸碱中和反应原理：

  • 使用已知浓度的氢氧化钠 (NaOH) 标准滴定溶液滴定含有柠檬酸的样品溶液。
  • 滴定过程中，NaOH 与柠檬酸发生中和反应： C₆H₈O₇ + 3NaOH → Na₃C₆H₅O₇ + 3H₂O
  • 选用酚酞作为指示剂。酚酞在酸性溶液中无色，当滴定达到化学计量点（即所有柠檬酸被完全中和，溶液由酸性变为弱碱性）时，指示剂由无色变为微红色，指示滴定终点。
  • 根据消耗的 NaOH 标准滴定溶液的体积及其准确浓度，即可计算出样品中柠檬酸的含量。

三、 试剂与材料

  1. 氢氧化钠 (NaOH) 标准滴定溶液： 浓度通常为 0.1 mol/L 或 0.5 mol/L（根据预计样品含量选择）。需按标准方法精确配制和标定（常用邻苯二甲酸氢钾标定），并准确记录其浓度 (c, mol/L)。
  2. 酚酞指示剂溶液： 1% (w/v) 乙醇溶液。溶解 1g 酚酞于 100mL 90% 乙醇中。
  3. 无二氧化碳水： 用于溶解样品、配制溶液及稀释。可将蒸馏水或去离子水煮沸约 10 分钟，冷却至室温后立即使用，或使用新鲜制备的去离子水。
  4. 样品： 待测的固体或液体样品。固体样品需预先粉碎或溶解，液体样品需摇匀。

四、 仪器与设备

  1. 分析天平：感量 0.0001 g。
  2. 碱式滴定管：25 mL 或 50 mL，经校准。
  3. 锥形瓶：250 mL。
  4. 容量瓶：根据样品溶解和稀释需要选择（如 100 mL, 250 mL）。
  5. 移液管或刻度吸管：用于精确移取样品溶液或标准溶液。
  6. 量筒。
  7. 电炉或水浴锅（若需要加热溶解样品）。
  8. 烧杯。
  9. pH 计（可选，用于辅助判断终点或验证）。

五、 操作步骤

  1. 样品制备：

    • 固体样品： 准确称取一定量（m, g，精确至 0.0001g）的均匀样品于烧杯中。加入适量无二氧化碳水，搅拌或加热（若需要）使其完全溶解。冷却至室温后，定量转移至容量瓶中，用无二氧化碳水定容至刻度，摇匀。此溶液为待测样品溶液。
    • 液体样品： 准确移取一定体积（V<sub>样</sub>, mL）的均匀样品于容量瓶中（若柠檬酸含量高，需预先稀释）。用无二氧化碳水定容至刻度，摇匀。此溶液为待测样品溶液。记录稀释倍数（F）。

  2. 滴定：

    • 准确移取一定体积（V<sub>分</sub>, mL，通常 10-25 mL，根据预计酸含量选择）的待测样品溶液于洁净的 250 mL 锥形瓶中。
    • 加入约 50 mL 无二氧化碳水。
    • 加入 2-3 滴酚酞指示剂溶液，摇匀。溶液应呈无色。
    • 用已装入 NaOH 标准滴定溶液并调好零点的碱式滴定管进行滴定。
    • 边滴定边不断摇动锥形瓶。接近终点时（溶液开始出现粉红色但旋即消失），应逐滴加入 NaOH 溶液。
    • 滴定至溶液呈现微红色，且该颜色保持 30 秒不褪色，即为滴定终点。
    • 记录消耗的 NaOH 标准滴定溶液的体积 (V<sub>NaOH</sub>, mL)。
    • 平行测定至少 2-3 份样品溶液。

  3. 空白试验：

    • 移取与样品测定时相同体积的无二氧化碳水（代替样品溶液）于 250 mL 锥形瓶中。
    • 加入 2-3 滴酚酞指示剂。
    • 用 NaOH 标准滴定溶液滴定至微红色终点，保持 30 秒不褪色。
    • 记录消耗的 NaOH 标准滴定溶液的体积 (V<sub>空白</sub>, mL)。空白值通常很小，但不可忽略，尤其对于低含量样品或要求高精度时。

六、 结果计算

样品中柠檬酸 (CA) 的含量按下式计算：

  1. 对于固体样品（以质量分数表示）： 柠檬酸含量 (%) = [ (V<sub>NaOH</sub> - V<sub>空白</sub>) × c × M × D ] / (m × 1000) × 100%
  2. 对于未稀释的液体样品（以质量浓度 g/100mL 表示）： 柠檬酸含量 (g/100mL) = [ (V<sub>NaOH</sub> - V<sub>空白</sub>) × c × M ] / (V<sub>样</sub> × 10)
  3. 对于稀释后的液体样品（需考虑稀释倍数 F）： 柠檬酸含量 (g/100mL 或 g/L) = [ (V<sub>NaOH</sub> - V<sub>空白</sub>) × c × M × F ] / (V<sub>分</sub> × 1000) × 100 (结果单位取决于 F 和 V<sub>分</sub> 的定义，常换算为 g/L 或 g/100mL)

式中：

  • V<sub>NaOH</sub>：滴定样品消耗的 NaOH 标准滴定溶液体积 (mL)
  • V<sub>空白</sub>：空白试验消耗的 NaOH 标准滴定溶液体积 (mL)
  • c：NaOH 标准滴定溶液的准确浓度 (mol/L)
  • M：柠檬酸 (C₆H₈O₇) 的摩尔质量 (192.12 g/mol)
  • D：样品溶液的总体积 (mL) / 分取用于滴定的样品溶液体积 (mL) = 定容体积 / V<sub>分</sub>
  • m：固体样品的称样质量 (g)
  • V<sub>样</sub>：移取的原始液体样品体积 (mL) (用于未稀释液体样品计算)
  • F：样品溶液的稀释倍数 (用于稀释后液体样品计算)
  • V<sub>分</sub>：移取用于滴定的样品溶液体积 (mL) (用于稀释后液体样品计算)
  • 1000：单位换算系数 (mL 到 L)
  • 100 或 100：将结果换算为百分数 (%) 或 g/100mL 的系数

计算结果取平行测定结果的算术平均值，并报告至小数点后两位。

七、 精密度 在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值，一般不应超过算术平均值的 1-2%（具体允许差可根据实际应用要求或相关标准确定）。

八、 注意事项

  1. 试剂纯度： 使用分析纯及以上级别的试剂。
  2. 水的质量： 必须使用无二氧化碳水，否则空气中的 CO₂ 会消耗 NaOH，导致结果偏高。
  3. 终点判断： 酚酞终点（pH ≈ 8.2）是柠檬酸被中和至柠檬酸三钠盐（Na₃C₆H₅O₇）的阶段。判断终点需仔细，微红色保持 30 秒是常用标准。滴定速度不宜过快，尤其在终点附近。
  4. 温度： 滴定应在室温下进行。温度变化会影响体积和指示剂变色点。
  5. 样品溶解： 确保样品完全溶解且均匀，否则会影响结果的准确性和精密度。对于含大量脂肪或蛋白质的复杂样品，可能需要进行预处理（如过滤、脱脂等）。
  6. 标准溶液标定： NaOH 标准溶液的浓度必须定期标定，以保证其准确性。标定方法必须规范。
  7. 滴定管读数： 垂直读取滴定管弯月面底部，精确至 0.01 mL。
  8. 安全防护： NaOH 溶液具有腐蚀性，操作时需佩戴防护眼镜和手套，避免皮肤和眼睛接触。在通风良好的区域操作。

九、 方法说明与应用 本方法（酸碱滴定法）是测定柠檬酸含量的经典、常用方法。其优点是设备简单、操作方便、成本低廉，适用于常规大批量检测。主要局限性在于：

  • 样品中若存在其他有机酸（如苹果酸、酒石酸）或无机酸，会对测定产生干扰，导致结果偏高。
  • 对于颜色较深或浑浊的样品，酚酞终点可能不易观察，此时可考虑电位滴定法确定终点。
  • 对于柠檬酸含量极低的样品（如某些天然果汁），灵敏度可能不足。

因此，在应用本方法前，应评估样品基质的复杂性。对于存在干扰物质的样品，需采用更专一的方法（如高效液相色谱法 HPLC）进行测定。本方法广泛应用于食品、饮料、发酵工业、化工产品、制药等领域的质量控制与检验中。