滴定法分析氫氣濃度

本文來源：《氫氣醫學》主編 孫學軍

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滴定法分析氫氣濃度

在使用氫氣的過程中，無論是科研還是具體應用，準確測定氫氣濃度都是首先需要面對的重要問題。測定氫氣濃度的標準方法是氣相色譜法和電極法，但這兩種方法需要比較昂貴的裝置和複雜的檢測技術，不適合一些小型實驗室和普通使用者的需要，因此建立一種簡便準確的氫氣檢測方法十分必要。日本神奈川縣的MZ公司專門研究開發用於健康領域的氫氣相關產品，該公司建立了一種氫氣濃度檢測的簡易方法。

該公司的研究人員Bunpei Sato在《醫學氣體研究》雜誌上發表該技術的介紹性文章，對他們開發的這種經濟、實用、簡便的測定方法進行了介紹（該公司曾經發明一種可以不開啟包裝製備氫氣注射液的技術）。該方法屬於經典的氧化還原滴定法，其原理是透過膠體鉑催化氫氣還原亞甲藍（methylene blue，MB）。亞甲藍是一種常用染料和氧化還原滴定指示劑（見圖7-3），有一個非常著名的葡萄糖還原亞甲藍的科普實驗使用的就是該試劑。

由於氫氣本身共價鍵的影響，氫氣難以與亞甲藍在常溫下發生反應，但在膠體鉑的催化下可以與等相對分子質量的氫氣發生氧化還原反應（見圖7-4），反應可以使藍色的氧化型亞甲藍變成無色的還原型亞甲藍（leucomethylene blue，leucoMB）。其化學反應式如下：

根據上述反應式，本書使用氧化還原滴定體積分析法確定氫氣濃度。實驗方法和流程如下。

1）亞甲藍-鉑試劑配置

亞甲藍購買自德國明斯特瓦爾德克公司，2%膠體鉑水溶液購買自日本

Tanaka Kikinzoku公司。首先將亞甲藍0。3克用98%乙醇（989克）溶解為99。2克亞甲藍乙醇溶液，然後將08克膠體鉑水溶液與992克亞甲藍乙醇溶液混勻成100克亞甲藍膠體鉑MB-Pt試劑（日本MiZ公司）。將上述MB-Pt試劑分裝到小塑膠瓶用吸管可從小塑膠瓶中抽取（每滴17毫克或0。02毫升）。

2）氫氣水溶液的製備

氫氣飽和水（08毫摩爾）透過純水吹泡法制備，然後按照比例用純水稀釋成03毫摩爾02毫摩爾和01毫摩爾的氫氣水溶液。氫氣濃度使用日本東京DKK-TOA公司的DHD1-1電化學氣體感測器檢測。

氧化還原滴定法檢測氫氣含量，取氫氣溶液20毫升，然後用MB-Pt滴定，以藍色恰好不再繼續消失作為濃度計算的滴定法點（見圖7-5）。圖7-5中，第一瓶為剛加入滴定液時的情況，第二瓶為加入滴定液並擴散後的情況，第三瓶為加人滴定液10秒後的情況。

3）結果分析

一滴滴定液含17毫克亞甲藍-鉑試劑，當滴定液滴入氫氣溶液中，氫氣摩爾數可用亞甲藍表示，可用如下公式計算：

氫氣摩爾數=滴定液滴數x（17/1000）x（0。3/100）/31985 （7-1）

1 滴滴定液17 毫克含有016微摩爾亞甲藍20毫升飽和氫水（0。8毫摩爾）大約可消耗100滴滴定液（1。7克，每毫升飽和氫水消耗5滴滴定液）。公式如下：

800微摩爾/（1000毫升/20毫升）=16微摩爾 （7-2）

16微摩爾/（0。16微摩爾/滴）=100滴 （7-3）

根據研究結果進行校對，認為每滴可以中和029微摩爾的氫氣（16微摩爾/55）。也就是說每滴滴定液可以消耗20毫升氫氣溶液中氫氣的濃度為14。5微摩爾/升、0。03毫克/升：

0。29微摩爾/滴X（1000毫升/20毫升）=14。5微摩爾/升（或003毫克/升） （7-4）

分析結果可以發現，由於用於稀釋氫水的純水中含有氧氣，而氧氣把被氫氣還原的亞甲藍氧化，也就是說會導致結果失真。若採用氮氣飽和的水作為稀釋液，則結果更為穩定，更加符合預期結果。經過線性分析發現，儘管溶液中氧氣能產生一定干擾，但影響比例比較小，不影響最終的檢測結果，因此這種方法可以作為電極檢測的替代方法。

當然這種滴定檢測方法也存在明顯缺陷，可用於純水或不含其他還原氧化成分的液體中氫氣濃度的檢測，液體中如果含有其他氧化或還原性物質，則會干擾滴定準確性，例如血液和細胞培養液等不適合採用這種方法。從實用角度考慮，這種方法用於氫水的定性分析比較理想，但用於定量分析並不理想。

2019年2月，有學者根據滴定法類似原理，利用奈米鉑催化氫氣還原鐵離子為亞鐵離子為基礎，建立一種用分光光度計測定亞鐵離子含量顯示水中氫氣濃度的方法，但這種方法的穩定性和推廣價值仍然不能判斷。顯色劑鄰菲咯啉也稱為110-菲咯啉，化學式為C2HN2，與亞鐵離子在pH值為2~9的條件下生成橘紅色絡合物，可用分光光度法測定鐵含量。

（注：氫產品，目前是一個保健輔助功能，非醫療產品。如果有“包治百病”等字眼切勿聽信）

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