利用色度計探究雙氧水作為漂白劑的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

陳科宏 張澤 曹戈瑤

摘要：雙氧水是一種無污染的氧化型漂白劑，對人體和環(huán)境較友好，是目前織物漂白的主要試劑之一。作者研究了濃度對雙氧水漂白效果的影響，以品紅溶液為漂白對象，在相同的時間內(nèi)，利用色度計檢測顏色變淺的程度，從而體現(xiàn)雙氧水的漂白能力。用2mL不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的雙氧水漂白1mL 1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的品紅溶液，實驗結(jié)果表明，在室溫10℃的環(huán)境下，7%的雙氧水漂白效果最好。

關(guān)鍵詞：雙氧水;色度計;朗伯比爾定律;氧化色素

文章編號：1008-0546（2018）12-0088-02中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.029

一、實驗簡介

雙氧水具有漂白性，對品紅溶液具有良好的漂白效果。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，在相同環(huán)境下，雙氧水的體積與品紅溶液的體積為2 ∶ 1時漂白效果最好 [1]。在實驗室中，雙氧水的濃度最高為30%，在本實驗中，利用30%的雙氧水配制出25mL的25%、20%、10%、7%、6%、5%、2.5%、1.5%的雙氧水溶液，同時配制1%的品紅溶液。分別取各濃度的雙氧水2mL與1mL品紅溶液于比色皿中，利用色度計分析品紅溶液的顏色深淺，取相同時間，即選擇將比色皿放入色度計10s的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而反映出品紅溶液的褪色情況和該濃度雙氧水的漂白能力。

色度傳感器通過對溶液吸光度（或透光度）值的檢測來確定溶液的濃度。與分光光度計不同，色度傳感器能夠?qū)崟r、連續(xù)地檢測溶液的色度變化，從而動態(tài)地監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程 [2]。利用色度計可以實時檢測品紅溶液的透光率：T=I（透射光強(qiáng)度）/I0（入射光強(qiáng)度）。T（透光率越大），證明品紅溶液褪色越明顯，雙氧水漂白能力越強(qiáng)。

二、雙氧水的漂白原理

關(guān)于過氧化氫的漂白劑機(jī)理有兩種解釋，一種解釋為過氧化氫分解成水和新生氧，即H2O2=H2O+[O]，新生氧[O]與色素發(fā)生反應(yīng)而具有漂白作用。這種解釋是最早的關(guān)于雙氧水漂白原理的解釋，而實驗證明，在強(qiáng)堿、高溫條件下，原子態(tài)氧能氧化纖維素，造成織物損傷，而漂白作用則沒有確切的證據(jù)。

另一種解釋為H2O2是一種二元弱酸，可在水溶液中發(fā)生電離：

HOO-是一種極強(qiáng)的親核試劑，可與生色基團(tuán)作用，破壞其結(jié)構(gòu)使之失去發(fā)色功能，從而達(dá)到漂白的作用。以HOO-和紙漿中常見的木素反應(yīng)為例 [3]：木素結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)本身是無色的，但在加熱條件下，苯環(huán)會轉(zhuǎn)換成生色基團(tuán)醌式結(jié)構(gòu)，變成有色體。HOO-會破壞醌式結(jié)構(gòu)，使苯環(huán)打開，從而褪色。

在本實驗中，使用的品紅的結(jié)構(gòu)如下：

HOO-同樣可以破壞發(fā)色團(tuán)，使其褪色。若在酸性溶劑中，其氧化性進(jìn)一步增強(qiáng)，可氧化—NH2;若在堿性溶劑中，還原性加強(qiáng)也可使品紅褪色 [4]。

中國紡織大學(xué)的周鉑先生等人，用經(jīng)典的動力學(xué)方法，研究了雙氧水在強(qiáng)堿介質(zhì)中（pH>13）的分解機(jī)理，提出了如下的作用模式 [5]：

其中起到漂白作用的物質(zhì)是K2步驟生成的HOO-。K3步驟生成的[O]會破壞被漂白織物的纖維素，所以漂白與損傷纖維同時發(fā)生。為了減少纖維素的損傷，應(yīng)保證：K2>K3，從而降低原子態(tài)氧破壞纖維素的程度，減少織物在漂白過程中的受損程度，而雙氧水的濃度是決定競爭反應(yīng)的重要因素之一。所以尋找雙氧水的最佳漂白濃度，避免使用過多的雙氧水，一是可以節(jié)約試劑，二是可以減少[O]的生成，盡可能減少對織物纖維素的破壞，這也是本實驗的意義所在。

三、實驗儀器及試劑

1.傳感器：色度傳感器。

2.實驗儀器：10mL量筒兩個，25mL容量瓶，比色皿，250mL燒杯，玻璃棒，膠頭滴管。

3.試劑：1%的品紅溶液，30%、25%、20%、10%、7%、5%、3%、2.5%、1.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的雙氧水（注：可提供30%的雙氧水，其余濃度的雙氧水可在實驗過程中配制）。

四、實驗過程

1.稱量2g品紅固體，配制250mL1%的品紅溶液于250mL燒杯中。

2.品紅色的互補(bǔ)色為綠色，將色度計上波長選擇為綠光的波長565nm處，進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.校準(zhǔn)完成后滴加1mL 1%的品紅溶液于比色皿中，用色度計檢測出原始數(shù)值T。

4.取30%的雙氧水，滴加2mL雙氧水在裝有品紅溶液的比色皿中，將比色皿放入色度計，10秒后，檢測出數(shù)值T1。

5.另滴1mL品紅溶液于小燒杯中，將30%的雙氧水稀釋成10mL 25%的雙氧水，將稀釋后的溶液同樣滴加2mL進(jìn)入品紅溶液中，利用色度計測出數(shù)值T2。

6.另滴1mL品紅溶液于小燒杯中，將30%的雙氧水稀釋成10mL 20%的雙氧水，將稀釋后的溶液滴加2mL進(jìn)入品紅溶液中，利用色度計測出數(shù)值T3。

7.重復(fù)上述操作，將30%的雙氧水分別再稀釋成10%、7%、6%、5%、2.5%、1.5%，分別得到T4、T5……T9。

五、數(shù)據(jù)處理

將原始數(shù)值T分別和得到的T1……T9做差值，得到ΔTn，差值越大說明品紅褪色越明顯，雙氧水的漂白效果越好，可畫出ΔTn/H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的曲線圖，觀察在濃度為多少時出現(xiàn)一個峰值。對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理做曲線圖如圖所示：

從圖中我們可以看出，雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%時ΔTn數(shù)值最大，也就是說在這次實驗中測得雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%時，對品紅溶液的漂白效果最好，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于10%～25%和1.5%～5%之間漂白效果無明顯變化。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～7%和7%～10%之間漂白效果變化最明顯。

六、實驗結(jié)論

根據(jù)實驗結(jié)果，可以得出結(jié)論，雙氧水的漂白能力與濃度不成正比。在室溫（10℃）左右，滿足雙氧水和品紅溶液體積比為2 ∶ 1的條件下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的雙氧水漂白效果最好。在蔣亞平《黃金分割法對過氧化氫最佳漂白濃度的選擇》一文中，作者通過實驗，用2mL不同濃度的雙氧水漂白1mL 0.1%的品紅溶液，得出的結(jié)論是2%的雙氧水漂白效果最好。該數(shù)據(jù)與本實驗的結(jié)果不同，筆者分析可能是因為室溫及品紅濃度不同導(dǎo)致實驗結(jié)果的差異，因此溫度對雙氧水漂白能力的影響及品紅濃度對其本身分子結(jié)構(gòu)變化的影響可以作為進(jìn)一步研究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]? 蔣亞平.黃金分割法對過氧化氫最佳漂白濃度的選擇[J].化學(xué)教育，2015，36（11）：57-59

[2]? 靳飛.利用色度計傳感器探究蔗糖的還原性[J].化學(xué)教學(xué)，2013（1）：49-51

[3]? 王向強(qiáng)，陳嘉川，龐志強(qiáng)，楊桂花.二氧化氯和過氧化氫漂白技術(shù)[J].華東紙業(yè)，2011，42（6）：52-58

[4]? 萬如鍇，曹桂能，陳紅.品紅褪色機(jī)理的探究[J].化學(xué)教育，2008（2）：67-68

[5]? 傅德才，周鴻娟.雙氧水的漂白原理及其穩(wěn)定劑的進(jìn)展[J].河北輕化工學(xué)院學(xué)報，1994（4）：76-80

[6]? 謝雯.常用氧化型漂白劑的漂白原理、制備方法及其應(yīng)用[J].廣東化工，2017，44（10）：141-142