数据评价在鸡蛋壳钙镁含量测定实验中的应用.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.26 No.3 Jun.2023 数据评价在鸡蛋壳钙镁含量测定实验中的应用马宇一,卢 雯,胡 敏,向 丹,高培红,张 雯(西安交通大学 化学学院,陕西 西安 710049)摘 要:数据评价是定量分析的重要内容。以蛋壳中钙镁含量的测定实验为例,对同种方法同一样品单次测量的数据和同一样品用不同方法测量的数据进行了评价。样品分别采用酸碱滴定法和配位滴定法测定,在用 G 检验法剔除单次测量可疑数据之后,样品的钙镁总含量分别为 83.22%和 92.57%(以 CaCO3的质量分数表示)。然后通过 F-t 联合检验法得出两种滴定方法所得结果存在显著性差异。通过该实验,学生加深了对数据处理在实际体系中运用的理解。关键词:鸡蛋壳;钙镁含量;酸碱滴定法;配位滴定法中图分类号:O61;G64 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.03.008Application of data evaluation in the determination of calcium and magnesium content in egg shellsMA Yuyi,LU Wen,HU Min,XIANG Dan,GAO Peihong,ZHANG Wen(College of Chemistry,Xian Jiaotong University,Xian 710049,China)Abstract:Data evaluation is an important part of quantitative analysis.In the experiment,we used acid-base titration and complexometric titration to measure the total content of calcium and magnesium in egg shells.In the process of data analysis,Grubbs test was used to eliminate outliers and F-t test was used to compare the two methods.We calculated that the total content of calcium and magnesium in the sample measured by acid-base titration and complexometric titration was 83.22%and 92.57%respectively(represented by the mass fraction of CaCO3).By the results of F-test and t-test,we found that there was a significant difference between the two methods.This experiment improved students ability of data evaluation in real sample determination.Key words:egg shell;calcium and magnesium content;acid-base titration;complexometric titration 收稿日期:2021-02-08 修改日期:2022-01-07作者简介:马宇一,在读本科生。E-mail:1162264660 通讯作者:胡敏,博士,副教授,主要研究方向为无机功能材料。E-mail:humin1971 基金项目:西安交通大学名课程建设项目(2020 年)。数据评价是定量分析的重要内容,在实际工作中对同种方法同一样品单次测量的数据和同一样品用不同方法测量的数据进行评价尤为重要。实验教学可以帮助学生进一步理解理论课程中实验数据处理章节的知识点,提高在实际检测分析中对所得数据进行处理的能力。“蛋壳中钙镁含量的测定”是“分析化学实验”课程中采用实际样品进行定量分析的一个经典实验。蛋壳中碳酸钙的含量高达 90%以上,钙的含量约为 36%,是一种良好的钙源,还含有少量有机物、P、Mg 及一些微量元素1。蛋壳中钙镁含量测定可采用不同方法,如酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法、原子吸收法等。本实验采用酸碱滴定和配位滴定两种方法测定了样品中钙镁含量,对样品单次测量结果以及不同方法测量结果进行了分析。该实验在帮助学生巩固酸碱滴定法和配位滴定法原理的同时,引导学生对同种方法单次测量的可疑数据进行检验,对不同方法所得数据进行考察比较,使学生熟悉了 G 法、F-t 法的运用,提高了学生分析处理实际问题的能力。另外,该实验选题贴近马宇一,等:数据评价在鸡蛋壳钙镁含量测定实验中的应用日常生活,能够激发学生的学习兴趣,且充分利用蛋壳资源,有助于废物资源化利用意识的树立2。1 实验部分1.1 蛋壳的预处理蛋壳的预处理流程如图 1 所示。其中:加水煮沸是为了去除蛋壳内表面的蛋白薄膜并清洁蛋壳;烘干是将蛋壳在 105的烘箱中放置约 1 小时。图 1 蛋壳的预处理流程1.2 用酸碱滴定法测定蛋壳中钙镁含量酸碱滴定法测定蛋壳中钙镁含量的流程如图 2所示3。图 2 酸碱滴定法测定蛋壳中钙镁含量的流程图其中 HCl 溶液浓度为 0.60035molL-1,滴定时逐滴加入至 35mL 左右;蛋壳粉共称三份,每份约0.3g;甲基橙 12 滴,加入前先将滴加 HCl 溶液后的蛋壳粉加热溶解然后冷却。酸碱滴定法测定蛋壳中钙镁含量(以 CaCO3的质量分数表示)的公式如下:CaCO3()=c HCl()V HCl()-c NaOH()V NaOH()100.09ms 2000 100%式中,(CaCO3)表示蛋壳中 CaCO3的质量分数,c(HCl)表示滴定所用 HCl 溶液的浓度,V(HCl)表示滴定所用 HCl 溶液的体积,c(NaOH)表示返滴定所用 NaOH 溶液的浓度,V(NaOH)表示返滴定所用NaOH 溶液的体积,ms表示蛋壳粉样本的质量。1.3 用配位滴定法测定蛋壳中钙镁含量配位滴定法测定蛋壳中钙镁含量的流程如图 3所示3。图 3 配位滴定法测定蛋壳中钙镁含量的流程图其中(1)蛋壳粉准确称取 0.50.6g;(2)小心滴加 6molL-1 HCl 45mL,微火加热至完全溶解;(3)在 250mL 容量瓶中定容,如有泡沫,滴加 2 3滴 95%乙醇,泡沫消除后,加水至刻线;(4)鸡蛋壳中的主要干扰离子是 Al3+、Fe3+,使用三乙醇胺作为掩蔽剂可以将其掩蔽,避免对实验产生干扰;(5)EDTA 标准溶液浓度为 0.02503 molL-1。配位滴定法测定蛋壳中钙镁含量(以 CaCO3的质量分数表示)的公式如下:CaCO3()=c EDTA()V EDTA()100.09ms 1000 100%式中,(CaCO3)表示蛋壳中 CaCO3的质量分数,c(EDTA)表示滴定所用 EDTA 溶液的浓度,V(ED-TA)表示滴定所用 EDTA 溶液的体积,ms表示蛋壳粉样本的质量。1.4 实验结果酸碱滴定法测定蛋壳中钙镁含量的结果如表 1所示。表 1 酸碱滴定法测定蛋壳中钙镁含量的结果样品编号钙镁含量/%样品编号钙镁含量/%样品编号钙镁含量/%178.07483.46778.33287.20583.90890.22384.79681.64981.33 注:表中钙镁含量均以 CaCO3的质量分数表示。13配位滴定法测定蛋壳中钙镁含量的结果如表 2所示。表 2 配位滴定法测定蛋壳中钙镁含量的结果样品编号钙镁含量/%样品编号钙镁含量/%样品编号钙镁含量/%198.52498.06795.02299.88592.13883.37393.91685.04987.20 注:表中钙镁含量均以 CaCO3的质量分数表示。2 数据处理与评价2.1 用 G 检验法剔除同种方法单次测量的可疑数据通常平行试验结果中的最大值或最小值较为可疑,可采用 G 检验法检验其是否在随机误差范围内。将测定值由小到大排列,x1x2G表,则x1或 xn应弃去,反之则保留4。查表得,置信度取 95%、测定次数为 9 时,G表=2.114。经检验,表 1、表 2 中的最大值、最小值均应保留。对 G 法检验后的实验结果进行整理,如表3 所示。表 3 两种方法测定蛋壳中钙镁含量的结果分析测定方法钙镁含量均值/%样本标准偏差/%相对标准偏差(RSD)/%酸碱滴定法83.223.94.7配位滴定法92.576.16.6 注:表中钙镁含量均值以 CaCO3的质量分数表示。2.2 用 F-t 联合检验法检验酸碱滴定法与配位滴定法所得结果是否存在显著性差异2.2.1 用 F 检验法检验两种方法所得结果的精密度是否存在显著性差异判断两种方法所得结果是否有显著性差异时,首先要求这两组数据的精密度没有大的差别。为此可采用 F 检验法进行判断。F 检验又称方差比检验,公式为:F=s大2/s小2。式中,s大和 s小分别代表两组数据中标准偏差大的数值和小的数值。若 F计算F表,则不能用此法进行判断4。查表得,置信度取 95%、两组数据自由度均为 8时,F表=3.444。计算得 F计算=2.39,小于 3.44,故两种方法精密度无显著性差异。2.2.2 用 t 检验法检验两种方法所得钙镁含量均值是否存在显著性差异F 检验的结果表明两种方法的精密度无显著性差异,现采用 t 检验法检验两种方法所得钙镁含量的均值是否存在显著性差异。按t=x-1-x-2S合n1n2n1+n2计算 t 值,式中S合=n(1-1)s21+n(2-1)s22n1+n2-2若 t计算t表,则两个平均值有显著差别;反之,两个平均值之间的差异可认为是随机误差引起的正常差异4。查表得,置信度取 95%、自由度为 16 时,t表=2.11995。计算得 t计算=3.8645,大于 2.1199,故两个平均值存在着显著性差异。所以,酸碱滴定法和配位滴定法在测定鸡蛋壳中钙镁含量时存在显著性差异。2.3 文献值比对经比对,采用配位滴定法测定鸡蛋壳中钙镁总量获得的结果与文献参考值(90%以上)6-8更为接近。若要进一步查明何种方法可行,可用标准方法或标准试样进行对照实验。3 误差分析对两种滴定方法可能出现的误差分析如下:酸碱滴定法加热溶解时部分 HCl 挥发,导致回滴时NaOH 消耗量偏小,实验结果相比配位滴定法应当较大,但每个组的数据均为配位滴定法结果大于酸碱滴定法,可能是因为该方法反复用酸碱滴定标定NaOH 与 HCl,造成误差的传递而导致误差增大。另外,由于溶解蛋壳时酸较稀,溶解时需要加热一定的时间,该时间和温度应适当,否则,温度过高,时间过长,都可能造成 HCl 物质的量的减少而导致误23 马宇一,等:数据评价在鸡蛋壳钙镁含量测定实验中的应用差。因此,该方法要求蛋壳在预处理时,一定要研细且均匀9,为使标定、测定条件相近,以减小酸碱滴定法测定误差,可用 CaCO3基准物质和比较滴定确定 HCl、NaOH 溶液的准确浓度10。4 结语用 G 检验法剔除单次测量的可疑数据后,酸碱滴定法测得鸡蛋壳中钙镁含量为 83.22%(以CaCO3的质量分数表示),RSD 为 4.7%;配位滴定法测得鸡蛋壳中钙镁含量为 92.57%(以 CaCO3的质量分数表示),RSD 为 6.6%。经 F-t 联合检验,两种方法所得结果存在显著性差异。用配位滴定法测得鸡蛋壳中钙镁总量与文献参考值更为接近,且配位滴定法简便易行,可作为分析化学实验教学中测定蛋壳钙镁含量的首选方法。通过该实验,学生加深了对单次测量可疑数据的取舍、不同测定方法显著性差异的检验及数据处理在实际体系中运用的理解,提高了在实际样品测试过程中进行数据处理的能力。参考文献(References):1 皮钰珍,王淑琴,李秋红.鸡蛋壳膜资源的开发与应用前景J.食品科技,2006,31(4):128-130.2 梁信源,蔡卓.“蛋壳中钙镁铁磷含量的测定”实验开发浅析J.教育教学论坛,2012(19):213-214.3 高敏,胡敏,和玲.无机与分析化学实验M.西安:西安交通大学出版社,2015:185-187.4 华东理工大学分析化学教研组,四川大学工科化学基础课程教学基地.分析化学M.北京:高等教育出版社,2009:16-20.5 盛骤,谢式千,潘承毅.概率论与数理统计M.4 版.北京:高等教育出版社,2008:385,387-391.6 李桂英,张尚恒.鸡蛋壳的综合利用J.化学世界,1992(11):522-524.7 袁军皇,沈健芬,郑睿.鸡蛋壳的综合利用研究进展J.广州化工,2011,39(1):38-39,44.8 孙彩云,刘端,安志达.鸡蛋壳中钙镁含量的测定J.唐山师范学院学报,2009,31(2):28-30.9 张振英,解从霞.蛋壳中钙镁含量的测定J.内蒙古石油化工,2006(11):15-16.10 梁信源,蔡卓,黄小凤.酸碱滴定法测定蛋壳中钙镁总量的改进J.实验技术与管理,2012,29(6):45-47.(上接第 29 页)好的实验 EP 管分为离心管(低速,12 秒)、未离心管,进行比较中性粒细胞的吞噬现象。结果显示,离心和未离心对细胞的形态没有显著的影响,但离心后可见细胞数量增加,吞噬现象更易观察(见表 2所示)。表 2 不同离心条件的结果比较指标离心条件未离心离心中性粒细胞数量少多细胞形态完整完整4 结语此次实验通过学生观察中性粒细胞的“吞噬现象”来了解在固有免疫中吞噬细胞在抗感染中所发挥的作用。所以在实验中要求吞噬现象明显,细胞形态完整,才能达到较好的实验教学效果。根据上述几种方法的比较,认为选用新鲜的兔枸橼酸钠抗凝血与等量一定浓度的细菌,37孵育时间 20min,稍低速离心后,推片染色镜检的实验效果比较理想,学生通过镜检清楚辨别出各类血细胞、细菌及吞噬情况,大大提高了学生的学习兴趣和积极性。因此,采用兔血代替人血不仅完全可以完成规定的实验项目和教学任务,更重要的是可以降低生物安全事故的发生,更好地保护学生和教师以及周边环境。参考文献(References):1 高晓明.医学免疫学M.3 版.北京:高等教育出版社,2017:13-19.2 吕刚,夏乾峰,常彩红.病原生物学与免疫学实验教程M.杭州:浙江大学出版社,2013:164-165.3 高永厚.初探检验人员在血液检验中的生物安全问题J.中西医结合心血管病杂志,2016,4(27):21-24.4 王静,孟晨昊,郭亚娜,等.中国乙型肝炎流行现状及大学生乙肝宣教展望J.临床医药文献电子杂志,2019,6(98):195-196.5 唐义红,李艳霞,王小平.大学生感染艾滋病的现状及防治对策分析J.中国卫生事业管理,2017(6):474-476.6 揣征然,张云辉,赵雅琳,等.全球及中国 AIDS 最新疫情概况J.传染病信息,2020,33(6):501-503.7 韩石,刘昌平.用动物血代替人血做 E 花环形成实验J.济宁医专学报,1983(1):92.8 吴展奎,宋爱萍.麻鸭血替代人血测定 HBsAg-ELISA 法在校内实训中的应用研究J.贵阳学院学报(自然科学版,季刊),2012,7(3):41-43.9 刘娟娟,房逢立,刘祺.基于生物安全的病原生物与免疫学实验教学改革J.改革创新,2019(5):38-39.10 秦锋,黄强,袁久洪.浅析高校实验室生物安全事件的原因与管理对策J.实验室研究与探索,2017,36(8):203-206.33