全 文 ：第 33 卷 湖北师范学院学报(自然科学版) Vol. 33
第 4 期 Journal of Hubei Normal University (Natural Science) No. 4，2013
《生物体中几种元素的鉴定检测》实验的教学改进
———以栀子叶中钙与铁的含量测定为例
欧阳宇，白爱民，刘 晨，王红英
( 湖北师范学院 化学化工学院，湖北 黄石 435002)
摘要:生物体中几种元素的定性鉴定是基础化学实验中一个非常经典且有趣的实验，该实验既能让学生了
解植物或动物体内某些元素如钙、铁、磷的简单鉴定方法，又能激发学生对化学的兴趣。但在实际的实验
教学过程中，由于多种原因造成实验现象不太明显。为了让实验现象更加明显且结果更加客观可靠，增加
可操作性，以栀子叶为例，通过 EDTA 配位滴定法检验其中钙与铁的存在并确定其含量，从而让学生掌握
几种离子的鉴定方法及 EDTA配位滴定法的测定原理。通过对该实验的改进，收到了较好的教学效果。
关键词:栀子叶;元素含量测定; EDTA配位滴定法;实验教学改进
中图分类号:O6 － 3 文献标识码:A 文章编号:1009-2714(2013)04-0109-05
doi:10． 3969 / j． issn． 1009 －2714． 2013． 04． 023
0 前言
动、植物体内(如鸡蛋壳、树叶、动物骨头)含有许多化学元素，如常见的钙、铁、磷等，利用无机化
学实验的基础知识可以鉴定或分离某些元素。实验中通常的鉴定过程(以鸡蛋壳、骨头为例)概括
为:灰化———硝化———分解———检测，基本原理往往是将鸡蛋壳、骨头中的 Ca、Fe、P 等元素转化为
Ca2 +、Fe3 +、PO4
3 －，从而进一步通过加入其它试剂显示特征颜色或沉淀来粗略判断与检验。但在实际
的实验操作中，却往往因为处理后的溶液中 Ca2 +、Fe3 +、PO4
3 －的含量不多而导致实验现象不明显，况
且不同特征沉淀因其溶度积常数不同，即便是 Ca2 +、Fe3 +、PO4
3 －的浓度一样，加入的试剂离子浓度一
样，产生沉淀的灵敏程度也不一样，甚至可能看不到白色或黄色沉淀，就无法给学生一种直观的印象，
教学效果欠佳。再者，离子间的相互干扰没有消除也可能导致实验现象不明显甚至得出错误的结论，
这些都是该实验中存在的不足，为了改进实验教学效果，让该实验操作简便而又现象明显，并让学生
直接从实验数据中正确得出离子含量，本文通过 EDTA配位滴定法测定栀子叶中钙与铁的存在，并确
定其含量，从而让学生掌握几种离子的鉴定方法，掌握 EDTA 配位滴定法的测定原理，熟悉其操作方
法，了解平行实验及对比实验是化学实验设计中经常使用的方法之一，从而分析环境对栀子叶的影响
以及栀子叶不同生长时期钙与铁含量的差异，收到了较好的教学效果。
栀子是茜草科植物山栀(Gardenia jasminoides Ellis)的果实，临床用于急性黄疸型肝炎、止血、扭
挫伤等疾病，可用于医药学［1］。近年来，环境污染对植物生长的影响受到了人们的高度关注，而关于
环境污染对栀子树体内矿质元素含量的影响的研究报道较少。本实验将湖北师范学院学舍八栋附近
收稿日期:2013—06—17
基金项目:湖北省教育厅项目(B20122202、B20132205)、湖北师范学院教研项目(JH201130、JH201132)、污染物分析与资源化技术湖
北省重点实验室开放基金(KL2013G05)
作者简介:欧阳宇(1973— )，女，湖北天门人，高级实验师 .
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的栀子叶和化学楼附近的栀子叶进行对比，用 EDTA滴定法对栀子叶中钙和铁的含量进行鉴定与检
测，并研究了环境污染对栀子叶中某些矿质元素含量的影响。同时，本实验还采集了同一生长地点、
不同生长时期的栀子叶样本作为对比，验证了钙和铁在不同时期植物体内的含量差异，增强了学生的
学习兴趣。
1 钙与铁测定原理
1． 1 钙离子的测定
钙离子的测定采用 EDTA滴定法。其原理是在 pH≥12 的溶液中，EDTA 与 Ca2 +形成无色络合
物，钙指示剂则能与 Ca2 +生成紫红色的络合物，而钙指示剂形成的络合物不如钙与 EDTA 形成的络
合物稳定。所以，当在有钙指示剂存在的含 Ca2 +溶液中滴入 EDTA 溶液达终点时，过量滴定液便能
夺取红色络合物中的 Ca2 +而使钙指示剂游离，于是溶液由紫红色变为蓝色，即为终点［2］。
1． 2 铁离子的测定
在 pH值为 1． 3 ～ 2 的溶液中，磺基水杨酸与三价铁离子能形成紫红色络合物，但其络合强度远
小于 EDTA与三价铁的络合强度。因此在滴定到达终点时溶液颜色由紫红色变为 Fe － EDTA络合物
的淡黄色［3］。(要严格控制溶液的酸度)
2 实验部分
2． 1 试剂与仪器
2． 1． 1 试剂 HNO3(6 mol /L)、HNO3(浓)、NaOH(2 mol /L)、NH3·H2O(2 mol /L)、(NH4)2C2O4(饱
和)、KSCN(0． 1 mol /L)、EDTA(乙二胺四乙酸二钠，含量≥99． 0%)、三乙醇胺(含量≥75%)、钙指示
剂(含量≥70%)、磺基水杨酸(含量≥98． 0%)、铝试剂、镁试剂等，均为分析纯试剂。
2． 1． 2 仪器 电热恒温干燥箱(型号:SKQ － 01);马弗炉(型号为 SX2 － 25 － 12);电子天平(型号为
TD);电炉;坩埚;蒸发皿;试剂瓶;移液管;锥形瓶;容量瓶;量筒。
2． 2 样品的灰化
分别让学生选取学舍八栋附近和化学楼附近栀子树上的嫩叶、成熟叶和枯叶足量。将上述叶子
洗净，分别放在贴有相应标签的容器中，自然晾干。将烘箱的温度设定为 80℃，把叶子放入其中，干
燥 80min，以除去叶子中部分水分。然后将烘好的叶子放入蒸发皿中，用电炉加热灼烧成灰，以除去
叶子中大部分的水分和部分有机物。将灰分分别倒入洁净的坩埚中，最后放入马弗炉中，设定温度为
800℃，灰化 3h，以尽可能除去易挥发的基体和有机物。将灰化好的样品，用样品袋分装好，贴上标
签，密封保存。
2． 3 定性检测
分别取 0． 16g的 6 种已灰化好的样品于离心试管中，编号为 1，2，3，4，5，6(见表 1)。
取 1 号样品，加入 2mL 6mol /L HNO3 溶液，振荡。反应完全后，离心。取上层清液，用蒸馏水将
其稀释至 4mL，分成两等份，编号为①②。分别检测其中是否含 Fe3 +、Ca2 + ．
在①中，加入 2mol /L的 NaOH溶液，调节 pH =1 ～ 2(此 pH下，颜色反应现象最明显)，加入 1 滴
KSCN溶液，观察到溶液变成红色，即可证明有 Fe3 +存在。
在②中，加入 2mol /L的 NaOH溶液，调节 pH =6 ～ 7(此 pH下，颜色反应现象最明显)，再加入 3
滴饱和(NH4)2C2O4 溶液，观察到溶液中有白色沉淀生成;再加入 6mol /L的 HAc溶液，观察到沉淀不
溶解;再加入 2mol /L的 HCl溶液，观察到沉淀溶解，即可证明有 Ca2 +存在［4］。
按上述步骤，对 2，3，4，5，6 号样品采用同样操作，记录实验结果列于表 2.
·011·
表 1 不同地点不同时期的栀子叶
编号 品种 地点 生长时期
1
2
3
4
5
6
栀子叶
学舍八栋附近 嫩叶
化学楼附近 嫩叶
学舍八栋附近 成熟叶
化学楼附近 成熟叶
学舍八栋附近 枯叶
化学楼附近 枯叶
表 2 定性测定栀子叶中钙和铁的结果
种类 钙 铁
学舍八栋
嫩叶 + +
成熟叶 + +
枯叶 + +
化学楼
嫩叶 + +
成熟叶 + +
枯叶 + +
注:“+”表示存在，“－”表示不存在
2． 4 定量检测
2． 4． 1 样品前处理 分别称取 0． 2g的 6 种样品于离心试管中，编号 1，2，3，4，5，6(同 3． 2 中相对应
的编号)。
在 1 号中加入 2mL浓 HNO3，振荡。完全反应后，离心。取上层清液，用 100mL容量瓶定容，保存
备用。按上述步骤，将 2，3，4，5，6 号样品分别配制成 100mL的溶液。
2． 4． 2 配制 0． 0050mol /L的 EDTA溶液 称取 1． 86g 的乙二胺四乙酸二钠固体，用蒸馏水将其溶
解，配制成 1000mL的 EDTA溶液。
2． 4． 3 配制 5%的磺基水杨酸溶液 称取 1g 磺基水杨酸固体，溶于 19g 水中，配制成 5%的磺基水
杨酸溶液。
2． 4． 4 滴定钙含量 用 10． 00mL的移液管取 10． 00mL的 1 号溶液于 250mL的锥形瓶中，加入 10mL
三乙醇胺，振荡，摇匀;再滴加 2mol /L 的 NaOH 溶液，调 pH = 10 ～ 12，加入少量的钙指示剂，振荡，摇
匀。用 0． 0050mol /L的 EDTA溶液滴定，至溶液由紫色恰好变为蓝色。记下消耗 EDTA的体积 V，平
行三次，取平均值［5］。
其它 5 组均按以上方法滴定，记录实验结果列于表 3、表 4．
2． 4． 5 滴定铁含量 用 10． 00mL 的移液管移取 10． 00mL 的 1 号溶液于 250mL 的锥形瓶中，加入
2mol /L的 NH3·H2O溶液，调节 pH =1 ～ 2，加入 7 ～ 8 滴 5%磺基水杨酸溶液，摇匀。将锥形瓶放在
60℃的水浴中，用 0． 0050mol /L的 EDTA溶液滴定，至溶液由粉红色变为浅黄色。记下消耗的 EDTA
的体积 V，平行三次，取平均值。具体结果列于表 3、表 4．
表 3 测定不同时期栀子叶(学舍八栋附近)中钙和铁含量所消耗的 EDTA体积(mL)
嫩叶
V1 V2 V3 V
—
成熟叶
V1 V2 V3 V
—
枯叶
V1 V2 V3 V
—
钙 15． 50 15． 30 15． 10 15． 30 23． 60 23． 70 24． 00 23． 77 27． 40 26． 95 24． 40 26． 25
铁 0． 10 0． 11 0． 10 0． 10 0． 28 0． 20 0． 20 0． 23 0． 20 0． 18 0． 25 0． 21
V
—
表示消耗 EDTA体积的平均值(以下表格均同)。
通过表 3 实验数据比较可知，学舍八栋附近的三种栀子叶中，钙含量均比铁含量高。
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表 4 测定栀子叶(化学楼附近)中钙和铁含量所消耗的 EDTA体积(mL)
嫩叶
V1 V2 V3 V
—
成熟叶
V1 V2 V3 V
—
枯叶
V1 V2 V3 V
—
钙 18． 88 18． 50 18． 50 18． 63 26． 80 27． 70 28． 78 27． 76 33． 50 33． 50 32． 50 33． 17
铁 0． 21 0． 20 0． 20 0． 20 0． 28 0． 28 0． 26 0． 27 0． 40 0． 35 0． 35 0． 37
通过表 4 实验数据比较分析，化学楼附近的三种栀子叶中，钙含量均比铁含量高。
为了测定不同生长时期、不同地点栀子叶中钙的含量，我们对学舍八栋及化学楼取用的不同生长
时期的栀子叶做了对比实验，具体结果列于表 5.
表 5 测定不同时期、不同地点栀子叶中钙含量所消耗的 EDTA体积(mL)
嫩叶
V1 V2 V3 V
—
成熟叶
V1 V2 V3 V
—
枯叶
V1 V2 V3 V
—
学舍八栋 15． 50 15． 30 15． 10 15． 30 23． 60 23． 70 24． 00 23． 77 27． 40 26． 95 24． 40 26． 25
化学楼 18． 88 18． 50 18． 50 18． 63 26． 80 27． 70 28． 78 27． 76 33． 50 33． 50 32． 50 33． 17
通过表 5 实验数据比较可知，化学楼附近的三种栀子叶中的钙含量均比学舍八栋附近对应生长
时期的三种栀子叶中的钙含量高。
为了多角度地比较不同生长时期、不同地点的栀子叶中钙与铁的含量，我们也进行了系列平行实
验，具体结果列于表 6 至表 8。
表 6 测定不同时期、不同地点栀子叶中的铁含量所消耗的 EDTA体积(mL)
嫩叶
V1 V2 V3 V
—
成熟叶
V1 V2 V3 V
—
枯叶
V1 V2 V3 V
—
学舍八栋 0． 10 0． 11 0． 10 0． 10 0． 28 0． 20 0． 20 0． 23 0． 20 0． 18 0． 25 0． 21
化学楼 0． 21 0． 20 0． 20 0． 20 0． 28 0． 28 0． 26 0． 27 0． 40 0． 35 0． 35 0． 37
分析表 6 实验数据得知，化环楼附近的三种栀子叶中的铁含量均比学舍八栋附近对应生长时期
的三种栀子叶中的铁含量高。
表 7 测定不同时期、不同地点栀子叶中钙含量所消耗的 EDTA体积(mL)
V1 V2 V3 V
—
学舍八栋
嫩叶 15． 50 15． 30 15． 10 15． 30
成熟叶 23． 60 23． 70 24． 00 23． 77
枯叶 27． 40 26． 95 24． 40 26． 25
化学楼
嫩叶 18． 88 18． 50 18． 50 18． 63
成熟叶 26． 80 27． 70 28． 78 27． 76
枯叶 33． 50 33． 50 32． 50 33． 17
表 7 实验数据显示，学舍八栋附近的三种栀子叶中钙的含量:枯叶 ＞成熟叶 ＞嫩叶;化学楼附近
的三种栀子叶中钙的含量:枯叶 ＞成熟叶 ＞嫩叶。
表 8 测定不同时期、不同地点栀子叶中铁含量消耗的 EDTA体积(mL)
V1 V2 V3 V
—
学舍八栋
嫩叶 0． 10 0． 11 0． 10 0． 10
成熟叶 0． 28 0． 20 0． 20 0． 23
枯叶 0． 20 0． 18 0． 25 0． 21
化学楼
嫩叶 0． 21 0． 20 0． 20 0． 20
成熟叶 0． 28 0． 28 0． 26 0． 27
枯叶 0． 40 0． 35 0． 35 0． 37
通过表 8 实验数据的比较可知，学舍八栋附近的三种栀子叶中铁的含量:成熟叶 ＞枯叶 ＞嫩叶;化学
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楼附近的三种栀子叶中铁的含量:枯叶 ＞成熟叶 ＞嫩叶。
4 结论
本文以栀子叶为例，总结了之前的教学过程中存在的不足，尝试定性测定及用 EDTA配位滴定法
定量测定不同地域、不同生长时期栀子叶中钙与铁的含量，分析环境对栀子叶的影响以及栀子叶不同
生长时期钙与铁的含量差异，实验现象更加明显，同时，在实验过程中，让学生感受平行实验、对比实
验是学习化学的过程中经常使用的方法之一，当然，为了增加本实验数据的可信度，在时间充足的情
况下，还可对样品进行空白实验，并做空白扣除。鉴定及检测结果表明:
1)从测定结果中可以看到，每种样品的三份平行样品测定现象明显，结果相近且可靠。定性测
定的结果显示，栀子叶中普遍都含有钙元素和铁元素，定量测定的结果显示，不同生长时期，不同生长
地点的含量有所不同。
2)本实验通过定性和定量检测不同生长地点、不同生长时期的栀子叶，得出即使生长地点不同，
同一生长时期的植株体内钙含量均高于铁含量的结论，为日后的普通无机化学验证性实验提供了实
验参考。这一结论的得出，也得到钙铁相对含量与植株的生长需求有关的理论支持。钙是植物体内
的大量元素，植物需要量相对较大;而铁是植物体内的微量元素，稍多反而对植物有害，甚至致其死
亡。
3)通过分析本实验定量检测的实验数据，得出相同生长时期、不同生长地点的植株中钙和铁的
相对含量不一样的结论，为环境监测提供了思考空间。化学楼附近的土壤、水分和空气等环境，由于
受实验楼中实验废水和废渣的影响，出现了钙和铁含量高于学舍八栋附近环境中的钙和铁含量的现
象。栀子树受环境影响，导致植株体内金属元素含量偏高。
4)通过分析本实验定量测定的实验数据，还可以得出相同地点、同种植株体内的钙含量随生长
时间的增加而升高的结论，进一步验证了钙在植物体内不可或缺，且不易转移的事实。钙是细胞壁和
胞间层的组成部分。钙对碳水化合物和蛋白质的合成过程，以及植物体内生理活动的平衡等，起着重
要作用。钙在植物体中不易流动，所以老叶中含钙量比幼叶多。
本实验是对生物体内几种离子的鉴定的教学方法上的一种尝试及改进，旨在让学生掌握生物体
内几种离子的鉴定方法及 EDTA配位滴定法的原理及操作方法，可能在实验结论的误差上比原子吸
收法大，但原子吸收法测定条件较高，不易于低年级的学生掌握和操作，如果学生进入高年级学习，掌
握了相关测定原理及操作后，可以尝试让学生用原子吸收法或分光光度法来精确测定动植物体内几
种离子的含量，那时候学生就会得心应手，水到渠成。
参考文献:
［1］谢学建，张俊慧，马爱华． 中药栀子研究进展［J］． 时珍国医国药，2000，11(10):943 ～ 944．
［2］刘 宇． 钙与镁含量测定的几个要点及指示剂的改进［J］． 科技情报开发与经济，2007，17(13) :263 ～ 264．
［3］程芳婷，罗细珍，孙立忠． 常用的铁离子含量分析方法探讨［J］． 工业水处理，2007，27(1):61 ～ 63．
［4］湖北师范学院无机化学教研室 . 无机化学实验［M］． 武汉:华中师范大学出版社，2012．
［5］华中师范大学． 分析化学实验［M］．北京:高等教育出版社，2007．
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