鉀是人體內含量較高的元素之一，比鈉的含量高兩倍，鉀參與細胞內糖和蛋白質代謝，維持神經肌肉的正常功能[1]; 有助于保持神經健康、心跳規律正常，并協助肌肉的正常收縮，預防中風[2].

如果鉀代謝紊亂引起的高鉀血癥或低鉀血癥，得不到及時治療，會導致全身各器官系統發生相應功能障礙，嚴重可致人死亡[3].鉀也是植物生長所必須的礦質元素，能提高植株對氮的利用與吸收，促進植株莖稈健壯，增強植株的抗逆能力[4].鉀元素含量測定的方法有很多，如重量法、火焰光度法、干化學法、比濁法[5]、離子選擇電極法等，而離子選擇電極法具有較高選擇性和敏感性，測定時不受試液顏色、濁度等的影響，特別適于水質連續自動監測和現場分析。本實驗采用濃度直讀法測定鉀含量，不用作圖換算，方法更簡便、迅速，有較大的推廣應用價值。

1 實驗部分

1. 1 儀器與試劑

PXSJ - 226 型離子計、PHSJ - 4ApH 計、217 -01 型參比電極、PK - 1 - 01 型鉀離子電極等； 氯化鉀、三乙醇胺、高氯酸、硝酸銨、過氧化氫； 新鮮的香蕉、草莓、橘子、菠蘿四種水果； 所用水均為二次蒸餾水。

1. 2 方法

1. 2. 1 試驗溶液的配制

鉀標準溶液： 配成 1 mol/L 的鉀標準儲備溶液，再逐級稀釋成 10- 1、10- 2、10- 3、10- 4、10- 5、10- 6、10- 7mol / L 的鉀標準液； 飽和 Ba（OH）2溶液。

總離子調節緩沖溶液①： 取鹽酸 10 mL,加入酚紅指示劑 1 滴，用三乙醇胺（TEA） 調節溶液變微紅（約 20 mL） ,用水稀釋定容至 250 mL 容量瓶，測定pH = 7. 86.

總離子調節緩沖溶液②： 取硝酸 10 mL,加酚紅指示劑 1 滴，用三乙醇胺 （TEA） 調制溶液變微紅 （約 15. 5 mL） ,用水稀釋，定容至 250 mL,測定 pH =7. 79.

總離子調節緩沖溶液③： 取高氯酸 10 mL,加酚紅指示劑 1 滴，用三乙醇胺 （TEA） 調制溶液變微紅 （約 18 mL） ,用水稀釋，定容至 250 mL,測定 pH =7. 23.

1. 2. 2 試樣的處理

本實驗采用濕法消解，經試驗比較篩選出硝酸- 過氧化氫消解體系最佳配比及最佳處理條件。

香蕉試樣： 取新鮮香蕉3. 48 g 加入1 mol/L 硝酸9 mL 和3 mL 30%過氧化氫，加入適量水，常溫下攪拌，26 h 后，在 60 ℃ 加熱攪拌，2 h 后溶液澄清透明，冷卻到室溫，用飽和氫氧化鋇調節 pH值 6. 0 ~9. 0,轉移到 100 mL 容量瓶，用水定容。

草莓試樣： 取新鮮草莓4. 73 g 加入1 mol/L 硝酸 10 mL 和 3 mL 30% 過氧化氫，加入適量水，常溫下攪拌，16 h 后，在 50 ℃ 加熱攪拌，1 h 后溶液澄清透明，冷卻到室溫，用飽和氫氧化鋇調節pH6. 0 ~ 9. 0,轉移到 100 mL 容量瓶，定容。

橘子試樣： 取新鮮橘汁 3 mL 加入 1 mol/L 硝酸5 mL 和2 mL 30%過氧化氫，加入適量水，常溫下攪拌，8 ~10 h 后溶液澄清透明，用飽和氫氧化鋇調節 pH 值 6. 0 ~ 9. 0,轉移到 100 mL 容量瓶，定容。

菠蘿試樣： 取新鮮菠蘿3. 14 g 加入1 mol/L 硝酸7 mL 和3 mL 30%過氧化氫，加入適量水，常溫下攪拌，22 h 后，在 60 ℃加熱攪拌，2 ~4 h 后溶液澄清透明，冷卻到室溫，用飽和氫氧化鋇調節pH 值 6. 0 ~ 9. 0,轉移到 100 mL 容量瓶，定容。

1. 2. 3 試樣測量方法

量取 30. 00 mL 配制好的待測溶液于小燒杯中加水至 50. 00 mL,加入總離子調節緩沖溶液 （TI-SAB） 5 mL,磁力攪拌 30 s,待其電位值穩定后直接讀取溶液濃度數值。

2 實驗結果與討論

2. 1 最佳總離子強度調節緩沖溶液 （TISAB） 的選擇

三種總離子強度調節緩沖溶液 （TISAB） 的比較為了比較三種總離子強度調節緩沖溶液 （TIS-AB） 的能斯特線性關系，取一系列濃度的鉀標液（10- 1~ 10- 7mol / L） 各 50. 00 mL 于小燒杯中，分別加入不同種類的總離子強度調節緩沖溶液 5 mL,攪拌 30 s,由低到高依次測其電位值，待穩定后進行記錄。實驗結果見表 1.

由結果得出，用總離子調節緩沖溶液①，數據更符合能斯特線性關系，用總離子調節緩沖溶液③，線性 關 系 最 差，原 因 是 ClO4-與 K+生 成KClO4,而 KClO4在水溶液中溶解度較低，使溶液中鉀含量降低。故實驗皆采用總離子調節緩沖溶液①。

2. 2 最佳總離子強度調節緩沖溶液 （TISAB） 用量的選擇

取濃度 10- 1~ 10- 7mol / L 的 K+標準溶液各50. 00 mL 于小燒杯中，分別加入總離子調節緩沖溶液 5 mL 與 10 mL,磁力攪拌 30 s,由低到高順序測其電位值，穩定后進行記錄，實驗結果見表2.

實驗表明： 加入 5 mL 總離子調節緩沖溶液， 數據更符合能斯特線性關系，故實驗應選用加入 5mL 總離子調節緩沖溶液。

2. 3 K+離子選擇電極適宜的酸度

取 7 份10- 3mol / L K+標準溶液各50. 00 mL 于小燒杯中，各加入總離子調節緩沖溶液 5 mL,用0. 1 mol / L 鹽酸與飽和氫氧化鋇溶液調節溶液 pH值為 5. 0 ~11. 0,攪拌 30 s,電位值穩定后，直接讀取溶液濃度，實驗結果見圖 1.

由圖可見在 pH 為 6. 0 ~ 9. 0 時，所得實驗數值比較穩定，所以 pH6. 0 ~9. 0 為 K+離子選擇電極的最佳適用范圍，本文中測量均在 pH 6. 0 ~9. 0 范圍內進行。

2. 4 K+離子選擇電極的工作曲線

取 10- 1~ 10- 7mol / L K+標準溶液50. 00 mL 于小燒杯中，加入離子強度調節緩沖溶液 5 mL,磁力攪拌 30 s,由低濃度到高濃度順序測其電位值，待電位值穩定后，記錄電位值與濃度值，繪制 mV~ lgC 的標準曲線圖，實驗結果見圖 2.

根據圖 2 得出： 當被測離子濃度降低到一定程度時，離子選擇性電極的電極電位的變化越來越小，開始漸漸偏離能斯特方程，直至無電位變化為止。

濃度為 10- 6、10- 7mol / L 的 K+標準溶液，其電位值分別為 -74. 93 mV 和 -77. 24 mV,在標準曲線上有較大偏差，棄掉。在 10- 1~ 10- 5mol / L 范圍內鉀離子選擇電極線性比較較好，以 10- 1~ 10- 5mol / L 的標準溶液的數據繪制標準曲線。經回歸分析，標準曲線的方程為 y = 52. 497x -38. 163,相關系數 R2= 0. 998 6.根據國際純粹與應用化學聯合會的推薦，計算得出檢測限為 0. 216 mg/L.

2. 5 干擾離子選擇性系數測定

理想的鉀離子選擇電極應該只與 K+離子產生電位響應，但事實上，待測液中的其他共存離子也能影響電極的膜電位，特別是干擾離子濃度較高時。

水果試樣中存在的其他離子，在濃度高的條件下也會對實驗測量結果產生影響，試樣或試劑中對鉀離子選擇電極有干擾的離子主要有 NH4+、Na+、Ca2 +、Ba2 +,對這些干擾離子選擇性系數進行了測定。

取10- 2mol / L K+標準溶液和10- 2mol / L NH4+溶液各 50. 00 mL 于小燒杯中，分別加入總離子強度調節緩沖溶液 5 mL,攪拌 30 s,待電位值穩定后記錄數據。根據公式 [6],可計算 NH4+對 K+選擇電極的選擇系數。同上方法可依次測出 Na+、Ca2 +、Ba2 +的離子選擇性系數，結果見表 3.

由實驗數據可知，NH4+、Na+、Ca2 +、Ba2 +對鉀電極測定的總體上影響都很小，但相比較而言NH4+、Na+對鉀電極的干擾略大，分別為 5. 65 ×10- 2與 5. 24 × 10- 3,在濃度大時會對實驗數據測定有一定的影響，因此本實驗中要嚴格試劑使用，以免引入 NH4+、Na+等干擾離子，影響實驗結果。

2. 6 電極響應時間與穩定時間

電極響應時間指將電極插入到試液后達到穩定的電位所需的時間。取 10- 2mol / L K+標準溶液50. 00 mL 于小燒杯中，加入總離子強度調節緩沖溶液 5 mL,攪拌 30 s 后，在電極進入試液時開始計時，并記錄電位值，結果見表 4.

同上方法可測出 10- 5、10- 4、10- 3mol / L K+標準溶液中電極響應時間與穩定時間。由實驗數據分析，鉀離子選擇電極在 K+濃度 10- 2~ 10- 4mol /L 時電極 響應時間不超過 18 s,K+濃度在 10- 5mol /L 時電極響應時間不超過 30 s.對其穩定時間測定，在電極響應后，2 min 內電位值能基本保持穩定 （數值變化≤ ±2 mV） .總體看來使用離子選擇電極檢測待測離子濃度，響應時間短、穩定性好。

2. 7 濃度直讀法與標準曲線法比較

取 10- 1、10- 2、10- 3、10- 4、10- 5mol / L 的鉀標準溶液各 50. 00 mL 于小燒杯中，加入離子強度調節緩沖溶液 5 mL,攪拌 30 s,濃度由低到高順序進行測量，電位穩定后分別使用標準曲線法、濃度直讀法測定溶液濃度，結果見表 5.

實驗發現，濃度直讀法與標準曲線法相比精確度相似，大約 -4. 06% ~3. 69%,但濃度直讀法不用換算更加簡便、快捷，并可以避免由于在電位值讀取過程中的人為誤差。

2. 8 樣品測量分析

量取 30. 00 mL 配置好的待測溶液于小燒杯中加水至 50. 00 mL,加入總離子調節緩沖溶液 （TI-SAB） 5 mL,磁力攪拌 30 s,待其電位值穩定后直接讀取溶液濃度，測試結果見表 6.

在水果試樣測量過程中隨鉀離子含量的增加，所測數據的相對標準偏差逐漸減小，準確度相應提高。

2. 9 回收率測定

稱取草莓試樣 0. 942 2 g 分別于1、2、3、4 號燒杯中，同 1. 2. 2. 試樣的處理中草莓法相同操作，加入總離子調節緩沖溶液 （TISAB） 5 mL,攪拌 30s,待電位值穩定后，讀取濃度。再向 1、2、3、4燒杯中分別加入適量氯化鉀固體，磁力攪拌 30 s后，待電位值穩定后，直接讀取待測離子濃度，測試結果見表 7.

由實驗可知，濃度直讀法測量鉀含量的回收率為 94. 59% ~100. 7%,回收率高，準確度好。

3 結論

鉀離子選擇電極干擾小，選擇性好，鉀離子選擇電極在 K+濃度 1 ×10- 2~ 1 × 10- 4mol / L 時電極響應時間不超過 18 s,K+濃度在1 ×10- 5mol / L 時電極響應時間不超過 30 s,響應時間快，穩定性好。濃度直讀法精確度與標準曲線法相近，且濃度直讀法比標準曲線法更加簡便、快捷，可以避免在電位值讀取過程中的人為誤差，準確度高，回收率為 94. 59% ~100. 7%,是測定鉀較為理想的方法。

參考文獻：
[1] 喬國強，姜旭華。 酶法和離子選擇電極檢測血清鉀的比對分析 [J]. 檢驗醫學與臨床，2012,9 （7） : 859- 860.
[2] 蔡楷鈺，劉秀貞，張曉芝，等。 潮州江東蘿卜干營養成分分析及亞硝酸鹽的含量檢測 [J]. 江西化工，2010 （4） : 29.
[3] 金有余，鄭鐵生。 臨床生化檢驗 [M]. 南京： 海洋出版社，1993 : 203 -204.
[4] 陸景陵。 植物營養學 [M]. 北京： 中國農業大學出版社，1994: 37 -43.