柠檬酸铁铵

有机化合物

柠檬酸铁铵

柠檬酸铁铵(英文名:Ammonium ferric citrate),又名枸橼酸铁铵,是柠檬酸铁和柠檬酸铵的复盐,其分子式为(NH4)xFey(C6H4O7)z,以分子量最小的C6H8FeNO7为例,其摩尔质量为261.975。[2][1]柠檬酸铁铵为棕色或绿色的粉末或鳞片,无臭或稍有氨臭,有咸味及铁腥味;易潮解,遇光易被还原成亚铁盐;溶于水,不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,水溶液显中性。[2][1]柠檬酸铁铵广泛用于医学、食品、饲料、工业等行业。在医学上,柠檬酸铁铵是一种良好的营养强化剂,可用作补血药治疗缺铁性贫血;在工业上,利用其感光性能,可用于气象分析和制作晒蓝图纸;[2]在食品行业上,可用作食物、饲料的抗结剂和营养增补剂(铁质强化剂);在农业上,可用作肥料添加剂。[3]柠檬酸铁铵毒性很低,接触阈值以Fe计为1.0 mg/m3,[4]但误触或误吸可能会对皮肤、眼睛和呼吸道等产生刺激作用。[5][6]

柠檬酸铁铵(英文名:Ammonium ferric citrate),又名枸橼酸铁铵,是柠檬酸铁和柠檬酸铵的复盐,其分子式为(NH4)xFey(C6H4O7)z,以分子量最小的C6H8FeNO7为例,其摩尔质量为261.975。[3][2]柠檬酸铁铵为棕色或绿色的粉末或鳞片,无臭或稍有氨臭,有咸味及铁腥味;易潮解,遇光易被还原成亚铁盐;溶于水,不溶于乙醇乙醚等有机溶剂水溶液显中性。[3][2]

柠檬酸铁铵广泛用于医学、食品、饲料、工业等行业。在医学上,柠檬酸铁铵是一种良好的营养强化剂,可用作补血药治疗缺铁性贫血;在工业上,利用其感光性能,可用于气象分析和制作晒蓝图纸;[3]在食品行业上,可用作食物、饲料的抗结剂和营养增补剂(铁质强化剂);在农业上,可用作肥料添加剂。[4]柠檬酸铁铵毒性很低,接触阈值以Fe计为1.0 mg/m3,[5]但误触或误吸可能会对皮肤、眼睛和呼吸道等产生刺激作用。[6][7]

物质结构

柠檬酸铁铵晶体结构
柠檬酸铁铵晶体结构

柠檬酸铁铵晶体结构中,柠檬酸的每个部分都失去了四个质子。去质子化的羟基和两个羧酸盐基团连接到铁中心,而第三个羧酸盐基团与铵配位[8][9]

理化性质

柠檬酸铁铵的化学名称是2-羟基-1,2,3-丙三羧酸铁(III)铵盐,分子式为(NH4)xFey(C6H4O7)z,以分子量最小的C6H8FeNO7为例,其摩尔质量为261.98g/mol[3]

常温下,柠檬酸铁铵为棕色或绿色的粉末或鳞片状晶体,极易吸湿及潮解,因光可还原成亚铁盐;无臭或稍带氨臭,有咸味及铁腥味;易溶于水(1g/0.5mL),不溶于乙醇乙醚等有机溶剂,5%水溶液的pH值约5.0~8.0。[3][2][4]柠檬酸铁铵不用时需密闭、遮光、避热保存。[10]

分类

柠檬酸铁铵有棕色和绿色两种,其性质有所不同。棕色为一种结晶薄片状(或红棕色、酱红色晶体或棕黄色粉末),绿色亦为鳞片状晶体。两者理化性质相似,但绿色较棕色更不稳定,遇光更易被还原。[3]

棕色柠檬酸铁铵含铁量为16.5%~18.5%,而绿色柠檬酸铁铵含铁量在14.5%~16.0%,含铁量高低是造成柠檬酸铁铵颜色差异和感光性差异的原因。[2][11]

应用领域

柠檬酸铁铵的主要用途有以下几个方面:

食品领域

柠檬酸铁铵可应用于食品工业领域。柠檬酸铁铵可代替亚铁氰化钾作为抗结剂用于食品里,起到延缓食品结块的功效,产品理化指标稳定,满足标准要求。柠檬酸铁铵还可作为铁质强化剂(营养增补剂)添加到谷类及其制品、乳制品、婴幼儿食品等中。[4]

医学领域

柠檬酸铁铵(棕色品)可应用于医学领域。它是一种很好的补血健体的易吸收、高效率的铁制剂,可作为一种补血药用于治疗缺铁性贫血[4]

工业领域

柠檬酸铁铵可作为感光剂应用于工业领域涂有绿色柠檬酸铁铵和赤血盐(铁氰化钾)的纸称为蓝色晒图纸。在曝光时,柠檬酸盐内的三价铁原为二价,遇水即产生腾氏蓝,故受光部分变为蓝,不受光部分仍为白色,可得蓝底白线图样。[4]

农业领域

柠檬酸铁铵可应用于农业和饲料领域。柠檬酸铁铵是一种鳌合铁,可作为作为肥料添加剂施入土壤或喷施在树叶上,效果都比较显著。柠檬酸铁铵具有水溶性、含铁量高、高效、环境友好且成本较低等特点。特别是柠檬酸铁铵添加到水溶肥复合肥、液体肥里等,不会与磷酸盐产生沉淀导致无效。此外,柠檬酸铁铵还可作为微量元素添加剂添加在饲料里,要比无机铁盐效果好。[4]

实验室制备方法

硫酸亚铁在酸性条件下经氯酸钠氧化后与液碱反应得到氢氧化铁;将氢氧化铁溶解于柠檬酸中生成柠檬酸铁,之后用氨水中和,经60℃浓缩、结晶、干燥得到产品柠檬酸铁铵。此种制备方法温度影响较大,一般温度需要保持在95~100°C之间,而且反应速度较慢,需要足够的时间。此外,柠檬酸铁铵的含铁量与反应物硫酸亚铁、柠檬酸的用量比有关。[3]

实验室制备方法的反应式
实验室制备方法的反应式
实验室制备方法的工艺流程
实验室制备方法的工艺流程

工业制备方法

工业制备方法主要有两种:

酸碱中和反应合成法

以柠檬酸、硫酸亚铁和氨水为原料,先用浓硫酸、氯酸钠等氧化剂将硫酸亚铁氧化成硫酸铁,然后用氢氧化钠处理成氢氧化铁,接着与柠檬酸反应生成柠檬酸铁,再加入氨水反应即可得到柠檬酸铁铵。工业化制备柠檬酸铁铵普遍采用这种方法。但是,这种合成方法工艺流程长,生成的氢氧化铁是胶体,洗涤比较困难,能耗大,污染严重,合成周期长。[4]

酸碱中和反应合成法的工艺流程
酸碱中和反应合成法的工艺流程

氧化还原反应合成法

柠檬酸、还原性铁粉和氨水为原料,用柠檬酸溶解铁粉得到柠檬酸亚铁,然后用双氧水氧化处理得到柠檬酸铁,最后加入氨水反应即可得到柠檬酸铁铵。这种合成方法流程比较短,但由于原料采用了活性很强的还原性铁粉,存在着安全隐患,特别上如果实现工业化,一定要做好安全防范工作。而且氧化一步很难做到彻底,所以合成的产物纯度相对低一些。[4]

氧化还原反应合成法的工艺流程
氧化还原反应合成法的工艺流程

理化指标

中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会在2016年8月31日发布,2017年1月1日实施的GB1886.296—2016《食品安全国家标准 食品添加剂 柠檬酸铁铵》中规定了柠檬酸铁铵的成分指标:[2]

项目指标检测方法
柠檬酸铁铵含量(以Fe计),w/%14.5~16.0(绿色盐)16.5~22.5(棕色盐)GB1886.296-2016
柠檬酸铁通过试验
草酸盐通过试验
硫酸盐(以SO4计),w/%≤0.3
铅(Pb)/(mg/kg)≤2.0GB5009.12
总砷(以As计)/(mg/kg)≤4.0GB5009.11
总汞(Hg)/(mg/kg)≤1.0GB5009.17
参考资料:[2]

使用标准

中华人民共和国卫生部于2012年3月15日发布、2013年1月1日实施的GB14880—2012《食品安全国家标准 食品营养强化剂使用标准》中规定了食品营养强化剂使用标准,其中就规定了铁元素在调制乳粉豆浆粉、面包、糖果等食品中的使用量,事实上也对应地规定了柠檬酸铁铵作为营养添加剂时的使用量。[12]

接触限值

1.0 mg/m3,以Fe计(可溶性铁盐)。[5]

健康危害

柠檬酸铁铵对皮肤、眼睛和呼吸道有刺激作用:吸入柠檬酸铁铵粉尘会刺激鼻子和喉咙;食入粉尘会刺激口腔和胃部;粉尘会刺激眼睛并导致轻微的皮肤刺激。[5]此外,柠檬酸铁铵对于患有代谢缺陷的人也可能会带来风险:过量接触容易损害其调节铁吸收的能力,导致他们体内铁的积累加速以及疾病临床症状的提前出现。[7]

安全信息

项目术语含义安全标识刺激性物质信号警告信号包括警告、危险GHS危害声明H315引起皮肤刺激[警告 皮肤腐蚀/刺激]H319引起严重眼部刺激[警告 严重眼部损伤/眼部刺激]预防声明代码P264处理后彻底洗手P264+P265处理后彻底洗手,不要触碰眼睛P280戴防护手套/穿防护服/戴护目镜/戴面罩/戴听力保护装置P302+P352如接触皮肤,用大量水冲洗P305+P351+P338如不慎进入眼睛,用水冲洗几分钟;如戴了隐形眼镜,先取下隐形眼镜,再冲洗P332+P317如出现皮肤刺激,寻求紧急医疗救助P337+P317如眼睛刺激持续存在,寻求紧急医疗救助P362+P364脱掉被污染的衣服,清洗后再使用以上信息的参考资料源于[5][13]

参考资料 13

  1. 柠檬酸铁铵 — PubChem
  2. 食品添加剂 柠檬酸铁铵 — 食品安全国家标准
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. Ammonium iron(III) citrate LCSS — pubchem
  6. 参考 6
  7. FERRIC AMMONIUM CITRATE — pubchem
  8. 3D Reconstruction & Assessment Framework based on affordable 2D Lidar — 国家科技图书文献中心
  9. 抗结剂柠檬酸铁铵与亚铁氰化钾的区别 — chemicalbook
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 食品安全国家标准 食品营养强化剂使用标准 — 卫健委网站
  13. GHS Classification (Rev.10, 2023) Summary — pubchem
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