氢原子百科 
焦亚硫酸钠（英语：Sodium metabisulfite），别名偏二亚硫酸钠、偏重亚硫酸钠等，属于无机化合物，化学式为Na₂S₂O₅，摩尔质量为190.109 g/mol。焦亚硫酸钠在常温下呈白色结晶或粉末状固体，在微量水的存在下会产生轻微的二氧化硫的气味。焦亚硫酸钠密度为1.4 g/cm³，分解温度为150 °C。焦亚硫酸钠易溶于水、甘油，微溶于酒精；在水中的溶解度为54 g/100 mL（25 ℃）。焦亚硫酸钠溶于水中呈酸性，与强酸反应会释放出刺激性气体，暴露于空气中时会缓慢氧化成硫酸钠，加热则会迅速分解为硫酸钠。焦亚硫酸钠的生产主要是采用湿法工艺，以纯碱或十水碳酸钠为原料制备。焦亚硫酸钠广泛应用于食品行业、化工行业、医药行业和印染行业等。[1][6][2][9][10][11]
化学结构
焦亚硫酸钠的分子式为Na₂S₂O₅，分子结构式如下图所示。[2]
焦亚硫酸钠的晶体结构分为单斜晶系和三斜晶系。单斜晶系的焦亚硫酸钠晶体原子数量为72，可能存在的氧化态离子包括S⁴⁺、Na⁺、O²⁻，a=9.32 Å、b=5.52 Å、c=23.23 Å、α=90.00º、β=107.93º、ɣ=90.00º。其晶体体积为1136.56 ų，形成能为0.060 eV/atom，空间群为P2₁/c，能隙为3.13 eV，结构无磁性。在单斜晶系结构的焦亚硫酸钠晶体中，有四个不等价的钠离子位点，每个位点连接的Na–O键距离的范围各不相同；有四个不等价的S⁴⁺位点，有十个不等价的O²⁻位点。[12]
三斜晶系的焦亚硫酸钠晶体原子数量为54，可能存在的氧化态离子包括S⁴⁺、Na⁺、O²⁻，a=5.66 Å、b=6.19 Å、c=26.14 Å、α=89.68º、β=86.93º、ɣ=89.22º。其晶体体积为914.26 ų，形成能为0.618 eV/atom，空间群为P1，能隙为0 eV，具有铁磁性。在三斜晶系结构的焦亚硫酸钠晶体中，有12个不等价的Na¬Ļ‚Āļ位点，有12个不等价的S‚Āī‚Āļ位点，有30个不等价的O¬≤‚ĀĽ位点。[12]
物理性质
焦亚硫酸钠在常温下呈白色结晶或粉末状固体，在微量水的存在下会产生轻微的二氧化硫的气味。[2]焦亚硫酸钠摩尔质量为190.109 g/mol，密度为1.4 g/cm³，分解温度为150 °C。[6]焦亚硫酸钠易溶于水、甘油，微溶于酒精；[8]在水中的溶解度为54 g/100 mL。其油水分离系数logP为-3.7。[2]
化学性质
焦亚硫酸钠溶于水中呈酸性。焦亚硫酸钠暴露于空气中极易氧化变质，并不断放出SO₂，最终变成硫酸钠，故本产品不宜久存。[9]
焦亚硫酸钠与强酸反应会释放出刺激性气体SO₂。[9]
干法制备
干法的制备步骤为：将纯碱和水以约1：2.5的摩尔配比搅拌均匀，待生成的Na₂CO₃·nH₂O呈块状时，将其保持一定的空隙放入反应器内。然后通入SO₂至反应结束，将取出的块状物粉碎即可得焦亚硫酸钠成品。[9]
纯碱制备
利用纯碱为原料湿法制备焦亚硫酸钠的主要步骤如下。[13]
（1）用纯碱与亚硫酸氢钠溶液混合而成的悬浮液吸收二氧化硫至过饱和，转化为亚硫酸氢钠溶液，反应式为：
（2）当溶液中亚硫酸钠含量达到过饱和浓度时，析出Na₂S₂O₅结晶，反应式为：
上图为利用纯碱制备焦亚硫酸钠的工艺流程示意图，传统生产焦亚硫酸钠的步骤为含二氧化硫气体依次通过三级鼓泡反应釜，生成的焦亚硫酸钠晶体经过离心分离和干燥即制得产品。由于存在SO₂气体泄漏、产品质量不稳定等问题，大量创新的焦亚硫酸钠生产工艺被提出。[14][15]
十水碳酸钠制备
大部分的焦亚硫酸钠产品是以纯碱和二氧化硫为原料通过不同的工艺路线来生产，其中间产品都是亚硫酸钠溶液。此种工艺成本高，利润低。由于含有结晶水的十水碳酸钠化学性质更为稳定，方便运输，来源广阔且易得。[13]
利用十水碳酸钠生产焦亚硫酸钠的工艺线路主要包含以下几步：[13]
（1）母液中的NaHSO₃与十水碳酸钠（Na₂CO₃·10H₂O）反应生成亚硫酸钠直至过饱和，析出的粉末经过离心、蒸发结晶后可以得到晶体状无水亚硫酸钠产品。
（2）在亚硫酸钠饱和溶液中通入二氧化硫至过饱和状态，可以生成焦亚硫酸钠。
（3）得到的焦亚硫酸钠母液可以重复（1）、（2）步骤，形成2倍量的同种母液。
（4）将步骤（3）得到的母液一半用于重复步骤（1）生产亚硫酸钠，另一半用于重复步骤（2）生产焦亚硫酸钠产品，以维持母液平衡。
采用十水碳酸钠替代纯碱生产焦亚硫酸钠，得到的产品纯度更高，符合工业焦亚硫酸钠生产要求，且降本增效。但是此种方法也有一定的局限性——需要保证原料中杂质的含量较少，避免额外的纯化操作影响焦亚硫酸钠的产品质量。[13]
总的来说，由于湿法的生产工艺、产品质量、原材料消耗方面都要优于干法，因此焦亚硫酸钠的制备主要是采用湿法工艺。[9]
指标湿法干法生产工艺机械化程度较高工艺笨重产品质量纯度高纯度低（~60%）原材料消耗较低较高
湿法和干法制备焦亚硫酸钠的优缺点比较[16]
食品工业
食品工业中经常使用焦亚硫酸钠作为漂白剂、抗氧化剂、防腐剂和还原剂。焦亚硫酸钠具有成本低，易得和处理效果良好的优势。[10]
焦亚硫酸钠可防止食物风味变化。以马铃薯为例，加入的焦亚硫酸钠可避免由于微生物和化学变化导致保质期短以及风味、营养价值的变化问题、以及控制即食马铃薯的褐变反应。[17][18][19]
焦亚硫酸钠可抑制食物的氧化过程。以虾为例，使用焦亚硫酸钠对其进行处理后，可以抑制其中酚类物质的氧化过程。但超量使用焦亚硫酸钠易造成虾类产品中含有过量的二氧化硫，危害人体健康。[20]
化工行业
在化工生产中，焦亚硫酸钠可用于处理工业废水和金属提取废渣，同时还能实现稀贵金属的回收。[11][21][22]
用焦亚硫酸钠处理含铬废水时，处理效果更好，产生的污泥量更少，处理成本降低，且检测时不需要再进行过滤操作，提高了样本检测的准确性。[11]
使用常用的氰化浸出法提取金、银时，[23][24]由于浸出尾渣中残留的氰化物和重金属含量较高，工业生产过程中常用焦亚硫酸钠——空气氧化法对其进行解毒。[21]
与此同时，而焦亚硫酸钠是非常有效的活化剂，可以促进尾渣中大量的未被浸出的金银及铜、铅、锌、硫、铁等有价金属铜等金属的回收。[22]
此外，粗铜电解精炼过程中的沉金后液也可以用焦亚硫酸钠复合还原剂处理，可以回收高品质的金、铂、钯和大量的硒、碲等稀贵金属。此方法还具有工艺简单、水合肼等有毒物质用量少、成本低、不需要调节酸碱度等优点。[25][26]
医药行业
在医药行业，焦亚硫酸钠可用于缓解脱水的症状、可作为替代电解质。[1]
印染行业
消防相关
焦亚硫酸钠不可燃，但焦亚硫酸钠受热可能分解产生二氧化硫和过氧化钠等危险物质。其中过氧化钠能与金属反应产生易燃易爆的氢气，在密闭容器中加热时会有爆炸的危险。[7][28]
火灾中可使用大部分灭火器，如干粉灭火器、二氧化碳灭火器或水喷雾灭火器。[28]
储存与运输
避光，置于阴凉干燥处，与酸和强氧化剂分开存放。[5][8]
危险性描述
焦亚硫酸钠被吞咽会对人体造成伤害，且会造成严重眼刺激。[2]
（1）H302：吞咽有害
（2）H318：造成严重眼损伤或眼睛刺激
GHS象形图
人类毒性
（1）人类致死剂量为10 mg/75 kg（口服途径）。[29]
（2）焦亚硫酸钠已被证明可以导致哺乳动物细胞中的基因突变以及染色体畸变，甚至可能导致姐妹染色单体交换频率增加。[29]
（3）较低浓度的焦亚硫酸钠也可能引起各种类型的反应，如头晕、腹痛、腹泻等，还可能导致哮喘、鼻结膜炎甚至死亡。除此之外，焦亚硫酸钠还可能引起皮肤的过敏反应。[30]
（4）焦亚硫酸钠作为抗氧化剂和防腐剂加入食品、化妆品和局部麻醉液中时，可能导致局部过敏接触反应。[31]
动物毒性
（1）大鼠LD50大于2000 mg/kg（体重），兔LD50为65 mg/kg（体重），小鼠LD50为130 mg/kg（体重）。[2]
（2）对鼠的神经毒性
焦亚硫酸钠可导致胞内K⁺外流，使胞内K⁺浓度降低，损害中枢神经元功能。[32][33]
（3）对鼠的积蓄毒性
正常剂量的焦亚硫酸钠对小鼠无蓄积毒性作用（蓄积毒性是指低于一次中毒剂量的外源化学物质，反复与机体接触一定时间后致使机体出现的中毒作用）。[34]
特殊风险人群
焦亚硫酸钠可引发哮喘患者的支气管收缩症状，从而引发支气管哮喘。因此，哮喘患者对食物、药物中微量的焦亚硫酸钠非常敏感。[2][35]
急救措施
（1）轻症患者
眼睛：如果焦亚硫酸钠接触眼睛，立即用大量水冲洗眼睛，立即就医。[28]
呼吸：如果吸入大量焦亚硫酸钠，立即离开至新鲜空气的区域中。在必要时协助患者通气，通过非循环呼吸面罩以10-15 L/min的速度输入氧气，并注意监测是否发生肺水肿、癫痫和休克的情况。[28]
吞咽：禁用催吐剂，漱口并喝大量的水稀释焦亚硫酸钠，立即就医。[28]
（2）严重患者
对于意识不清、有严重肺水肿或有严重呼吸窘迫的患者，考虑气管插管或鼻气管插管以控制气道，协助使用袋阀面罩装置的正压通气技术。考虑使用β受体激动剂药物治疗肺水肿，使用沙丁胺醇治疗严重的支气管痉挛，使用0.9%的盐水治疗低血容量的症状，使用地西泮或劳拉西泮治疗癫痫发作，使用盐酸丙拉卡因协助眼部冲洗。[2]
安全防护
皮肤接触预防：防护手套。[2]
眼睛预防：护目镜。[2]
预防摄入：在相关场地工作期间不要饮食和吸烟。[2]
环境影响
焦亚硫酸钠对水生生物有害。因其会与水中的溶解氧发生化学反应，导致水中缺氧。[2]
相关法规
焦亚硫酸钠被用作人类消费食品的化学防腐剂，在按照GMP（Good Manufacturing Practice of Medical Products）生产规范使用时通常被认为是安全的，但不能用于肉类的防腐剂。[36]
相关事件
枸杞使用焦亚硫酸钠提色
青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市生长出的枸杞因颗粒大且饱满、色泽鲜红、果肉厚实、含糖量高等优势受到消费者喜爱。2024年9月，知情人表示，这里有些厂家、商户在生产枸杞的过程中存在使用焦亚硫酸钠进行“提色增艳”的情况。据《海西蒙古族藏族自治州促进枸杞产业发展条例》规定，生产、加工枸杞及其产品过程中，禁止使用焦亚硫酸钠及其替代品。当地市场上的商户为了把品相不好的枸杞也卖出去，违规使用添加剂。[37]
参考资料 37
- https://go.drugbank.com/drugs/DB15842
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/656671
- https://comptox.epa.gov/dashboard/chemical/details/DTXSID0029684
- https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=114786
- https://www.ilo.org/dyn/icsc/showcard.display?p_version=2&p_card_id=1461
- https://commonchemistry.cas.org/detail?cas_rn=7681-57-4&search=Sodium%20metabisulfite
- https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0566.html
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/source/hsdb/378
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- https://materialsproject.org/materials/mp-31370?formula=Na2S2O5
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- https://cameochemicals.noaa.gov/chemical/1500
- 参考 29
- 参考 30
- 参考 31
- 参考 32
- 参考 33
- 参考 34
- 参考 35
- https://www.ecfr.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-E/part-582/subpart-D/section-582.3766
- 央视曝光“硫超标”枸杞！记者深夜直击加工现场：被熏到呼吸困难、泪流不止… — 闽南网-今日头条