Rysunek 1. Schemat układu optycznego polarymetru półcieniowego.

Transkrypt

1 Wstęp 1) OZNACZANIE ZAWARTOŚCI SACHAROZY W CUKRZE HANDLOWYM Węglowodany należą do związków chiralnych. Wynika to z obecności, co najmniej jednego asymetrycznego atomu węgla (w sacharydach jest ich z reguły, co najmniej kilka). Asymetryczny atom węgla to taki atom, który jest połączony z czterema różnymi podstawnikami. Związki chiralne wykazują właściwość skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Zgodnie z tak zwanym prawem Biota istnieje liniowa zależność pomiędzy kątem skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego a stężeniem substancji optycznie czynnej. Do pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego przez substancję optycznie czynną służy polarymetr półcieniowy Lippicha (Rys. 1). Rysunek 1. Schemat układu optycznego polarymetru półcieniowego. Układ optyczny polarymetru półcieniowego Lippicha składa się z następujących części: źródło światła lampa sodowa (1), polaryzator (2), pryzmaty półcieniowe Lippicha (3), przesłona (4), rurka polarymetryczna (5), analizator (6), okular luneta (7), obraz w okularze (8). W celu zwiększenia dokładności oznaczeń kąta skręcenia stosuje się trójpolowe polarymetry Lippicha. Trójdzielność pola widzenia uzyskuje się przez umieszczenie za polaryzatorem dwóch półpryzmatów. Obraz w okularze trójpolowego polarymetru Lippicha przedstawia rysunek 2. Rysunek 2. Obraz w okularze trójpolowego polarymetru Lippicha. Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła przez substancję optycznie czynną umieszczoną w rurce polarymetrycznej pomiędzy polaryzatorem a analizatorem, polega na odczycie wartości kąta na noniuszu i skali sprzężonej z analizatorem, przy ustawieniu jednakowej jasności trzech sąsiadujących ze sobą pól, na które jest podzielone pole widzenia w okularze polarymetru. Pomiary polarymetryczne wykonuje się używając, jako źródła światła monochromatycznego lampy sodowej Polarymetryczną analizę zawartości sacharozy przeprowadzić dla białego cukru buraczanego oraz rafinowanego cukru trzcinowego. Każdą analizę wykonać, w co najmniej dwóch powtórzeniach. Jako wynik analizy podać wartości cząstkowe, średnią oraz odchylenie standardowe. 1

2 Wykonanie analizy Na wadze analitycznej odważyć 5±0.002 g cukru, przenieść do kolby miarowej o pojemności 100 mli rozpuścić w ok. 50 ml wody destylowanej. Kolbę dopełnić wodą do kreski, roztwór starannie wymieszać i przesączyć przez sączek z bibuły, odrzucając pierwsze 10 ml. Otrzymanym przesączem napełnić rurkę polarymetryczną i dokonać pomiaru. Korzystając ze wzoru Biota (1.1), określającego zależność kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego od stężenia, obliczyć procentową zawartość sacharozy w cukrze handlowym. = (.) c l α - stężenie sacharozy w gramach na 1 ml roztworu, - długość rurki polarymetrycznej w dm, - skręcenie płaszczyzny polaryzacji w stopniach kątowych, [ α ] D 20 - skręcalność właściwa. Pomiar skręcalności właściwej sacharozy W kolbach miarowych na 100 ml sporządzić 2 roztwory sacharozy o znanym stężeniu (50 mg/ml i 100 mg/ml). Dla każdego z roztworów określić kąt skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Na podstawie wzoru 1.1. określić dla każdego roztworu skręcalność właściwą. Wyniki uśrednić, a otrzymaną wartość (skręcalność właściwa) użyć do określenia zawartości sacharozy w cukrze handlowym. 2) OZNACZANIE ZAWARTOŚCI SUBSTANCJI REDUKUJĄCYCH W CUKRZE HANDLOWYM Wstęp Cukier spożywczy pochodzący z buraka cukrowego to w sensie chemicznym praktycznie czysta sacharoza. Związek ten należy do dwucukrów (disacharydów) i zbudowany jest z reszty glukozowej i fruktozowej połączonych wiązaniem glikozydowym. Położenie tego wiązania (pozycja α,β-1,2) powoduje że zablokowane są grupy odpowiadające za właściwości redukujące obu reszt monosacharydów. Sacharoza jest więc związkiem nieredukującym. Z drugiej strony wiadomo, że produkty jej hydrolizy (inwersji) należą do grupy cukrów redukujących. W ten sposób można określić zarówno czystość cukru jak i poprawność procesu technologicznego, który z definicji powinien przebiegać tak, aby, na każdym etapie nie dopuszczać do kwasowej hydrolizy sacharozy. Cukry redukujące to węglowodany posiadające wolne grupy aldehydowe zdolne do utlenienia się do grup karboksylowych (Rysunek 3). Niektóre sacharydy takie jak fruktoza również wykazują właściwości redukujące. Wynika to z możliwości izomeryzacji w warunkach podwyższonego ph do układów posiadających wolne grupy CHO (w przypadku fruktozy do glukozy i mannozy) Rysunek 4. Określenie zawartości cukrów redukujących opiera się na reakcji z miedzią na +II stopniu utlenienia. W trakcie reakcji miedź ta zostaje zredukowana do +1 stopnia utlenienia a grupy CHO utleniają się do grup CO. Zredukowane związki miedzi(i) reagują z dodanym roztworem jodu (5.1). Nadmiar nieprzereagowanego I 2 odmiareczkowuje się mianowanym 2

3 roztworem tiosiarczanu sodu - Na 2 S 2 O 3 Rys 5.2. utlenianie +1 C O H Cu 2+ O C + 2 Cu + + H 2 O redukcja Rysunek 3. Utlenianie grup redukujących sacharydów D-glukoza CH 2 H H O HO O - HO HO CH 2 CH 2 CH 2 D-fruktoza endiol H O HO HO CH 2 Rysunek 4. Izomeryzacja fruktozy D-mannoza 3

4 + + (5.1.) + + (5.2.) Rysunek 5. Dodatkowe reakcje redoks przebiegające podczas analizy cukrów redukujących W ramach ćwiczenia analizę zawartości substancji redukujących przeprowadzić dla białego cukru buraczanego oraz rafinowanego cukru trzcinowego. Każdą analizę wykonać w co najmniej dwóch powtórzeniach. Jako wynik analizy podać wartości cząstkowe, średnią oraz odchylenie standardowe. Wykonanie analizy Odważyć 20±0.01 g cukru buraczanego (i odpowiednio 10±0.01 g trzcinowego cukru rafinowanego oraz 1±0.01 g trzcinowego cukru nierafinowanego) i przenieść ilościowo do kolby miarowej na 100 ml, rozpuścić w wodzie i uzupełnić do kreski. Do kolby stożkowej na 300 ml pobrać pipetą jednomiarową dokładnie 50 ml roztworu cukru, dodać 50 ml wody. Do kolby odmierzyć pipetą jednomiarową dokładnie 10 ml odczynnika Müllera (zasadowy roztwór CuSO 4 stabilizowany winianem sodowo-potasowym) i ogrzewać pod przykryciem (szkiełko zegarkowe) we wrzącej łaźni wodnej przez 10 min ±5 s. Następnie kolbę ochłodzić w strumieniu zimnej wody, unikając potrząsania. Roztwór w kolbie z badaną próbką powinien mieć barwę niebieskozieloną (w przypadku barwy żółtej lub zielonej próbę powtórzyć z mniejszą ilością roztworu cukru). Do kolby dodać 5 ml 5 mol/l CH 3 CO i 20 ml (przy pomocy pipety jednomiarowej) mol/l roztworu I2 w jodku potasu. Mieszać aż do rozpuszczenia osadów i dodać 2 ml 1% roztworu skrobi. Miareczkować mol/l Na 2 S 2 O 3 do zaniku barwy niebieskiej. Zawartość cukrów redukujących (R.S.) obliczyć na podstawie masy próbki analitu. Masę cukrów redukujących (mr.s. R.S.) obliczyć można znając liczbę moli grup -CHO otrzymaną na podstawie równania z Rysunku 3..!.=" #$ % &'( =" #$ % &$ ) Potrzebną do tego wartość ncu+ określa się na podstawie równania 5.1.: Cu+ % &$ ) =% -() a liczbę moli zużytego w reakcji jodu (% -() ) obliczyć można znając jego początkową ilość (% -(.) =& - / - ) oraz ilość jodu zużytą w reakcji z tiosiarczanem sodu (Reakcja 5.2) % -(0) =& 12! ( / 12! ( : % -() =% -(.) % -(0) =& - / - & 12! ( / 12! ( 4

5 Wstęp 3) OZNACZANIE ZAWARTOŚCI POPIOŁU WĘGLANOWEGO- ZAWARTOŚCI SKŁADNIKÓW MINERALNYCH Związki mineralne zawarte w cukrze handlowym pochodzą głównie z surowca czyli buraka cukrowego lub trzciny cukrowej. W dobrze oczyszczonym lub rafinowanym cukrze, zgodnie z polskimi i europejskimi normami ich ilość powinna być jak najmniejsza. Stąd też oznaczenie sumy substancji mineralnych jest jednym ze wskaźników czystości cukru. Ponieważ substancje mineralne tworzą najczęściej sole nieorganiczne będące mocnymi elektrolitami, zawartość substancji mineralnych koreluje się z przewodnictwem wodnych roztworów cukru. Analizę zawartości substancji mineralnych w postaci popiołu węglanowego przeprowadzić dla białego cukru buraczanego, rafinowanego cukru trzcinowego oraz nieczyszczonego cukru trzcinowego. Każdą analizę wykonać w co najmniej dwóch powtórzeniach. Jako wynik analizy podać wartości cząstkowe, średnią oraz odchylenie standardowe. Wykonanie analizy Naważkę 10±0.01 g każdego produktu rozpuścić w 50 ml wody destylowanej i przenieść do kolby miarowej o pojemności 200 ml. Po uzupełnieniu do kreski zawartość dokładnie wymieszać. Zmierzyć przewodnictwo otrzymanego roztworu w temperaturze 20 o C przy użyciu konduktometru. Równolegle zmierzyć przewodnictwo wody destylowanej z której sporządzony był roztwór analitu. Od zmierzonej wartości odjąć przewodnictwo wody destylowanej i na podstawie równania prostej (3.1.) obliczonego na podstawie wykresu (Rysunek 6) określić zawartość składników mineralnych (popiołu). gdzie: 4=. 5 &6%7+. 5 (3.1.) P zawartość związków mineralnych w %, Cond różnica przewodnictwa analitu i przewodnictwa wody destylowanej. 5

6 Rysunek 6. Zależność zawartości składników mineralnych w funkcji odczytanego przewodnictwa 4) OBLICZENIE RENDEMENTU Rendement jest miarą czystości cukru. Teoretycznie może on przyjmować wartości od 0 do 100%. W praktyce zawsze przekracza 90%. Im większa wartość rendementu tym cukier uznaje się z lepiej oczyszczony. Obliczenia przeprowadzić dla cukru buraczanego oraz rafinowanego cukru trzcinowego. W próbce cukru oznaczyć w procentach zawartość sacharozy - Ck (metodą polarymetryczną), popiołu (badanie przewodnictwa) - P i cukrów redukujących R.S. Rendement Rd) (Rd obliczyć ze wzoru: 7=& < 4.!. Porównać wartości otrzymane dla cukru buraczanego i trzcinowego. 5) OZNACZENIE POZORNEJ ZAWARTOŚCI SACHAROZY W MELASIE Oznaczenie pozornej zawartości sacharozy w melasie polega na pomiarze skręcalności roztworu melasu na który to parametr największy wpływ ma zawarta w nim sacharoza. 1 Z (stopień skali sacharometrycznej) odpowiada 1% pozornej zawartości sacharozy. Przygotowanie próbki roztworu melasu 1:1 W suchej wytarowanej wraz z bagietka szklaną zlewce na 250 cm 3 odważyć 100±0,05g melasu. Mieszając dodać około 50 cm 3 gorącej wody destylowanej. Po rozpuszczeniu melasu ostudzić próbkę do temperatury 20 C i uzupełnić masę do 200g wodą destylowaną. Wykonanie oznaczenia Odważyć 52 ±0,05g roztworu melasu 1:1 (patrz: przygotowanie próbki roztworu melasu 1:1), przenieść ilościowo do kolb miarowej o pojemności 200 cm 3 dodać kolejno po 15 cm 3 płynu Harlesa I i II mieszając roztwór po każdej dawce, dopełnić kolbę do kreski. Zawartość 6

7 dokładnie wymieszać i przesączyć przez sączek umieszczony na lejku. Odrzucić pierwszą porcje przesączu. Napełnić rurkę polarymetryczną o długości 200mm przynajmniej dwukrotnie popłukując przesączem. Wynik oznaczenia pomnożyć przez 2. 6) OZNACZENIE POZORNEJ ZAWARTOŚCI SUCHEJ MASY Wykonanie oznaczenia Na dolny pryzmat refraktometru Abbego nałożyć 2-3 krople roztworu melasu 1:1 (patrz: analiza pozornej zawartości sacharozy) docisnąć pryzmaty i wykonać pomiar odczytując wskazania na dolnej skali cukrowej. Wynik pomnożyć przez 2. Uwzględnić poprawkę temperaturową w przypadku pomiaru w innej temperaturze niż 20 C zgodnie z tabelą 1. tabela 1 Poprawki do wskazań refraktometru w temperaturach odbiegających od 20 C Odczytane stopnie Brixa Temperatura C od wskazań należy odjąć ,27 0,22 0,17 0,12 0,06 0,29 0,24 0,18 0,13 0,06 0,31 0,25 0,19 0,13 0, ,06 0,07 0, ,13 0,13 0, ,19 0,20 0, ,26 0,27 0, ,33 0,35 0,36 0,33 0,26 0,20 0,14 0,07 0,34 0,27 0,21 0,14 0,07 0,35 0,28 0,21 0,14 0,07 0,37 0,30 0,22 0,15 0,08 0,38 0,30 0,23 0,15 0,08 do wskazań należy dodać 0,07 0,14 0,22 0,29 0,37 0,07 0,15 0,22 0,30 0,38 0,08 0,15 0,23 0,31 0,39 0,08 0,15 0,23 0,31 0,40 0,08 0,16 0,24 0,31 0,40 0,39 0,40 0,31 0, ,24 0,16 0,16 0,08 0,08 0,08 0,08 0,16 0,16 0,14 0,24 0,32 0,32 0,40 0,40 7) OBLICZENIE WSPÓŁCZYNNIKA CZYSTOŚCI MELASU Współczynnik czystości melasu obliczyć według wzoru == 100 gdzie: Ck - pozorna zawartość sacharozy oznaczona polarymetrycznie, Bx - pozorna zawartość suchej substancji oznaczona refraktometrycznie. 7

8 WYCIĄG Z KART CHARAKTERYSTYKI SUBSTANCJI NIEBEZPIECZNYCH UŻYWANYCH W TRAKCIE ĆWICZEŃ Siarczan (VI) miedzi (II) Znaki ostrzegawcze: Xn - Produkt szkodliwy N - Produkt niebezpieczny dla środowiska Klasyfikacja: R22 - Działa szkodliwie po połknięciu. R36/38 - Działa drażniąco na oczy i skórę. R50/53 - Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na oczy i skórę. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Przemywać dokładnie dużą ilością wody przynajmniej przez 15 minut i skonsultować się z lekarzem. Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Winian sodowo-potasowy Produkt nie wymaga oznakowania zgodnie z dyrektywami UE lub odpowiadającymi im przepisami krajowymi. Ta substancja nie została sklasyfikowana jako niebezpieczna zgodnie z dyrektywą 67/548/EWG. W przypadku wdychania Jeżeli osoba poszkodowana oddycha, przenieść na świeże powietrze. Jeśli poszkodowany nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie Zmyć mydłem i dużą ilością wody. W przypadku kontaktu z oczami Zapobiegawczo przemyć oczy wodą. Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Kwas octowy Znaki ostrzegawcze: C Produkt żrący Klasyfikacja: R10 Produkt łatwopalny. R35 Powoduje poważne oparzenia. S23 Nie wdychać gazu/dymu/pary/rozpylonej cieczy. S26 Zanieczyszczone oczy przemyć natychmiast dużą ilością wody i zasięgnąć porady lekarza. S45 W przypadku awarii lub jeżeli źle się poczujesz, niezwłocznie zasięgnij porady lekarza - jeżeli to możliwe, pokaż etykietę. Powoduje poważne oparzenia. 8

9 W przypadku wdychania Jeżeli osoba poszkodowana oddycha, przenieść na świeże powietrze. Jeśli poszkodowany nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie Zasięgnąć porady medycznej. Natychmiast zdjąć skażone obuwie i ubranie. Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Przemywać dokładnie dużą ilością wody przynajmniej przez 15 minut i skonsultować się z lekarzem. NIE prowokować wymiotów. Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Roztwór jodu w KI Produkt nie wymaga oznakowania zgodnie z dyrektywami UE lub odpowiadającymi im przepisami krajowymi. Substancja lub mieszanina nie stwarza zagrożenia zgodnie z dyrektywami 67/548/EWG lub 1999/45/WE W przypadku wdychania Jeżeli osoba poszkodowana oddycha, przenieść na świeże powietrze. Jeśli poszkodowany nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Roztwór tiosiarczanu sodu Produkt nie wymaga oznakowania zgodnie z dyrektywami UE lub odpowiadającymi im przepisami krajowymi. Substancja lub mieszanina nie stwarza zagrożenia zgodnie z dyrektywami 67/548/EWG lub 1999/45/WE W przypadku wdychania W razie narażenia droga oddechowa zapewnić dostęp świeżego powietrza. W razie trudności w oddychaniu wezwać lekarza. W przypadku zanieczyszczenia natychmiast umyć skórę mydłem i dużymi ilościami wody. W przypadku zanieczyszczenia oczu Płukać dużymi ilościami wody przez co najmniej 15 minut. Zapewnić właściwe przepłukanie rozwierając powieki palcami. Wezwać lekarza. W razie połknięcia wyplukać usta wodą, o ile poszkodowany jest przytomny. Wezwać lekarza. Octan ołowiu (II) Znaki ostrzegawcze: T Produkt toksyczny N Produkt niebezpieczny dla środowiska Klasyfikacja: R61 Może działać szkodliwie na dziecko w łonie matki. R33 Niebezpieczeństwo kumulacji w organizmie. R48/22 Działa również szkodliwie po połknięciu; stwarza poważne zagrożenie zdrowia w następstwie długotrwałego narażenia. R62 Możliwe ryzyko upośledzenia płodności. R50/53 Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. 9

10 S53 Unikać narażenia - przed użyciem zapoznać się z instrukcją. S45 W przypadku awarii lub jeżeli źle się poczujesz, niezwłocznie zasięgnij porady lekarza - jeżeli to możliwe, pokaż etykietę. S60 Produkt i opakowanie usuwać jako odpad niebezpieczny. S61 Unikać zrzutów do środowiska. Postępować zgodnie z instrukcją lub kartą charakterystyki. Może działać szkodliwie na dziecko w łonie matki. Niebezpieczeństwo kumulacji w organizmie. Działa również szkodliwie po połknięciu; stwarza poważne zagrożenie zdrowia w następstwie długotrwałego narażenia. Możliwe ryzyko upośledzenia płodności. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Zabrać poszkodowanego niezwłocznie do szpitala. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Przemywać dokładnie dużą ilością wody przynajmniej przez 15 minut i skonsultować się z lekarzem. Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Kwas glutaminowy Znaki ostrzegawcze: Nie dotyczy Klasyfikacja: Nie dotyczy Stosować odpowiednią wentylację wywiewną i miejscową. Zaleca się wyposażenie miejsca pracy w wodny natrysk do płukania oczu oraz prysznic. Nie dopuszczać do przedostania się do wód powierzchniowych i gruntowych. Przepłukać wodą W przypadku kontaktu z oczami Przepłukać wodą Zasięgnąć porady medycznej jeśli poszkodowany czuje się niezdrowo. 10