6.10. Лабораторная работа № 10 Определение окисляемости воды

Окисляемость воды обусловлена наличием в ней органических веществ и легко окисляющихся неорганических соединений (Fe²⁺, сульфитов, сульфидов, хлоридов, нитритов, сероводорода и др.) и выражается массой кислорода, потраченного на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм³ воды. При ее определении в качестве окислителя органических веществ применяют KMnO₄ (перманганатная окисляемость).

В соответствии с [32] окисляемость питьевой воды не должна превышать 5 мг O₂/дм³. Окисляемость воды при производстве алкогольных и безалкогольных напитков не должна превышать 3 мг O₂/дм³.

1 Метод измерений

Определение основано на перманганатометрическом окислении находящихся в воде восстановителей в кислой среде. В анализируемую пробу вводят избыток раствора перманганата калия. Для учета количества KMnO₄, затраченного на окисление содержащихся в воде примесей, добавляют такое же количество щавелевой кислоты. Щавелевая кислота взаимодействует с остатком KMnO₄:

Не вступившую в реакцию щавелевую кислоту титруют раствором перманганата калия и по полученным результатам рассчитывают окисляемость воды.

2 Средства измерений

Весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 210 г;

Бюретка вместимостью 25 см³;

Колба мерная вместимостью 250 см³;

Пипетки Мора вместимостью 10 и 100 см³;

Цилиндр мерный вместимостью 10 см³.

3 Вспомогательные устройства

Колба коническая термостойкая вместимостью 250 см³;

Стекло часовое;

Химический стакан вместимостью 100 см³.

4 Материалы, реактивы и растворы

Вода дистиллированная;

Калия перманганат, стандартный раствор – 0,01 моль/дм³;

Кислота серная, раствор – 2,0 моль/дм³;

Кислота щавелевая, стандартный раствор – 0,01 моль/дм³.

5 Порядок проведения испытаний

В коническую колбу помещают 100 см³ анализируемой воды, добавляя 5 см³ серной кислоты и 10 см³ раствора перманганата калия из бюретки. Закрывают колбу часовым стеклом, нагревают до кипения и кипятят 10 мин. К горячему раствору добавляют 10 см³ раствора щавелевой кислоты, тщательно перемешивают. Обесцветившийся горячий раствор титруют раствором KMnO₄ до появления устойчивой бледно-розовой окраски.

6 Обработка и вычисление результатов измерений

Окисляемость воды (O, мг O₂/дм³) рассчитывают по формуле:

где с – концентрация титранта, моль/дм³; V – объем титранта, затраченный на титрование, см³; 8 – масса кислорода, эквивалентная 1 см³ раствора KMnO₄ с концентрацией 1 моль/дм³; 1000 – коэффициент пересчета граммов кислорода в миллиграммы; V_п – объем пробы воды, см³.

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений. Вычисление проводят с точностью до целого числа.

7 Индивидуальное задание

Определить окисляемость:

1) питьевой воды;

2) рецептурной воды, отобранной на пищевом предприятии,

и сравнить полученные результаты с гигиеническим нормативом [32].

6.11. Лабораторная работа № 11 Определение массовой доли редуцирующих сахаров в сахарной свекле по Бертрану

Сахарная свекла является основным сырьем для производства сахара (сахарозы). Корнеплод сахарной свеклы содержит 75% воды и 25% сухих веществ. Среднее содержание сахарозы в сахарной свекле 17,5%. Оно колеблется от 15 до 22,5% и зависит от сорта, условий выращивания, способов уборки, хранения.

Несахара свеклы – азотсодержащие вещества (1,1%), безазотистые органические соединения (0,9%) и минеральные вещества (0,5%). В состав азотистых органических веществ (1,2%) входят белок – 0,7%, беатин – 0,2%, аминокислоты – 0,2%; безазотистые органические вещества включают инвертный сахар – 0,12%, органические кислоты – 0,5%; минеральный состав, пересчитанный на оксиды: К₂О – 0,20, СаО – 0,07, Na₂0 – 0,04 и P₂O₃ – 0,07% и др.

В водных растворах сахароза легко гидролизуется с образованием равных количеств глюкозы и фруктозы (редуцирующих сахаров). Эта смесь называется инвертным сахаром.

Редуцирующие сахара, которые содержатся в свекольном соке, относятся к нежелательным компонентам, так как в процессе производства сахара происходят сложные их превращения; образование оксиметилфурфурола и меланоидинов, осмоление в щелочной среде с образованием темноокрашенных соединений. Продукты щелочного разложения редуцирующих веществ и меланоидины являются основными компонентами красящих веществ, содержащихся в кристаллах готового сахара. 

1 Метод измерений

В основе определения лежит реакция редуцирующих сахаров с раствором Феллинга (смесь растворов CuSO₄ и сегнетовой соли C₄H₄O₆KNa) в щелочной среде:

Редуцирующие сахара под действием альдегидной или кетонной группы окисляются. В комплексном соединении Cu²⁺ восстанавливается, выпадает красный осадок Cu₂O в количестве, соответствующем содержанию сахара:

На осадок Cu₂O действуют раствором Fe₂(SO₄)₃ в сернокислой среде, при этом Cu₂O окисляется до CuSO₄, Fe³⁺ восстанавливается до Fe²⁺:

Образовавшийся FeSO₄ оттитровывают раствором KMnO₄:

По объему раствора перманганата калия, израсходованного на титрование раствора FeSO₄, вычисляют количество Cu₂O, затем находят содержание сахаров в анализируемом растворе.

Между содержанием сахаров и Cu₂O имеется эмпирическая зависимость. В таблице 6.8 приведены численные данные по взаимосвязи между содержанием меди и глюкозы.

Таблица 6.8

Пересчет массы меди (мг) на содержание глюкозы (мг)

Медь	Глюкоза	Медь	Глюкоза	Медь	Глюкоза	Медь	Глюкоза
1,5	0,68	6,0	2,75	10,5	5,0	15,5	7,50
2,0	0,90	6,5	3,00	11,0	5,25	16,0	7,75
2,5	1,13	7,0	3,25	11,5	5,50	16,5	8,00
3,0	1,36	7,5	3,5	12,0	5,75	17,0	8,25
3,5	1,59	8,0	3,75	12,5	6,00	17,5	8,50
4,0	1,81	8,5	4,00	13,0	6,25	18,0	8,75
4,5	2,04	9,0	1,25	13,5	6,50	18,5	9,00
5,0	2,27	9,5	4,50	14,0	6,75	19,0	9,25
5,5	2,50	10,0	4,75	14,5	7,00	19,5	9,50
				15,0	7,25	20,0	9,75

2 Средства измерений

Весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 210 г;

Бюретка вместимостью 25 см³;

Колба мерная вместимостью 100 см³;

Пипетки вместимостью 5, 10 и 50 см³;

Таймер;

Термометр с диапазоном измерения от 0 до 100ºС, с ценой деления 1ºС;

Цилиндр мерный вместимостью 100 см³.

3 Вспомогательные устройства

Баня водяная;

Воронка;

Колба коническая вместимостью 50 см³;

Химический стакан вместимостью 100 см³;

Часовое стекло.

4 Материалы, реактивы и растворы

Асбест;

Вода дистиллированная;

Бумага фильтровальная;

Калия перманганат (KMnO₄), раствор – 0,02 моль/дм³;

Квасцы железоаммонийные (FeNH₄(SO₄)₂∙12H₂O), раствор – 86 г квасцов растворяют в дистиллированной воде, добавляют 109 см³ серной кислоты (плотность 1,84 г/см³) и разбавляют в мерной колбе водой до 1 дм³;

Меди сульфат (CuSO₄∙5H₂O), раствор – 4% (мас.);

Натрия сульфат (Na₂SO₄), раствор насыщенный;

Раствор Феллинга – смесь равных объемов растворов сульфата меди и сегнетовой соли;

Свинца ацетат (PbCH₃COO), насыщенный раствор;

Сегнетовая соль (C₄H₄O₆KNa), раствор – 200 г сегнетовой соли и 150 г NaOH растворяют в дистиллированной воде и разбавляют в мерной колбе водой до 1 дм³.

5 Подготовка пробы

Анализируемый материал предварительно измельчают. Пробу массой около 75 г с точностью ±0,01 г помещают в мерную колбу.

6 Порядок проведения испытаний

К подготовленной по п. 5 пробе прибавляют ~ 80 см³ горячей воды и для более полного извлечения сахаров продолжают нагревать в течение 1 ч при 80–90°С, интенсивно перемешивая содержимое колбы. После охлаждения добавляют 5 см³ раствора ацетата свинца для осаждения белков, перемешивают, добавляют воду до метки и фильтруют в мерную колбу. Осадок промывают дистиллированной водой, промывные воды собирают в ту же колбу и разбавляют водой до метки. После перемешивания 50 см³ фильтрата (что соответствует массы взятой навески) переносят пипеткой в мерную колбу. Для удаления избытка соли свинца добавляют 5 см³ раствора сульфата натрия, разбавляют фильтрат дистиллированной водой до метки и перемешивают. После полного осаждения PbSO₄ на дне колбы, жидкость фильтруют.

Для дальнейшего анализа отбирают в колбу для титрования 10,0 см³ фильтрата, что соответствует массы взятой навески, добавляют 20 см³ раствора Феллинга. Раствор нагревают до кипения и кипятят точно 3 мин, при этом выпадает красный осадок Cu₂O. Осадку дают отстояться и фильтруют через асбест; колбу и фильтр несколько раз промывают горячей водой. Для окисления и растворения промытого осадка Cu₂O на фильтр дважды прибавляют 5 см³ раствора железоаммоонийных квасцов, промывают фильтр горячей водой, промывные воды собирают в ту же колбу. Для уменьшения окисления Cu₂O воздухом необходимо следить за тем, чтобы над осадком находился слой жидкости (промывные воды или раствор квасцов).

Полученный раствор титруют раствором KMnO₄ до устойчивой розово-фиолетовой окраски. Одновременно в этих же условиях титруют контрольную пробу, содержащую 10 см³ воды, раствор квасцов и такой же объем промывных вод.

7 Обработка и вычисление результатов измерений

7.1 Расчет объема титранта

Объем раствора KMnO₄, израсходованный на титрование контрольной пробы, вычитают из объема раствора KMnO₄, пошедшего на титрование анализируемого раствора.

7.2 Расчет массы меди

Массу меди (m₁, мг) рассчитывают по формуле:

,

где V – объем титранта, израсходованный на титрование и рассчитанный по п. 7.1, см³; с – концентрация титранта, моль/дм³; 158,0 – молярная масса KMnO₄, г/моль; 2,01 – масса Cu²⁺, соответствующая 1 мг KMnO₄, мг.

7.3 Определение содержания глюкозы

Содержание глюкозы (m₂, мг) рассчитывают с использованием данных, приведенных в таблице 6.8. При вычислении содержания глюкозы следует учитывать, что титровалась только часть взятого количества растительного материала.

7.4 Расчет содержания редуцирующих сахаров

Массовую долю редуцирующих сахаров (X, %) в пробе растительного материала вычисляют по формуле:

,

где m₂ – содержание глюкозы в анализируемой пробе (см. п. 7.3), г; 100 – коэффициент пересчета в проценты; m – масса навески пробы, г.

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений (Х_ср), допускаемые расхождения между которыми в одной лаборатории не должны превышать по абсолютному значению 0,30+0,05·Х_ср.

Вычисление проводят с точностью до первого десятичного знака.

Значение предельной погрешности измерения при доверительной вероятности 95% составляет 0,44+0,08·Х_ср.

8 Индивидуальное задание

Определить массовую долю редуцирующих веществ в сахарной свекле различных сортов, районированных в Республике Беларусь.