7.6 Лабораторная работа № 6 Определение сложных эфиров в этаноле методом потенциометрии

Спирт этиловый (СН₃СН₂ОН) – легковоспламеняющаяся, прозрачная, бесцветная жидкость, хорошо смешивающаяся с водой, имеющая характерные запах и жгучий вкус. Температура кипения спирта 78,37 °С, температура замерзания – минус 114,6 °С. По технологии получения различают этиловый спирт пищевой и технический.

Пищевой этиловый спирт вырабатывают из различных видов зерна, картофеля, сахарной свеклы, сахара-сырца, мелассы и другого сахаро- и крахмалосодержащего пищевого сырья (за исключением плодово-ягодного). При использовании крахмалосодержащего сырья проводят ферментативный гидролиз крахмала до сбраживаемых простых сахаров (осахаривание крахмала). Полученную бражку крепостью 8–8,5 % об. перегоняют, получают спирт-сырец и очищают его от примесей. В процессе спиртового брожения в спирте-сырце накапливаются примеси – высшие спирты (изоамиловый, изобутиловый, изопропиловый, амиловый и др.), называемые сивушными маслами, альдегиды (уксусный, пропионовый, формальдегид и др.), кетоны, сложные эфиры, метиловый спирт, придающие ему неприятные, резкие вкус и запах и токсичные для человека. Для удаления этих примесей проводят ректификацию спирта-сырца – разделение компонентов, основанное на разности их температур кипения.

В зависимости от состава сырья и степени очистки спирт этиловый ректификованный подразделяют на сорта: Альфа, Люкс, Экстра, Базис, высшей очистки и 1-й сорт. Этиловый ректификованный спирт из пищевого сырья применяют для изготовления водок, ликероводочных изделий, специальных вин и других алкогольных напитков, а также в качестве консерванта.

Более дешевым по себестоимости используемого сырья и технологии получения является технический спирт. Его запрещено использовать для пищевых целей, но несмотря на существующий запрет, часто применяют для ассортиментной фальсификации. Технический этиловый спирт (непищевой) по технологии производства подразделяют на гидролизный и синтетический.

Гидролизный спирт изготавливают из отходов деревообрабатывающего производства (древесных стружек, опилок, хвои и т. д.) путем химического гидролиза целлюлозы до сбраживаемых сахаров. Смолистые вещества древесины в процессе гидролиза образуют ядовитые примеси с высокой степенью токсичности.

Синтетический спирт получают на химических заводах смешиванием газа этана и воды при высоком давлении. Ни этан, ни вода не проходят при этом очистки, необходимой для пищевых целей, а в ходе химической реакции накапливаются побочные продукты синтеза, токсичные для человека.

К одному из признаков, используемых при проведении ассортиментной идентификации этилового ректификованного спирта из пищевого сырья, относят массовую концентрацию сложных эфиров. Согласно требованиям СТБ 1334 [34] массовая концентрация сложных эфиров в пересчете на безводный спирт, мг/дм³, должна быть не более: 30 – для спирта 1-го сорта, 10 – высшей очистки, 13 – базис, 10 – экстра, 10 – люкс, 10 – альфа.

1 Метод измерений

Метод основан на регистрации показателя рН в процессе титрования избытка серной кислоты после ее взаимодействия с остатком гидроксида натрия после омыления им сложных эфиров, определении объема кислоты в конечной точке титрования и расчете по закону эквивалентов объема раствора гидроксида натрия, израсходованного на омыление и эквивалентный массе омыленных эфиров.

2 Средства измерений

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

Бюретка вместимостью 5 см³;

Иономер И–130 М или рН-метр рН–150 М;

Колба мерная вместимостью 100 см³;

Пипетка Мора вместимостью 10 см³;

Электрохимическая ячейка, включающая индикаторный (рН-селективный электрод) и электрод сравнения (хлоридсеребряный).

3 Вспомогательные материалы

Бумага масштабная координатная;

Колбы конические вместимостью 500 см³;

Мешалка магнитная;

Стаканы вместимостью 100 см³;

Холодильник обратный;

Холодильник шариковый.

4 Материалы, реактивы и растворы

Вода дистиллированная;

Кислота серная (H₂SO₄), раствор – 0,1 моль/дм³;

Натрия гидроксид (NaOH), растворы – 0,05 и 0,1 моль/дм³.

5 Подготовка к выполнению измерений

5.1 Подготовка средств измерений

Иономер и электроды готовят к работе в соответствии с инструкциями по эксплуатации (Приложение Е). рН-метр готовят к работе в соответствии с Приложением Ж.

5.2 Подготовка пробы

В коническую колбу с пришлифованным шариковым холодильником помещают 100 см³ этанола, 100 см³ дистиллированной воды и кипятят в течение 15 мин. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры, колбу отсоединяют от холодильника.

6 Порядок выполнения измерений

50 см³ раствора, полученного по п. 6, переносят в стакан, погружают в него электроды и якорь магнитной мешалки. Титруют раствором NaOH (0,1 моль/дм³) до получения скачка и последующего незначительного изменения рН.

К нейтрализованному спирту прибавляют 10 см³ 0,1 моль/дм³ раствора гидроксида натрия. Смесь кипятят в конической колбе с обратным холодильником в течение 1 ч, охлаждают до комнатной температуры, закрывая часть холодильника трубкой с натронной известью, затем колбу отсоединяют от холодильника. Содержимое колбы переносят в стакан, добавляют 10 см³ раствора серной кислоты, погружают электроды и якорь магнитной мешалки.

Избыток кислоты оттитровывают 0,05 моль/дм³ раствором NaOH при постоянном перемешивании. Титрант добавляют порциями объемом 0,1 см³ каждая. После каждой порции титранта регистрируют значение рН. Титрование заканчивают зарегистрировав значение рН в трех точках после его резкого изменения.

7 Обработка и вычисление результатов измерений

7.1 Построение кривых потенциометрического титрования и определение КТТ

По данным титрования (п. 6) строят графики в координатах и . По графикам находят КТТ и объем раствора NaOH, израсходованный на титрование.

7.2 Расчет массовой концентрации сложных эфиров

Содержание эфиров (q, мг/дм³) в пересчете на уксусноэтиловый эфир в безводном этаноле вычисляют по формуле:

,

где 10 – коэффициент, учитывающий пересчет на 1 дм³ спирта; V – объем 0,05 моль/дм³ раствора NaOH, израсходованный на титрование, см³; 2 – …………..; 10 – ………………;8,8 – масса уксусноэтилового эфира, соответствующая 1 см³ 0,1 моль/дм³ раствора гидроксида натрия, мг; 100 – коэффициент, учитывающий пересчет на безводный спирт; c – концентрация этанола, % (об.);

Результаты вычислений округляют до двух значащих цифр после запятой. За окончательный результат измерения принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Окончательный результат округляют до одного знака после запятой.

8 Индивидуальное задание

Определить массовую концентрацию сложных эфиров в пробах спирта и определить его сорт с учетом требований СТБ 1334 [34].