Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Количественный химический анализ. Учебное пособие

11

тинными». Под «истинными» сухими веществами понимают сухой остаток, по-

лученный после удаления влаги из продукта в результате высушивания его до постоянной массы.

Методы, основанные на высушивании навески продукта до постоянной массы, - более точные, однако и более длительные. В некоторой степени эти методы являются условными, так как при высушивании вместе с парами воды могут удаляться летучие составные вещества (спирт, летучие кислоты, диоксид углерода и пр.), а также могут происходить побочные реакции (процессы окис-

ления и разложения), что будет оказывать отрицательное влияние на результа-

ты определения.

1.3.1.Определение массовых долей влаги и сухого вещества

впитьевом молоке, мороженом, сырах,

твороге и творожных изделиях

Цель работы - определить массовые доли влаги и сухого вещества в пи-

тьевом молоке, мороженом, сырах, твороге и творожных изделиях методом

гравиметрии.

Сущность работы. Метод основан на высушивании навески продукта при температуре 1022 оС до постоянной массы в сушильном электрическом шкафу типа СЭШ. По полученным данным вычисляют массовую долю влаги и сухого вещества.

Оборудование и реактивы: аналитические весы; сушильный шкаф; бюк-

сы стеклянные или металлические, диаметром 50 мм; эксикатор; стеклянные палочки; тигельные щипцы; сито; раствор хлороводородной кислоты (1:1); ин-

дикаторная лакмусовая бумага; водяная баня.

Методика выполнения анализа: 1. Подготовка бюкса и взятие про-

бы анализируемого продукта. Для равномерного и быстрого прогревания и высушивания продукта применяют промытый речной песок, который помеща-

ют в стеклянный бюкс. Песок готовят следующим образом: сначала песок про-

12

сеивают через сито с отверстиями диаметром 1-1,5 мм и отмачивают питьевой водой. Затем приливают хлороводородную кислоту (1:1), чтобы песок был пол-

ностью ею покрыт, помешивают толстой стеклянной палочкой, дают отстояться в течение 10 часов. Слив хлороводородную кислоту, промывают песок питье-

вой водой до нейтральной реакции (определяют по лакмусовой бумажке), затем дистиллированной водой, после чего песок высушивают и прокаливают. Хра-

нят песок в банке, плотно закрытой пробкой.

Стеклянный бюкс, предварительно высушенный до постоянной массы, с

20-30 г подготовленного песка и стеклянной палочкой, не выступающей за края бюкса (крышку кладут рядом с бюксом), помещают в сушильный шкаф и вы-

держивают при 1022 оС в течение 30-40 минут. После этого бюкс вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе 40 минут и взвешивают на весах. В этот же бюкс пипеткой вносят 10 см3 молока или 5-10 г

творожных изделий, взвешенных на аналитических весах с погрешностью не более 0,001 г, закрывают крышкой и немедленно взвешивают.

2. Высушивание пробы продукта. Содержимое бюкса тщательно пе-

ремешивают стеклянной палочкой, и открытый бюкс нагревают на водяной бане при частом перемешивании содержимого до получения рассыпающейся массы. Затем открытый бюкс и крышку помещают в сушильный шкаф с темпе-

ратурой 1022 оС. По истечении 2 часов бюкс вынимают из сушильного шкафа,

закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе в течение 30-40 минут, после че-

го вынимают из эксикатора бюкс и взвешивают.

Последующие взвешивания бюкса выполняют после высушивания в те-

чение 1-го часа до тех пор, пока разность между двумя параллельными взвеши-

ваниями будет равна или менее 0,0010 г. Если при одном из взвешиваний по-

сле высушивания будет установлено увеличение массы, то для расчетов прини-

мают результаты предыдущего взвешивания.

Массовую долю сухого вещества ( %) рассчитывают по формуле:

13

где m2 - масса бюкса с песком, стеклянной палочкой и навеской исследуемого продукта после высушивания, г;

m1 - масса бюкса с песком и стеклянной палочкой, г;

m - масса бюкса с песком, стеклянной палочкой и навеской исследуемого продукта до высушивания, г.

Расхождение между параллельными определениями не должно быть бо-

лее 0,1 % для молока и 0,2 % - для мороженого, сыра, творога и творожных из-

делий. За окончательный результат для каждого исследуемого продукта при-

нимают среднеарифметическое двух параллельных определений.

Массовую долю влаги в продуктах (%) рассчитывают по формуле:

где Х - массовая доля сухого вещества, %.

1.3.2. Определение массовой доли влаги в плодово-ягодном сырье,

зерне, сушеных фруктах

Цель работы - определить массовую долю влаги в плодово-ягодном сы-

рье, зерне, сушеных фруктах методом гравиметрии.

Сущность работы. Метод основан на высушивании пробы продукта при температуре 105 оС до постоянной массы с последующим взвешиванием высу-

шенных проб. Высушивание до постоянной массы проводят до тех пор, пока расхождение между результатами двух параллельных взвешиваний будет не более 0,0010 г.

Оборудование и реактивы: аналитические весы; сушильный шкаф; бюк-

сы стеклянные или металлические; эксикатор; стеклянные палочки; сито; ти-

14

гельные щипцы; раствор хлороводородной кислоты (1:1); индикаторная лакму-

совая бумага.

Методика выполнения анализа: 1. Подготовка бюкса и пробы ана-

лизируемого продукта. В доведенный до постоянной массы стеклянный или металлический бюкс засыпают 10-15 г очищенного и прокаленного песка. По-

мещают бюкс с песком и стеклянной палочкой, не выступающей за края бюкса,

в сушильный шкаф, предварительно открыв крышку (крышку кладут около бюкса), и сушат до постоянной массы. Затем в бюкс с песком помещают 5-10 г

измельченного фруктово-ягодного сырья, закрывают крышкой и взвешивают.

2. Высушивание пробы продукта. Содержимое бюкса тщательно пе-

ремешивают стеклянной палочкой, открытый бюкс помещают в сушильный шкаф при температуре 1052 оС и сушат в течение 1-го часа без крышки, кото-

рую помещают рядом с бюксом. По истечении времени высушивания бюкс вы-

нимают из сушильного шкафа, закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе в течение 30 мин и взвешивают. После первого взвешивания бюкс с навеской вновь сушат в течение 1-го часа, охлаждают и снова взвешивают. Эту операцию повторяют до тех пор, пока разность между двумя результатами последова-

тельных взвешиваний будет не более 0,0010 г.

В тех случаях, когда после убывания массы наступает ее увеличение,

обусловленное наличием окислительных процессов, за постоянную массу при-

нимают последнюю убывающую массу.

Массовую долю влаги в продуктах (%) рассчитывают по формуле:

где m1 - масса бюкса с песком, стеклянной палочкой и навеской исследуемого продукта до высушивания, г.;

m2 - масса бюкса с песком, стеклянной палочкой и навеской исследуемого продукта после высушивания, г;

m - масса бюкса с песком и стеклянной палочкой, г.

15

За результат анализа принимают среднеарифметическое результатов двух

параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не

должно превышать 0,5 %.

Примечание. При определении массовой доли влаги в сушеных фруктах берут пробу

5-10 г (для размолотого зерна - 2-5 г) и сушат без песка.

1.3.3. Определение содержания золы в мясе

Цель работы - определить содержание золы в мясе или готовой мясной продукции методом гравиметрии.

Сущность работы. При определении содержания золы минерализацию проводят в фарфоровом, а при необходимости - в платиновом тигле, предва-

рительно прокаленном до постоянной массы. Прокаливание производят до по-

стоянной массы золы, когда разность между двумя взвешиваниями будет не бо-

лее 0,0002 г.

Оборудование и реактивы: аналитические весы; фарфоровый или плати-

новый тигель с крышкой; муфельная печь; тигельные щипцы; эксикатор; нит-

рат аммония; раствор пероксида водорода, = 30 %.

Методика выполнения анализа. В прокаленный до постоянной массы тигель берут навеску 2-5 г мяса или готовой мясной продукции с точностью

0,0002 г. Сжигание вначале производят при слабом нагревании в закрытом тиг-

ле, чтобы не выбросилось содержимое. По окончании сухой отгонки тигель приоткрывают и проводят прокаливание в муфеле при 600-800 оС (темно-крас-

ное каление) в течение 1-2 часа. Во избежание спекания массы рекомендуется к концу озоления после охлаждения тигля смочить золу водой или насыщенным раствором нитрата аммония, или 1-2 каплями 30 %-го раствора пероксида во-

дорода и снова прокалить остаток. Тигель охлаждают в эксикаторе в течение

25-30 мин и взвешивают на аналитических весах. Последующие прокаливания производят в течение 30 мин. Прокаливание проводят до постоянной массы зо-

16

лы, когда разность между двумя взвешиваниями будет не более 0,0002 г. Со-

держание золы Х (%) вычисляют по формуле:

где m2 - постоянная масса тигля с золой, г; m1 - постоянная масса тигля, г;

mнав. - масса навески продукта, г.

Существует ускоренный метод определения содержания золы, основан-

ный на применении в качестве катализатора раствора ацетата магния. Минера-

лизация ускоряется в 2-3 раза в результате образования пористой структуры озоляемого вещества, обеспечивающей лучший доступ кислорода.

К навеске в тигле добавляют 1 см3 раствора ацетата магния (15 г безвод-

ного Mg(CH3COO)2 или 25 г водного Mg(CH3COO)2·4H2O, растворяют в ди-

стиллированной воде в мерной колбе, вместимостью 100 см3), высушивают ее в сушильном шкафу при 180 оС в течение 30 мин, затем обугливают на электри-

ческой плитке и помещают в муфельную печь на 30 мин при 550 оС. Повторные прокаливания производят в течение 20 мин. В таких же условиях минерализуют

1 см3 раствора ацетата магния.

Содержание золы Х (%) рассчитывают по формуле:

где mзолы - постоянная масса золы, г;

m(MgO) - постоянная масса оксида магния, полученная после минерализа-

ции раствора ацетата магния, г; mнав. - масса навески продукта, г.

17

Вопросы для самоподготовки

1.На чем основана классификация методов гравиметрического анализа?

2.В чем сущность гравиметрических определений по методу осаждения, отгонки?

3.Какие требования предъявляют к осадителям?

4.В каких условиях ведут осаждение кристаллических осадков?

5.В каких условиях ведут осаждение аморфных осадков?

6.Для чего промывают осадки? Какими соображениями руководствуются при выборе промывной жидкости аморфных и кристаллических осадков?

7.Как проводят операции взятия точной навески, растворения, фильтрования,

промывания осадков, высушивания и прокаливания осадков?

8.Что такое беззольные фильтры? Какие виды фильтров применяют в грави-

метрическом анализе?

9.Что такое осаждаемая форма, весовая форма осадка? Какие требования предъявляются к ним?

10.Как вычисляют фактор пересчета?

11.Каким методом определяют гигроскопическую воду в веществе?

12.Для определения каких веществ используют гравиметрический метод в пи-

щевой промышленности?

18

2. Титриметрический метод анализа

Титриметрический анализ имеет преимущество по сравнению с грави-

метрическим методом в отношении скорости выполнения анализа. При выпол-

нении титриметрического анализа к точному объему (аликвотная часть) опре-

деляемого вещества (ОВ) небольшими порциями добавляют эквивалентный объем рабочего вещества (РВ), концентрация которого известна. Момент экви-

валентности устанавливают либо физико-химическими методами (кондукто-

метрия, потенциометрия, амперометрия и др.), либо визуально при помощи ин-

дикаторов - веществ, которые претерпевают видимые изменения в точке экви-

валентности. На практике определяют конечную точку титрования, которая не-

сколько отличается от точки эквивалентности ввиду индикаторной ошибки.

В титриметрии нашли применение реакции нейтрализации, окисления-вос-

становления, осаждения и комплексообразования. Используют лишь те реак-

ции, которые удовлетворяют следующим основным требованиям: 1) вещества должны вступать в реакцию в стехиометрических соотношениях; 2) реакция должна практически проходить до конца и с достаточной скоростью; 3) при титровании не должно протекать побочных реакций, искажающих результат анализа; 4) должна быть возможность фиксации точки эквивалентности. Клас-

сификация методов титриметрического анализа основана на типе используемой химической реакции.

2.1. Методы кислотно-основного титрования (нейтрализации)

Методы кислотно-основного титрования основаны на реакциях между кислотами и основаниями, которые можно представить в водных растворах

следующим образом:

Н3О ОН 2Н2О .

19

Взависимости от природы рабочих веществ различают ацидометрическое

иалкалиметрическое титрование.

Вацидометрии в качестве рабочих веществ (РВ) используют растворы сильных кислот. Предпочтение отдают хлороводородной кислоте (HCl), т.к.

подавляющее число ее солей хорошо растворимы в воде. В тех случаях, если растворы нагревают или кипятят, следует использовать серную кислоту

(H2SO4), т.к. она нелетуча. Растворы кислот довольно устойчивы. В качестве установочных веществ применяют Na2CO3 (предварительно высушенный при

250-270 оС в течение часа реактив марки х.ч.) или Na2B4O7 10H2O, который в закрытой банке в течение длительного времени не меняет свой состав.

В алкалиметрии рабочими веществами служат растворы щелочей,

обычно NaОН или КОН. Гидроксид натрия поглощает СО2 из атмосферы, по-

этому сосуд с раствором NaОН закрывают пробкой, в которую вставлена тру-

бочка, заполненная СаО или натронной известью (смесь NaОН и СаО). Уста-

новочными веществами служат такие твердые органические кислоты, как щавелевая (Н2С2О4 Н2О), янтарная (Н2С4Н4О4), бензойная (С6Н5СООН) и др. Первые две кислоты применяют чаще всего. Их очищают перекристаллизацией.

Янтарная кислота не содержит кристаллизационную воду, поэтому удобнее ис-

пользовать щавелевую, т.к. нет опасности, что произойдет выветривание воды при хранении. Приготовление рабочих растворов можно осуществить несколь-

кими способами.

1. Способ разбавления используют в тех случаях, если исходная кислота или щелочь представляют собой концентрированный раствор. Ареометром из-

меряют его плотность, по справочным таблицам находят соответствующее зна-

чение массовой доли, вычисляют необходимый объем этого раствора, отбирают его цилиндром, переносят в мерную колбу и доводят до метки дистиллирован-

ной водой.

2. По приблизительной навеске готовят растворы щелочей, т.к. они не относятся к стандартным веществам. Для этого рассчитывают массу навески щелочи, взвешивают ее на технических весах, переносят в мерную колбу и до-

20

водят до метки. Растворы, приготовленные способом разбавления и по прибли-

зительной навеске, нуждаются в уточнении концентрации.

3. Приготовление растворов с использованием фиксаналов (стандарт-

титров). Стандарт-титр представляет собой стеклянную ампулу, внутри ко-

торой запаяно определенное количество вещества (0,1 или 0,05 моль). Если со-

держимое ампулы количественно перенести в мерную колбу, например, вме-

стимостью 1 дм3, то раствор будет иметь точную концентрацию, Сэк = 0,1000

или 0,0500 моль/дм3 соответственно. В методе нейтрализации обычно готовят растворы кислот и щелочей, молярная концентрация эквивалентов которых 0,1-

0,01 моль/дм3.

При титровании момент эквивалентности устанавливают по изменению окраски кислотно-основного индикатора. Точность титрования зависит от того,

насколько правильно подобран индикатор. Выбор индикатора осуществляют по кривым титрования. В титруемый раствор вводят не более 2-3 капель индика-

тора. В противном случае увеличивается индикаторная ошибка.

Метод нейтрализации применяют для определения содержания кислот,

оснований и солей, подвергающихся гидролизу. В пищевой промышленности при помощи кислотно-основного титрования определяют титруемую кислот-

ность и щелочность сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, а также жесткость технологической воды.

2.1.1. Определение содержания гидроксида натрия в растворе

Цель работы - освоить метод нейтрализации; ознакомиться с проведени-

ем расчетов и приготовлением растворов способом разбавления и по точной навеске; определить содержание гидроксида натрия в растворе прямым титро-

ванием и провести математическую обработку результатов.

Сущность работы. Титриметрическое определение гидроксида натрия основано на реакции нейтрализации раствором хлороводородной кислоты. Рас-

твор хлороводородной кислоты готовят способом разбавления. В качестве