Методы исследования состава и свойств сырья и молочных продуктов. Лабораторный практикум. Учебное пособие

а) 0,6861 г NaCl в 100 см3 дистиллированной воды; б) 1,0152 г NaCl в 100 см3 дистиллированной воды.

Теоретические точки замерзания растворов -0,422 °С и 0,621 °С соответственно.

График строят по трем точкам замерзания: тройная точка Н2О, точка замерзания раствора 0,6861 г NaCl в 100 см3 дистиллированной воды и 1,0152 г NaCl в 100 см3 дистиллированной воды. На оси абсцисс откладывают удельное сопротивление термистора, а на оси ординат – температуру замерзания.

Подготовленную пробу молока охлаждают предварительно до температуры 1-2 °С. Затем в пробирку 3 наливают 30-40 см3 охлажденного молока и приступают к определению точки замерзания. Измерения проводят не менее 3-5 раз. Разность в показаниях не должна превышать 0,003 °С. Из полученных чисел находят среднее значение.

Значение точки замерзания молока (Т, °С) вычисляют по формуле

где: Тм – установленная точка замерзания молока, °С; Т1 – установленная точка замерзания раствора NaCl с теоретической точкой замерзания минус 0,422 °С; Т2 – установленная точка замерзания раствора NaCl с теоретической точкой замерзания минус

0,621 °С.

Массовую долю добавленной в молоко воды (Х, %) вычисляют по формуле

ХТ3 Т 100 ,

Т3

где: Т – уточненное значение точки замерзания пробы исследуемого молока, °С; Т3 – значение точки замерзания натурального молока, °С.

31

В среднем точка замерзания молока повышается от добавления в него 1 % воды на 0,005 °С.

Контрольные вопросы

1.Что такое криоскопическая постоянная вещества?

2.Как влияют различные факторы на точку замерзания вещества?

3.Какие способы определения точки замерзания веществ Вам известны?

4.Какие области применения метода криоскопии Вы знаете?

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БУФЕРНОЙ ЕМКОСТИ МОЛОКА И СЫРА ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИМ ТИТРОВАНИЕМ

Цель работы: освоить электрометрический метод титрования на примере определения буферной емкости молока и сыра; изучить сущность электрометрического титрования;

освоить методику работы с рН-метром при электрометрическом титровании; апробировать метод электрометрического титрования на примере определения буферной емкости молока и сыра.

Приборы, материалы и реактивы: потенциометр или рН-

метр для потенциометрического титрования; бюретки для титрования; штатив металлический с винтовым зажимом; термометр спиртовой; баня водяная; раствор NaOH с концентрацией 0,1 моль/дм3; растворы HCl с концентрациями 0,1 и 1 моль/дм3.

32

Теоретические сведения

Потенциометрический метод анализа и потенциометрическое (электрометрическое) титрование основано на измерении электродного потенциала, величина которого обусловлена активностью (концентрацией) потенциалов определяющего компонента раствора. Для расчета электродного потенциала (Е, В) служит уравнение Нернста:

где Е0 – стандартный потенциал, В; R – универсальная газовая постоянная (8,13 Дж); Т – абсолютная температура, К; F – число Фарадея (96490 Кл); n – заряд потенциалопределяющего поля; а – активность потенциалопределяющего поля.

В это уравнение вводят численные значения величин R и T, температуру принимают 298 К (25 °С), учитывают коэффициент пересчета натуральных логарифмов к десятичным (2,3026) и получают уравнение:

Активность ионов связана с концентрацией С соотношением

a f C ,

где f – коэффициент активности.

В разбавленных растворах активность близка к единице, поэтому в бесконечно разбавленных растворах уравнение Нернста имеет вид

33

Потенциометрический метод анализа подразделяют на прямую потенциометрию (ионометрия) и потенциометрическое (электрометрическое) титрование. Прямая потенциометрия основана на измерении потенциала индикаторного (измерительного) электрода и расчета концентрации определяемых ионов по уравнению Нернста.

В основе потенциометрического титрования – резкое изменение потенциала индикаторного электрода в точке стехиометрии (рисунок).

Установка для потенциометрического титрования состоит из рН-метра (прибор рН-222,1 или аналогичный прибор), электролитической ячейки для титрования, электродов, магнитной мешалки и бюретки, укрепленной в штативе.

рН

V

Рисунок. Изменение потенциала индикаторного электрода и объема титранта в точке эквивалентности

Порядок работы на установке для потенциометрического титрования

1. Включить подготовленный к работе рН-метр в сеть, прогреть в течение 30 мин.

34

2.Промыть электроды дистиллированной водой, остатки влаги удалить фильтровальной бумагой.

3.Поместить в электролитическую ячейку исследуемый раствор, погрузить в него электроды, включить магнитную мешалку.

4.Заполнить бюретку раствором-титрантом и приступить к титрованию.

5.Измерить рН на приборе как функцию объема добавляемого титранта.

Титровать следует две пробы анализируемого раствора: одну – для приближенного титрования, другую – для получения

точных результатов. В первом случае титрант добавляют отдельными порциями объемом до 1 см3, до резкого изменения показаний рН-метра. Для точного титрования необходимо сразу доба-

вить близкий к установленному объему титранта (по резкому изменению рН раствора), затем добавляют титрант по 0,1 – 0,05 см3. По полученным данным строят графики в координатах, по которым находят объем титранта в точке стехиометричности (эквивалентности) Т.Э. (см. рисунок).

Методика выполнения работы

Молоко. Для определения буферной емкости молока по щелочи поступают следующим образом. К 10 см3 молока, налитого в химический стакан для определения рН потенциометром, прибавляют из бюретки по 0,02 см3 0,1 моль/дм3 раствора NaOH, измеряя рН после каждого прибавления щелочи. Гидроксид натрия прибавляют до тех пор, пока рН превысит начальную величину на 0,1. Объем 0,1 моль/дм3 раствора щелочи, пошедшего на сдвиг рН на единицу, дает цифру буферной емкости по щелочи. Таким же способом устанавливают буферную емкость молока по кислоте, прибавляя к 10 см3 молока из бюретки по 0,02 см3 0,1 моль/дм3 раствора НСl.

Сыр. Для определения буферной емкости сыра по кислоте 1 г его растирают в фарфоровой ступе с 9 см3 воды, нагретой до 55-60 °С и переносят в сосуд для измерения рН потенциометром.

35

В сосуд с сыром прибавляют из бюретки по 0,02 см3 0,1 моль/дм3 раствора НСl, тщательно перемешивая после каждого приливания, определяют рН. По сдвигу рН находят, сколько см3 1 моль/дм3 кислоты требуется прибавить к 1 г сыра, чтобы сдвинуть рН на единицу. Буферную емкость по щелочи устанавливают так же, но вносят в растертый сыр по 0,01 см3 0,1 моль/дм3 раствора NаOH.

Для полного оформления работы необходимо построить графики потенциометрического титрования сыра.

Контрольные вопросы

1.Какова сущность потенциометрического метода анализа?

2.Каким образом устанавливается точка эквивалентности (стехиометричности) при потенциометрическом титровании?

3.Как строится кривая потенциометрического титрования?

4.Где применяется в молочной промышленности метод потенциометрии?

Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ КАЗЕИНА МЕТОДОМ СВЕТОРАССЕИВАНИЯ

Цель работы: освоить турбидиметрический метод анализа на примере определения размера частиц казеина в молоке; изучить сущность турбидиметрического анализа;

освоить методику работы на фотоэлектроколориметре; апробировать метод турбидиметрии на

примере определения размера частиц казеина в молоке.

36

Приборы, материалы и реактивы: фотоколориметр КФК-2; центрифуга лабораторная; раствор CaCl2 с концентрацией 0,01 моль/дм3; раствор HCl с концентрацией 0,05 моль/дм3.

Теоретические сведения

При нефелометрическом и турбидиметрическом методах анализа определяемое вещество переводят в малорастворимое соединение, которое находится в виде взвеси, и измеряют интенсивность рассеянного света или ослабление светового потока этой суспензии.

Если содержание вещества находят по интенсивности рассеянного света, то такой метод называют нефелометрическим. Метод определения содержания вещества по ослаблению светового потока суспензией называют турбидиметрическим. Эти методы применяются для анализа суспензий, эмульсий, различных взвесей и других мутных сред.

Интенсивность светового потока подчиняется закону Рэлея

где J0 – интенсивность падающего светового потока; Js – интенсивность рассеянного светового потока; N – количество частиц в данном объеме; V – объем шарообразной частицы, рассеивающей свет; - длина волны; - угол между падающим и рассеянным светом; r – расстояние до приемника рассеянного света; n – коэффициент преломления среды; n1 – коэффициент преломления частиц.

В турбидиметрии и нефелометрии применяются приборы и приемы работы, обычно используемые в фотометрических методах анализа.

37

Принцип действия и порядок работы на колориметре фотоэлектрическом концентрационном КФК –2. Колориметр КФК-2 предназначен для измерения в отдельных участках длин волн 315 – 980 нм, выделенных светофильтрами, коэффициентов пропускания и оптической плотности жидких растворов, коэффициентов пропускания рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем свете.

Принцип действия колориметра основан на поочередном измерении светового потока F0, прошедшего через растворитель или контрольный раствор, по отношению к которому производится измерение и потока F, прошедшего через исследуемую среду.

Световые потоки F0 и F фотоприемниками преобразуются в электрические сигналы И0 и И, которые усиливаются и представляются на показывающем гальванометре в виде коэффициента пропускания или оптической плотности.

Оптическая плотность D исследуемого раствора рассчитывается по формуле

где Иm – величина сигнала при перекрытом световом потоке.

Подготовка прибора к работе

1.Ознакомиться с инструкцией по работе на фотоэлектроколориметре КФК-2.

2.Подсоединить колориметр к электрической сети 220 В и включить тумблер-сеть.

3.Выдержать колориметр во включенном состоянии в течение 30 мин при закрытой крышке кюветного отделения.

4.Установить нуль прибора с помощью потенциометра.

38

Определение оптической плотности

1.В кюветное отделение установить кюветы с растворителем или контрольным раствором, по отношению к которому производятся измерения, и исследуемым раствором. Кювета с растворителем (контрольный раствор) устанавливается в дальнее гнездо кюветодержателя. Устанавливают необходимый светофильтр и фотоприемник.

2.Ручку установки кюветы перевести в положение «1» (в световой поток вводится кювета с контрольным раствором).

3.Закрыть крышку кюветного отделения.

4.Установить с помощью рукоятки настройки прибора на 100 %-ное пропускание.

5.Затем перевести ручку установки кювет в положение «2» (в световой поток вводится кювета с исследуемым раствором).

6.Произвести отсчет оптической плотности исследуемого раствора по гальванометру. Операции по п. 1-5 провести 3-5 раз.

7.Отклонение стрелки микроамперметра пропорционально интенсивности прошедшего через анализируемый раствор света.

8.По нижней шкале прибора измеряют оптическую плот-

ность (А = 0-2), по верхней – светопропускание раствора

(Т = 0-100 %).

Оптическую плотность определяют как среднее арифметическое из полученных значений.

Методика выполнения работы

Метод (П. Ф. Дьяченко, И. Н. Влодавец, Е. С. Богомолова) применяется для определения размера частиц казеина молока. Он основан на использовании светорассеивания частицами казеина в разбавленных растворах обезжиренного молока.

Для проведения анализа 5 см3 обезжиренного молока (трижды отцентрифугированного при частоте 3000 мин-1) помещают в мерную колбу на 250 см3, приливают около 100 см3

39

0,01 моль/дм3 раствора СаСl2. Жидкость хорошо перемешивают, доводят тем же раствором СаСl2 до метки, еще раз перемешивают.

Оптическую плотность молока (коэффициент светорассеивания) определяют непосредственно после разбавления молока. В качестве контрольного раствора берут 0,01 моль/дм3 раствора СаСl2. Определяют оптическую плотность разбавленного молока на фотоколориметре КФК-2, используя зеленый светофильтр (№ 5) = 490 нм.

Затем проводят параллельный опыт, определяя оптическую плотность исследуемых образцов молока, разбавленного 0,05 моль/дм3 раствором НСl в том же соотношении, как и в растворе СаСl2. Величину оптической плотности вычитают из величины оптической плотности, установленной для молока, разбавленного 0,01 моль/дм3 раствором СаСl2, получают коэффициент светорассеивания.

Среднюю массу частиц казеина устанавливают по таблице.

Таблица

Зависимость средней массы частиц казеина от коэффициента светорассеяния

Контрольные вопросы

1. На чем основан фотометрический метод анализа?

40