Методы исследования состава и свойств сырья и молочных продуктов. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
Пластинки со слоем сорбента
Пары растворителя Фильтровальная бумага Стеклянные пластинки
Рис. 2. Разделительная камера
По результатам эксперимента делают выводы о составе смеси по величине Rf , по сравнению со стандартными растворами сахаров.
Контрольные вопросы
1.На чем основано разделение веществ методом хроматографии на бумаге и тонкослойной хроматографии?
2.Какие достоинства и недостатки сорбентов для проведения метода ТСХ Вы можете назвать?
3.Какие приборы и приспособления применяют для проведения анализов методом ТСХ.
4.Что является подвижной и неподвижной фазой?
5.Что такое коэффициент Rf и как его рассчитывают?
6.Какие факторы влияют на коэффициент Rf?
7.Какие требования предъявляются к хроматографическим пластинам?
51
8. Каковы чувствительность данного метода анализа и границы его применения?
Лабораторная работа № 10
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ САХАРОВ
ВМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ
СКОБИНИРОВАННЫМ УГЛЕВОДНЫМ СОСТАВОМ МЕТОДОМ ХРОМАТОГРАФИИ В ТОНКОМ СЛОЕ
Цель работы: освоить метод количественного определения сахаров в молочных продуктах с комбинированным углеводным составом при помощи хроматограммы в тонком слое; изучить сущность количественного определения сахаров в продуктах с комбинированным углеводным составом; освоить методику анализа; апробировать метод.
Приборы, материалы и реактивы: термометр спиртовой;
баня водяная; раствор бихромата калия с концентрацией 0,5 моль/дм3; серная кислота с массовой долей 70 %; раствор KJ с массовой долей 5 %; раствор тиосульфата натрия с концентрацией 0,01 моль/дм3.
Теоретические сведения
При анализе хроматографических пятен предполагают существование определенной связи между площадью пятна и содержанием исследуемого вещества (например, наличие пропорциональной или линейной зависимости), которую устанавливают методом построения градуировочного графика, измеряя площади пятен “свидетелей”. Иногда сравнивают интенсивность окраски
52
пятен, полагая, что интенсивность окраски пятна пропорциональна количеству окрашенного компонента.
Разделенные зоны можно снять с пластин вместе со слоем, десорбировать компонент в растворитель и далее проанализировать раствор физико-химическими методами, что позволяет дополнять уже имеющуюся информацию об исследуемых веществах другими методами анализа и проводить их количественное определение. С помощью ТСХ можно определять вещества в количествах от 10-9 до 10-6 г, ошибка определения компонентов –
5-10 %.
Определение количества сахара проводят методом титрования сахаров в хроматографических зонах, соскобленных с пластинки. Метод основан на принципе «мокрого сжигания» смесью бихромата калия – серная кислота и обратного титрования непрореагированного бихромата калия.
Методика выполнения работы
Для определения количества сахаров, входящих в состав молочных продуктов с комбинированным углеводным составом, сравнивают проявленные и непроявленные хроматограммы.
На уровне каждого проявленного углевода, количество которого необходимо определить, соскабливают зону, содержащую сахар (рисунок).
Снятый слой адсорбента «Silufol» с исследуемым сахаром смешивают с избытком 0,05 моль/дм3 раствора бихромата калия с добавлением серной кислоты с массовой долей 70 % и нагревают в термостойком стакане на водяной бане при температуре 90 °С в течение 60 мин. Далее, под проточной водой охлаждают и в раствор добавляют 20 см3 дистиллированной воды и 5 см3 раствора KJ с массовой долей 5 %.
Выделившийся йод титруют точно через 20 мин 0,01 моль/дм3 раствором тиосульфата натрия.
Параллельно проводят холостой опыт с кусочками этой же хроматограммы, сняв слой такой же площади и на той же высоте, где была отобрана проба (без вынесенного исследуемого сахара).
53
Титр раствора бихромата калия определяют по реакции с раствором глюкозы с массовой долей 2 %: титр равен 0,7 мг.
Соскабливаемая зона, |
соответствующая каждому сахару |
Проявленная хроматограмма |
Непроявленная хроматограмма |
Рисунок. Определение углеводов
Зная титр бихромата калия и объем тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, можно определить содержание сахаров в исследуемой смеси.
Контрольные вопросы
1.Какие методы для количественного определения углеводов Вам известны? Каковы их достоинства и недостатки?
2.Какие требования предъявляются к хроматографическим сорбентам?
3.Какая чувствительность данного метода?
54
4. На чем основан количественный метод определения сахаров методом ТСХ?
Лабораторная работа № 11
ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ
В КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ
Цель работы: освоить фотоколориметрический метод анализа (метод калибровочного графика) на примере определения концентрации молочной кислоты в кисломолочных продуктах; изучить сущность фотоколориметриче-
ского метода анализа; освоить методику работы;
научиться использовать метод калибровочного графика; апробировать метод определения концен-
трации молочной кислоты фотоколориметрическим способом в кисломолочных продуктах.
Приборы, материалы и реактивы: фотоэлектроколори-
метр с кюветами на 1 см3; бюретка стеклянная для титрования; раствор хлорида бария (197,5 г ВаCl2·2 H2O в 1 дм3 дистиллированной воды); раствор сульфата цинка (225 г ZnSO4·7 H2O в 1 дм3 дистиллированной воды); раствор хлорида железа (III) с массовой долей 1 %; раствор HCl с концентрацией 0,125 моль/дм3; молочная кислота.
55
Теоретические сведения
Среди современных методов физико-химических анализов все большее распространение приобретает спектроскопия, позволяющая получить полную информацию о важнейших свойствах продукта. Спектральные методы исследования основаны на использовании явления поглощения (или испускания) электромагнитного излучения атомами или молекулами определенного вещества. Спектральный анализ используется для определения разнообразных органических соединений, а также минеральных элементов с концентрацией 10-2-10-6 моля.
Спектральные методы дают широкие возможности для наблюдения и исследования соответствующих аналитических сигналов в различных областях электромагнитного спектра – рентгеновское излучение, ультрафиолетовое (УФ) излучение, видимый свет; инфракрасное (ИК), а также микро- и радиоволновое излучение.
Спектроскопию условно можно разделить на эмиссионную и абсорбционную.
Эмиссионная спектроскопия исследует излучательную способность вещества. Испускание энергии связано с предварительным термическим и энергетическим возбуждением атомов, когда электроны с основного уровня переходят при поглощении энергии на более высокий энергетический уровень.
Абсорбционная спектроскопия исследует поглощательную способность вещества. При этом анализируемую пробу помещают между источником электромагнитного излучения с определенным диапазоном частот и спектрометром. Спектрометр измеряет интенсивность света, прошедшего через пробу, в сравнении с источником первоначального излучения при заданной длине волны.
Для исследования свойств пищевых продуктов наибольший интерес представляют области: видимая (200-400 нм) со стеклянной оптикой, ультрафиолетовая (400-800 нм) с кварцевой оптикой и инфракрасная (2-15 мкм).
56
Под воздействием различных излучений происходят электронные переходы в молекулах вещества или свободных атомах исследуемого химического элемента (аналитический сигнал – поглощение или испускание), а также изменения ориентации спинов атомов (аналитический сигнал – ядерный магнитный резонанс) или электронов (аналитический сигнал – электронный парамагнитный резонанс). Аналитические сигналы измеряют различными методами.
Фотоколориметрический метод анализа основан на избирательности поглощения растворами веществ ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света. Иногда этот метод называется абсорбционной спектроскопией. Степень поглощения света зависит от концентрации растворенного вещества.
Метод абсорбционного анализа подразделяется на спектрофотометрический, колориметрический и фотоэлектроколориметрический.
Спектрофотометрия основана на измерении степени поглощения монохроматического излучения (излучения определенной длины волны). В фотоэлектроколориметрии и колориметрии используется немонохроматическое (полихроматическое) излучение, преимущественно в видимом участке спектра. В колориметрии о поглощении света судят визуальным сравнением интенсивности окраски раствора, в спектрофотометрии и фотоэлектроколориметрии в качестве приемника световой энергии используют фотоэлементы. Все названные методы фотометрического анализа высоко чувствительны и избирательны, а используемая аппаратура широко доступна.
В большинстве случаев при фотометрическом анализе определяемый компонент с помощью химической реакции в растворе переводят в соединение, поглощающее электромагнитное излучение, затем измеряют его оптическую плотность.
Для количественного фотометрического анализа применяют закон светопоглощения Бугера – Ламберта – Бера:
D l C ,
57
где: D – оптическая плотность вещества при длине волны ; - молярный коэффициент поглощения; l – толщина слоя образца, см; С – концентрация вещества, г/см3.
На практике часто берут десятичный логарифм отношения интенсивностей светового потока в виде
D lg( J0 ) l C ,
Jn
где: J0, Jn – интенсивности излучения соответственно падающего на поглощающий слой вещества и прошедшего через него.
Между светопоглощением D и светопропусканием Т существует взаимосвязь:
D lg T .
Таким образом, основными параметрами всех фотометрических определений является длина волны, при которой производятся измерения оптической плотности, величина оптической плотности D (или светопропускания Т), толщина слоя образца и концентрация раствора С. Измеряя D или Т, можно определить число поглощающих атомов или молекул в единице анализируемого вещества.
Обычно для анализа прозрачных растворов используют метод калибровочного графика, т. е. по растворам с известной концентрацией вещества (3-5 разных концентраций) строят зависимость оптической плотности их растворов от концентрации определяемого вещества. Концентрацию вещества в опытном растворе определяют, пользуясь этим графиком.
Методика выполнения работы
Концентрацию молочной кислоты в кисломолочных продуктах определяют по Пиккрингу и Клеггу в модификации Л. Шмелевой, Н. Новотыльновой, Л. Деревянко.
58
В колбу на 250 см3 вносят 1 г кисломолочного продукта, приливают 24 см3 воды и из бюретки по 5 см3 BaCl2 (197,5 г ВаCl2·2 H2O растворяют дистиллированной водой в мерной колбе
на 1 дм3) и ZnSO4 (225 г ZnSO4·7 H2O растворяют в мерной колбе на 1 дм3).
Для контроля эти реактивы в той же последовательности добавляют в колбу на 250 см3 к 25 см3 воды. Реактивы вводят очень быстро, обязательно перемешивая после добавления каждого из них не менее 30 с. Контрольный и исследуемый образцы фильтруют через двойной складчатый фильтр. В мерный цилиндр на 100 см3 вносят фильтрат и по 0,5 см3 раствора FeCl3 с массовой долей 1 % (5 г FeCl3·Н2О в мерной кобле на 100 см3 растворяют 0,125 моль/дм3 раствором НСl. Из него готовят раствор с массовой долей 1 %, разбавив 5 см3 хлорного железа с массовой долей 5 % и 20 см3 воды).
Колориметрирование проводят на фотоэлектроколориметре со светофильтром = 420-450 нм в кюветках на 1 см3 Показания оптической плотности по калибровочному графику соответствуют процентному содержанию молочной кислоты. Для построения градуировочного графика подготавливают растворы молочной кислоты 1, 10, 20, 30, 40, 50 мг в 100 см3. Колориметрируют подвергнутые осаждению реактивами растворы.
Добавление реактивов, используемых для удаления белков, углеводов и других компонентов молока, к чистым растворам молочной кислоты приводит к ее частичной потере вместе с образовавшимся осадком. Поэтому вводится поправочный коэффициент, равный по оптической плотности 0,11-0,12, что в пересчете на молочную кислоту составляет 0,007-0,008 %.
Контрольные вопросы
1.В чем заключается сущность фотоколориметрического метода анализа?
2.На чем основан принцип работы фотоколориметра?
59
3.Какие методы определения концентрации молочной кислоты Вы знаете?
4.Какие условия надо выполнять при построении градуировочного графика?
5.Каковы чувствительность и точность фотоколориметрического метода анализа?
6.Каково устройство прибора, применяемого в фотоколориметрическом методе анализа?
7.Что такое спектральная характеристика раствора?
8.В чем состоят отличия анализа в УФ- и ИК-областях
спектра?
9.В какой области применяют фотоколориметрический метод анализа?
60