Методы исследования сырья и продуктов растительного происхождения (теория и практика). Учебное пособие

Ок = (2 - 0,1) × 0,0098×8×1000 =1,49 мг О2/дм3 100

Лабораторная работа № 3. Определение реакции воды для пивоварения

Цель работы: освоить методики определения реакции воды с помощью индикаторов.

Оборудование и материалы: раствор с массовой долей метилового оранжевого 0,05 %; раствор с массовой долей фенолфталеина 0,5 %, исследуемая вода.

Проведение анализа

В пробирку с водой добавляют 3 – 5 капель индикатора и, наблюдая за окраской, отмечают один из следующих возможных вариантов.

1.Вода желтая с метиловым оранжевым и розовая с

фенолфталеином содержит ионы ОН–, СО32– и не содержит Н+.

2.Вода бесцветная с фенолфталеином и желтая с метиловым оранжевым содержит ионы НСО3–.

3.Вода бесцветная с фенолфталеином и оранжевая с метиловым оранжевым содержит ионы Н+ и не содержит ио-

ны ОН– и СО32-.

Лабораторная работа № 4. Определение щелочности воды для пивоварения

Цель работы: освоить методы определения величины щелочности воды; провести технологическую оценку воды.

Оборудование и материалы: конические колбы; 0,1 моль/дм3 раствор соляной кислоты, фенолфталеин, метиловый оранжевый, исследуемая вода.

81

Проведение анализа

В коническую колбу вместимостью 250 см3 отмеривают 100 см3 воды, добавляют 3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 моль/дм3 раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски титруемого раствора. Затем в ту же колбу добавляют 3 капли метилового оранжевого и продолжают титрование соляной кислотой до перехода желтой окраски раствора в оранжевую. Общая щелочность воды (в моль/см3):

Що= V ×n ×1000 ,

W

где V – объем соляной кислоты, пошедшей на титрование с метиловым оранжевым, см3; n – молярная концентрация раствора соляной кислоты; W – объем воды, взятой для титрования, см3.

Свободная щелочность Щс вычисляется по аналогичной формуле, только вместо V подставляется V1 - объем соляной кислоты, пошедшей на титрование с фенолфталеином (в см3).

Пример. На титрование 100 см3 воды с фенолфталеином израсходовано 0,5 см3 0,1 моль/дм3 раствора соляной кислоты, а на титрование с метиловым оранжевым – 3 см3:

Щ0 = 3×0,1×1000 = 3 моль/ см3, 100

Щс = 0,5× 0,1×1000 = 0,5 моль/ см3 100

В анализируемой воде щелочность в основном обусловлена ионами НСО3–.

Лабораторная работа № 5. Определение общей жесткости воды для пивоварения

Цель работы: освоить комплексонометрические методы определения жесткости воды.

Оборудование и материалы: конические колбы; амми-

ачный буферный раствор (рН 10); 0,05 моль/дм3 раствор трилона Б (комплексон III); раствор эриохрома черного Т;

82

0,025 моль/дм3 раствор хлорида кальция; раствор сульфида натрия с массовой долей 5 %; раствор гидроксиламина гидрохлорида с массовой долей 1 %; исследуемая вода.

Проведение анализа

В воде, свободной от ионов меди, цинка и марганца, общую жесткость определяют следующим образом. В коническую колбу вместимостью 300 см3 отмеривают такой объем анализируемой воды, чтобы суммарное содержание в ней ионов кальция и магния не превышало 0,5 моль/дм3, т. е. при ожидаемой жесткости воды 0,5 – 5,0 моль/ дм3 для анализа берут 100 см3 воды, при жесткости 5,0 – 10,0 моль/ дм3 – 50 см3, а при 10 – 20 моль/дм3 – 25 см3 воды.

Отобранный для анализа объем воды, если он менее 100 см3, доводят до объема 100 см3 дистиллированной водой, а затем добавляют к ней 5 см3 аммиачного буферного раствори с рН 10, 7 – 8 капель раствора эриохрома черного Т и титруют 0,1 или 0,05 моль/дм3 раствором трилона Б при интенсивном размешивании до перехода винно-красной окраски раствора в сине-зеленую.

Общая жесткость воды (в моль/ дм3)

Ж0= V × K ×1000 , a

где V – объем трилона Б, взятого для титрования, см3; К – коэффициент молярной концентрации трилона Б; а – объем воды, взятой для анализа, см3.

Точность определения при титровании 100 см3 пробы составляет 0,05 моль/ дм3.

При определении общей жесткости воды, содержащей ионы меди и цинка, в пробу перед титрованием трилоном Б добавляют 1 – 2 см3 раствора сульфида натрия с массовой долей 5 %. При наличии в воде марганца к ней перед титрованием добавляют 5 капель раствора гидроксиламина гидрохлорида с массовой долей 1 %. Иногда гидроксиламин вводят в раствор индикатора при его приготовлении.

83

Пример. На титрование 50 см3 воды израсходовано 8 см3 раствора трилона Б концентрацией 0,05 моль/дм3:

Жо = 8 ×0,05×1000 = 8 моль/ дм3. 50

Лабораторная работа № 6. Определение постоянной и временной жесткости воды для пивоварения

Цель работы: освоить комплексонометрические методы определения постоянной и временной жесткости воды.

Оборудование и материалы: плоскодонная колба, об-

ратный холодильник; исследуемая вода, дистиллированная вода.

Краткие теоретические сведения

Удаляемая при кипячении часть общей жесткости называется временной или устранимой.

Постоянная жесткость составляет часть общей жесткости, которая не устраняется при кипячении воды. При кипячении же устраняется та часть ионов кальция и магния, которая в результате взаимодействия с содержащимися в воде би- карбонат-ионами (НСО3-) образует малорастворимые карбо-

наты, выпадающие в осадок Са2+ + 2 НСО3–→ СаСО3 + 4 Н2О + СО2

При кипячении воды вследствие улетучивания углекислого газа ионное равновесие в приведенном уравнении смещается вправо.

Проведение анализа

1. Определение постоянной жесткости. В плоскодон-

ную колбу вместимостью 750 см3 отмеривают 500 см3 воды. Колбу с водой взвешивают, присоединяют к обратному холодильнику, ставят на нагревательный прибор и кипятят в тече-

84

ние 1 ч. По окончании кипячения колбу с водой охлаждают, доводят до исходной массы дистиллированной водой и фильтруют через бумажный фильтр. В фильтрате определяют постоянную жесткость Жп титрованием трилоном Б так же, как и при определении общей жесткости. Расчет ведется по ранее приведенной формуле.

Пример. Для титрования 100 см3 прокипяченной воды израсходовано 3,9 см3 0,05 моль/дм3 раствора трилона Б:

Жп = 3,9 ×0,05×1000 =1,95моль/ дм3, 100

где V- объем трилона Б, взятого для титрования, см3; К- коэффициент молярной концентрации трилона Б; а- объем воды, взятой для анализа, см3.

2. Определение величины временной (устранимой) же-

сткости. Временная жесткость вычисляется по разности между общей и постоянной жесткостью:

Жв = Жо – Жп.

В значительной части природных вод величина временной жесткости близка к карбонатной жесткости, т. е. количеству кальция и магния, эквивалентному количеству карбонатов и гидрокарбонатов. Однако она не идентична карбонатной, так как ионы магния удаляются при кипячении в виде нерастворимых осадков Mg(OH)2CO3 только при рН > 9. Кроме того, при кипячении возможно также частичное удаление в осадок сульфата кальция.

Пример. При общей жесткости воды 8 моль/ дм3 и постоянной 1,95 моль/ дм3 временная жесткость составит

Жв = 8 – 1,95 = 6,05 моль/ дм3.

Лабораторная работа № 7. Определение содержания ионов кальция и магния

в воде для пивоварения

Цель работы: освоить комплексонометрические методы определения содержания ионов кальция и магния в воде для пивоварения.

85

Оборудование и материалы: конические колбы; му-

рексид, 1 моль/дм3 раствор гидроксида натрия, исследуемая вода.

Краткие теоретические сведения

Определение содержания ионов кальция основано на свойстве ионов кальция в щелочной среде (при рН 12) образовывать с индикатором мурексидом (пурпуреатом аммония) соединения, окрашивающие водный раствор в розовый цвет. Однако это соединение менее прочное, чем комплекс, образующийся с трилоном Б. Поэтому при добавлении к воде, содержащей ионы кальция, мурексида и титровании ее трилоном Б в момент полного связывания ионов кальция в комплексе с трилоном Б розовая окраска раствора изменится на лиловую.

Проведение анализа

Для анализа берут такой объем воды, чтобы содержание в нем ионов кальция не превышало 0,5 моль/дм3. Поэтому в зависимости от ожидаемой концентрации ионов кальция в коническую колбу вместимостью 250 см3 отмеривают 100, 50 или 25 см3 воды. Если взятый объем воды меньше 100 см3, к ней добавляют до 100 см3 дистиллированную воду. В эту же колбу добавляют 2 см3 1 моль/дм3 гидроксида натрия и 0,1 – 0,2 г индикатора мурексида. Содержимое колбы после размешивания титруют 0,1 моль/дм3 раствором трилона Б до перехода розовой окраски раствора в лиловую. Точку эквивалентности можно сделать более отчетливой, если анализируемую воду предварительно подкислить соляной кислотой и прокипятить для удаления углекислого газа. В этом случае в анализируемую пробу прибавляют несколько см3 0,1 моль/дм3 соляной кислоты до кислой реакции по лакмусовой бумажке, кипятят 5 мин и после этого в нее добавляют гидроксид натрия и индикатор.

Кальциевая жесткость (в моль/дм3)

86

ЖСа = V × K ×1000 ,

а

где V – объем трилона Б, пошедшего на титрование, см3; К – коэффициент молярной концентрации трилона Б; а – объем воды, взятой для анализа, см3.

Пример. На титрование 100 см3 воды израсходовано 9,7 см3 0,05 моль/дм3 раствора трилона Б:

Ж Са = 9,7 ∙ 0,05 ∙ 1000 / 100 = 4,85 моль/ дм3.

Содержание ионов магния вычисляют по разности между общей и кальциевой жесткостью

ЖМg= Жо – ЖСа.

Пример. Общая жесткость воды – 8 моль/ дм3, а кальциевая – 4,85 моль/ дм3

ЖМg.= 8 – 4,85 = 3,15 моль/ дм3.

Лабораторная работа № 8. Определение содержания ионов железа в воде для пивоварения

Цель работы: освоить методы определения количества ионов железа в воде.

Оборудование и материалы: мерные и широкогорлые колбы; серная кислота ч. д. а., разбавленная (1 : 2); 0,1 моль/дм3 раствор перманганата калия; 0,1 моль/дм3 раствор щавелевой кислоты; соляная кислота ч. д. а., разбавленная (1 : 1); раствор роданида калия с массовой долей

20 %, ч. д. а.

Краткие теоретические сведения

Ионы железа постоянно присутствуют в поверхностных и подземных водах. Высокое содержание ионов железа в производственной воде отрицательно влияет на вкус пива. Кроме того, выпадая в виде гидроокиси, железо затрудняет ведение технологического процесса. Определение ионов железа (Fe3+) основано на их взаимодействии с роданидом кальция KCNS с обра-

87

зованней соединения, сообщающего раствору розовую окраску. Ион Fe2+ перед определением должен быть окислен в Fe 3+.

Качественное определение ионов железа состоит в следующем. В пробирку отмеривают 10 см3 воды, прибавляют одну каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида водорода с массовой долей 5 % и 0,5 см3 раствора роданида калия с массовой долей 20 %. При содержании ионов железа около 0,1 мг/ дм3 раствор окрасится в розовый цвет, а при более высоком содержании – в красный.

Количественное определение основано на колориметрировании окрашенного раствора.

Проведение анализа

В широкогорлую колбу вместимостью 200 см3 отмеривают 50 см3 исследуемой воды, содержащей не более 4 мг железа в 1 дм3, или же меньший ее объем, разбавленный дистиллированной водой до 50 см3 (1 : 2). В колбу добавляют 2,5 см3 разбавленной серной кислоты, 2,5 см3 0,1 моль/дм3 раствора перманганата калия и смесь кипятят 3 – 5 мин до тех пор, пока не испарится, по крайней мере, 5 см3 жидкости. Горячий раствор обесцвечивают 0,1 моль/дм3 щавелевой кислотой и осторожно прибавляют к нему раствор перманганата калия до появления розового окрашивания. Далее в колбу прибавляют 2,5 см3 разбавленной (1 : 1) соляной кислоты и 5 см3 раствора роданида калия. После перемешивания определяют оптическую плотность раствора, вводят поправку на оптическую плотность холостой пробы, приготовленной таким же способом, но с дистиллированной водой. По градуировочному графику находят содержание ионов железа в пробе.

Содержание ионов железа в воде СFe+, мг/ дм3,

с ×50

СFe+= V ,

где С – концентрация железа, найденная по графику, мг/ дм3; V – объем пробы, взятой для определения, см3.

Точность данного метода ± 0,05 мг.

88

Для построения градуировочного графика готовят основной раствор растворением в дистиллированной воде 0,8634 г NH4 Fe(SO4)2 12H2О ч. д. а., к которому прибавляют 2 см3 концентрированной НС1 и доводят объем до 1 дм3; 1 см3 раствора содержит 0,100 мг железа. Разбавляя 50 см3 основного раствора дистиллированной водой до 1 дм3, получают рабочий раствор, 1 см3 которого содержит 0,005 мг железа.

В ряд мерных колб вместимостью по 50 см3 отмеривают

0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0; 40,0 см3 рабочего раство-

ра и доводят их дистиллированной водой до метки. В приготовленной серии растворов, содержащих 0,0; 0,05;0,1; 0,2;...; 4,0 мг/ дм3 железа, определяют оптическую плотность так же, как и при анализе воды. Рассчитывают оптическую плотность холостой пробы и строят график в координатах: оптическая плотность – концентрация железа.

Лабораторная работа № 9. Качественное и количественное определение

содержания ионов аммония и аммиака

Цель работы: освоить методы определения количества ионов аммония и аммиака в воде.

Оборудование и материалы: химические стаканы; тар-

трат калия-натрия, реактив Несслера; раствор трилона Б с массовой долей 50 %; раствор тиосульфата, исследуемая вода.

Краткие теоретические сведения

Ионы аммония и аммиак появляются в грунтовых водах в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, а также попадают при загрязнении их бытовыми или некоторыми промышленными сточными водами.

Качественное определение ионов аммония основано на его взаимодействии в щелочной среде с йодомеркуратом калия (реактив Несслера), в результате которого образуется аммиачнойодистое соединение ртути, окрашивающее реакционную смесь в желтый цвет:

89

NH4OH + ЗКОН + 2K2HgI4 → NH2Hg2OI+ 7KI + ЗН2О.

Проведение анализа

1.Качественное определение. В химический стакан вме-

стимостью 100 см3 наливают 10 см3 профильтрованной воды,

добавляют несколько кристаллов тартрата калия-натрия для устранения влияния солей жесткости и 0,5 см3 реактива Несслера. Желтое окрашивание раствора или выпадение темнокоричневого осадка указывает на присутствие аммиака.

В присутствии повышенного количества гуминовых кислот, которые в щелочной среде вызывают побурение раство-

ра, рекомендуется ставить холостой опыт, добавляя к воде тартрат калия-натрия и 0,5 см3 раствора гидроксида натрия с массовой долей 15 %.

Присутствие аммиака с помощью реактива Несслера обнаруживается уже при концентрации 0,1 мг/ дм3.

Данный метод не применим при наличии в воде ацетона, альдегидов, спиртов и некоторых других соединений, реагирующих с реактивом Несслера. Определению мешают ионы, обусловливающие жесткость воды, железо, хлор. Влияние ионов устраняют добавлением к анализируемой пробе раствора трилона Б, а влияние хлора — раствора тиосульфита.

2.Количественное определение. К 50 см3 анализируемой воды или к меньшему ее объему, доведенному до 50 см3 дис-

тиллятом, прибавляют 1 – 2 капли, а при анализе очень жестких вод — 0,5 – 1,0 см3 раствора трилона Б с массовой долей

50 %, смесь тщательно перемешивают. Затем прибавляют 1 см3 реактива Несслера и снова перемешивают. По истечении 10 мин раствор колориметрируют на фотоэлектроколориметре с фиолетовым светофильтром (λ = 400 – 425 нм).

Из величины оптической плотности вычитают оптическую плотность в холостом опыте и по градуировочному гра-

фику находят содержание ионов аммония в пробе. Содержание ионов аммония в воде (в мг/ дм3)

90