ĆWICZENIE NR 4

ZASTOSOWANIE REFRAKTOMETRII I POLARYMETRII

W ANALIZIE ŻYWNOŚCI

ROZDZIELANIE MIESZANIN JEDNORODNYCH I NIEJEDNORODNYCH

1. CEL ĆWICZENIA:

- nabycie umiejętności obsługi różnych typów refraktometrów oraz umiejętność wyznaczania współczynnika załamania światła oraz

- nabycie umiejętności obsługi polarymetru oraz umiejętność wyznaczania pomiaru kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji

- nabycie umiejętności obsługi różnych typów wirówek

2. WPROWADZENIE

Pomiary refraktometryczne cieczy stosowane są do celów analitycznych wszędzie tam, gdzie składniki mieszanin lub roztworów wykazują różne współczynniki załamania, dyspersji średniej lub refrakcji molowej. Efekt załamania światła na granicy dwóch ośrodków, określany kątem padania ၡ i załamania ၢ, jest najczęściej obserwowanym zjawiskiem wynikającym z oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią. W wyniku oddziaływania występuje głównie polaryzacja elektronowa atomów i cząsteczek co warunkuje określoną prędkość światła w danym ośrodku.

Światło widzialne (400 - 800 nm) rozchodzące się w próżni z prędkością c=3*10⁸m/s w ośrodku gęstszym optycznie ma prędkość v mniejszą. Miarą tzw. bezwzględnego współczynnika załamania światła jest iloraz c/v wyrażany wzorem:

n = c/v = sinα/sinβ

Zależność tą wykorzystujemy do oznaczania współczynnika załamania światła w refraktometrach typu Abbego. Współczynnik załamania światła zależy od długości fali padającego światła, rodzaju substancji i jej stężenia oraz od temperatury środowiska.

Oprócz współczynnika załamania światła można odczytać również bezpośrednio stężenie np. cukru. Oznaczenie stężenia innych substancji wymaga przed oznaczeniem właściwym wykonania tzw. krzywej kalibracyjnej n = f(c) dla roztworów wzorcowych.

Najbardziej popularnymi refraktometrami są refraktometr typu Abbego, refraktometr zanurzeniowy (immersyjny) i refraktometr ręczny.

Związki optycznie czynne, do których należą cukry, białka, biopolimery, wykazują zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji. Pomiar kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji umożliwia różnicowanie ich własności optycznych (prawo i lewoskrętne), wynikających z budowy chemicznej. Związki takie nazywa się optycznie czynnymi, a zdolność skręcania płaszczyzny polaryzacji - aktywnością optyczną. Warunkiem występowania aktywności optycznej jest nieidentyczność wzoru chemicznego związku z jego lustrzanym odbiciem (chiralność). Najczęściej chiralność związków organicznych związana jest z asymetrycznym atomem węgla (atomem związanym z czterema różnymi podstawnikami). Czynność optyczna danego związku chemicznego występuje dla każdej jego postaci (stałej, ciekłej, gazowej).

Kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji ϕ dla roztworów jest proporcjonalny do stężenia - c i długości drogi światła w roztworze - l [el]. Wzór taki ma postać:

ϕ = [α] * c * l

α - skręcalność właściwa

Związki chemiczne optycznie czynne różnią się kierunkiem skręcania płaszczyzny polaryzacji i wartością skręcalności właściwej α. Dla prawoskrętnych przyjmuje się oznaczenie „+” dla lewoskrętnych „-” Obecność w roztworze izomeru optycznego danego związku chemicznego może spowodować zmianę wartości α lub w granicznym przypadku (równe stężenie izomerów +, -) zanika aktywności optycznej.

Kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji zależy od stężenia substancji optycznie czynnej, długości drogi promieni w roztworze oraz od skręcenia właściwego charakterystycznego dla danej substancji. Skręcenie właściwe jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji optycznie czynnej rozpuszczonej w danym rozpuszczalniku w stałej temperaturze i dla danej długości fali świetlnej.

Schemat blokowy polarymetru kołowego

1-źródło światła; 2-kolimator; 3-polaryzator; 4-urządzenie półcieniowe; 5-rurka polarymetryczna; 6-analizator; 7-pokrętło analizatora; 8-okular

3. WYKONANIE ĆWICZENIA

Oznaczyć zawartość ekstraktu w przetworach owocowych lub warzywnych wg załączonych norm.

A. Dokonać pomiaru współczynnika załamania światła oraz zawartość cukru w

otrzymanych próbach

3.1. Przygotowanie próbki ( w zalezności od konsystencji badanej próby):

3.1.1. Produkty ciekłe

Ostrożnie wymieszać i przejść do oznaczania.

1. Produkty półgęste, purée, soki owocowe z ciałami stałymi w

zawiesinie

Ostrożnie wymieszać średnią próbkę laboratoryjną, a potem poddać ją homogenizacji. Przefiltrować część próbki przez suchą gazę złożoną we czworo, usunąć pierwsze krople, a następnie rozpocząć oznaczanie na filtracie.

3.1.3. Produkty gęste (dżemy oraz galaretki)

Jeżeli produkty wcześniej poddane homogenizacji nie mogą być od razu użyte, odmierzyć wagowo 40 g produktu z dokładnością do 0,01 g w 250 ml zlewce i dodać 100 ml wody destylowanej.

Ostrożnie podgrzewać przez dwie lub trzy minuty, mieszając pałeczką szklaną.

Schłodzić, wlać zawartość zlewki do odpowiednio wytarowanego naczynia, używając wody destylowanej jako płynu spłukującego, dodać wody destylowanej, tak, aby otrzymać około 200 g produktu, zważonego z dokładnością do 0,01 g, i dokładnie wymieszać roztwór.

Pozostawić na 20 minut, potem przecedzić przez filtr lub lejek Büchnera.

Dokonać pomiaru na filtracie.

3.1.4. Produkty mrożone

Rozmrozić oraz usunąć pestki i gniazda nasienne. Wymieszać produkt z cieczą powstałą w czasie rozmrażania i postępować jak w 1.2. lub 1.3.

3.1.5. Produkty suche lub produkty zawierające cały owoc albo jego kawałki

Pokroić próbkę laboratoryjną - lub jej część - na małe kawałki, usunąć pestki i gniazda nasienne i dokładnie wymieszać.

Odmierzyć wagowo 10-20 g produktu z dokładnością do 0,01 g w zlewce.

Dodać wody destylowanej w ilości odpowiadającej pięciokrotnej masie produktu. Umieścić w łaźni wodnej na 30 minut, mieszając od czasu do czasu pałeczką szklaną. Po schłodzeniu kontynuować w sposób podany w 1.3.

3.1.6. Produkty zawierające alkohol

Odmierzyć wagowo 100 g próbki, z dokładnością do 0,01 g, do wytarowanej zlewki. Zlewkę umieścić w łaźni wrzącej wody na 30 minut, mieszając od czasu do czasu pałeczką szklaną oraz w razie potrzeby, dodać wody destylowanej.

Gdy zawartość alkoholu przekroczy ok. 5% masy, dodać jeszcze wody destylowanej i ponownie umieścić zlewkę w łaźni wodnej na 45 minut.

Po schłodzeniu, zważyć końcową zawartość wytarowanego naczynia, w razie potrzeby przefiltrować i kontynuować oznaczanie.

Rozdzielanie substancji jest jednym z najważniejszych problemów w pracy

laboratoryjnej. Problem ten ma istotne znaczenie zarówno dla preparatyki, jak i dla analizy chemicznej. Dlatego niezbędne jest poznanie podstawowych metod rozdzielania substancji. W większości metod rozdziału substancji wykorzystuje się różnice ich właściwości chemicznych i fizycznych w celu zagęszczenia poszczególnych składników faz układu. Następnie rozdziela się te fazy metodami fizycznymi. Możliwe są następujące układy:

1. ciało stałe - ciecz.

2. ciało stałe - gaz,

3. ciało stałe - ciało stałe

4. ciecz - ciecz,

5. ciecz - gaz,

6. mieszanina gazów

W praktyce laboratoryjnej najczęściej spotykanym układem jest układ ciało stałe - ciecz. Rozdzielanie takiego układu można prowadzić stosując następujące metody:

1. odparowanie składnika ciekłego

2. odsączenie lub odwirowanie składnika stałego

3. dekantacja cieczy znad osadu

2. Wykonanie ćwiczeń

A) oznaczenie refraktometryczne

1. otworzyć refraktometr, odchylić do oporu pryzmat nasadkowy (Rys. 1),

2. oczyścić powierzchnie pryzmatów za pomocą miękkiej ściereczki zwilżonej

etanolem i osuszyć bibuła filtracyjną,

3. na powierzchnię płaszczyzny pomiarowej wkroplić kilka kropel badanej cieczy

(wody destylowanej),

4. opuścić pryzmat nasadkowy dolny pryzmat, zamknąć refraktometr,

5. przy pomocy zwierciadła oświetlić dolny pryzmat refraktometru,

6. przeprowadzić obserwację obrazu w prawym okularze refraktometru, poprzez

regulację gałka bębna uzyskać, ostre, wyraźne i bezbarwne rozgraniczenie

jasnego i ciemnego pola widzenia obserwowanego w okularze. 

7. rozgraniczenie pól widzenia w prawym okularze naprowadzić dokładnie

(poprzez regulację gałką bębna) dokładnie na środek skrzyżowanych linii

widocznych w okularze,

8. w lewym okularze odczytać wartość współczynnika załamania światła oraz

zawartość cukru na skali cukrowej badanej próby,

9. każdy pomiar należy przeprowadzić trzykrotnie,

10. uwaga: po każdym pomiarze należy przetrzeć powierzchnie pryzmatów

ściereczką nasączoną etanolem i osuszyć bibułą filtracyjną.

11. Wyniki zestawić w tabeli

Rysunek 1 Budowa refraktometru źródło: http://fizyka.polsl.pl/dydaktyka/lab/a/optyka/3_refraktometr/index.htm

1 - obudowa pryzmatu głównego, 2 - płaszczyzna pomiarowa, 3 - łącznik termostatowania, 4 - termometr, 5 - osłona termometru, 6 - pryzmat nasadkowy, 7 - obudowa pryzmatu, 8 - pokrętło pryzmatów Amiciego, 9 - tubus, 10 - śruba justująca, 11 - okular. Przyrząd można połączyć z termostatem i mierzyć zmiany współczynnika załamania (i dyspersji) w funkcji temperatury.

B Wyznaczanie skręcalności właściwej (zdolności skręcającej) roztworu cukru o znanym stężeniu

1. Przygotować roztwór cukru; zapisać stężenie (g/100cm³)

2. Włączyć polarymetr (czarny przycisk).

3. Szklana rurkę przepłukać kilka razy wodą destylowaną a następnie napełnić ją wodą (woda destylowana).

4. Po napełnieniu z "czubkiem" rurki wodą przykryj ją szkiełkiem i przykręcić specjalną nakrętką z uszczelką. Po zakręceniu nie powinno być bańki powietrza w naczyniu. Pamiętaj aby rurka była zawsze sucha i czysta.

5. Włóż czystą i suchą rurkę do polarymetru.

6. Analizator ustaw do odczytu tak aby pasek środkowy i pozostała część pola widzenia były jednakowo ciemne (patrz rysunek)

7. Odczytaj kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji światła (ϕ₀); powinien wynosić ok. 0º; zanotuj wynik. (kąt skręcania odczytujemy na podziałce noniusza; sposób odczytu przedstawiono na rysunku. Pomiar dokonaj trzykrotnie.

źródło: instrukcja obsługi refraktometru

8. Wylej wodę z rurki, przepłucz ją badanym roztworem (roztwór cukru) a następnie napełnij ją tym samym roztworem.

9. Włóż suchą i czystą rurkę do polarymetru.

10. Po włożeniu rurki do polarymetru następuje zmiana pola widzenia; analizator ustaw do odczytu tak aby pasek środkowy i pozostała część pola widzenia były jednakowo ciemne (patrz pkt 6).

11. Odczytaj kąt skręcania roztworu cukru (ϕ₁) zgodnie z pkt 7 ; zanotuj wynik. Pomiar dokonaj trzykrotnie

12. Oblicz skręcalność właściwą zgodnie z wzorem

gdzie:

α - skręcalność właściwa

ϕ - kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji światła (º)

c - stężenie cukru

l - długość rurki (dm³)

B Oznaczyć stężenie roztworu cukru

1. Włączyć polarymetr (czarny przycisk).

3. Szklana rurkę przepłukać kilka razy badanym roztworem cukru

4. Po napełnieniu z "czubkiem" rurki badanym roztworem przykryj ją szkiełkiem i przykręcić specjalną nakrętką z uszczelką. Po zakręceniu nie powinno być bańki powietrza w naczyniu. Pamiętaj aby rurka była zawsze sucha i czysta.

5. Włóż czystą i suchą rurkę do polarymetru.

6. Analizator ustaw do odczytu tak aby pasek środkowy i pozostała część pola widzenia były jednakowo ciemne (patrz rysunek)

7. Odczytaj kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji światła (ϕ); badanego roztworu; pomiar dokonaj trzykrotnie.

8. Wylicz skręcalność właściwą zgodnie z wzorem

gdzie:

α - skręcalność właściwa

ϕ - kąt skręcania płaszczyzny polaryzacji światła (º)

c - stężenie cukru

l - długość rurki (dm³)

Skręcalności właściwa cukrów

Cukier	α	Cukier	α
D-Glukoza	+ 52,7	D -fruktoza	- 9,2
Laktoza	+ 55,3	D- Ryboza	- 2,4
Maltoza	+ 13,75	D-Deoksyryboza	- 5,6
Sacharoza	+ 66,0	D- Arabinoza	- 10,5

Współczynniki mierzono w temp 20^OC stosując światło żółtej linii sodu.

C Oznaczyć zawartość osadu w surowych olejach i tłuszczach wg EN ISO 15301

Przed przystąpieniem do odwirowania prób należy :

• sprawdzić stan techniczny urządzenia,

• sprawdzić czy kabel sieciowy oraz poszczególne elementy nie są uszkodzone

WSZELKIE CZYNNOSCI TECHNICZNE PRZEPROWADZAJ NA URZADZENIU ODŁACZONYM OD SIECI !

Centriuge MPW - 340

1. Włóż wtyczkę zasilania do kontaktu

2. Otwórz pokrywę wirówki: wciśnij przycisk [COVER RELEASE]

3. Do gilz odważ próby, pamiętaj o zachowaniu jednakowej masy gilz z próbami

4. Wyważone parami gilzy umieść w komorze wirówki

5. Zamknij pokrywę wirówki; dociśnij ją

6. Ustaw czas wirowania: przekręć pokrętło [TIME] w przeciwną stronę do ruchu wskazówek zegara na określoną wartość

7. Rozpocznij wirowanie: wciśnij przycisk [START] a następnie zgodnie z ruchem wskazówek ustaw pokrętło [SPEED] na żądaną liczbę obrotów. Pamiętaj o stopniowym zwiększaniu obrotów! Trwa wirowanie.

8. Po określonym czasie zacznij stopniowo zmniejszać obroty wirówki.

9. Poczekaj aż wirówka przestanie pracować. Po zatrzymaniu się wirnika otwórz pokrywę: wciśnij przycisk [COVER RELEASE]

10. Wyciągnij wtyczkę zasilania z kontaktu

11. Wyjmij gilzy z próbami z komory

12. Przelej próby a gilzy umyj, wysusz i odłóż na miejsce

4. ZAGADNIENIA DO PRZYGOTOWANIA

1. Budowa i zasada działania polarymetru kołowego

2. Zastosowanie polarymetrii

3. Rozdział mieszanin.

4. Budowa i zasada działania polarymetru kołowego

5. Zastosowanie polarymetrii

5. LITERATURA

1. Szczepaniak W. Metody instrumentalne w analizie chemicznej. Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997.

2. Terlecki J. (red.), Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki i fizyki. Podręcznik dla studentów., Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 1999.

3. Szyszko E. Instrumentalne metody analityczne. PZWL, 1982

4. Ewing G.E. Metody instrumentalne w analizie chemicznej. PWN, 1980.

Analityka żywności Technologia Żywności i Żywienie Człowieka studia drugiego stopnia

6

METODY OCENTY TOWARÓW TOWAROZNAWSTWO II ROK

ϕ = 9,3º

---