Metody chemiczne

Umożliwiają oznaczenie całkowitej ilości wody, zarówno wolnej jak i związanej. Stosowane są dwie metody: metoda Karla Fischera i z węglikiem wapnia.

• Karla Fischera (oraz modyfikacje tej metody)

Oznaczenie polega na bezpośrednim miareczkowaniu metanolowego roztworu próbki badanego produktu odczynnikiem K.Fischera (metanolowy roztwór jodu, tlenku siarki (IV) i pirydyny) i obliczeniu procentowej zawartości wody na podstawie objętości odczynnika Fischera zużytego w trakcie miareczkowania. Warunkiem uzyskania prawidłowego wyniku jest nieobecności w produkcie innych substancji mogących reagować ze składnikami odczynnika Fischera absorbującymi jod.

(reakcja)

Tlenek siarki (IV) redukuje jod w roztworze metanolu i pirydyny stechiometrycznie do ilości wody zawartej w próbce; obecność pirydyny jest konieczna do zobojętnienia nadmiaru kwasu siarkowego (VI) tworzącego się w początkowym etapie reakcji.

W praktyce mogą być stosowane 2 techniki postępowania

• Bezpośrednie miareczkowanie roztworu lub wyciągu metanolowego do chwili pojawienia się żółtego zabarwienia pochodzącego od nadmiarowej kropli jodu

• Traktowanie wyciągu nadmiarową ilością odczynnika standardowym roztworem metanolowym wody, do chwili zniknięcia żółtego zabarwienia

Metoda K Fischera należy do bardzo dokładnych i jest zalecana zwłaszcza do materiałów zawierających niewielkie ilości wody. Daje nieco zawyżone wyniki w stosunku do metody suszarkowej (w reakcje wchodzi również woda chemicznie związana)

Metoda refraktometryczna

Opiera się na pomiarze współczynnika załamania światła (refrakcji) światła.

Wartość refrakcji stanowią: Suma refrakcji poszczególnych atomów wchodzących w skład związku i ich udziałów procentowych, Refrakcja grup funkcyjnych, wiązań, konfiguracji

Oznaczanie zawartości cukrów

Cukry to inaczej węglowodany, a sama nazwa węglowodany oznacza że są to związki węgla i wody i dlatego można cukry przedstawić wzorem empirycznym. Cn(H2O)n w którym węgiel przedstawia się jako uwodniony.

Metody oznaczania cukrów

Wśród metod oznaczania cukrów można wyróżnić:

• Densymetryczne - opierają się na zależności między gęstością cieczy i zawartością sacharydu

• Refraktometryczne - opierają się na pomiarze współczynnika załamania światła

• Polarymetryczne - wykorzystują zdolność skręcania płaszczyzny przez cząsteczki sacharydów

• Absorpcyjne - opierają się na pomiarze absorbancji związków barwnych

• Chemiczne (miareczkowe)

• Enzymatyczne

• Chromatograficzne (TLC, HPLC, GC)

Oznaczanie cukrów

W produktach spożywczych właściwości redukujące wykazują: aminokwasy (cysteina, kwas asparaginowy) białka niektóre kwasy organiczne) aldehydy, Aby ograniczyć wpływ tych związków stosuje się odbiałczanie i klarowanie roztworów zawierających cukry.

Jeżeli produkt oprocz cukru zawiera alkohol przed oznaczaniem stosuje się destylacje w celu usunięcia alkoholu.

Płyny klarujące

• Płyny Carreza

15% roztwór heksocjanożelazianu II potasu - płyn Carreza I

30% roztwór siarczanu VI cynku - płyn Carreza II

25% roztwór octanu ołowiu II

Nasycony roztwór wodorofosforanu sodu

W trakcie klarowania zachodzi następująca reakcja:

(reakcja)

Powstający w reakcji koloidalny heksacyjanożelazian II cynku II opadając w formie osadu współstrąca ze sobą związki wielkocząsteczkowe.

• Płyny Harlesa

340 g azotanu ołowiu II/ I-płyn Harlesa I

32 g NaOH płyn - płyn Harlesa II

Do klarowania stosuje się także - w zależności od produktu - wodorotlenek miedzi II, octan ołowiu II, azotan V rtęci II z wodorotlenkiem sodu, kwas chlorooctowy, 70% etanol, aceton.

Metody polarymetryczne

Wykorzystują zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego przez cząsteczki sacharydów, w których obecne SA asymetryczne atomy węgla.

Atomami asymetrycznymi mogą być atomy pierwiastków czterowartościowych.

Miara aktywności optycznej albo skręcalnością danego związku jest kat skręcenia płaszczyzny polaryzacji alfa D, t który otrzymuje się gdy promień światła spolaryzowanego przebiega drogę 1dm w środowisku skręcającym przy stężeniu 100g substancji w 100ml roztworu.

Zależność liczbowa miedzy stężeniem roztworu cukru (p) katem skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego alfa, grubością warstwy roztworu (l) i skręcalnością danego związku alfa D 20 ujmuje wzór Biota

P=100 razy alfa / l razy alfa D 20

Polarymetry

W polarymetrach wykorzystuje się jednobarwne światło monochromatyczne, najczęściej lampy sodowe. Światło podlega polaryzacji w pryzmacie Nicola będącego przeciętym kawałkiem szpatu islandzkiego sklejonym za pomocą balsamu kanadyjskiego.

(zdjęcie)

Promień świetlny, padając na pryzmat Nicola ulega rozszczepieniu na dwie frakcje , promień zwyczajny (ulęgający całkowitemu wewnętrznemu odbiciu i nadzwyczajny przechodzący jako spolaryzowany)

Oznaczanie sacharozy w produktach cukrowniczych

Polaryzacja bezpośrednia - metodę tę stosuje się do produktów i półproduktów cukrowniczych zawierających duży udział s.s (charakteryzujących się wysoką czystością produktu)

SKALA CUKROWA

26g w kolbie o pojemności 100 ml i spolaryzowana w rurce 200 mm daje polaryzacje +100 stopni S

Polaryzacja inwersyjna - metodę te stosuje się w celu wyeliminowania wpływu niecukrów na polarymetryczne oznaczenie sacharozy.

Ten sam roztwór (26g sacharozy/100 ml) po inwersji wykazuje polaryzacje -33,5 stopni S. łączna zmiana wynosi 133,5 stopni S.

Metody chemiczne (miedziowe) oznaczania cukrów

Metody chemiczne stosuje się do oznaczania cukrów prostych i ich mieszanin, disacharydów redukujących i ich mieszanin, disacharydów nieredukujących po uprzedniej ich hydrolizie

Metody te polegają najczęściej na redukcji soli miedzi II w środowisku alkalicznym przez cukry redukujące

Uzyskane wyniki analizy interpretuje się następująco:

W przypadku indywidualnego węglowodanu, np. laktozy w mleku, wynik oznaczenia jest równoznaczny z oznaczeniem jego zawartości w danym produkcie

W przypadku mieszaniny cukrów prostych wynik oznaczenia jest wyrażany jako zawartość cukrów redukujących.

W przypadku mieszaniny cukrów redukujących i sacharozy wynik oznaczania jest wyrażany jako suma cukrów redukujących występujących w analicie i zawartości cukrów redukujących powstałych z…..

Metody oparte na bezpośrednim miareczkowaniu

• Metoda Fehlinga - polega na miareczkowym oznaczeniu ilości cukru redukującego w roztworze potrzebnej do całkowitej redukcji jonów miedzi Cu2+ zawartej w roztworze odczynników Fehlinga I i II o znanym mianie (koniec miareczkowania rozpoznaje się po zaniku barwy niebieskiej - subiektywna)

I 69,28 g CuSO4x5H2O/I

II 346 g winianu sodowo-potasowego i 100g NaOH/I

• Metoda Lane-Eynona - jest modyfikacją metody Fehlinga , różnica polega na dodaniu pod koniec miareczkowania błękitu metylenowego (wskaźnika) którego barwa zanika w momencie gdy w roztworze jony miedzi II przereagowały do Cu2O. Metoda ta jest stosowana powszechnie w przemyśle cukierniczym.

Metody oparte na miareczkowym oznaczeniu zredukowanej miedzi

• Metoda Bertranda - polega na ilościowym zredukowaniu jonów Cu2+ do Cu2O przez cukry w środowisku zasadowym w temperaturze wrzenia, przy użyciu mieszaniny płynów Bertranda I i II. Oddzieleniu osadu Cu2O od mieszaniny reakcyjnej na lejku Schotta w warunkach bez dostępu tlenu, przemyciu osadu (przegotowaną gorącą wodą) i rozpuszczeniu go w płynie Bertranda III

• I 40 g CuSO4 x 5G2O/I

• II 200 g winianu sodowo potasowego

• III

(pierwszy etap jest taki jak w fehlingu - umieć te reakcje)

Pod wpływem kwasu siarkowego następuje rozpuszczenie Cu2O i utlenienie jonów Cu+ do Cu2+ z równoczesną redukcją żelaza Fe3+->Fe2+

Cu2O + Fe2(SO4)3 + H2SO4 0> 2 CuSO4 + 2FeSO4 + 2H2O

(reakcje)

(miedz sie utlenia żelazo sie redukuje )

Metoda Scalesa - oznacza się ja cukry ogółem , uproszczenie Bertranda 0 polega na oznaczeniu ilości wytraconego osadu Cu2O bez oddzieleniu mieszaniny poreakcyjnej. Cu2 rozpuszcza się w mocnym nieutleniającym kwasie HCl. Po rozpuszczeniu osadu nadmiar kwasu neutralizuje się węglanem sodu.

Cu2O + 2HCL->2CuCl + H2O

Do obojętnego roztworu daje się określoną ilość mianowanego roztworu jodu. Nadmiar jodu odmiareczkowuje się tiosiarczanem sodu.

(reakcje)

Metody miedziowe - służą do oznaczania cukrów redukujących.

Metody chromatograficzne

Sacharydy można oznaczyć metodami chromatografii cienkowarstwowej TLC, chromatografii gazowej GC lub wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC

Sacharydy jako związki nielotne, przez oznaczenie za pomocą GC muszą być przeprowadzone w lotne pochodne trimetylosililowe TMS. W tym celu prowadzi się sililację, używając mieszaniny złożonej z heksametylodisilazanu, trimetylochlorosilanu i pirydyny. Do oznaczenia stosuje się detektor jonizacji płomieniowej FID.

W HPLC do detekcji sacharydów używa się detektora refraktometrycznego RI. Identyfikacje prowadzi się po rozdziale składników próbki na odpowiedniej kolumnie chromatograficznej, biorąc pod uwagę czasy retencji, a ilość poszczególnych cukrów w próbce oblicza się, biorąc pod uwagę powierzchnie rozdzielonych pików. Metody te można stosować jeżeli w roztworze nie znajdują się substancje interferujące.

Przykład

Analizę chromatograficzną wykonywano przy użyciu chromatografu HPLC firmy Knauer. Warunki rozdziału: kolumna wapniowa Aminex HPX087C, faza ruchoma: woda, przepływ O,5ml/minm temperatura 85stopni, detektor RI.

Metody oznaczania wody w produktach spożywczych:

Termograwimetryczne (termicznego suszenia)- usunięcie wody z badanego materiału przez suszenie w podwyższonej temp. Pod normalnym lub zmniejszonym ciśnieniem w warunkach umownych, w których pozostałe składniki nie ulegają rozkładowi i przy założeniu, że woda jest jedynym składnikiem lotnym.

Refraktometryczne - pomiar współczynnika załamania światła

Chemiczne (Fishera i pokrewne) - Fishera - bezpośrednie miareczkowanie metanolowego roztworu próbki badanego roztworu odczynnikiem Fishera (metanolowy roztw. Jodu, tlenku siarki i pirydyny i obliczeniu procentowej zawartości wody na podstawie objętości zużytego odczynnika Fishera. Przy czym nie mogą być obecne substancje reagujące z odczynnikiem Fishera. Pirydyna zobojętnie nadmiar kwasu siarkowego.

H₂O+I₂+SO₂+3C₅H₅N+CH₃OH→C₅H₅NHI+C₅H₅NSO₄HCH₃

Destylacji azeotropowej

Spektofotometrczne w bliskiej podczerwieni

Dielektryczne

Rezonansu NMR

Oznaczanie kwasowości:

Kwasowość- miara zawartości kwasu lub mieszaniny kwasów w produkcie.

Kwasowość miareczkowa- oznaczana przez miareczkowanie badanego roztw ługiem o znanym stężeniu np. wodorotlenek sodu o ściśle określonym mianie. Miareczkujemy w obecności fenoloftaleiny jako wskaźnika.

Kwasowość lotna - wyraża się liczbą cm3 1M NaOH zużytego do miareczkowania lotnych kwasów zawartych w 100 g lub 100 cm3 produktu albo przelicza się na zawartość kwasu octowego

---