Ćwiczenie 4

OZNACZANIE STĘŻENIA KOFEINY W KAWIE ROZPUSZCZALNEJ METODĄ SPEKTROFOTOMETRYCZNĄ

ODCZYNNIKI

• kawa rozpuszczalna

• kofeina (tabletki)

• 0,05 M H₂SO₄

• MgO_(s)

• 1 % KMnO₄

• 5 % Na₂SO₃

• 99 % CH₃COOH

• 0,2 M Na₂S₂O₃

• 1 M bufor octanu cynku [Zn(OOCCH₃)₂/CH₃COOH]

• 0,25 M K₄[Fe(CN)₆]

APARATURA

• kolba miarowa: 500 ml,100 ml x 12

• zlewka: 500 ml, 5o ml, 25 ml

• pipeta; 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml x 3, 25 ml x 3

• cylinder 200 ml

• biureta automatyczna 25 ml

• czasza grzejna

• szpatułki x 2

• lejki: mały, średni

• sączki

• szkiełko zegarkowe

• kuweta

• spekrofotometr

• bagietka

• kolba stożkowa: 250 ml, 300 ml

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest oznaczenie stężenia kofeiny w kawie rozpuszczalnej metodą spektrofotometrii UV-Vis.

II. WSTĘP TEORETYCZNY

Kofeina - polepsza ukrwienie skóry, przyspiesza usuwanie toksyn. Jest alkaloidem występującym w ziarnach kawy i kakao, także liściach herbaty
i orzeszkach cola.

1,3,7-trimetyloksantyna lub 3,7-dihydro-1,3,7-trimetylo-1H-puryno-2,6-dion

Spektroskopia - oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią. Energia jest pochłaniana (absorpcja) lub wysyłana (emisja). W wyniku absorpcji promieniowania przez cząsteczki, następuje wzbudzenie odpowiednich poziomów energii, a efektem mierzonym jest widmo.

Spektrofotometria UV-Vis - w zakresie nadfioletu i światła widzialnego. Pod wpływem promieniowania następuje wzbudzenie elektronów a efektem jest elektronowe widmo absorpcyjne zwane krzywą absorpcji (zależność pomiędzy absorbancją a długością fali). Wzbudzenie elektronowe występuje wtedy, gdy w wyniku absorpcji promieniowania zachodzi przeniesienie elektronu z orbitalu o niższej energii na wolny orbital o energii wyższej.

Pochłanianie światła w rozcieńczonych roztworach substancji opisuje prawo Lamberta - Beera, które wiąże osłabienie przechodzącego strumienia z drogą optyczną wiązki, stężeniem i rodzajem substancji barwnej.

Stosunek natężenia promieniowania przepuszczonego I do padającego I_o
dla danej częstości nazywany jest transmitancją T próbki przy tej częstości:

Natężenie promieniowania przechodzącego przez próbkę zmienia się
z długością próbki, l, oraz stężeniem molowym substancji absorbującej, c, zgodnie z Prawem Lamberta - Beera:

ε - molowy współczynnik absorpcji (współczynnik ekstynkcji)
.

Molowy współczynnik absorpcji zależy od częstości promieniowania padającego i przyjmuje największe wartości dla tych częstości, przy których absorpcja jest najbardziej intensywna.

Absorbancja związana jest z transmitancją zależnością:

lub

Stąd prawo Lamberta - Beera może przyjąć postać:

Ponieważ współczynnik ekstynkcji jest stały dla danego związku, i stała jest grubość próbki to absorbancja jest wprost proporcjonalna do stężenia

A=f(c)

Analiza ilościowa metodą spektrofotometrii UV-Vis jest oparta na pomiarze absorbancji A badanego roztworu przy określonej długości fali λ zwanej analityczną długością fali. Najczęściej do oznaczeń ilościowych wybiera się długość fali odpowiadającą najbardziej intensywnemu pasmu absorpcji, czyli λ_max.

Ilościowe oznaczenia metodą spektrofotometrii UV-Vis należą do metod porównawczych. Najczęściej stosowaną metodą oznaczania stężenia pojedynczego składnika w mieszaninie jest metoda krzywej wzorcowej. Polega ona na pomiarze absorbancji roztworów badanego składnika o znanym stężeniu i wykreśleniu krzywej zależności A od stężenia. Pomiary wykonuje się względem ślepej próby (rozpuszczalnik). Stężenia składnika w próbce odczytuje się z krzywej wzorcowej na podstawie zmierzonej wartości absorbancji.

III. WYKONANIE ĆWICZENIA

Przygotowanie roztworów wzorcowych kofeiny

1. Przygotować roztwór podstawowy kofeiny rozpuszczając 3 tabletki z kofeiną (40 mg kofeiny w 1 tabletce) w 100 ml wody.

2. Do 8 kolb miarowych o pojemności 100 ml odmierzyć: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6 ml roztworu podstawowego, uzupełnić wodą do kreski
   i dokładnie wymieszać.

3. Obliczyć stężenia przygotowanych roztworów.

Przygotowanie badanej próbki

1. Odważyć 0,3 g kawy rozpuszczalnej i wsypać do kolby miarowej o pojemności 500 ml.

2. Dopełnić wodą destylowaną i wymieszać.

3. Do zlewki o pojemności 500 ml odmierzyć:

1. 25 ml przygotowanego roztworu kawy

2. 25 ml 0,05 M r-ru H₂SO₄

3. 200 ml wody

4. Zawartość zlewki nakryć szkiełkiem zegarkowym i gotować 20 minut.

5. Dodać 12,5 g tlenku magnezu.

6. Wymieszać bagietką i ogrzewać przez dalsze 20 minut.

7. Roztwór ochłodzić i przesączyć do kolby stożkowej o pojemności 300 ml.

8. Odmierzyć 50 ml roztworu do kolby miarowej o pojemności 100 ml.

9. Dodać 10 ml 1 % r-ru KMnO₄ i odstawić na 10 minut.

10. Następnie dodać 3 ml 5 % Na₂SO₃ i 0,5 ml stężonego kwasu octowego.

11. Otrzymany roztwór zmiareczkować 0,2 M roztworem tiosiarczanu sodu (aż do zaniku wytrąconego osadu dwutlenku manganu).

12. Dodać 7 ml 1 M buforu octanu cynku i silnie wymieszać.

13. Wkroplić 6 ml 0,25 M K₄[Fe(CN)₆], wymieszać i dopełnić wodą destylowaną do pojemności 100 ml.

14. Otrzymany roztwór przesączyć do kolby miarowej o pojemności 100 ml.

15. Pierwszą porcję przesączu odrzucić a do pomiarów pobrać trzy kolejne porcje.

Wykonanie oznaczeń spektrofotometrycznych

1. Zarejestrować widmo 4 roztworu wzorcowego kofeiny w zakresie 310-230 nm stosując wodę jako odnośnik w celu wyznaczenia analitycznej długości fali (λ_max [nm]), dla maksimum pasma absorpcyjnego kofeiny.

2. Przy wyznaczonej λ_max zmierzyć absorbancję A roztworów wzorcowych kofeiny.

3. Przy wyznaczonej analitycznej długości fali zmierzyć absorbancję badanej próbki .

4. Wyniki pomiarów w postaci wydruków dołączyć do sprawozdania.

IV. OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Obliczyć stężenia roztworu podstawowego kofeiny [mg/cm³]:

2. Obliczyć stężenia roztworów wzorcowych:

Nr roztworu	Objętość r-ru podstawowego V[cm^3]	Stężenie C [mg/cm^3]
1
2
3
4
5
6
7
8

3. Wpisać wartość wyznaczonej analitycznej długości fali:

4. Wpisać wartości absorbancji roztworów wzorcowych:

Nr roztworu	Stężenie molowe CM [mol/dm^3]	Absorbancja A
1
2
3
4
5
6
7
8

5. Wpisać wartości absorbancji roztworu badanego:

Nr r-ru	Absorbancja	Średnia wartość absorbancji
1
2
3

6. Wpisać wartość stężenie kofeiny w badanej próbce.

8

---