Титрование – процесс постепенного добавления раствора точно известной концентрации к исследуемому раствору. Конечная точка титрования называется точкой эквивалентности.
ЛЕКЦИЯ 2. Лабораторные методы исследования
свойств сырья и готовой продукции
План лекции:
1. Виды лабораторных анализов.
2. Объёмные методы анализа.
3. Физические методы анализа.
4. Колориметрические и спектрофотометрические методы.
5. Поляриметрический, полярографический и радиометрический методы.
6. Хроматографические методы анализа.
1. Виды лабораторных анализов
Лабораторные методы представлены следующими видами анализов:
1. Объёмные.
2. Физические:
– весовые;
– ареометрические (определение плотности сусла, вина, солевых растворов, сиропов и т.д);
– измерение вязкости;
– рефрактометрические (определение концентрации сухих веществ, сахаров);
– потенциометрический;
– кондуктометрический.
3. Колориметрические и спектрофотометрические методы –
– фотометрические;
– нефелометрические;
– фотографический атомно-эмиссионный спектральный анализ;
– атомно-абсорбционная спектроскопия.
4. Поляриметрический метод.
5. Полярографический метод.
6. Радиометрический метод.
7. Хроматографические методы-
– адсорбционная хроматография;
– распределительная (тонкослойная, газожидкостная, ионообменная);
– проникающая;
– аффинная.
2. Объёмные методы анализа
Титриметрический или объёмный анализ – метод количественного определения, основанный на измерении объёма реагента, требуемого для проведения реакции с определяемым веществом. Эти методы основаны на реакции нейтрализации, осаждения, ионного обмена, комплексообразования, окисления-восстановления и др.
Титрование – процесс постепенного добавления раствора точно известной концентрации к исследуемому раствору. Конечная точка титрования называется точкой эквивалентности.
Прямое титрование – к анализируемому раствору вещества непосредственно добавляют раствор известной концентрации.
Косвенное титрование (титрование заместителя) – используют реакцию, в которой анализируемое вещество замещают эквивалентным количеством другого вещества и затем титруют рабочим раствором (применяется в случаях отсутствия подходящей реакции или индикатора для прямого титрования).
Обратное титрование – используют два рабочих раствора, один из которых добавляют в избытке, а вторым титруют избыток первого.
Расчёт ведут по формуле
Х = 100VCM/ (1000m),
где V – объём рабочего раствора, пошедшего на титрование, см3;
C – молярная концентрация рабочего раствора, моль/дм3;
M – молекулярная эквивалентная масса определяемого вещества, г/моль;
M – масса навески анализируемого вещества, г
3. Физические методы анализа
3.1. Гравитаметрический или весовой анализ основан на точном измерении массы определяемого вещества, выделенного в виде различных соединений.
По способу определения различают методы выделения, осаждения и отгонки.
Методы выделения – определяемый компонент количественно (например, центрифугированием) выделяют в свободное состояние и взвешивают (определение золы, мякоти, взвесей)
Методы осаждения – определяемый компонент выделяется из раствора с помощью химических реактивов и оседает в виде малорастворимых осадков. Осадок промывают, высушивают до постоянной массы и взвешивают.
Методы отгонки – определяемый компонент отгоняется из анализируемой пробы в виде легколетучего соединения. Таким способом определяется влажность, СО2 , NH3 и другие показатели.
3.2. Ареометрические методы – измерение плотности жидкости, основанное на определении силы выталкивания, действующей на погруженное в неё тело. По объёму вытесненной жидкости и массе плавающего в ней ареометра определяется плотность жидкости. В пищевой промышленности применяются ареометры постоянной массы и ареометры постоянного объёма. Если шкала ареометра постоянной массы проградуирована в единицах плотности, то он называется денсиметром.
3.3. Измерение вязкости
Вязкость – физическое свойство жидкости, которое ется при относительном движении её соседних слоёв. Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами.
3.4. Потенциометрический анализ применяется для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (ионометрия), а также для определения точки эквивалентности при титровании (потенциометрическое титрование).
Техника потенциометрии: Два электрода из различных металлов погружают в раствор, содержащий вещества, не реагирующие с ними, и между этими электродами возникает разность потенциалов. При измерении ЭДС необходим электрод сравнения. Наиболее распространённый – хлорсеребряный. На предприятиях пищевой промышленности используются рН-метры, иономеры отечественных и зарубежных фирм.
3.5. Кондуктометрический метод также используется для исследования электропроводности различных веществ, при этом существует возможность автоматического контроля процесса.
Кондуктометрический метод имеет две модификации. В первой для определения количественного содержания растворенного вещества используется зависимость электропроводности раствора от его концентрации. На этом принципе основана работа различных концентратометров, использующихся в производстве. При второй модификации данные измерений электропроводности используются при контроле протекающих в системе химических процессов и реакций.
3.6. Рефрактометрические методы анализа.
Рефракция или явление лучепреломления наблюдается при переходе лучей из одной среды в другую, причем скорость распространения света в них различна.
Коэффициент преломления или показатель преломления света среды определяют как отношение скорости света в вакууме к скорости света в изучаемой среде.
Установлена зависимость между относительным коэффициентом преломления раствора и концентрацией растворенных в нем веществ. Для измерения относительного коэффициента преломления применяют приборы рефрактометры.
4. Колориметрические и
спектрофотометрические методы
Колориметрические и спектрофотометрические методы включают в себя колориметрию и фотоколориметрию, фотометрию и спектрофотометрию в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Для получения характеристики замеряют спектр поглощения при различных длинах волн. В основе количественного колориметрического анализа лежит основной закон светопоглощения — закон Бугера — Ламберта— Бера.
4.1. При колориметрическом и спектрофотометрическом анализе применяются как относительно просто устроенные приборы, такие, как фотометры, фотоколориметры, так и более сложные – спектрофотометры. При помощи этих приборов проводят измерение оптической плотности растворов при различных длинах волн. П ламенные фотометры позволяют определять несколько элементов (последовательно) — натрий, калий, кальций, литий, а одноканальные многоэлементные фотометры с прямым отсчетом — до 11 элементов.
4.2. Н ефелометрия используется для анализа степени прозрачности различных растворов, эмульсий, содержания взвесей в мутных средах. В более мутной среде скорость прохождения светового потока снижается. На измерении степени этого снижения и основан этот метод.
4.3. Фотографический атомно-эмиссионный спектральный анализ основан на получении эмиссионных спектров анализируемого вещества на фотографической пластине.
4.4. Атомно-абсорбционный метод обладает высокой чувствительностью, благодаря чему получил широкое распространение в производстве. Так, существуют методы определения более восьмидесяти элементов одновременно. Спектроскоп, предназначенный для эмиссионного анализа называется стилоскопом, а для спектрального анализа по спектрам испускания — стилометром.
5. Поляриметрический, Полярографический и
Радиометрический методы
5.1. Поляриметрический метод анализа. Свет всегда поляризован, т. е. обладает свойством неэквивалентности направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. При прохождении света через оптически активные вещества, чаще всего органические соединения с асимметрическим атомом углерода, происходит изменение угла вращения плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации пропорционален концентрации оптически активного вещества, содержащегося в среде. Измерение угла поворота плоскости поляризации света проводят при помощи приборов – поляриметров.
5.2. Полярографический метод основан на регистрации силы тока при постепенном линейном увеличении напряжения на электродах, погруженных в исследуемый раствор. Одним из электродов является капельный ртутный электрод.
Полученные кривые зависимости «ток – потенциал» (полярограммы) позволяют судить о природе реагирующих веществ по величине потенциала, а о концентрации — по величине предельного тока.
В основе количественного полярографического анализа лежит линейная (на определенном участке) зависимость между высотой полярографической волны и концентрацией вещества в растворе.
5.3. Радиометрический анализ – контроль загрязнения пищевых продуктов радиоактивными веществами. Радиоактивность — это способность некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.) самопроизвольно распадаться и испускать невидимые излучения. Такие элементы называют радиоактивными.
Чаще всего в радиометрических измерениях используют сцинтилляционные счетчики, обладающие рядом достоинств: они универсальны с точки зрения возможности регистрации ионизирующих излучений практически любых видов; дают возможность измерять энергию исследуемых частиц или квантов; обладают высокой разрешающей способностью и высокой эффективностью регистрации у-излучения (до нескольких процентов).
6. Хроматографические методы анализа
Хроматография основана на разделении сложных смесей на составные компоненты по двум несмешивающимся фазам, из которых одна подвижна, а другая нет.
При проведении этого процесса происходит перемещение подвижной фазы, в которой содержится анализируемое вещество, через неподвижную фазу. Подвижная фаза может быть жидкой, твердой или представлять собой смёсь жидкой и газообразной фаз По характеру разделения хроматографические методы делятся на 4 группы.
6.1 .Адсорбционная хроматография осуществляется путём создания адсорбционного равновесия между неподвижной твердой и подвижной жидкой фазами. Разделение основано на различной адсорбции компонентов анализируемой смеси на адсорбенте. Эти свойства в основном зависят от молекулярной структуры соединения.
6.2. Распределительная хроматография и ее разновидности.
Распределительная хроматография осуществляется на колонках (газожидкостная и колоночная хроматография) либо на специальной хроматографической бумаге (распределительная хроматография на бумаге).
6.2.2. Бумажная хроматография основана на равновесном распределении веществ между неподвижной жидкой и подвижной жидкой фазами. Хроматографическая бумага обладает свойством задерживать воду между волокнами. Эту воду можно рассматривать как один из растворителей (неподвижная фаза).
Если бумагу поместить в слой неводного растворителя, то под воздействием капиллярных сил неводный растворитель (подвижная фаза) будет перемещаться и молекулы анализируемого вещества, предварительно нанесенного на хроматографическую бумагу, будут распределяться между фазами в соответствии с их коэффициентом распределения. По технике выполнения различают следующие виды хроматографии на бумаге: одномерную, двухмерную и круговую.
Первые два вида могут быть получены в восходящем и нисходящем потоке растворителей
6.2.3. Т онкослойная.
При использовании тонкослойной хроматографии (ТСХ) сорбент распределяюх тонким слоем (0,25—5,00 мм) на стеклянные или металлические пластинки. Пробу в виде пятна наносят при помощи микропипетки на расстоянии примерно 2,5 см от нижнего края пластинки. Разделение проводят в стеклянной камере, на дно которой налит растворитель слоем 2 см. Пластинку оставляют в камере на определенное время для уравновешивания в закрытом состоянии.
Многие специальные сорбенты для тонкослойной хроматографии содержат флуоресцирующие красители, поэтому после разделения можно просматривать пластины в ультрафиолетовом свете и при этом отдельные компоненты разделяемой смеси выявляются на них в виде окрашенных пятен.
6.2.4. Г азожидкостная (ГЖХ) — за счет равновесного распределения между неподвижной жидкой и подвижной газовой фазами.
Основное преимущество данного вида хроматографии в том, что благодаря большой скорости десорбции разделяемых компонентов в газовой среде можно значительно ускорить продвижение проявителя (газа-носителя) и тем самым ускорить процесс разделения.
Приборы, предназначенные для этого анализа – газожидкостные хроматографы. По полученным хроматографическим кривым можно определить количественный состав анализируемой смеси путем измерения высоты максимумов пиков, а также найти произведение удерживаемого объема разделяемых веществ на высоту пиков. Площадь пиков в данном случае находят с помощью планиметра, взвешиванием на аналитических весах вырезанного из бумаги пика и сравнением с массой куска той же бумаги известной площади, либо умножением половины высоты пика на его ширину. Удерживаемый объем рассчитывают по оси объемов от момента ввода порции анализируемой пробы до момента достижения максимума пика.
6.2.5. Ионообмен ная – осуществляется за счет равновесия между ионообменной смолой и электролитом (подвижная фаза).
В основе ионообменной хроматографии многих соединений (аминокислот, органических кислот, сахаров и т.д.) лежит способность к ионизации, обусловливающая суммарный положительный или отрицательный заряд. Разделение веществ с помощью этого вида хроматографии проводят на колонках, заполненных ионообменной (катионо- или анионообменной) смолой.
6.3. Проникающая хроматография — создаётся равновесие жидкой фазы на внутренней и внешней поверхностях пористой структуры или, так называемого «молекулярного сита». Разделение веществ при помощи гелей, основанное на том же принципе называют гель-фильтрацией.
6.4. Афинная хроматография — возникает равновесное связывание макромолекулы с небольшой молекулой, по отношению к которой она проявляет высокую специфичность.
Это позволяет при разделении получать вещества высокой, степени чистоты. Поэтому аффинная хроматография успешно применяется для очистки белков, витаминов, ферментов и других высокомолекулярных соединений.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите виды лабораторных анализов.
2. Какие виды титрования Вы знаете?
3. Перечислите физические методы анализа.
4. Опишите весовые методы анализа.
5. Что такое ареометрический метод анализа и в каких случаях он применяется при контроле качества винодельческой, пивоваренной продукции и безалкогольных напитков?
6. Что такое потенциометрический анализ?
7. На каком явлении основан рефрактометрический анализ и какие показатели контролируются с его помощью в виноделии?
8. Перечислите колориметрические и спектрофотометрические методы анализа.
9. В чём сущность полярометрического и полярографического видов анализа?
10. Как проводят радиометрический анализ качества продукции?
11. Назовите виды хроматографического метода анализа.
ЛЕКЦИЯ 3. Права, обязанности и ответственность
сотрудников лаборатории
План лекции:
1. Права, обязанности и ответственность заведующего лабораторией ТХМК.
2. Права, обязанности и ответственность микробиолога.
3. Права, обязанности и ответственность химика-аналитика.
4. Права, обязанности и ответственность сменного химика.