APO seminář 3 – 4:
TITRAČNÍ METODY V ANALÝZE POTRAVIN Princip: Výpočet množství analytu z množství činidla (= ODMĚRNÉHO ROZTOKU) spotřebovaného při reakci s analytem při titraci do BODU EKVIVALENCE •
STECHIOMETRICKÉ metody – vychází se ze stechiometrických vztahů mezi reagujícími komponentami
•
NESTECHIOMETRICKÉ metody – vychází se z empiricky zjištěných poměrů reagujících složek za přesně definovaných podmínek reakce
KLASIFIKACE TITRACÍ: Podle provedení:
PŘÍMÉ AB
X
ZPĚTNÉ A + X (nadbytek) B X (zbytek) + C D
Podle chemické reakce a titračního činidla: • •
• •
Neutralizační (acidobazické) – NaOH, H2SO4, HCl,… Oxidačně-redukční (redox) – manganometrie – KMnO4 - bichromatometrie – K2Cr2O7 - jodometrie – I2, Na2S2O3 Srážecí – argentometrie – AgNO3 Založené na vzniku komplexních a málo disociovaných sloučenin - merkurimetrie – Hg(NO3)2 - komplexometrie – chelatony, soli kovů
NEUTRALIZAČNÍ TITRACE Odměrné roztoky: 0,1-0,2 M NaOH; 0,05-0,1 M Ba(OH)2 0,05-0,1 M H2SO4 (hygroskopická); 0,1 M HCl Základní látky pro stanovení titru kyselin: Na2CO3; KHCO3 Základní látky pro stanovení titru zásad: (COOH)2.2H2O • • • •
Stanovení aminokyselin formolovou titrací Stanovení kyselin – Celkové kyselosti Stanovení konkrétní kyseliny Stanovení dusíku a hrubé bílkoviny podle Kjeldahla
NEUTRALIZAČNÍ TITRACE •
Stanovení aminokyselin formolovou titrací Reakce s formaldehydem – ztráta amfoterního charakteru –
R CH
H C H
COO +
NH3
+
O
R CH
COOH
N CH2
+
H2O
Titrace hydroxidem 1. krok- titrace přirozené kyselosti; ruší amoniak (hexamethylentetramin) •
Stanovení kyselin – Celkové kyselosti = ml 0,1 M NaOH na 100 ml vzorku, titrace na fenolftalein či potenciometricky – do určitého pH (víno 7, džemy 8,1) vyjádřeno jako kyselina typická pro daný materiál Těkavé: v destilátu s vodní parou Netěkavé: veškeré - těkavé
NEUTRALIZAČNÍ TITRACE •
Stanovení konkrétní kyseliny – nutná selektivní izolace: extrakce (benzoová k.); srážení (vinná k. – hydrogenvínan K – srážení EtOH)
•
Stanovení dusíku a hrubé bílkoviny podle Kjeldahla Mineralizace H2SO4 (NH4)2SO4 Alkalizace NaOH NH3 (NH4)2SO4 + 2NaOH 2 NH3 + Na2SO4 +2 H2O Destilace s vodní parou a jímání do H2SO4 2 NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 Titrace NaOH (zpětná) – přebytku H2SO4 H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 +2 H2O
Příklad č. 1: Titrační stanovení octové kyseliny v octu 5 ml vzorku octa bylo zředěno destilovanou vodou na výsledný objem 100 ml. Z takto zředěného roztoku bylo odpipetováno 25 ml. Roztok byl titrován odměrným roztokem hydroxidu sodného o koncentraci 0,09683 mol/l na fenolftalein. Průměrná spotřeba byla 12,75 ml. Vypočtěte hmotnostní koncentraci octové kyseliny (vyjádřenou v g/l) a hmotnostní zlomek octové kyseliny ve vzorku octa. Hustota vzorku = 1,007 g/cm3 = g/ml M(CH3COOH) = 60,053 g/mol
CwCH3COOH = ?; wCH3COOH = ?
Příklad č. 2: Titrační stanovení kyselosti jablečného protlaku Bylo odváženo 25,0 g vzorku jablečného protlaku, který byl zhomogenizován s 300 ml destilované vody. Homogenát byl zfiltrován a zředěn na výsledný objem 500 ml. K titraci bylo odpipetováno 50 ml filtrátu a titrováno odměrným roztokem hydroxidu sodného o koncentraci 0,10152 mol/l. Průměrná spotřeba zjištěná potenciometrickou indikací byla 12,25 ml.
Vypočtěte obsah kyselin ve vzorku a vyjádřete ho jako obsah jablečné kyseliny v % původního vzorku a v % sušiny. Obsah vody ve vzorku byl 82,2 %. M(C4H6O5) = 134,089 g/mol ? % jablečné k. v pův. vzorku; ? % jablečné k. v sušině
Příklad č. 3: Titrační stanovení benzoové kyseliny Ze 150 g jahodového džemu o obsahu vody 76,3 % byla izolována benzoová kyselina extrakcí nasyceným roztokem NaCl a 10 % roztokem NaOH. Získaná směs byla po filtraci zředěna na 500 ml. 200 ml tohoto roztoku bylo odpipetováno do 500 ml dělicí nálevky a po okyselení kyselinou chlorovodíkovou na pH=1 byla benzoová kyselina extrahována z vodné fáze chloroformem. Po přesušení přes vrstvu bezvodého síranu sodného byly spojené chloroformové extrakty odpařeny do sucha a odparek obsahující benzoovou kyselinu byl rozpuštěn v 50 ml ethanolu a roztok byl titrován odměrným roztokem NaOH (c = 0,01826 mol/l). Průměrná spotřeba při titraci na fenolftalein byla 5,27 ml. Vypočtěte obsah benzoové kyseliny v mg/kg původního vzorku a v mg/kg sušiny. M(C6H5COOH) = 122,12 g/mol ? mg/kg benzoové k. v pův. vzorku; ? mg/kg benzoové k. v sušině
Příklad č. 4: Titrační stanovení amoniaku Vypočtěte molární a hmotnostní koncentraci amoniaku a hmotnostní zlomek amoniaku, který byl v roztoku stanoven zpětnou neutralizační titrací.
5 ml vzorku bylo odpipetováno do 100 ml odměrné baňky, doplněno destilovanou vodou po značku a připravený roztok byl promíchán. Ke stanovení bylo odpipetováno 25 ml tohoto roztoku do titrační baňky s 20 ml odměrného roztoku H2SO4 o koncentraci 0,10268 mol/l. Po přídavku fenolftaleinu byla směs titrována odměrným roztokem NaOH o koncentraci 0,10537 mol/l. Průměrná spotřeba odměrného roztoku hydroxidu ze tří titrací byla 6,35 ml. Hustota vzorku = 0,98 g/cm3 = g/ml M(NH3) = 17,031 g/mol cNH3 = ?; CwNH3 = ?; wNH3 = ?
OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ TITRACE Změna poměru koncentrací oxidované a redukované formy analytu změna redukčního potenciálu roztoku OXIDIMETRICKÉ: titrace oxidačním činidlem REDUKTOMETRICKÉ: titrace redukčním činidlem
INDIKACE BODU EKVIVALENCE: redox indikátor (změna barvy) potenciometricky
OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ TITRACE MANGANOMETRIE Odměrné roztoky: 0,02 M KMnO4 (nestálý, redukce
O2 + MnO2)
Základní látky pro stanovení titru: (COOH)2.2H2O (šťavelová kyselina) (COONa)2 (šťavelan sodný) (NH4)2Fe+II(SO4)2 · 6 H2O • Stanovení šťavelové kyseliny • Stanovení tříslovin – nestechiometrická metoda, oxidace tříslovin v prostředí H2SO4. Víno, čaj. 1.titrace- všechny oxidovatelné látky 2. titrace po adsorpci tříslovin na polyamid či kožní prášek TŘÍSLOVINY = rozdíl (1 ml 0,02 M KMnO4 ~ xx mg tříslovin dle matrice)
OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ TITRACE MANGANOMETRIE •
Stanovení šťavelové kyseliny
• • •
izolace srážením pomocí CaCl2 (Ca sůl) rozpuštění ve zředěné H2SO4 (uvolnění šťavelové kyseliny) titrace KMnO4 za zvýšené teploty (titrace šťavelové kyseliny)
Příklad č. 5: Titrační stanovení šťavelové kyseliny ve špenátu (manganometrie) Z 50,1 g špenátového protlaku bylo získáno extrakcí a deproteinací 250 mL deproteinovaného extraktu. 100 mL tohoto extraktu bylo vysráženo chloridem vápenatým. Sraženina šťavelanu vápenatého byla odfiltrována, důkladně promyta a po rozpuštění zředěnou kyselinou sírovou bylo stanoveno množství šťavelové kyseliny v takto získaném roztoku manganometrickou titrací. Při titraci bylo spotřebováno průměrně 31,2 mL odměrného roztoku KMnO4 o koncentraci 0,01962 mol.L–1. Vypočtěte obsah šťavelové kyseliny v % původního vzorku a v % sušiny, jestliže špenátový protlak obsahoval 91,13 % vody. M(H2C2O4) = 90,036 g.mol–1
OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ TITRACE JODOMETRIE Odměrné roztoky: 0,02 – 0,05 M I2 (s přídavkem KI: I2 + I I 3 nižší tenze par) 0,005–0,1 M Na2S2O3 (s přídavkem Na2CO3 – alkalizace) Základní látky pro stanovení titru: K2Cr2O7 KIO3 KBrO3 INDIKACE BODU EKVIVALENCE: škrobový maz (rozpustná amylosa + I 3 modrá adsorpční sloučenina)
OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ TITRACE JODOMETRIE •
Stanovení látek s redukčními účinky (aldosy, askorbová kyselina)
•
přímá titrace I2 při pH ≤ 8
OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ TITRACE JODOMETRIE +II
•
Stanovení látek s oxidačními účinky (H2O2, Cu , …)
•
reakce analytu s přebytkem KI, vzniká ekvivalentní množství I2
•
titrace vzniklého I2 odm. roztokem Na2S2O3 v H+ až mírně OH- prostř.
SRÁŽECÍ TITRACE ARGENTOMETRIE Odměrné roztoky: 0,01 – 0,1 M AgNO3 0,01 – 0,1 M NH4SCN nebo KSCN Základní látka pro stanovení titru AgNO3 : NaCl •
Stanovení chloridů Mohrovou metodou
• •
zpopelnění vzorku (500 °C), vyloužení popela horkou vodou titrace AgNO3 za přítomnosti K2CrO4 (žlutý indikátor) bílá sraženina
•
Bod ekvivalence – červenohnědá sraženina
VZNIK KOMPLEXNÍCH A MÁLO DISOCIOVANÝCH SLOUČENIN KOMPLEXOMETRIE (CHELATOMETRIE) Titrace kovových iontů komplexony (aminopolykarboxylové kyseliny) Odměrné roztoky: 0,02 – 0,05 M chelaton III (Na2H2Y), chelaton II (H4Y, EDTA) 0,02 – 0,05 M Ca2+; Mg2+ Základní látka pro stanovení titru: CaCO3, Pb(NO3)2, čisté kovy: Pb, Cu INDIKACE BODU EKVIVALENCE: metalochromní a metalofluorescenční indikátory (pH; + iont kovu méně stabilní komplex než s komplexonem)
chelaton II (H4Y, EDTA)
chelaton III (Na2H2Y)
VZNIK KOMPLEXNÍCH A MÁLO DISOCIOVANÝCH SLOUČENIN KOMPLEXOMETRIE (CHELATOMETRIE) Reakce kovových iontů s komplexonem III (cyklické komplexy, vždy 1 : 1)
Stabilita vznikajících komplexů zajištěna pomocí tlumivých roztoků • Přímá titrace roztoku kovových iontů chelatonem • Zpětná titrace • přídavek přebytku chelatonu • stanovení zbývajícího podílu chelatonu odměrným roztokem kovové soli • použití: stanovovaný kov je ve vzorku přítomen v málo rozpustné nebo komplexované formě (Ca v mléčných výrobcích – vysoký obsah fosfátů)
VZNIK KOMPLEXNÍCH A MÁLO DISOCIOVANÝCH SLOUČENIN KOMPLEXOMETRIE (CHELATOMETRIE) • •
•
•
Stanovení hořčíku a vápníku 1. alikvót: stanovení sumy Ca + Mg titrací chelatonem III v amoniakálním pufru (pH ≈ 10) na eriochromovou čerň T (barevný přechod z fialové do modré) 2. alikvót: stanovení samotného Ca titrací chelatonem III v silně alkalickém prostředí (pH ≈ 12, Mg se vyloučí jako Mg(OH)2 a nereaguje s chelatonem) na fluorexon (do vymizení žlutozelené fluorescence) z rozdílu spotřeb odměrného roztoku se vypočítá obsah Mg
Příklad č. 6: Titrační stanovení vápníku v sýru (zpětná chelatometrická titrace) 10,6 g sýra bylo zpopelněno, popel byl rozpuštěn ve zředěné kyselině chlorovodíkové a roztok byl zředěn redestilovanou vodou na výsledný objem100 mL. K titračnímu stanovení byl odpipetován alikvótní podíl 25 mL. Po zalkalizování roztokem KOH a zamaskování rušivých iontů bylo přidáno 20 mL odměrného roztoku chelatonu 3 o koncentraci 0,05114 mol.l–1 a po úpravě na pH = 12 a přídavku fluorexonu byl roztok titrován odměrným roztokem chloridu vápenatého o koncentraci 0,05021 mol.l–1. Průměrná spotřeba byla 8,25 mL. Vypočtěte obsah vápníku v původním vzorku v mg/kg a v beztukové sušině, jestliže sýr obsahoval 36,21 % vody a 31,33 % tuku v sušině. M(Ca) = 40,08 g.mol–1
