Úloha č. 8. Stanovení obsahu vitaminu C v komerčních výrobcích

Úloha č. 8. Stanovení obsahu vitaminu C v komerčních výrobcích I. Bromátometrické stanovení Princip V kyselém prostředí je bromičnan draselný silným oxidačním činidlem a je redukován redukujícími látkami až na bromid: BrO3- + 6H+

+ 6e-



Br- + 3H2O

Jakmile je redukující látka úplně zoxidována, reaguje nadbytečný bromičnan s bromidem vzniklým v roztoku během titrace a uvolní se elementární brom: BrO3- + 5Br- + 6 H+ 

3Br2 + 3H2O

Konec titrace se projeví slabým zežloutnutím roztoku vlivem vyloučeného bromu. Tento barevný přechod však není dostatečně výrazný, proto se k titrovanému roztoku přidává jako indikátor methylová oranž nebo methylová červeň. Po dosažení bodu ekvivalence vyloučený elementární brom tato barviva oxiduje a titrovaný roztok se odbarví, přičemž tato barevná změna je nevratná. Stanovení kyseliny askorbové se provádí v kyselém roztoku, ke kterému byl předem přidán bromid. Tak se od počátku titrace generuje elementární brom, který následně reaguje s kyselinou askorbovou dle rovnice:

+ Br2 

+ 2HBr

Kyselina dehydro askorbová (2,3-dioxo-4-lakton L-threo-hexulosonové kyseliny)

Kyselina L-askorbová (2,3-endiol-4-lakton L-threohexulosonové kyseliny)

Po zreagování veškeré kyseliny askorbové obsažené v analyzovaném roztoku nadbytečný brom zoxiduje přidaný indikátor a titrovaný roztok se odbarví. Odměrný roztok KBrO3 je stálý, jedná se o primární standard. Standardizace se v této úloze tedy neprovádí a přesná koncentrace odměrného roztoku se vypočítá z přesné navážky KBrO3. Chemikálie a činidla: KBrO3 p.a. (primární standard) indikátor metylová oranž (MO), 0,1% roztok ve vodě vodný roztok kyseliny chlorovodíkové o koncentraci cca 5 mol/l 2% vodný roztok KBr,

1

Pracovní postup 1. Příprava odměrného roztoku KBrO3 Vypočítá se navážka KBrO3 potřebná pro přípravu 100 ml roztoku KBrO3 o koncentraci přibližně 0,015 mol/l. Naváží se s přesností ±0.1 mg (tj. na analytických vahách) navážka primárního standardu KBrO3 blízká vypočtené navážce, rozpustí se v potřebném množství destilované vody a kvantitativně se převede do 100ml odměrné baňky. Odměrná baňka se doplní destilovanou vodou po rysku a dokonale promíchá. Z hodnoty skutečné navážky KBrO3 se vypočítá skutečná koncentrace připraveného odměrného roztoku: m KBrO 3 C KBrO 3  M KBrO 3  V kde: m KBrO 3 - navážka primárního standardu KBrO3 [g], M KBrO 3 - molární hmotnost KBrO3 [g/mol], V - objem připraveného odměrného roztoku [100.10-3 l], - koncentrace KBrO3 v připraveném odměrném roztoku [mol/l]. c KBrO 3 2. Slepý pokus Do 100ml titrační baňky se odměří cca 25 ml destilované vody, přidá se 10 ml 5M HCl, 5 ml 2% roztoku KBr a 2-3 kapky indikátoru methyloranž. Titruje se odměrným roztokem KBrO3 do bodu ekvivalence, tj. do okamžiku, kdy se původně oranžovo-červený roztok se změní na bezbarvý. Pozor, je nutno titrovat pomalu a po přidání každé kapky odměrného roztoku KBrO3 chvíli počkat (cca 5 – 10 s), zda nenastane odbarvení. U slepého pokusu nastává odbarvení zpravidla již po první kapce KBrO3. Slepý pokus slouží ke zjištění spotřeby titračního činidla v nepřítomnosti vzorku (např. na oxidaci indikátoru). V případě, že slepý pokus nebude nulový (či zanedbatelně malý vzhledem na experimentální chybu) je vhodné jeho spotřebu odečíst od spotřeby při stanovení vzorku a tak získat spotřebu odpovídající pouze vzorku. 3. Vlastní stanovení vitamínu C v tabletě Celaskonu (pevném vzorku) Vzorek (tableta Celaskonu) se zváží na analytických vahách s přesností na ±0,1 mg (vážení provádějte diferenční metodou - např. zvažte váženku s tabletou, zaznamenejte hmotnost m1, pak zvažte prázdnou váženku, zaznamenejte hmotnost m0, hmotnost tablety vypočtěte jako rozdíl m1 - m0). Poté se vzorek rozpustí ve 100ml titrační baňce v cca 25 ml destilované vody (roztok zůstane kalný, neboť tableta obsahuje nerozpustná plnidla, která však neruší vlastní stanovení), přidá se 10 ml 5M HCl, 5 ml 2% roztoku KBr a 2-3 kapky indikátoru methyloranž. Titruje se odměrným roztokem KBrO3 do bodu ekvivalence, tj. do okamžiku, kdy se původně oranžovo-červený roztok změní na bezbarvý. Jelikož reakce indikátoru s titračním činidlem je poměrně pomalá a navíc nevratná, je třeba titrovat po jednotlivých kapkách, aby nedošlo v lokálním přebytku titračního činidla k předčasnému odbarvení indikátoru, nebo naopak k přetitrování vlivem malé rychlosti indikační reakce. Obsah vitaminu C v analyzovaném vzorku se vypočítá dle vztahu: p  3  M  ( A  A 0 ) C KBrO 3 

kde: p M A

100 m

- obsah vitaminu C v analyzovaném vzorku [hm.%], - molární hmotnost vitamínu C (kyseliny askorbové) [176,12 g/mol], - spotřeba odměrného roztoku KBrO3 při titraci vzorku [l], 2

A0 C m

- spotřeba odměrného roztoku KBrO3 při slepém pokusu [l], - koncentrace odměrného roztoku KBrO3, vypočtená v bodě 1 [mol/l], - navážka vzorku (tj. hmotnost tablety Celaskonu) [g].

Protože jsou v úloze analyzovány dvě tablety, uveďte výsledek ve formě tabulky obsahující hmotnosti tablet, spotřeby, absolutní množství kyseliny askorbové v tabletě (mg) a její procentuální obsah.

II. Voltametrické stanovení Princip Kyselinu askorbovou nebo její soli lze (vedle celé řady dalších analytických metod) stanovit také voltametricky. Voltametrie je elektrochemická metoda, při které se na pracovní elektrodu vkládá potenciál, který se plynule mění zvolenou rychlostí, a sleduje se proudová odezva, tj. měří se procházející proud v závislosti na vloženém potenciálu. Voltametrickým měřením lze získat řadu informací o elektrodových dějích, pohybu elektronů a redoxních přeměnách konkrétní studované látky. Voltametrické stanovení je selektivní, pokud nedochází k interferenci s jinými oxidovatelnými nebo redukovatelnými látkami. Voltametrické stanovení kyseliny askorbové je založeno na její oxidace na kyselinu dehydroaskorbovou:

→

+ 2 H+ + 2 e-

Oxidace stanovované látky se projeví na voltametrickém záznamu vznikem anodického píku na křivce vyjadřující závislost proudu na vloženém potenciálu. Množství stanovované látky odpovídá výšce (či přesněji ploše) píku, kvalitativní informaci o oxidované látce získáme ze specifického potenciálu, při němž se pík na křivce objevuje.

Pomůcky: potenciostat – Autolab (Metrohm GmbH), tištěné elektrody (WE – C, AE – C, RE - Ag), mikropipeta 0-100 µl, mikropipeta 1 ml, mikropipeta 3 ml, 2x odměrná baňka 50 ml, kádinky. Chemikálie: kyselina askorbová (p.a.) - standard, acetátový pufr o pH=4,6

3

Pracovní postup 1. Příprava zásobních roztoků pro stanovení a) Příprava zásobního roztoku standardu vitamínu C Vypočtěte navážku kyseliny askorbové (vitamínu C) potřebnou pro přípravu 50 ml roztoku kyseliny askorbové o koncentraci 4 g/l. Navažte na analytických vahách navážku kyseliny askorbové blízkou vypočtené hodnotě, kvantitativně ji převeďte do 50ml odměrné baňky, rozpusťte, doplňte destilovanou vodou po rysku a promíchejte. Z hodnoty skutečné navážky kyseliny askorbové vypočítejte její skutečnou koncentraci v připraveném roztoku. b) Příprava roztoku vzorku obsahujícího vitamín C Tabletu vitamínového preparátu zváženou na analytických vahách kvantitativně převeďte do 50mL odměrné baňky a rozpusťte ji v destilované vodě (tableta obsahuje pomocné látky, které jsou ve vodě za studena málo rozpustné, proto se pravděpodobně zcela nerozpustí a mohou na dně baňky zůstat nerozpuštěné pevné zbytky). Poté baňku doplňte destilovanou vodou po rysku a po promíchání obsahu ponechte baňku stát alespoň 30 minut. 2. Příprava přístroje pro měření Před zapnutím přístroje zkontrolujte zapojení svorek přívodních kabelů elektrod z potenciostatu (WE – červená; AE - černá; RE - modrá) do zástrček kabelu pro připojení tištěné elektrody. Zapněte potenciostat AUTOLAB a k němu připojený počítač. Do víčka měřící cely vsuňte novou tištěnou elektrodu tak, aby stříbrné konektory vyčnívaly nad horní část víčka. Na konektory elektrody připojte přívodní kabel.

!!! POZOR !!! Při vkládání elektrody se nesmíte dotknout měřící části !!! V počítači spusťte program NOVA a v nabídce "View → Setup view" zvolte proceduru „Stanovení vitamínu C“ - viz příloha 1. 3. Měření kalibrační křivky Do suché měrné cely odpipetujte pomocí mikropipet postupně 6 ml destilované vody, 1 ml acetátového pufru a příslušný objem zásobního roztoku standardu kyseliny askorbové dle Tab. 1. Obsah měrné cely opatrně kruhovým pohybem promíchejte a nasaďte víko s tištěnou elektrodou. V počítači spusťte měření kliknutím na tlačítko „START“ a počkejte, až měření proběhne - budete vyzvání k zadání názvu, pod kterým bude provedené měření v počítači uloženo. Program NOVA přepněte do režimu "Analysis view" a dvojitým kliknutím na název uloženého měření se v levém podokně otevře voltametrický záznam. Zde vyberte položku „Peak search“, a zkontrolujte, zda automatické vyhodnocení neobsahuje chyby (např. deformovaný pík rozdělený na dva píky). V případě selhání automatického vyhodnocení je třeba v pravém podokně změnit "Search mode" na „Manual“ a tažením myší označit okraje vybraného píku v záznamu pro vyhodnocení. Do Chyba! Nenalezen zdroj odkazů..

4

si následně zaznamenejte výšku píku („Peak height“) zjištěnou programem NOVA. Poté sundejte z měrné cely víčko s elektrodou, obsah v měrné cele vylejte do odpadu, destilovanou vodou důkladně opláchněte tištěnou elektrodu i měrnou celu, kterou následně vysušte papírovou utěrkou. Do suché cely připravte další roztok standardu pro měření dle Tab. 1 a uvedený postup opakujte, dokud neprovedete měření všech bodů kalibrační křivky. Tab. 1. Měření kalibrační křivky pro voltametrické stanovení vitamínu C Přídavek roztoku standardu [µl] Obsah vitamínu C [mg] * Výška píku [10-6 A]

20

40

60

80

100

Jde o hmotnost kyseliny askorbové obsažené v roztoku v měrné cele; vypočtete z přesné koncentrace připraveného zásobního roztoku standardu a dávkovaného objemu tohoto roztoku. *

4. Stanovení obsahu vitamínu C ve vzorku Do suché měrné cely nadávkujte 6 ml destilované vody, 1 ml acetátového pufru a 0,1 ml roztoku vzorku. Vše opatrně kruhovým pohybem promíchejte a celu uzavřete víkem s tištěnou elektrodou. Spusťte měření kliknutím na tlačítko „START“ a po jeho dokončení odečtěte výšku píku, obdobně jako při měření roztoků standardu kyseliny askorbové. Z dat v Tab. 1. vytvořte kalibrační křivku - grafickou závislost výšky píku (h [µA]) na obsahu kyseliny askorbové v měřeném roztoku (mC [mg]). Kalibrační křivku vyhodnoťte pomocí lineární regrese a z nalezené rovnice přímky (h=k×mC+q) vypočtěte obsah vitamínu C v analyzovaném množství roztoku vzorku. Získanou hodnotu poté přepočtěte na obsah vitamínu C v celé tabletě, a to jednak jako absolutní množství v mg a rovněž jako hmotnostní procenta. Výsledky porovnejte s hodnotami udávanými výrobcem a také s výsledky titračního stanovení z první části úlohy.

5

Doplňkové příklady: 1. Určete, kolik elektronů odevzdala 1 molekula kyseliny askorbové při reakci s bromem dle rovnice uvedené v principu. Kolik elektronů by odevzdala kyselina askorbová při úplné oxidaci na CO2? Kolik elektronů odevzdá ethanol při oxidaci na kyselinu octovou? 2. Jaká bude hodnota pH roztoku, který připravíme zředěním 4 ml 36% HCl (ρ36%HCl=1,18 g/ml) na celkový objem 1000 ml? 3. Obsah kyseliny askorbové (C6H8O6) v pomerančovém džusu byl stanovován oxidací kyseliny askorbové na dehydroaskorbovou kyselinu (C6H6O6) pomocí známého přídavku I3(jod ve vodném roztoku alkalického jodidu) a zpětnou titrací stechiometrického přebytku I3pomocí Na2S2O3. K 5 ml vzorku přefiltrovaného pomerančového džusu bylo přidáno 50,0 ml 0,01023M I3-. K vytitrování přebytku jodu bylo zapotřebí 13,82 ml 0,07203M Na2S2O3 (indikátor škrobový maz). Vypočítejte obsah kyseliny askorbové ve vzorku pomerančové šťávy v mg/100ml. 4. Nadměrné užívání askorbátu může mít negativní dopady. Askorbát se v těle částečně metabolizuje na šťavelan, ten potom může ve formě své nerozpustné vápenaté soli vytvářet ledvinové kameny. Vypočítejte jak velký ledvinový kámen (mg) může stechiometricky vzniknout po roce užívání 3 tablet vitamínu C (100 mg) denně za předpokladu 5% konverze podle schematu: 1 askorbát  1 šťavelan  šťavelan vápenatý(s) 5. Odvoďte a podrobně vysvětlete vzorec pro výpočet obsahu kyseliny askorbové v tabletě, který je uvedený v bodě 3 pracovního postupu. 6. Vypočítejte, jakou hodnotu pH má titrovaný roztok při slepém pokusu před zahájením titrace (tj. roztok vzniklý smícháním 25 ml destilované vody, 10 ml 5M HCl a 5 ml 2% roztoku KBr). Kolik ml 0,1M roztoku silné zásady by bylo potřeba pro neutralizaci tohoto roztoku? poznámka k řešení: S ohledem na vysokou koncentraci HCl v tomto příkladu je nutno hodnotu pH počítat z aktivity H+ iontů, nikoliv z koncentrace. Předpokládejte, že hodnota aktivitního koeficientu H+ iontů při dané iontové síle roztoku je rovna přibližně 0,8.

6

Příloha 1. Ukázka ovládacích prvků software NOVA

7