Свойства растворов сахарозы. Методика определения сахара в сухих винах с использованием колоночной хроматографии методом рефрактометрии
Цель работы : изучение зависимости показателя преломления раствора сахара от его концентрации.
Принадлежности : рефрактометр ИРФ – 22, набор растворов различной концентрации.
Контрольные вопросы
1. Законы отражения света.
2. Законы преломления света. Показатель преломления.
3. Полное отражение. Предельный угол полного отражения.
4. Ход лучей в треугольной призме. Световоды.
Выполнение работы
Рефрактометр используется для быстрого определения показателя преломления жидкостей, взятых в небольших количествах, показатель преломления которых лежит в пределах 1,3 – 1,7.
Оптическая схема интерферометра приведена на рисунке 1.
Свет, отразившись от зеркала 1, проходит осветительную призму 2, тонкий слой жидкости и измерительную призму 3. Затем через защитное стекло 4 и компенсатор дисперсии 5 попадает в объектив 6, проходит через призму полного отражения 7, пластинку с перекрестьем 8 и через окуляр зрительной трубы 9 попадает в глаз наблюдателя. Шкала прибора освещается с помощью зеркала и проецируется системой призм в фокальной плоскости окуляра, так, что в поле зрения одновременно видны граница света и тени, перекрестье и шкала. Для нахождения границы раздела света и тени и совмещения ее с перекрестьем измерительную головку можно вращать вокруг горизонтальной оси с помощью винта, находящегося на лицевой панели прибора.
1. Расположить осветитель так, чтобы свет падал на зеркало подсветки шкалы и на грань осветительной призмы. Вращая окуляр, фокусируют шкалу и визирное перекрестье.
2. Отвести вверх верхнюю часть измерительной головки с осветительной призмой и нанести на полированную грань измерительной призмы 2 – 3 капли дистиллированной воды. После этого ставят осветительную призму на место. Исследуемая жидкость должна занимать весь зазор между гранями призм.
3. Вращая ручку поворота измерительной головки, добиваются появления в поле зрения границы светлого и темного полей. Окраска границы раздела устраняется компенсатором.
4. Совместить границу раздела с перекрестьем и записать соответствующие этой наводке отсчеты по шкале концентраций и показателя преломления.
5. Затем производят измерения концентрации и показателя преломления всех растворов известной концентрации и построить график зависимости показателя преломления от концентрации сахара.
6. Определить показатель преломления раствора неизвестной концентрации и по графику определить его концентрацию.
Решить задачи.
1. Луч света выходит из скипидара в воздух. Предельный угол полного отражения для этого луча равен . Определить показатель преломления скипидара.
2. Человек с лодки рассматривает предмет, лежащий на дне водоема. Определить его глубину, если при определении «на глаз» по вертикальному направлению глубина водоема кажется равной 1,5 м.
3. Предельный угол полного отражения на границе стекло – жидкость равен . Определить показатель преломления жидкости, если показатель преломления стекла равен 1,5.
РАБОТА 9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА И ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА
Цель работы : знакомство с оптическими методами измерения температуры и определение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной Планка.
Принадлежности : пирометр с исчезающей нитью, источник тока, лампа накаливания, регулятор напряжения однофазный.
Контрольные вопросы
1. Что называется тепловым излучением? Его свойства.
2. Что называется потоком излучения?
3. Что такое энергетическая светимость?
4. Что такое абсолютно черное тело?
5. Правило Прево. Закон Кирхгофа.
6. Закон Стефана – Больцмана.
7. Закон смещения Вина.
8. Формула Планка.
9. Оптическая пирометрия.
Введение
В настоящей работе определяется яркостная температура. Для этой цели используется пирометр с исчезающей нитью. Принципиальная схема прибора изображена на рисунке 1. С помощью объектива 5 изображение светящейся поверхности исследуемого тела совмещается с плоскостью нити накала фотометрической лампы 4. Нить и изображение тела рассматриваются через окуляр 1 и светофильтр 3, пропускающий свет с длиной волны = 660 нм.
Яркость нити можно регулировать путем изменения идущего по ней тока с помощью реостата, рачка которого выведена в виде кольца 2 вокруг окуляра.
При измерениях ток через нить подбирается так, чтобы она не была видно на фоне поверхности исследуемого тела, т.е. чтобы спектральные плотности излучательности нити и исследуемого тела были равны для монохроматического света с длиной волны .
Шкала амперметра пирометра предварительно градуируется по излучению абсолютно черного тела. Поэтому с помощью такого пирометра можно определить яркостную температуру тела.
Если излучение происходит в среде, температура которой , то поток энергии, излучаемой телом в единицу времени вследствие излучения, будет равен
, 1.9
где Т – температура тела, S – площадь его поверхности.
В качестве теплового излучателя в данной работе берется вольфрамовая нить лампочки накаливания, нагреваемая электрическим током. Для поддержания температуры нити постоянной к ней подводится мощность . Часть этой мощности отводится в виде тепла, вследствие теплопроводности среды, а остальная компенсирует излучаемую мощность. И поэтому мы можем записать
, 2.9
где - коэффициент, учитывающий потери энергии на теплопроводность. Приравнивая правые части выражений 1.9 и 2.9 можно получить:
, 3 .9
где U – напряжение на лампе, I – сила тока в ней, Т – температура нити, измеренная пирометром (яркостная температура).
В данной задаче, как показывает опыт, можно считать, что и тогда из выражения 3.9 можно найти
, 4.9
где Т – яркостная температура,
Комнатная температура,
S – площадь нити накаливания лампы,
U и I – напряжение на лампе и сила тока в ней.
Зная постоянную Стефана – Больцмана и постоянную Больцмана можно определить постоянную Планка
, 5.9
где - скорость света в вакууме,
- постоянная Больцмана.
Выполнение работы.
Включить установку в сеть и подать на лампу напряжение 60 – 80 В.
Сфокусировать изображение нити накала фотометрической лампы. Убедиться в том, что изображение нити фотометрической лампы накладывается на изображение нити накаливания исследуемой лампы.
Нажав кнопку К и вращая кольцо пирометра подобрать ток в фотометрической лампе так, чтобы ее изображение исчезало бы на фоне нити исследуемой лампы.
По шкале пирометра определить яркостную температуру нити накаливания лампы. Результаты измерений занести в таблицу 1.
2. Поток излучения абсолютно черного тела равен 10 кВт, максимум спектральной плотности энергетической светимости приходится на длину волны равную 0,8 мкм. Определить площадь излучающей поверхности.
3. Определить коэффициент серости тела, для которого температура, измеренная радиационным пирометром равна 1400 К, тогда как истинная температура тела равна 3200 К.
Работа 1. Определение фокусного расстояния и оптической силы
собирающей и рассеивающей линз ……………………………. 1
Работа 2. Интерференция света ……………………………………………… 4
Работа 3. Дифракция света……………………………………………………. 7
Работа 4. Дифракционная решетка…………………………………………… 11
Работа 5. Изучение фотоэффекта …………………………………………….. 13
Работа 6. Определение длины световой волны с помощью дифракционной
решетки……………………………………………………………… 16
Работа 7. Проверка закона Малюса…………………………………………… 19
Работа 8. Определение показателя преломления раствора сахара
и его концентрации в растворе с помощью рефрактометра ИРФ - 22… 20
Работа 9. Определение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной
Планка……………………………………………………………….. 22
ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова
Кафедра фармацевтической химии с курсом токсикологической химии
Курсовая работа на тему:
"Рефрактометрический метод в экспресс-анализе лекарственных форм"
Подготовил:
Студент 5 курса 17 группы дневного отделения Жуков А.М.
Проверила:
Щепочкина О.Ю.
Выяснить актуальность данного метода анализа лекарственных веществ для среднестатистической аптеки.
Изучить рефрактометрический метод анализа лекарственных веществ;
Выяснить, какие на данный момент существуют рефрактометры;
Выяснить актуальность рефрактометрического метода анализа для аптеки.
Теоретическая част ь
Рефрактометрия (от лат. refractus - преломленный и греч. metreo - измеряю) - метод анализа, основанный на явлении преломления света при прохождении из одной среды в другую. Преломление света, то есть изменение его первоначального направления, обусловлено различной скоростью распределения света в различных средах.
При этом отношение синуса угла падения луча (α) к синусу угла преломления (β) для двух соприкасающихся сред есть величина постоянная, называемая показателем преломления (n).
Показатель преломления также равен отношению скоростей распространения света в этих средах:
В лабораторных условиях обычно определяют так называемый относительный показатель преломления вещества по отношению к воздуху помещения, где ведется измерение. Показатель преломления измеряют на приборах рефрактометрах различных систем. Обычно измерение показателя преломления на рефрактометрах Аббе, в основу принципа, действия которого положено явление полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с различными показателями преломления.
Диапазон измеряемых показателей преломления при измерении в преходящем свете 1,3-1,7.
Точность измерения показателя преломления должна быть не ниже +2·10 -4 .
Величина показателя преломления зависит от природы вещества, длины волны света, температуры, при которой проводится измерение и концентрации вещества в растворе. Измерение показателя преломления проводится при длине волны света 589,3 нм (линия D спектра натрия). Обязательным условием определения показателя преломления является соблюдение температурного режима. Обычно определение выполняется при 20±0,30С. При повышении температуры величина показателя преломления уменьшается, при понижении - увеличивается. Поправку рассчитывают по следующей формуле:
n1=n 20 + (20-t) ·0,0002
Показатель преломления, измеренный при 20 0 С и длине волны света 589,3 нм, обозначается индексом n 20 .
Показатель преломления как константа может быть использован для идентификации тех лекарственных препаратов, которые по своей природе являются жидкостями. Согласно ФС определяют показатель преломления для идентификации галотана (фторотана), никетамида (диэтиламида кислоты никотиновой), токоферола ацетата, а также жирных и эфирных масел (персикового, касторового, эвкалиптового и др.). Рефрактометрия в фармацевтическом анализе широко используется для количественного определения веществ в растворе, особенно в практике внутриаптечного контроля. Примечание. При концентрации вещества менее 3 - 4% не рекомендуется использовать метод рефрактометрии.
Зависимость показателя преломления от концентрации вещества в процентах выражается формулой:
где n и n0 - показатели преломления раствора и растворителя; С - концентрация вещества в растворе; F - фактор показателя преломления. Показатель преломления раствора складывается из показателя преломления растворителя и показателей преломления растворенных веществ.
Для растворов, содержащих два или более веществ, формула будет иметь следующий вид:
Рефрактометр ИРФ-454 Б2М
Рефрактометр ИРФ-454Б2М предназначен для измерения показателя преломления и средней дисперсии неагрессивных жидкостей и твердых тел.
Рефрактометр ИРФ-454 Б2М обладает рядом достоинств:
быстротой измерения;
простотой обслуживания;
минимальным расходом исследуемого вещества, что особенно важно при работе с дорогостоящими материалами.
Рефрактометр ИРФ-454 Б2М применяется:
1. В МЕДИЦИНСКИХ УЧРЕЖДЕНИЯХ для определения белка в моче, сыворотке крови, плотности мочи, анализ мозговой и суставной жидкости, плотности субретинальной и других жидкостей глаза. Использование рефрактометра позволяет значительно сократить затраты времени при массовых обследованиях пациентов.
2. В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ рефрактометр ИРФ-454б2м может применяться для исследования водных растворов различных лекарственных препаратов: кальция хлорида (0% и 20%); новокаина (0,5%, 1%, 2%, 10%, 20%, 40%); эфедрина (5%); глюкозы (5%, 25%, 40%); магния сульфата (25%); натрия хлорида (10%); кордиамина и т.д.
3. В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ:
на сахарных и хлебных заводах, кондитерских фабриках для анализа продуктов и сырья, полуфабрикатов, кулинарных и мучных изделий рефрактометр ИРФ-454 б2м определяет влажность меда (до 20 %)
для определения доли сухих веществ в различных суслах (ГОСТ 5900-73), "промочке", сахароаграровом сиропе, сиропе для мармелада, зефира, кремов и пряников, "тиражки" для пряников;
для определение массовой доли растворимых сухих веществ по сахарозе (BRIX) в продуктах переработки плодов и овощей, для определения процентного содержания жира в твердых продуктах питания (пряники, вафли или хлебобулочных изделий) концентрации солей.
4. ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ТЕХНИКИ рефрактометр ИРФ-454 Б2М применяется для определения с большей точностью объемной концентрации противокристаллизационной жидкости "ИМ", которая добавляется в авиационное топливо в количестве от 0,1 до 0,3%. Дальнейшая обработка результатов ведется согласно "Методическим рекомендациям по анализу качества ГСМ в гражданской авиации" Ч. II стр.159. Опыт использования рефрактометров показал, что эти приборы значительно сокращаются время и повышают достоверность получения анализов по процентному содержанию жидкости "ИМ" в авиационном топливе.
Технические характеристики:
Рефрактометр АЛР-3
Автоматический лабораторный рефрактометр АЛР-3 с микропроцессорным управлением предназначен для исследования концентрации широкого диапазона жидких сред как низкой, так и высокой вязкости, независимо от прозрачности и цвета.
Прибор автоматически измеряет коэффициент преломления образца раствора, вычисляет его концентрацию и представляет результат на цифровом ЖК-индикаторе. Рефрактометр имеет стандартную калибровку по концентрации сахара в воде (шкала Брикс), но может быть откалиброван на концентрацию любых растворов по желанию заказчика с записью в память соответствующих шкал.
Рефрактометр АЛР-3 измеряет температуру исследуемого раствора и производит автоматическую компенсацию ее влияния на результат измерений.
| Диапазон измерения показателей преломления | 1,320 - 1,525 |
| Рабочий диапазон измерения концентрации растворов | 0 - 90 % |
| Погрешность измерения концентрации, не хуже | ± 0,1 % |
| Температурная компенсация | автоматическая |
| Допустимые пределы изменения рабочей температуры | 0 - 50°С |
| Габаритные размеры рефрактометра, мм, не более | 170×115×270 |
| Погрешность измерения рабочей температуры, не хуже | ± 1°С |
| Время выхода на рабочий режим после включения, не более | 5 мин |
| Время установления выходного сигнала, не более | 1 мин |
| Масса, не более | 3.0 кг |
| Наибольшие габаритные размеры | 230х220х120 мм |
| Питание | 220 В, 50 Гц |
Вывод из всего написанного выше следует такой:
Рефрактометрический метод анализа, прост, быстр и удобен. Но наибольшее значение он имеет все же для пищевой промышленности и медицины (например, для определения белка).
Список литературы
1. Рефрактометрия в анализе лекарственных средств аптечного изготовления. Контроль качества лекарственных средств, изготовляемых в аптеках / ГОУ ВПО Нижегородская государственная медицинская академия Российского федерального агентства и социального развития. Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии - Нижний Новгород, 2008г.,19 с.
2. Компания ЕвроЛаб [Сайт компании]; http://www.eurolab.ru/refraktometriya (Дата обращения 20.12.2010)
3. Компания ЕвроЛаб [Сайт компании]; http://www.eurolab.ru/refraktometry (Дата обращения 20.12.2010)
4. Березина Е.С., Киселева А.А., Филиппова Ю.В. / Вестник Пермской государственной фармацевтической академии №2 - Пермь, 2007 г., с.123-125
Общая характеристика метода
Рефрактометрия - оптический метод исследования, основанный на измерении показателя преломления луча света, проходящего через исследуемое вещество.
В основе метода лежит явление рефракции, то есть преломление световых лучей на границе раздела двух различных по своей природе оптических сред.
Рефракция света является следствием его взаимодействия с частицами вещества, через которое проходит свет. Под воздействием электромагнитных колебаний света в атомах вещества возникают вынужденные колебания электронов и ядер. Вследствие этого происходит их смещение относительно друг друга, что приводит к несовпадению «центров тяжести» отрицательного и положительного электричества в атомах и молекулах, то есть атомы, и молекулы вещества поляризуются в электромагнитном поле света.
Преломление света оценивается показателем преломления n, который равен отношению синуса угла падения? к синусу угла преломления?:
Показатель преломления зависит от ряда факторов: природы вещества, длины волны падающего света, плотности среды, концентрации раствора и температуры. Существует прямолинейная зависимость между величиной показателя преломления и концентрацией сахара в водном растворе, которая используется при определении концентрации сахара в растворах.
Метод рефрактометрии применяется также для идентификации веществ, определения их чистоты и концентрации в растворе.
Зависимость показателя преломления от плотности вещества выражается формулой:
где n - показатель преломления;
r - удельная рефракция вещества, см3/г;
d - плотность вещества, г/см3.
Функция f(n) выражается соотношением:
Размерность удельной рефракции соответствует удельному объему, то есть r, см3/г.
Умножение удельной рефракции r на молярную массу вещества МВ дает величину молярной рефракции RM:
Подставив значение удельной рефракции r в формулу (2.19), получают уравнение, связывающее молярную рефракцию вещества с его плотностью, молярной массой и поляризуемостью:
где RM - молярная рефракция вещества В см3/моль;
МВ - молярная масса вещества В, г/моль;
n - показатель преломления вещества В;
d - плотность вещества В, г/см3.
Выражение (2.20) носит название формулы Лорентц - Лоренца. Она при меняется в расчетах и достаточно точно отвечает правилу аддитивности молекулярной рефракции. Рассчитанные по этой формуле результаты мало зависят от изменений температуры, давления и агрегатного состояния вещества во время анализа.
Правило аддитивности молекулярной рефракции заключается в следующем: сумма атомных рефракций элементов, входящих в соединение, равна молекулярной рефракции этого соединения.
где? - коэффициент поляризуемости, см3;
NA - постоянная Авогадро, 6,02204 1023 моль-1.
Коэффициент поляризуемости (?) зависит от объема атомов и молекул вещества и не зависит от температуры. Экспериментально установлено, что? ? r3, где r - радиус поляризованной молекулы.
Физический смысл молярной рефракции поясняет соотношение:
где NA - число молекул в 1 моль вещества, моль-1;
Объем шара, т.е. объем поляризованной молекулы;
Отсюда следует, что RM - суммарный объем всех поляризованных молекул, содержащихся в 1 моль вещества. Объем поляризованных молекул состоит из объемов атомов и объемов, занимаемых двойными и тройными связями. Объем атомов называют атомной рефракцией Rат, а объем связи - рефракцией связи Rсв. Из сказанного видно, что молярная рефракция - аддитивная величина.
Значения рефракций атомов некоторых элементов и связей представлены в таблице 2.8
Таблица 2.8- Атомные рефракции и рефракции связей по Фогелю
Сущность определения содержания сахара в сухих винах с использованием колоночной хроматографии методом рефрактометрии
Рефрактометрическое определение содержания сахара в пищевых продуктах основано на существовании прямолинейной зависимости между величиной показателя преломления и концентрацией сахара в растворе.
Оборудование
1. Рефрактометр ИРФ - 454 БМ;
2. Аналитические весы;
3. Мерные колбы объемом 25 см3 (5 шт.);
4. Пипетка глазная;
5. Хроматографическая колонка;
6. Фильтровальная бумага.
Применяемые реактивы
1. Водно - спиртовый раствор. Приготовление ведется с учетом содержания спирта. Например, на этикетке указано «Алк. 9 - 11% об.», следовательно, водно - спиртовый раствор готовится в соотношении 91:9 частей;
2. Дистиллированная вода;
Измерение показателя преломления исследуемых веществ проводят на рефрактометре ИРФ - 454БМ, принцип действия которого основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. Все измерения проводят в «белом свете» (дневном или электрическом). Для получения высокой точности показатели преломления исследуемых жидкостей замеряют при определенной температуре и определенной длине волны.
Рисунок 2.14 - Рефрактометр ИРФ - 454БМ: 1 - окуляр; 2 - маховики; 3, 4 - зеркала; 5 - рефрактометрический блок с подвижной (а) и неподвижной (б) призмами; 6 - заслонка; 7 - крючок; 8 - корпус прибора; 9 - место установки термометра
Рисунок 2.15 - Схема призм рефрактометра: 1 - измерительная призма; 2 - исследуемая жидкость; 3 - осветительная призма
Порядок работы рефрактометра ИРФ - 454БМ
Рефрактометр устанавливают так, чтобы свет падал на входное окно осветительной призмы и на зеркало, которым направляют свет во входное окно измерительной призмы. Для этого нужно открыть заслонку 6 и зеркала 3, 4 (см. рисунок 2.14).
Осветительную призму открыть на угол 100°. На чистую полированную поверхность измерительной призмы 1 (см. рисунок 2.15) стеклянной палочкой или пипеткой, не касаясь призмы, нанести 2 - 3 капли жидкости так, чтобы вся поверхность была покрыта пленкой жидкости. Опустить осветительную призму 3 и прижать ее крючком 7. Измерения прозрачных жидкостей проводят в проходящем свете, когда он проходит через открытое окно осветительной призмы.
Лучи света проходят осветительную призму 3, рассеиваясь на выходе матовой гранью А1В1, входят в исследуемую жидкость и падают на полированную грань АВ измерительной призмы 1 (см. рисунок 2.15). Поворотом зеркала 3 (см. рисунок 2.14) ярко освещают призму белым светом. Все поле в окуляре должно быть освещено равномерно.
Наличие темных пятен указывает на недостаточное количество взятой для анализа жидкости. В таком случае призмы раскрывают и добавляют несколько капель исследуемой жидкости и снова плотно сжимают их.
До начала измерений проверьте чистоту осветительной и измерительной призм прибора (смочите их дистиллированной водой и протрите чистой мягкой салфеткой).
Перед измерениями проверяют рефрактометр по дистиллированной воде:
а) на чистую полированную поверхность измерительной призмы осторожно, не касаясь ее поверхности, наносят пипеткой 2 - 3 капли дистиллированной воды и опускают осветительную призму;
б) поворотом зеркала добиваются наилучшей освещенности шкалы. Вращением нижнего маховика, расположенного на правой стороне рефрактометра и смотря в окуляр, границу светотени вводят в поле зрения окуляра 1. Вращением верхнего маховика устраняют цветную окраску границы раздела света и тени и наводят ее на резкость;
в) наблюдая в окуляр, совмещают центр перекрестия с линией светотени с помощью нижнего маховика и измеряют значение показателя преломления воды на шкале, расположенной внизу окуляра.
При 20°С показатель преломления воды nD = 1,3330. Если опыт проводился при другой температуре (измерить температуру воды термометром), то вводится температурная поправка к полученному значению показателя преломления для воды:
N = 0,0565 10-4 + 10-4 (t0 - 10) (2.23)
где 10-4 - температурный коэффициент показателя преломления дистиллированной воды, 1/град.
n = n?D + ?n (2.24)
Совпадение экспериментально полученного значения n с данными таблицы 2.9 при той же температуре говорит о том, что рефрактометр настроен.
Таблица 2.9 Температурные отклонения показателя преломления воды
Выполнение работы
1) Приготовить растворы для построения градуировочного графика
Готовят пять градуировочных растворов сахарозы в мерных колбах емкостью 25 см3, охватывая диапазон ожидаемой концентрации в исследуемом образце (например, на этикетке вина написано: «сахара 30 - 50 г/дм3», следовательно, нужно приготовить растворы сахара концентрации 20; 30; 40; 50; 60 г/дм3). В качестве растворителя используют водно - спиртовый раствор.
Градуировочные растворы готовятся из массы навески сахарозы при приготовлении 25 см3 раствора с концентрацией сахара 20 г/дм3 по соотношению:
20 г - 1000 см3.
m1, г - 25 см3.
Навеску сахарозы количественно переносят через воронку в мерную колбу вместимостью 25 см3. В колбу добавляют водно - спиртовой раствор на? ее объема и перемешивают содержимое до полного растворения сахарозы. Затем оставшийся объем довести до метки водно - спиртовым раствором и перемешивают. Аналогично рассчитывают и готовят растворы других концентраций.
2) Измерить показатель преломления градуировочных растворов:
а) приподнять осветительную призму и поверхности обеих призм осторожно протереть фильтровальной бумагой;
б) нанести 2 капли раствора на поверхность измерительной призмы и опустить осветительную призму;
в) поворотом верхнего маховика установить границу светлого и темного полей. Она должна быть четкой и не иметь радужной окраски;
г) вращать нижний маховик до совпадения границы темного и светлого участка поля зрения.
д) полученные данные занести в таблицу 2.10;
Таблица 2.10 - Результаты эксперимента
3) Подготовить исследуемый продукт к анализу. Вино, полученное для анализа предварительно пропускают через хроматографическую колонку, заполненную активированным углем, чтобы отделить красящие органические вещества. Устанавливают скорость капания, равную вытеканию 1 капли через каждые 3 с. Если вино недостаточно осветлилось, операцию повторяют 2 - 3 раза.
4) Измерения показателя преломления очищенного вина ведется аналогично измерению показателя преломления градуировочных растворов.
5) По окончании измерений промыть обе призмы дистиллированной водой и вытереть насухо фильтровальной бумагой.
6) Построить градуировочный график по результатам таблицы 2.10.
7) Используя градуировочный график, определите содержание сахарозы в вине, и сравнить с данными на этикетке бутылки.
Обработка результатов эксперимента
1) Проверяют рефрактометр по дистиллированной воде
Показатель преломления по дистиллированной воде n = 1,3302 при температуре проведения эксперимента Т = 28,8°С
N = 0,0565 10-4 + 1 10-4(t - 10) = 0,0565 10-4 + 1 10-4(28,8 - 10) = 1,89 · 10-3
n = n?D + ?n = 1,3302 + 1,89 · 10-3 = 1,33209 ~ 1,3321
2) Построить градуировочный график по результатам таблицы 2.11
Таблица 2.11- Результаты эксперимента
Рисунок 2.16 - График зависимости показателя преломления n от концентрации водно - спиртового раствора сахарозы, г/дм3
3) Используя градуировочный график, определить содержание сахарозы в вине, и сравнить с данными на этикетке бутылки.
Показатель преломления для образца вина n = 1,3390
Уравнение прямолинейной зависимости показателя преломления n от концентрации водно - спиртового раствора сахарозы, г/дм3: n = 1,34426 · 10?4 · C + 1,33425, следовательно:
n = 1,34426 · 10?4 · C + 1,33425
1,3390 = 1,34426 · 10?4 · C + 1,33425
0,00475 = 1,34426 · 10?4 · C
C = 35,3354 ~ 35,33 г/дм3
Анализируемое винное изделие - полусладкое белое столовое вино «Русская Лоза Мускат», алк 10 - 12%, сахар 30 - 40% объем 0,7л
Область применения
1) Круговорот углекислого газа в природе
Углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтеза из поглощаемого диоксида углерода атмосферы и воды.
2) Источник пищи
Углеводы служат основным ингредиентом пищи млекопитающих. Общеизвестный их представитель - глюкоза - содержится в растительных соках, плодах, фруктах и особенно в винограде (отсюда ее название - виноградный сахар). Она является обязательным компонентом крови и тканей животных и непосредственным источником энергии для клеточных реакций. Приём пищи увеличивает расход энергии в покое в среднем до 2200 ккал (белки до 30%, углеводы и жиры на 4 - 15%). Эта способность пищи повышать энерготраты называется специфически - динамическим действием пищи.
3) Энергетическая и строительная функция углеводов
Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов. Они имеют большое значение как источники энергии в метаболических процессах. Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Она освобождается в процессе диссимиляции сложных органических соединений: белков, жиров и углеводов, потенциальная энергия которых при этом переходит в кинетические виды энергии, в основном в тепловую, механическую и частично в электрическую.
Расщепление идет путем присоединения кислорода - окисления. При окислении 1 г жира в организме выделяется 9,3 ккал тепла, 1 г углеводов - 4,1 ккал, 1 г белка - 4,1 ккал.
То количество тепла, которое выделяется при окислении в организме 1 г вещества, называется теплотой сгорания.
Часть освободившейся энергии используется для построения новых клеток и тканей, часть потребляется в процессе функционирования органов и тканей - сокращения мышц, проведения нервных импульсов, синтеза ферментов и гормонов и др. Большая часть химической энергии переходит в тепло, которое идет на поддержание постоянной температуры тела.
4) Строительный материал
Целлюлоза является распространенным растительным полисахаридом, входит в состав древесины, скелета стеблей и листьев, оболочки зерновых культур, овощей и фруктов.
5) Кулинарное и кондитерское дело
Химически подтверждают: температура выше 120°С разрушает питательные вещества и запускает реакции, в результате которых образуются элементы, способные навредить организму. Так, готовка на открытом огне вызывает реакцию Майяра: этот французский химик обнаружил, что высокая температура меняет качество аминокислоты в присутствии сахара.
Именно эта реакция придает характерный цвет хлебной корочке, куриной коже, чипсам. Кроме того, благодаря ей появляется аппетитный запах жаренного.
6) Постоянство внутреннего состава крови
Для человека основным источником углеводов является растительная пища. В пище содержатся главным образом сложные углеводы: полисахариды - крахмал, гликоген и дисахариды - молочный, свекловичный, тростниковый и другие сахара. В пищеварительном тракте при их расщеплении образуются простые моносахариды - глюкоза, фруктоза и галактоза, которые всасываются из кишечника в кровь.
В крови углеводы содержатся в виде глюкозы 4,44 - 6,66 ммоль/л, в печени и мышцах - в виде небольших запасов гликогена.
При голодании запасы гликогена уменьшаются, так как гликоген расщепляется до глюкозы и поступает в кровь, поддерживая постоянный уровень сахара в крови. Состояние, когда уровень сахара в крови становится ниже 4,44 ммоль/л, называют гипогликемией, повышение свыше 6,66 ммоль/л - гипергликемией. При гликемии нарушается функциональное состояние нервных клеток, у человека появляются слабость, чувство голода, понижается работоспособность.
Если гипогликемия продолжается длительное время, то человек теряет сознание и может наступить смерть. В случаях, когда человек принимает одномоментно 150 - 200 г легкоусвояемых углеводов (сахар, конфеты), возникает так называемая алиментарная (пищевая) гипергликемия, которая сопровождается глюкозурией - появлением сахара в моче; избыток сахара выводится почками. Всосавшиеся в кишечнике моносахариды с током крови через портальную вену попадают в печень, где часть их превращается в гликоген и откладывается про запас.
Кроме, печени гликоген откладывается в скелетных мышцах. Всего в запасе организма имеется около 350 г гликогена.
7) Применение в медицине для получения антибиотиков
Стрептомицин - антибиотик группы аминогликозидов широкого спектра действия - основание, растворим в воде, термоустойчив. Обладает устойчивостью как в сухом состоянии, так и в растворах (в особенности при рН = 3 - 7 и температуре раствора < 28°С). Обычно выделяют в виде солей: хлоргидрат, сульфат и др.; [?]D26 водного раствора хлоргидрата - 86,1°.
Исторически первый антибиотик группы аминогликозидов и первый, оказавшийся активным против туберкулёза и чумы. Был открыт вторым после пенициллина Зельманом Ваксманом, за что он получил Нобелевскую премию в 1952 году.
стрептомицин
Образуется в процессе жизнедеятельности лучистых грибов Streptomyces globisporus streptomycini или других родственных микроорганизмов.
После введения стрептомицин быстро и полностью всасывается из места инъекции.
Распределяется во всех тканях организма. Связывание с белками плазмы низкое (0 - 10%). Не метаболизируется. T1/2 - 2 - 4 ч. Выводится в неизмененном виде с мочой.
8) Информационная функция
Нуклеиновые кислоты или полинуклеотиды - это сополимеры четырех типов нуклеотидов, представляющих собой сложные эфиры фосфорной кислоты и пентозы (пятичленного циклического сахара), в молекуле которой одна из гидроксильных групп замещена азотистым основанием.
В природе существует два типа нуклеиновых кислот, различающихся входящими в их молекулы пентозами - рибонуклеиновая кислота (РНК), содержащая рибозу, и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащая дезоксирибозу.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) - макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.
Так же, как ДНК, рибонуклеиновая кислота (РНК) состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом.
Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию.
Все клеточные организмы используют РНК для программирования синтеза белков.
Около 0,1 г (точная навеска) субстанции глюкозы помещают в мерную колбу на 50 мл (раствор А). 5 мл раствора А переносят в колбу для титрования, добавляют 5 мл 0,1 моль/л раствора йода (I 2) и 7,5 мл 0,1 моль/л раствора натрия гидроксида (NaOH). Колбу закрывают и оставляют на 20 минут в темном месте. По истечению указанного времени в колбу добавляют 5 мл разведенной кислоты серной (H 2 SO 4) и титруют 0,1 моль/л раствором натрия тиосульфата (Na 2 S 2 O 3). Индикатор – крахмал.
Параллельно проводят контрольный опыт. В колбу для титрования помещают 5 мл воды очищенной, 5 мл 0,1 моль/л раствора йода (I 2) и 7,5 мл 0,1 моль/л раствора натрия гидроксида (NaOH). Колбу закрывают и оставляют на 20 минут в темном месте. По истечению указанного времени в колбу добавляют 5 мл разведенной кислоты серной (H 2 SO 4) и титруют 0,1 моль/л раствором натрия тиосульфата (Na 2 S 2 O 3). Индикатор – крахмал.
Параллельно проводят контрольный опыт. 1 мл 0,1 М раствора натрия тиосульфата соответствует 0,009985 г глюкозы.
Молярная масса кислоты аскорбиновой – 198,17 г/моль
Фармацевтическая субстанция должна содержать не менее 99,0% глюкозы.
V Na 2 S 2 O 3 к.о. – объем 0,1 моль/л раствора натрия тиосульфата, пошедшего на титрование в контрольном опыте, мл;
V Na 2 S 2 O 3 – объем 0,1 моль/л раствора натрия тиосульфата, пошедшего на титрование навески в основном опыте, мл;
m т.н. – точная масса навески субстанции глюкозы, г.
50 – объем мерной колбы, мл;
5 – объем аликвоты, мл.
4. Указания по количественному определению глюкозы методом рефрактометрии
Количественное определение глюкозы в субстанции с использованием метода рефрактометрии рассчитать двумя способами:
4.1 По значению показателя преломления раствора глюкозы (с использованием рефрактометрической таблицы (см. табл. 1)).
4.2 По рефрактометрическому фактору (для растворов глюкозы в диапазоне концентраций 1-10% он составляет 0,00142 ). Расчет произвести по формуле 2:
n – показатель преломления исследуемого раствора;
n 0 – показатель преломления растворителя (воды очищенной);
F – рефрактометрический фактор, равный величине прироста показателя преломления при увеличении концентрации на 1%.
Таблица 1 – Показатели преломления растворов с весо-обьемной концентрацией
|
Показатель преломления |
Показатель преломления |
Концентрация глюкозы безводной, % |
|
В спирте этиловом и метиловом (абсолютных) сахароза не растворяется. В водно-спиртовых смесях растворимость сахарозы возрастает с увеличением доли воды в смеси.
Растворы сахарозы преломляют световые лучи. При этом показатель преломления не постоянен и зависит от концентрации раствора (табл. 1). Это свойство растворов сахарозы широко применяется для определения их концентрации.
Таблица 1
Сахароза в кристаллическом и расплавленном состоянии, а также ее растворы практически не проводят электрического тока. Диэлектрическая постоянная для кристаллической сахарозы при 15°С равна 4,19.
Сахароза практически не восстанавливает медно-щелочных растворов и поэтому относится к нередуцирующим сахарам. Некоторая (очень незначительная) редуцирующая способность растворов сахарозы обусловливается самоинверсией при нагревании, что связано с диссоциацией ее как кислоты (константа электролитической Диссоциации при 25°С равна 3 10 -13). Образующийся при этом инвертный сахар проявляет восстановительные свойства.
Для кондитерского (в частности, карамельного) производства большое значение имеет свойство растворов сахарозы растворять другие сахара. При этом общая концентрация растворенных веществ возрастает, что дает возможность получить более концентрированные растворы (сиропы). Однако предельная концентрация самой сахарозы в присутствии других Сахаров и патоки снижается. Это наглядно видно из табл. 2-5.
Таблица 2. Концентрация сахарозы в присутствии инвертного сахара при 50°С
| сахарозы | инвертного сахара | сахарозы | инвертного сахара | всего сухих веществ |
Таблица 3. Концентрация сахарозы в присутствии патоки при 50°С
| сахарозы | патоки (сухих веществ | сахарозы | патоки (сухих веществ) | всего сухих веществ |
Таблица 4. Концентрация сахарозы в присутствии глюкозы при 25°С
| сахарозы | глюкозы | сахарозы | глюкозы | всего сухих веществ |
Таблица 5. Концентрация сахарозы в присутствии мальтозы при 25°С
| сахарозы | мальтозы | сахарозы | мальтозы | всего сухих веществ |
Из данных табл. 2-5 видно, что добавление к раствору сахарозы инвертного сахара, патоки, глюкозы и мальтозы снижает предельную концентрацию сахарозы. Общее содержание сухих веществ (в сумме) при этом возрастает. Особенно значительно повышение общего содержания сухих веществ по сравнению с насыщенным раствором одной сахарозы при добавлении инвертного сахара и патоки.
Сахароза не гигроскопична. При относительной влажности воздуха ниже 93% кристаллы сахарозы практически не поглощают влагу из воздуха и не расплываются. Однако при добавлении к сахарозе других Сахаров смесь поглощает воду из воздуха при более низких значениях относительной влажности.
В табл. 6 приведены данные, характеризующие гигроскопичность сахарозы в чистом виде и в смеси с другими сахарами.
Таблица 6. Гигроскопичность сахарозы
| Относительная влажность 81,8% | Относительная влажность 62,7% | Относительная влажность 43,0% |
|||||||
| Количество влаги в %, поглощенной при 25°С через |
|||||||||
| Сахароза | Не гигроскопична | Не гигроскопична | Не гигроскопична |
||||||
| Сахароза + 10% глюкозы | Не гигроскопична |
||||||||
| Сахароза + 10 % Фруктозы | |||||||||
| Сахароза +10% инвертного сахара | |||||||||
| Сахароза + 10% мальтозы | |||||||||
Как видно из данных таблицы, при добавлении к сахарозе инвертного сахара или фруктозы способность смеси поглощать влагу из окружающего воздуха наблюдается уже при относительной влажности 62,7%, а при относительной влажности 81,8% такие смеси поглощают влагу уже после первого часа хранения. Добавление к сахарозе 10% глюкозы или мальтозы также повышает гигроскопичность смеси по сравнению с чистой сахарозой, но в значительно меньших размерах по сравнению со смесями, в которые добавлены фруктоза или инвертный сахар. Смеси сахарозы с 10% глюкозы или мальтозы практически не гигроскопичны при относительной влажности 43,0 и 62,7%. Некоторая гигроскопичность проявляется только при относительной влажности 81,8%