Контрольная работа по «Методам исследования свойств сырья и продуктов питания»

Министерство  образования и науки

ГОУ ВПО Уральский государственный  экономический университет

Факультет сокращенной подготовки

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 по дисциплине «Методы исследования свойств сырья и продуктов питания»

 

 

 

 

 

                                                                          Выполнил:

                                                                             Чекунов А.А.

                                                                                группа ТХП-11

                                                                                  Преподаватель:  

                                                                             Лихачева Е.И.

 

 

 

 

Екатеринбург 2012г.

 

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ      

6.1. Феррицианидный метод определения сахара в кондитерских изделиях. 
      
     Метод основан на колориметрировании избытка раствора феррицианида после реакции с редуцирующими веществами. 
      
     Метод применяется для всех кондитерских изделий и полуфабрикатов. 
          

6.1.1. Аппаратура, материалы  и реактивы 
      
     Баня водяная. 
      
     Бумага индикаторная лакмусовая или универсальная. 
      
     Бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026. 
      
     Бюретки 1-2-25-0,1 или 3-2-25-0,1 по ГОСТ 29251. 
      
     Весы лабораторные общего назначения 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104. 
      
     Воронки по ГОСТ 25336. 
      
     Капельницы по ГОСТ 25336. 
      
     Колбы конические Кн-2-250-34 ТС по ГОСТ 25336. 
      
     Колбы мерные отливные 1-100-2, 1-200-2, 1-250-2 и 1-1000-2 или 2-100-2, 2-200-2, 2-250-2 и 2-1000-2 по ГОСТ 1770. 
      
     Пестики 1 или 2, или 3 по ГОСТ 9147. 
      
     Пипетки 2-2-5, 2-2-10, 2-2-20, 2-2-50, 6-2-10 и 7-2-10 по ГОСТ 29227. 
      
     Плитка электрическая нагревательная. 
      
     Стаканы по ГОСТ 25336. 
      
     Стаканы СВ-24/10 или СН-34/12 по ГОСТ 25336. 
      
     Ступка 4 или 5, или 6 по ГОСТ 9147. 
      
     Термометр с диапазоном измерения 0-150 °С с ценой деления 1 °С ТЛ-2 1-Б 2-3 по ГОСТ 28498. 
      
     Фотоэлектроколориметр, обеспечивающий измерения в интервале длин волн 315-630 мкм с основной погрешностью не более 1% (по коэффициенту пропускания) или 0,1 Д (по оптической плотности). 
      
     Цилиндр отливной 1-25 или 3-25 по ГОСТ 1770. 
      
     Часы песочные на 1 и 5 мин. 
      
     Эксикатор по ГОСТ 25336. 
      
     Вода дистиллированная по ГОСТ 6709. 
      
     Калий железистосинеродистый (красная кровяная соль, феррицианид), х.ч. по ГОСТ 4206. 
      
     Кислота соляная, х.ч. по ГОСТ 3118. 
      
     Натрия гидроокись, ч.д.а. по ГОСТ 4328 или калия гидроокись, ч.д.а. по ГОСТ 24363. 
      
     Метиловый оранжевый, 0,1 г растворяют в 100 см горячей дистиллированной воды. 
      
     Глюкоза (безводная), ч.д.а. по ГОСТ 6038. 
      
     Фенолфталеин, спиртовой раствор с массовой долей 1% по ГОСТ 4919.1. 
      
     Цинк сернокислый 7-водный, х.ч. по ГОСТ 4174. 
      
     Допускается применение другой аппаратуры, лабораторной посуды с метрологическими и техническими характеристиками не хуже установленных в стандарте, а также реактивов по качеству не ниже вышеуказанных. 
     

 

 

     6.1.2. Подготовка к анализу 
          

6.1.2.1. Приготовление щелочного  раствора калия железосинеродистого  (феррицианида) 
      
     Взвешивают 8 г калия железосинеродистого и 28 г гидроокиси калия (или 20 г гидроокиси натрия). 
      
     Отдельно растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды. Затем оба раствора сливают в мерную колбу вместимостью 1000 см и доводят до метки дистиллированной водой. Раствор готов к использованию через сутки. Раствор можно хранить в склянке из темного стекла в течение 2 мес. 
          

6.1.2.2. Приготовление  стандартного раствора глюкозы 
      
     1,6 г безводной глюкозы взвешивают с точностью до 0,0002 г и растворяют в мерной колбе вместимостью 1000 см. Предварительно глюкозу выдерживают в эксикаторе над свежепрокаленным хлоридом кальция в течение 3 сут. После растворения навески раствор в колбе доводят до метки. 
         

6.1.2.3. Построение калибровочного  графика.  
     В 6 конических колб вместимостью 250 см вносят пипеткой по 25 см щелочного раствора феррицианида и по 7,0, 7,5, 8,0, 8,5, 9,0, 9,5 см стандартного раствора глюкозы. Из бюретки соответственно приливают 9,0, 8,5, 8,0, 7,5, 7,0, 6,5 см дистиллированной воды, тем самым доводят объем жидкости в каждой колбе до 41 см. 
      
     Содержимое каждой колбы нагревают до кипения и кипятят в течение 1 мин. Затем охлаждают и измеряют оптическую плотность на ФЭКе со светофильтром, имеющим 440 нм (на ФЭК-56М это соответствует N 4 - синему). Кювету подбирают такого размера, чтобы оптическая плотность была в пределах 0,3-0,6 для раствора, содержащего 8,5 см глюкозы (на ФЭК-56 и КФК-2 этому соответствует кювета в 10 мм). 
      
     Оптическую плотность измеряют в каждом растворе не менее трех раз и из полученных данных берут среднеарифметическое значение. 
      
     По полученным данным строят калибровочный график, откладывая на оси ординат значения оптической плотности, а на оси абсцисс - соответствующие этим значениям массы глюкозы в миллиграммах. Калибровочный график используется для определения редуцирующих веществ и общего сахара      

6.1.3. Проведение  анализа     

6.1.3.1. Определение массовой  доли редуцирующих веществ (сахара  до инверсии) 
      
     Навеску измельченного исследуемого изделия взвешивают с погрешностью не более 0,001 г из такого расчета, чтобы в 1 см раствора навески было около 0,002 г редуцирующих веществ. 
      
     Массу навески (m) в граммах вычисляют по формуле 
     

,                                                         (1)     

 
где 0,002 - оптимальная концентрация редуцирующих веществ раствора навески, г/см; 
      
     V - вместимость мерной колбы, см; 
      
     P - предполагаемая массовая доля редуцирующих веществ в исследуемом изделии, %. 
      
     Растворение навески и осаждение несахаров проводят по п.3.3.1. Приготовление реактивов для осаждения несахаров проводят по пп.3.2.5 и 3.2.6. 
      
     В коническую колбу вносят пипетками 25 см щелочного раствора феррицианида, 10 см исследуемого раствора и 6 см дистиллированной воды, затем содержимое колбы доводят до кипения, кипятят точно 1 мин, охлаждают и измеряют оптическую плотность, как указано в п.6.1.2.3. 
      
     Если значения оптической плотности будут за пределами 0,3-0,6, то анализ повторяют, соответственно изменив количество добавляемого к раствору феррицианида исследуемого раствора. 
      
     По значению оптической плотности и калибровочному графику находят соответствующее количество редуцирующих веществ (a). 
      
     Массовую долю редуцирующих веществ (x11) в процентах вычисляют по формуле 
     

,                                                          (2)

где m- масса навески изделия, г; 
      
     m1 - масса глюкозы, полученная по калибровочному графику, мг; 
      
     v - вместимость мерной колбы, см; 
      
     k - поправочный коэффициент, учитывающий частичное окисление сахарозы (определяется по табл.5); 
      
     v1 - объем исследуемого раствора, взятый для реакции с феррицианидом, см; 
     

1000 - коэффициент  пересчета миллиграммов глюкозы в граммы.              Таблица 5
Массовая доля редуцирующих веществ   по отношению к общему сахару, %	Поправочный коэффициент
5-10	0,91
10-15	0,93
15-20	0,94
20-30	0,95
30-40	0,97
40-60	0,98

 

     6.1.3.2. Определение массовой  доли общего сахара (сахара после  инверсии) 
      
     Навеску измельченного исследуемого изделия взвешивают с погрешностью не более 0,001 г из такого расчета, чтобы в 1 см раствора навески было около 0,004 г общего сахара, содержащегося в изделии. 
      
     Массу навески (m) в граммах вычисляют по формуле 
     

,                                                                       (3)     

 
где 0,004 - оптимальная концентрация общего сахара раствора навески, г/см; 
      
     v - вместимость мерной колбы, см; 
      
     p - предполагаемая массовая доля общего сахара в исследуемом изделии, %. 
      
     Растворение навески и осаждение несахаров проводят, как указано в п.3.3.1. 
      
     Приготовление реактивов для осаждения несахаров проводят по пп.3.2.5 и 3.2.6. 
      
     В мерную колбу вместимостью 100 или 200 см вносят пипеткой соответственно 50 или 100 см полученного фильтрата и инвертируют, как указано в п.3.3.2. 
      
     Определение общего сахара после инверсии проводят, как указано в п.6.1.3.1. 
      
     По значению оптической плотности и калибровочному графику определяют соответствующее количество глюкозы. 
      
     Массовую долю общего сахара (X12) в процентах, выраженную в глюкозе, вычисляют по формуле 
     

,                                                              (4)  

где m- масса навески изделия, г; 
      
     m1 - масса глюкозы, полученная по калибровочному графику, мг;     

V - вместимость мерной колбы, см; 
     V2 - вместимость мерной колбы, в которой проводилась инверсия, см; 
     V3 - объем исследуемого раствора, взятый для инверсии, см; 
     V1 - объем исследуемого раствора, взятый для анализа, см; 
     1000 - коэффициент пересчета миллиграммов глюкозы в граммы. 
      
     Для пересчета общего сахара, выраженного в глюкозе, в общий сахар, выраженный в сахарозе, полученное значение умножают на коэффициент 0,95. 
      
     Массовую долю общего сахара (X13) в процентах, выраженную в сахарозе, в пересчете на сухое вещество вычисляют по формуле 
     

,                                                                                 (5)     

 
где W- массовая доля влаги в исследуемом изделии, %. 
      
     Массовую долю сахарозы определяют по п.3.3.2. 
         

6.1.4. Результаты  параллельных определений вычисляют  до второго десятичного знака.  Окончательный результат округляют  до первого десятичного знака. 
      За окончательный результат анализа принимают среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми в одной лаборатории не должны превышать по абсолютному значению 0,5%, а выполненных в разных лабораториях - 1,0%. 
      
     Пределы допускаемых значений погрешности измерения ±1,0% при доверительной вероятности P=0,95. 
     

 

2 Люминесцентные методы определения химического состава пищевых продуктов 
       Люминесцентный метод позволяет установить состав пищевых продуктов. Данный метод основан на способности многих веществ после освещения их ультрафиолетовыми лучами (УФЛ) испускать в темноте видимый свет различных оттенков. Белки, жиры, углеводы дают люминесцентное свечение определенных оттенков, которое меняется при изменении их состава. С помощью этого метода можно определить различные примеси в продуктах, например, маргарина, в животных жирах, примесь плодово-ягодных вин в виноградных.

 Способность атомов и молекул поглощать энергию, поступающую к ним извне, вызывает новое энергетическое состояние вещества, которое называется возбужденным. Избыточная энергия атомов или молекул, полученная при  ионизацию-возбуждении, может быть израсходована на отрыв электронов  вещества; на какие-либо фотохимические реакции; на нагрев вещества, т. е. переход избыточной энергии в тепловую. Кроме того, возбужденные атомы или молекулы способны отдавать всю избыточную энергию или часть ее в виде света. Как правило, большинство твердых веществ при сильном нагревании светятся. Такое свечение раскаленных тел называют температурным или тепловым излучением. Чем больше энергии при данной температуре поглощает тело, тем оно больше ее излучает. 
 
У некоторых веществ наблюдается свечение и без нагревания при комнатной температуре, которое называют холодным свечением или люминесценцией. В отличие от температурного люминесцентное излучение является неравновесным и продолжается относительно долгое время после прекращения действия внешнего возбуждающего фактора.  
              Таким образом, люминесценция – свечение вещества после поглощения им энергии возбуждения: 
 
M^∙ ↔ M + hν. 
               Переходя в более низкое энергетическое состояние, возбужденные частицы испускают квант света – люминесцируют. Длительность послесвечения для различных люминесцирующих веществ различна: от миллиардных долей секунды (для отдельных атомов и молекул) до часов и даже нескольких суток (для кристаллофосфоров). 
 
Явления люминесценции многообразны по свойствам и происхождению. Различные виды люминесценции определяются характером энергии возбуждения, продолжительностью свечения и химическими свойствами люминесцирующих веществ. В зависимости от вида люминесценции рассматривают следующие разделы люминесцентного анализа: 1) фотолюминесценция, или флуоресценция, основанная на свечении вещества при поглощении лучистой, или световой энергии;  
2) катодолюминесценция, вызванная бомбардировкой быстролетящих электронов;  свечение веществ под действием-3) хемилюминесценция  
люминесценция трения и т. п.-некоторых химических процессов; 4) триболюминесценция  
Все люминесцирующие вещества имеют общее название люминофоры. 
Неорганические люминофоры называют чаще всего просто люминофорами, а  органолюминофорами. Органические и неорганические-органические  люминофоры существенно отличаются по природе свечения. У первых процессы поглощения возбуждающего света и излучения протекают в пределах каждой способной люминесцировать молекулы. У вторых, чаще всего активированных и имеющих кристаллическую структуру, в акте люминесценции участвуют не отдельные атомы и молекулы, а кристаллы. Эти люминофоры называют кристаллофосфорами. 
Известно два механизма возникновения свечения: 1) свечение отдельных центров, когда процесс возникновения люминесценции протекает лишь в одной частице (центр свечения), являющейся как поглотителем энергии, так и излучателем световых квантов, и 2) рекомбинационные процессы свечения, при которых, как правило, поглощение энергии осуществляется не теми частицами, которые излучают световые кванты. 
По первому механизму осуществляется свечение большинства органических веществ в растворе, в том числе и внутрикомплексных соединений органических люминесцентных реагентов с катионами. Свечение кристаллов с решетками молекулярного типа, например, нафталина, антрацена и их производных, определяется рекомбинационными процессами. Такое свечение наблюдается и у сульфида цинка, сульфида кадмия, оксида кальция и т. п., кристаллические решетки которых обладают некоторыми дефектами,  ионов тяжелых-вызванными внедрением примесей (или активаторов)  металлов. В этом случае в возникновении флуоресценции принимает участие весь кристалл в целом, такой вид свечения называют свечением кристаллофосфоров. 
 
^ В качественном люминесцентном анализе по цвету свечения и особенно по спектрам люминесценции можно установить присутствие того или иного вещества в пробе. При сопоставлении спектров люминесценции пробы и индивидуальных веществ, которые могут входить в состав пробы, основное внимание обращают на положение максимумов и ширину полос, наличие и характер их тонкой структуры. Установить присутствие вещества в пробе по цвету ее свечения  задача непростая. Сложность этой задачи-или спектру люминесценции  обусловлена тем, что многие вещества обладают одинаковым (с точки зрения восприятия человеческим глазом) свечением, а спектры их люминесценции состоят из широких, размытых полос. 
 
В этом случае нельзя рассчитывать на успешную идентификацию веществ. Лишь немногие вещества обладают достаточно четкими и характерными спектрами люминесценции, позволяющими надежно установить их присутствие в пробе. К ним относятся соединения урана (VI), лантаноидов, бензопирены, порфирины и др. 
 
При наличии в пробе нескольких люминофоров обычно проводят процедуру их разделения, используя чаще всего методы экстракции и хроматографии. Селективно возбуждая спектры люминесценции отдельных компонентов, в некоторых случаях удается провести качественный анализ многокомпонентных проб, минуя процедуру предварительного разделения компонентов. 
 
На основании изучения спектров люминесценции можно сделать некоторые выводы относительно химической структуры исследуемого вещества, а также проследить за изменением, претерпеваемым веществом во времени. Для обнаружения веществ, не обладающих собственной люминесценцией, используют реакции,  так называемые люминесцентные-приводящие к образованию люминофоров,  реакции. Иногда наличие искомого вещества в пробе удается установить по частичному или полному тушению люминесценции вспомогательного люминофора, введенного в пробу. 
 
^ Количественный люминесцентный анализ базируется на зависимости между интенсивностью люминесценции I_f (отн. ед.) и содержанием люминофора в пробе (с): 
 
I_f = k ^. c, (1. 1) 
 
где I_f  интенсивность люминесценции;- 
с  молярная концентрация, моль/л;- 
k – коэффициент, зависящий от природы вещества.  
Эта зависимость соблюдается лишь в том случае, если содержание определяемого компонента в пробе не превышает некоторого порогового значения: 
10^-4…10^-3 М (для жидких проб); 
10^-4…10^-3 % (для твердых проб). 
Проведение количественного люминесцентного анализа осложняется тем, что интенсивность люминесценции зависит не только от содержания определяемого вещества в пробе, но и от ряда других факторов: тушения люминесценции, значения рН среды, массовой доли комплексонов и др. В связи с этим, следует строго соблюдать все рекомендации, касающиеся подготовки проб, а также условия возбуждения и регистрации спектров люминесценции. 
 
Чаще всего для возбуждения люминесценции используют источники ультрафиолетового (УФ) излучения. Если же люминофор обладает интенсивным поглощением в видимой области спектра, то для возбуждения его люминесценции можно использовать лампу накаливания. В настоящее время для возбуждения люминесценции все чаще используют лазерное излучение. 
 
Люминесцентный метод анализа, так же как и фотометрический метод, относятся к группе оптических методов анализа, и потому они имеют много общего. Однако по сравнению с фотометрией люминесцентный метод имеет существенные преимущества. Прежде всего, чувствительность люминесцентного метода гораздо выше чувствительности фотометрического метода. Это связано с тем, что в люминесцентном методе определяют абсолютную величину светового потока, испускаемого возбужденной молекулой, и, таким образом, отношение полезного сигнала к шуму очень велико. В противоположность фотометрическому методу (где измеряется величина отношения двух световых потоков) в люминесцентном методе величина фототока, пропорциональная свету люминесценции, может быть многократно усилена электронным усилителем. Последнее обстоятельство позволяет определять количества вещества, на один-два порядка меньшие, чем в фотометрическом методе анализа. 
 
Второе преимущество заключается в относительно высокой селективности люминесцентного метода анализа, поскольку сравнительно небольшое число веществ способно люминесцировать. 
 
1.2 Методы определения содержания веществ  
в люминесцентном анализе 
 
Определение содержания вещества в пробе люминесцентным методом основано на сравнении интенсивности люминесценции пробы и стандартных образцов. Последние должны отвечать ряду требований: 
содержание определяемого вещества в стандартном образце должно быть точно известно;

 химический состав  матрицы (основы) стандартного образца  должен быть идентичен (или подобен в практически достижимой мере) матрице пробы; 
 
стандартный образец и проба должны обладать близкими физическими свойствами.  
 
В практике люминесцентного анализа используют как жидкие, так и твердые стандартные образцы. Жидкие стандартные образцы готовят растворением определяемого вещества в подходящем растворителе. При этом в раствор добавляют в необходимых количествах вещества, составляющие основу пробы. Применение люминесценции кристаллофосфоров для определения неорганических веществ связано с использованием твердых стандартных образцов. Как правило, процедура их приготовления трудоемка, требует тщательности и особых мер предосторожности и обычно проводится на специальной аппаратуре. 
 
Для расчета содержания вещества в пробе по результатам люминесцентных измерений чаще всего используют метод градуировочного графика, сравнения и добавок. 
Метод градуировочного графика. В этом методе измеряют интенсивность люминесценции серии стандартных образцов (обычно не менее пяти), охватывающих весь диапазон ожидаемых содержаний определяемого вещества в пробе, и строят график зависимости интенсивности люминесценции от массовой доли определяемого вещества. В идеальном случае градуировочный график должен быть линейным и проходить через начало координат. На практике он оказывается линейным лишь в узком диапазоне содержаний определяемого вещества и редко выходит из начала координат. 
 
Метод добавок. Наиболее простой способ приготовления стандартных образцов, соответствующих пробе по составу матрицы, заключается в использовании метода добавок. Его целесообразно использовать в тех случаях, когда состав матрицы пробы неизвестен или меняется от пробы к пробе. 
 
Сущность метода заключается в следующем. Берут три одинаковых образца пробы. Ко второму и третьему образцам добавляют точное количество определяемого вещества. Размеры добавок подбираются с таким расчетом, чтобы содержание определяемого вещества во всех трех образцах пробы после указанной процедуры отвечало соотношению 
 
cDсх : (сх +₁сD): (сх +₂) = 1:2:3, 
 
 
cDгде ₁ сDи ₂  изменение содержания определяемого вещества, вызванное процедурой добавки.- 
После измерения интенсивности люминесценции всех трех образцов строят график в координатах «^ Ic». Содержание определяемого вещества в пробе сх находят путем экстраполяции графика на значениеD- I =0. 
1.3 Аппаратура для люминесцентного анализа 
При проведении люминесцентного анализа необходимо измерять всевозможные спектрально-люминесцентные характеристики люминофора: интенсивность люминесценции, спектр возбуждения, спектры люминесценции и др. С этой целью используют различные люминесцентные приборы. Каждый такой прибор включает в себя шесть основных узлов: 
– источник возбуждающего света; 
– селектор частоты возбуждающего света и частоты люминесценции; 
– кюветное отделение, предназначенное для размещения кюветы с измеряемым образцом (стандартным образцом или пробой); 
– фотоприемник люминесценции (фотоэлемент, фотоумножитель, фотодиод); 
– усилитель сигнала; 
– миллиамперметр. 
Приборы, предназначенные для измерения флуоресценции, можно разделить на три категории: – флуориметры, флуоресцентные приставки к спектрофотометрам и спектрофлуориметры. Схема простейшего флуориметра приведена на рисунке 2.  
Во флуориметрах селекция частот возбуждающего света и света флуоресценции осуществляется с помощью светофильтров. Флуориметры применяют для проведения серийных анализов, где снижение селективности не является большим недостатком, а высокая чувствительность, напротив, представляет собой важное достоинство. 
 
 
 
1 − источник УФ излучения; 2 − первичный светофильтр;  
 
3 − кювета с образцом; 4 − вторичный светофильтр; 
 
усилитель; 7 − миллиамперметр-5 − фотоприемник; 6  
Схема простейшего флуориметра-Рисунок 2  
 
При измерении флуоресценции с помощью флуориметров существенное значение имеет правильный выбор светофильтров, необходимых для разделения света, возбуждающего флуоресценцию (первичный светофильтр), и света флуоресценции (вторичный светофильтр). Первичный светофильтр должен пропускать свет в области поглощения определяемого вещества и не должен пропускать свет в области, отвечающей флуоресценции вещества. Вторичный светофильтр должен пропускать флуоресценцию, но возбуждающий свет должен им полностью поглощаться. Источниками возбуждающего света во флуориметрах обычно служат ртутные лампы низкого давления. С целью получения практически сплошного спектра излучения внутренние стенки этих ламп часто покрывают люминофором.