2 Экспериментальная часть

Целью предлагаемых работ является овладение рефрактометрическими методами анализа: измерение показателя преломления и плотности жидкостей, а так же определение массовой доли вещества в растворе по показателю преломления.

2. 1 Правила работы на рефрактометре ИРФ-454

Рефрактометр ИРФ-454 предназначен для измерения показателя преломления n_D и средней дисперсии n_F − n_C

Все измерения проводятся в «белом» свете (дневном или электрическом).

Показатель преломления прозрачных сред определяется в проходящем свете, а полумутных и мутных - в отраженном свете.

2. 1. 1 Установка окуляра

Поверните окуляр по часовой стрелке, пока перекрестие в верхней части поля не будет видно резко.

Отфокусируйте резкость и изображение шкалы в нижней части поля зрения.

2. 1. 2 Установка освещения

Источником света служит электрическая лампа (25-40 вт) или дневной свет. Рефрактометр устанавливают так, чтобы свет падал на входное окно осветительной призмы или зеркало, которым направляют свет на входное окно измерительной призмы.

2. 1. 3 Измерение коэффициента преломления жидкостей

Откиньте осветительную призму. На чистую поверхность измерительной призмы пипеткой нанесите 2-3 капли исследуемой жидкости. Плавно опустите осветительную призму. Измерение прозрачных жидкостей проводят в проходящем свете, свет проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто. Измерение окрашенных и мутных жидкостей проводят в отражённом свете. Для этого закройте заслонку верхней призмы и откройте зеркальную заслонку нижней измерительной призмы. При этом светлое и тёмное поля поменяются местами.

Поворотом зеркала добейтесь наилучшей освещённости шкалы. Вращением маховика границу светотени подведите под перекрестие. Вращением компенсатора дифракции устраните окрашенность наблюдаемой границы светотени (черно-белый круг).

Снимите отсчёт по шкале прибора в единицах измерения коэффициента преломления.

2. 1. 4 Чистка призм рефрактометра

Поверхность призм необходимо чистить после каждого измерения следующим образом:

– откиньте осветительную призму и мягкой фланелевой салфеткой или ватой удалите жидкость с призмы (полированную грань измерительной призмы вытирайте очень осторожно);

– протрите призму ваткой, смоченной в спирте; поверхность должна быть блестящей и гладкой;

– дайте поверхности подсохнуть, проложите между призмами фланелевую салфетку или фильтровальную бумагу.

Внимание! После измерения никогда не оставляйте образец на призме, так как от этого прибор приходит в негодность.

2. 2 Лабораторная работа № 1 «Определение объёмной доли этилового спирта в алкогольных напитках» (6 часов)

2. 2. 1 Краткая характеристика метода

Прямой рефрактометрический метод определения объёмной доли спирта широко применяется в спиртовом и пивоваренном производстве для экспресс- анализа технологического процесса. Метод основан на определение показателя преломления водно-спиртового раствора с помощью рефрактометра Аббе. С увеличением содержания спирта в растворе показатель преломления увеличивается. Объёмная доля спирта определяется одним из указанных ниже методов.

2. 2. Необходимые реактивы

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Спирт этиловый технический по ГОСТ 17299 с массовой долей 96%.

2. 2. 1 Графический метод определения объёмной доли этилового спирта

Приготовить ряд стандартных растворов этилового спирта, для этого отмерить пипетками в пробирки точные объёмы жидкостей:

спирт этиловый, см³ 1 2 3 4 5

вода дистиллированная, см³ 9 8 7 6 5

Пробирки закрыть пробками и перемешать полученные растворы. Дать отстояться 5 мин, а затем определить показатель преломления для каждого раствора. По полученным данным построить калибровочный график, откладывая по оси абсцисс объёмную долю спирта, а по оси ординат - величины показателя преломления.

Определить объёмную долю спирта в анализируемой пробе алкогольного напитка. Для этого измерить показатель преломления раствора и с помощью калибровочного графика, построенного по стандартным растворам найти объёмную долю спирта в пробе.

2. 2. 2 Табличный метод определения объёмной доли этилового спирта

Измерить показатель преломления анализируемой пробы и с помощью таблицы № А 1 (Приложение А) определить объёмную долю спирта. Сравнить с результатами, полученными графическим методом.

2. 2. 3 Определение объёмной доли спирта в растворе по значению удельной рефракции

Опытным путём определяют удельную рефракцию анализируемой пробы.

Для этого необходимо определяют показатель преломления и плотность раствора анализируемого раствора. Плотность раствора лучше определить с помощью пикнометра, но допустим и ареометрический метод.

Удельные рефракции компонентов r_С и r_B рассчитываются на основании табличных значений показателей преломления и плотности составляющих веществ (т.е. воды и спирта). Для расчетов используется формула Лорентц-Лоренца

(1. 9).

Обозначив через «Х» массовую долю спирта в растворе и используя правило аддитивности рефракции, можно записать:

100 r = r_C∙ Х + r_B (100 – Х), (1. 11)

где r_C – удельная рефракция спирта;

r_B – удельная рефракция воды.

Преобразуя уравнение, рассчитываем массовую долю спирта, %:

Х = ∙100. (1. 12)

Указанный метод является наиболее простым способом определения содержания веществ в растворе, так как не требует построения калибровочного графика, и приемлем в случае отсутствия таблиц, определяющих содержание вещества по показателю преломления.

2. 2. 4 Обработка результатов

Объёмную долю спирта (Х, %) в анализируемой пробе определяют тремя указанными методами: с помощью градуировочного графика, табличным и расчётным.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов определений тремя независимыми методами.

2. 3 Лабораторная работа № 2 «Определение массовой доли сахара в мороженном» (6 часов)

2. 3. 1 Краткая характеристика метода

Метод основан на том, что навеску мороженого обрабатывают при нагревании 4 % - ным раствором хлористого кальция, при этом происходит осаждение белков. Массовую долю сахара определяют по показателю преломления фильтрованной сыворотки.

2. 3. 2 Необходимые реактивы

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Кальций хлористый по ГОСТ 450-77 с массовой долей 4 %.

2. 3. 4 Проведение испытания

На технических весах с точностью до 0,01 г берут навеску мороженого массой, равной 10 г. Приливают 1см³ 4% раствора хлористого кальция и 10 см³ дистиллированной воды. Устанавливают колбу с навеской в водяную баню так, чтобы уровень воды достигал половины высоты колбы, доводят баню до кипения и кипятят 10 минут. Охлаждают холодной водой до температуры 20 ^оС. Отфильтровывают содержимое колбы через фильтровальную бумагу в чистый сухой стаканчик. Прозрачную сыворотку отбирают пипеткой и наносят на измерительную призму рефрактометра 1 - 2 капли. По найденному значению показателя преломления, пользуясь таблицей А 2 (Приложение А), определяют массовую долю сахара в мороженом.

2. 3. 5 Обработка результатов

Определяют массовую долю сахара в мороженом (Х, %).

За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов трёх параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,3 %.

2. 4 Лабораторная работа № 3 «Определение массовой доли лактозы в молоке» (6 часов)

2. 4. 1 Краткая характеристика метода

Метод основан на измерении показателя преломления безбелковой молочной сыворотки. Молочную сыворотку готовят, как описано выше, осаждая белки хлоридом кальция.

2. 4. 2 Необходимые реактивы

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Кальций хлористый по ГОСТ 450-77 с массовой долей 4 %.

2. 4. 2 Проведение испытания

В две колбы вместимостью 50 см³ или пенициллиновые флаконы пипеткой отобрать 5 мл анализируемого молока, добавить по 1 см³ 4 % - ного раствора хлористого кальция, закрыть пробкой и тщательно перемешать. Затем поместить в водяную ба-

ню так, чтобы уровень воды достигал половины высоты колбы, довести до кипения и кипятить 10 минут. Охладить под холодной водой до температуры 20 ^оС, отфильтровать через фильтровальную бумагу в чистый стаканчик. Прозрачную сыворотку отобрать пипеткой и осторожно нанести на измерительную призму рефрактометра. Определить коэффициент преломления. Далее определение проводить по методу добавок. Во вторую колбу добавить точно взвешенную навеску лактозы массой 1г перемешать и измерить показатель преломления. Массовую долю лактозы 1г, перемешать и измерить показатель преломления. Массовую долю лактозы (Х, %) рассчитывают по нижеприведенной формуле:

Х = (1. 13)

где n – показатель преломления анализируемой молочной сыворотки;

n₁ - показатель преломления молочной сыворотки с добавлением лактозы;

Х₁- масса добавленной лактозы, 1г;

2. 4. 3 Обработка результатов

Определяют массовую долю лактозы в молоке (Х, %).

За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов трёх параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,3 %.

Сравнивают полученные результаты с табличными данными, приведёнными в таблице А 3 (Приложение А), и оценивают точность и правильность полученных результатов, рассчитывая относительную и абсолютную ошибки анализа и доверительный интервал.

2. 5 Лабораторная работа №4 «Определение массовой доли воды в растительных маслах» (6 часов)

2. 5. 1 Краткая характеристика метода

Метод основан на том, что навеска исследуемого масла смешивается с глицерином, который поглощает воду из масла, и по разности показателя преломления глицерина до и после взбалтывания с маслом определяют массовую долю воды.

2. 5. 2 Необходимые реактивы

Вода дистиллированная по ГОСТ 6703.

Глицерин по ГОСТ с массовой долей 80..90 %.

2. 5. 3 Проведение испытания

На технических весах с точностью до 0,01 г берут навеску масла в количестве от 10 до 15 г (навеску удобнее брать в пробирку). Туда же добавляют по разности от 1до 2 г глицерина с массовой долей 80-90 %. Пробирку плотно закрывают пробкой и взбалтывают в течение 5 минут. Затем помещают в центрифугу, уравновешивают другой пробиркой и центрифугируют 1…2 минуты. Достигнув полного разделения слоёв, определяют показатель преломления глицерина, отбирая его пипеткой.

2. 5. 4 Обработка результатов

Массовую долю воды (Х, %) находят по формуле:

= 0,03 + ,

где 0,03 – поправка, определённая опытным путём;

n_о – показатель преломления исходного глицерина;

n – показатель преломления глицерина после взбалтывания с маслом;

Р – навеска глицерина, г;

m – навеска масла, г;

760 – фактор пересчёта (при прибавлении 0,00076 г воды к 1 г глицерина коэффициент преломления изменяется на 0,0001).

2. 6 Лабораторная работа №5 «Определение массовой доли воды в меде» (6 часов)

2. 6. 1 Краткая характеристика метода

Метод основан на измерении коэффициента преломления расплавленного мёда. Чем больше сухих веществ в мёде, тем больше коэффициент преломления. Зрелый мёд должен содержать не более 20 % воды, при больших содержаниях воды он сбраживается.

2. 6. 2 Необходимые реактивы

Вода дистиллированная по ГОСТ 6703.

Образец меда.

2. 6. 3 Проведение испытания

Жидкий мёд можно анализировать без предварительной подготовки, а закристаллизовавшийся мед нагревают на водяной бане в пробирке с закрытой пробкой при температуре 50 ⁰С, затем охлаждают до температуры 20 ⁰С. Воду, собравшуюся на стенках пробирки осторожно перемешивают палочкой с медом, наносят на измерительную призму рефрактометра и определяют показатель преломления. Пользуясь данными, приведёнными в таблице А 4 (Приложение А), устанавливают массовую долю воды в меде.

Измерения следует проводить при температуре 20 ⁰С, при температуре выше 20 ⁰С коэффициент преломления увеличивают на 0, 00023 на каждый градус, а при температуре ниже 20 ⁰С показатель преломления уменьшают на указанную величину.

2. 6. 4 Обработка результатов

Массовую долю воды в меде (Х, %) находят, пользуясь данными, приведенными в таблице А 4 (Приложение А).

Проводят не менее трёх параллельных опытов и рассчитывают массовую долю воды в мёде. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов трёх параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,3 %.