Analiza chimica a alimentelor prin conductometrie

UNIVERSITATEA VALAHIA TARGOVISTE

SPECIALIZAREA MASTER: CONTROLUL SI EXPERTIZA ALIMENTELOR

TEMA DE CASA

Analiza chimica a alimentelor prin conductometrie

Principiul metodei. Analiza conductometrica  se bazeaza pe proprietatea solutiilor de electroliti de a conduce curentul electric

Notiunile utilizate in analiza conductometrica, unitatile lor de masura si relatiile dintre notiuni

a)    

R - reprezinta rezistenta, exprimata in ohmi pe care o coloana de electrolit de lungime l [cm] si suprafata S [cm²] o opune la trecerea curentului electric.

reprezinta rezistenta specifica

b)    

C - reprezinta conductibilitatea electrica pentru solutia de electrolit

c)     , reprezinta constanta celulei conductometrice exprimata in [cm^-1], formata din placi confectionate din platina, dispuse la distanta l [cm] si avand suprafetele s [cm²].

d)     , reprezinta conductivitatea specifica a solutiei de electrolit, avand semnificatia densitatii ionilor dizolvati in unitatea de volum de solutie.

Pentru caracterizarea conductometrica a solutiei unui electrolit, trebuie sa se cunoasca valoarea constantei celulei conductometrice k cu care se efectueaza determinarile. Pentru aceasta se masoara valorile conductibilitatilor electrice C ale unor solutii de KCl de concentratie cunoscuta la o anumita temperatura, pentru a etalona aparatul.

Pentru solutia apoasa de KCl, conductivitatea electrica specifica  creste liniar in intervalul 0 pana la 6 moli/litru.

Pentru ceilalti electroliti tari, valoarea creste pana la o concentratie molara de 4 moli/litru, dupa care incepe sa scada.

Comportarea electrolitilor tari se explica prin faptul ca la valori ridicate ale concentratiei molare, ionii din solutie incep sa se asocieze intre ei, scazand numarul purtatorilor de sarcina electrica.

O comportare similara se inregistreaza si pentru compararea a electrolitilor slabi. Se observa ca in cazul electrolitilor slabi, valoarea e mica in comparatie cu aceeasi valoare care caracterizeaza electrolitii tari. Diferenta de comportare se datoreaza faptului ca electrolitii slabi sunt partial disociati la dizolvare.

Conductivitatea electrica specifica () mai mare a acizilor in comparatie cu bazele se datoreaza mobilitatii ionice mai ridicate a ionului pozitiv de hidrogen: H (proton) in comparatie cu ionul de K⁺ sau .

e)     , reprezinta conductibilitatea echivalenta a unei solutii de electrolit caracterizata de conductivitatea specifica si de concentratia normala C.

Avand in vedere ca valoarea lui C_n este invers proportionala cu volumul si tinand cont de unitatea de masura a si a volumului, unitatea de masura pentru este :

Pentru o solutie ideala, valoarea este independenta de concentratie. O solutie ideala este solutia in care ionii rezultati din disocierea electrolitului nu interactioneaza electrostatic intre ei. Pentru a deosebi intre ei electrolitii care au o comportare reala (si se abat de la idealitate) a fost introdusa notiunea de conductibilitate electrica la dilutie infinita: reprezentand o marime specifica a fiecarui electrolit prin extrapolare, reprezentand grafic in functie de concentratie.

Se obtine o curba care pentru valori din ce in ce mai mici ale concentratiei devine asimptota la axa ordonatei. Prin extrapolarea curbei se afla valoarea .

si se afla cu relatia:

, unde A reprezinta o constanta caracteristica fiecarui electrolit, iar C reprezinta valoarea concentratiei normale.

Pentru electrolit ideal, functie de :

Pentru electrolitii tari si pentru cei slabi, dependenta ,este exponentiala. Aceste diferente de comportare pot fi puse foarte usor in evidenta masurand valoarea conductibilitatii specifice a unor solutii de electrolit care au aceeasi concentratie normala. Se observa intotdeauna ca electrolitii slabi genereaza solutii cu valori mai coborate ale conductibilitatii specifice, respectiv ale conductibilitatii echivalente.

Valorile conductibilitatilor electrice au diverse aplicatii practice si teoretice. Prin valorile electrice se pot determina valorile pentru gradul de disociere la un electrolit definit ca raportul dintre conductibilitatea lui echivalenta la o anumita concentratie C si conductibilitatea lui echivalenta la o dilutie infinita.

Valorile sunt tabelate.

Utilizare

Datorita capacitatii informationale foarte ridicate si a simplitatii instalatiei de analiza conductometrica aceasta metoda este utilizata pentru a descrie comportarea substantelor pure sau in amestec si pentru determinarea concentratiei acestora.

Astfel, conductometria poate fi utilizata pentru:

masurarea PH-ului,

masurarea conductibilitatii electrice a unor electroliti,

masurarea valorii produsului de solubilitate a unui electrolit univalent,

determinarea mineralitatii unei solutii (mineralitatea - reprezinta cantitatea de substante ionice dizolvate pentru 1 litru de solutie exprimata in miligrame/litru sau micrograme/mililitru),

determinarea gradului si constantei de disociere s unui electrolit slab,

titrarea conductometrica

Aparatele utilizate in conductometrie sunt conductometrele;  acestea prezinta celule electrice de conductibilitate confectionate din material plastic sau sticla care protejeaza o suprafata de platina sau iridiu, ce reprezinta partea activa care intra in contact cu solutia de analizat. Impulsurile electrice generate sunt captate de sisteme electronice de masurare.

Conductometrele pot functiona pe doua principii:

pe baza de punte Wheatstone,

pe baza de circuite electronice integrate.

Titrarea conductometrica ofera posibilitatea stabilirii volumului de echivalenta la titrare in functie de valoarea conductibilitatii electrice a probei de analizat si de evolutia valorii acesteia in functie de volumul de reactiv adaugat.

Instalatia pentru titrarea conductometrica este formata din:

biureta cu agent titrant,

agitator magnetic care are rolul ca prin rotire sa omogenizeze solutia din paharul de titrare

celula de conductibilitate care e imersata complet in proba de analizat si cuplata la conductometru prin intermediul unui conductor

In pahar se introduce proba de analizat si se dilueaza cu solvent pana in momentul in care celula de conductibilitate e complet imersata in proba.

Determinarea experimentala presupune urmarirea evolutiei valorii conductibilitatii electrice a probei in functie de volumul de agent titrant care se adauga. Pentru stabilirea exacta a valorii volumului de echivalenta se inregistreaza intr-un tabel valoarea conductibilitatii in µs in functie de volumul masurat de agentul titrant (ml).

Agentul titrant se adauga in volume egale la intervale egale de timp astfel incat sa se poata citi exact valoarea conductibilitatii solutiei din pahar dupa fiecare volum de agent titrant adaugat.

Valorile conductibilitatii se reprezinta grafic intr-un sistem de axe de coordonate in functie de valorile corespunzatoare ale volumului de agent titrant adaugat.

Titrarea unui acid tare cu o baza tare:

HCl cu NaOH:

Avand in vedere ca mobilitatea ionica a e cu mult mai mare decat mobilitatea , valoarea conductibilitatii electrice scade pana la volumul de echivalenta.

Dupa volumul de echivalenta, conductibilitatea incepe sa creasca datorita excesului de ion de Na . Cresterea concentratiei e mai mica datorita mobilitatii ionice mai mici a ionilor de sodium.

Daca titrarea se desfasoara astfel incat avem suficient de multe puncte in plan inainte de volumul de echivalenta se poate trasa o dreapta descendenta care reprezinta evolutia valorii conductibilitatii electrice a probei inainte de volumul de echivalenta. Daca avem suficient de multe valoriale volumului de agent titrant adaugat dupa volumul de echivalenta, se poate trasa o dreapta cu panta pozitiva care evidentiaza evolutia valorii conductibilitatii electrice a probei dupa volumul de echivalenta. Prelungind cele doua drepte, de la intersectia lor se coboara perpendicular o linie de ordine pana la axa volumelor unde se citeste direct valoarea volumului de echivalenta corespunzatoare volumului de acid titrant.

Acest tip de titrare este avantajoasa fata de titrarea cu indicatori pentru cazul lichidelor colorate unde nu se mai poate utiliza un indicator de viraj al culorii.

Aceasta metoda poate fi utilizata de exemplu pentru determinarea continutului de cenusa din zahar.

Determinarea continutului de cenusa din zaharul cristal:

2.2 Determinarea continutului de cenusa

Continutul de cenusa reprezinta o caracteristica de calitate

foarte importanta pentru mai multe produse alimentare, dar mai

ales pentru cele de origine vegetala.

Cenusa exprima continutul procentual de substante minerale

si impuritati minerale dintr-un produs.

Determinarea cenusii se efectueaza in mod obisnuit prin

calcinarea probei in conditii stabilite, prin metoda lenta la

550 - 650°C (metoda de referinta) si metoda rapida la 900 - 920°C.

. Principiul metodei: determinarea reziduului rezultat

prin calcinarea probei de analizat.

. Aparatura:

-dispozitiv de calcinare

-bec de gaz;

-trepied metalic;

-cuptor electric;

-placa termorezistenta;

-exicator;

-balanta analitica.

Fig. nr. 2.2 Dispozitiv de calcinare:

1-creuzet; 2-triunghi de samota;

3-inel

Fig. nr. 2.3 Cuptor electric

Marfuri alimentare

. Mod de lucru:

Intr-un creuzet de portelan (calcinat in prealabil la 550°C,

pana la masa constanta) se introduc 45 g din proba de analizat, in

strat cat mai uniform, cantarita cu precizie de 0,0002 g, la balanta

analitica.

Pentru inceput, creuzetul se aseaza pe un triunghi de

portelan si se arde lent continutul la flacara unui bec de gaz (in

nisa), pana la totala disparitie a fumului. Se introduce apoi

creuzetul in cuptorul electric incalzit in prealabil la 550650°C.

Dupa 1 ora de calcinare, creuzetul se scoate pe o placa

termorezistenta si se umecteaza portiunile negre ale probei cu 23

picaturi de apa distilata. Umectarea provoaca dizolvarea cenusii sau

topiturii din jurul particulelor de carbune nears, permitand oxidarea

completa, dupa reluarea calcinarii. Dupa evaporarea apei, se

reintroduce proba in cuptor si se continua calcinarea cca. 6 ore,

pana la obtinerea unui reziduu de culoare alba sau cenusie deschisa,

fara urme de carbune.

Creuzetul calcinat se raceste in exicator pana la temperatura

camerei (max. 2 ore) si apoi se cantareste. Se repeta operatiile de

calcinare, racire si cantarire pana la obtinerea unei mase constante

(diferenta dintre doua cantariri succesive nu este mai mare de

0,0002 g).

Calcinarile urmatoare se efectueaza timp de o jumatate de

ora. Cu cat diferenta dintre doua cantariri succesive este mai mica

cu atat durata calcinarii va fi mai mica.

Rezultatul se exprima procentual, cu doua zecimale.

Determinarea se efectueaza asupra a doua probe, in paralel, in

aceleasi conditii.

Continutul de cenusa, % = (m1/m)x100, in care:

m = masa reziduului obtinut prin calcinare, in g;

m1 = masa probei de analizat, in g.

In cazul metodei rapide, creuzetul cu proba de analizat se

introduce in cuptorul electric termoreglat la 900-920°C

calcinandu-se 2 ore, dupa care se cantareste.

Marfuri alimentare

Continutul de cenusa se calculeaza dupa aceeasi formula.

In standardele referitoare la produsele alimentare cenusa se

exprima sub forma de:

Cenusa totala: substante minerale + impuritati;

Cenusa neta: substante minerale;

Cenusa insolubila in HCl 10%: impuritati minerale,

in special oxizii de siliciu si silicatii (aceasta

caracterizeaza gradul de impurificare cu nisip,

pamant, pietris - impuritati provenite de la materiile

prime vegetale spalate necorespunzator).

Prezentam in continuare cateva exemple din standardele de produs:

BIBLIOGRAFIA:

Ioan Sas - Analize fizico-chimice si controlul calitatii produselor, Univ. Galati 1985.

Ioan Sas - Analize fizico-chimice si controlul calitatii produselor - Indrumar de laborator, Univ. Galati 1989.

Kekedy Ladislau - Analiza fizico-chimica, Ed. Fizica si Pedagogica, Bucuresti 1969.

Al. Duca, C. Luca, I. Al. Crisan - Chimia analitica si analiza instrumentala, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1983.

Iuliu Pogany, Mircea Banciu - Heterofizice in chimia organica, Ed. Stiintifica, Bucuresti 1972.