13. Določanje nizkih koncentracij etanola v sadnih sokovih

OSNOVA

Nizke koncentracije etanola se pojavljajo tudi v sadnih in zelenjavnih proizvodih. Postopek za določanje majhnih količin etanola v tovrstnih vzorcih predpisuje mednarodni standard ISO 2448. Ta temelji na postopku destilacije, ki ji sledi titracija. Postopek destilacije je nujen, da odstranimo vpliv matrice, hkrati pa lahko deluje tudi kot obogatitev (koncentriranje) etanola, če zberemo destilat v manjšem volumnu, kot je bil volumen vzorca. Po standardnem postopku določamo etanol z oksidacijo s kalijevim dikromatom(VI) v kislem mediju ob dodatku žveplove(VI) kisline. Preostanek dikromata določamo s titracijo z amonij-železovim(II) sulfatom(VI) ob prisotnosti železovega(II)-1,10 fenantrolina kot indikatorja. Titracijo etanola, ki jo predvideva standardni postopek smo nadomestili s spektrometričnim merjenjem po reakciji etanola s kalijevim dikromatom v kislem mediju žveplove(VI) kisline.

NALOGA

V destilatu sadnega soka s spektrometrom Spektra^TM določite koncentracijo etanola po reakciji s standardno raztopino K₂Cr₂O₇ v raztopini žveplove(VI) kisline in izračunajte množino etanola v kilogramu sadnega soka.

POTREBŠČINE

Pri delu rabimo:

• analizno tehtnico,
• čašo 800 mL,
• pH meter s kombinirano pH elektrodo,
• destilacijsko bučo 2000 mL,
• električni grelnik (kaloto),
• kolono s steklenim polnilom
• stekleno koleno s termometrom,
• Liebigov hladilnik,
• nastavek za uvajanje destilata v bučko,
• merilno bučko 100 mL,
• merilni valj 10 ml,
• laboratorijsko stojalo 2x,
• mufo 2x,
• prižemo za bučko,
• prižemo za hladilnik,
• termometer,
• vrelne kroglice,
• merilne buče 1000 mL,
• čaše različnih velikosti,
• stekleno palčko,
• kvantitativne lije,
• merilni valj 500 mL,
• batno mikropipeto (50-1000 µL),
• batno mikropipeto (100-5000 µL),
• spektrometer Spektra^TM,
• steklene epruvete z zamaški,
• blistre.

KEMIKALIJE

Pri delu rabimo naslednje kemikalije:

• kalcijev oksid, CaO, (M = 56,08 g/mol), CAS:1305-78-8,
• kalijev dikromat, K₂Cr₂O₇, (M = 294,19 g/mol), CAS: 7778-50-9,
• žveplova(VI) kislina, H₂SO₄, (M = 98,08 g/mol, ρ = 1,84 g/ml, w = 0,96), CAS: 7664-93-9,
• aluminij v prahu, Al, (M = 26,98 g/mol), CAS: 7429-90-5,
• amonij-železov(II) sulfat heksahidrat, (NH₄)₂Fe(SO₄)₂· 6H₂O, (M = 392,14 g/mol), CAS: 7783-85-9,
• železov(II) sulfat heptahidrat, FeSO₄· 7H₂O, (M = 278,02 g/mol), CAS: 7782-63-0,
• 1,10-fenantrolin monohidrat, C₁₂H₈N₂· H₂O,(M = 198,2 g/mol) CAS: 5144-89-8.

NEVARNOSTI

	Kalcijev oksid R: 41 Nevarnost hudih poškodb oči. S: 22-24-26-39 Ne vdihavajte prahu. Izogibajte se stiku s kožo. Pri stiku z očmi, takoj izperite z obilo vode in poiščite zdravniško pomoč. Nosite zaščito za oči/obraz.
	Kalijev dikromat R:45-46-60-61- 8-21-25-26-34-42/43-48/23-50/53 Lahko povzroči raka., dedne genetske okvare, škoduje plodnosti, nerojenemu otroku. V stiku z vnetljivim materialom lahko povzroči požar. Zdravju škodljiv v stiku s kožo. Strupen pri zaužitju, zelo strupen pri vdihavanju.  Strupen za vodne organizme, lahko povzroči dolgotrajne škodljive učinke na vodno okolje. S: 53-45-60-61 Izogibajte se izpostavljanju. Ob nezgodi ali slabem počutju, takoj poiščite zdravniško pomoč. Ta material in embalažo morate odstraniti kot nevaren odpadek.   Ne izpuščajte v okolje.
	Koncentrirana žveplova(VI) kislina R: 35 Je korozivna in povzroča hude opekline. S: 26-30-45 V primeru stika z očmi, takoj izperite z obilo vode in poiščite zdravniško pomoč. Temu izdelku nikoli ne dolivajte vode. V primeru nesreče ali ob slabem počutju takoj poiščite zdravniško pomoč.
	Etanol R: 11 Je lahko vnetljiv S: 7-16 Hranite v tesno zaprti posodi. Hranite ločeno od virov vžiga.
	Železov(II) sulftat hephtahidrat R: 22-36/38 Škodljiv ob zaužitju. Draži oči in kožo.
	Aluminij v prahu R 15/11 Lahko vnetljivo. V stiku z vodo se sproščajo lahko vnetljivi plini. S 43 V primeru požara uporabite za gašenje pesek. Ne uporabljajte vode.

POSTOPKI

Priprava suspenzije kalcijevega hidroksida s koncentracijo 0,1964 mol/L
V 500 mL čašo natehtamo 110 g kalcijevega oksida in dodamo prečiščeno vodo. Suspenzijo kvantitativno prenesemo v 1000 mL bučo in razredčimo s prečiščeno vodo do oznake.

Priprava osnovne standardne raztopine kalijevega dikromata s koncentracijo 0,1447 mol/L
V 150 mL čašo natehtamo 42,5723 g kalijevega dikromata, ki je bil predhodno 2 uri sušen pri 105 °C. Dodamo prečiščeno vodo in kalijev dikromat raztapljamo s pomočjo ultrazvočne kopeli. Raztopino kvantitativno prenesemo v 1000 mL bučo in s prečiščeno vodo razredčimo do oznake.

Priprava raztopine žveplove(VI) kisline (1+1)
V 1000 mL čašo z merilnim valjem odmerimo 200 mL deionizirane vode. Med hlajenjem in mešanjem v vodni kopeli počasi dodajamo 200 mL koncentrirane žveplove(VI) kisline.

Postopek destilacije
V 800 mL čašo natehtamo 700 g sadnega soka in mu s pH metrom izmerimo pH. Soku dodamo toliko suspenzije kalcijevega hidroksida, da pH poseže vrednost (8,0±0,2). V 2 L destilacijsko bučo kvantitativno prenesemo raztopino sadnega soka, ki smo mu uravnali pH vrednost, dodamo vrelne kamenčke, ter bučo opremimo s frakcionirno kolono in nastavkom s katerim povežemo kolono in hladilnik. Na koncu hladilnika vpnemo nastavek, ki sega v 100 mL merilno bučko, v katero predhodno odmerimo 10 mL prečiščene vode, katere temperaturo med destilacijo ohranjamo med 15 in 20 °C, da preprečujemo odhlapevanje etanola. Ko zberemo približno 80 mL destilata, destilacijo prekinemo. Najprej hladilnik ločimo od preostale aparature, izključimo grelnik in nato zapremo vodo na hladilniku. Hladilnik in nastavek speremo z malo prečisčene vode v 100 mL bučko. Destilat s prečiščeno vodo razredčimo do oznake in bučko zamašimo.

Slika 1: Aparatura za destilacijo etanola iz sadnih in zelenjavnih proizvodov

Določanje etanola z merjenjem absorbance raztopine kalijevega dikromata po reakciji z raztopino etanola
V stekleno epruveto z batno pipeto odpipetiramo 0,3 mL standardne raztopine kalijevega dikromata s koncentracijo 0,1447 mol/L, 2 mL raztopine žveplove(VI) kisline (1+1) in 1 mL raztopine etanola določene koncentracije ali destilata soka. Za slepo raztopino odmerek etanola in odmerek raztopine dikromata nadomestimo s prečiščeno vodo. Epruvete zapremo s steklenim zamaškom. Na sliki 2 je prikazana standardna raztopina kalijevega dikromata z dodatkom žveplove(VI) kisline(1+1), preden dodamo raztopino etanola. Na sliki 3 je prikazana standardna raztopina kalijevega dikromata z dodatkom žveplove(VI) kisline (1+1) in raztopine etanola različnih koncentracij po 30 minutah.

Slika 2: Epruvete z 0,3 ml raztopine kalijevega dikromata
in 2 ml raztopine H₂SO₄ (1+1) pred dodatkom raztopine etanola.

Slika 3: : Epruvete z 0,3 ml raztopine kalijevega dikromata in 2 ml raztopine H₂SO₄ (1+1) po dodatku 1 ml raztopine etanola različnih koncentracij.

Z batno mikropipeto iz vsake steklene epruvete po 30 minutah odpipetiramo 400 µL raztopine in jo prenesemo v vdolbino blistra. Merimo s spektrometrom Spektra^TM proti slepi pri modrem LED svetilu. Merilne vrednosti so prikazane v tabeli 1.

Tabela 1: Transmitance in absorbance raztopin dikromata z dodatki kalibracijskih raztopin z različnimi koncentracijami etanola ali z dodatki destilatov vzorcev merjene po 30 minutah proti slepi pri modri LED

REZULTATI

Slika 4 prikazuje odvisnost absorbance raztopine kalijevega dikromata od koncentracije raztopine etanola. Za vzorce destilatov sokov iz grafa odčitamo koncentracijo etanola ali pa jo izračunamo po kvadratni enačbi. Rezultata za vzorca destilatov izračunana iz podatkov v tabeli 1 sta v tabeli 2.

Slika 4: Odvisnost absorbance raztopine kalijevega dikromata od koncentracije etanola

Tabela 2: Koncentracija etanola v destilatu

Množino etanola v kilogramu soka izračunamo tako, da koncentracijo etanola, ki smo jo na osnovi kalibracijskega grafa določili za destilat (c(EtOH)) množimo z volumnom destilata (0,1 L) in delimo z natehto soka (m_soka) kot kaže enačba.

V enem kilogramu borovničevega soka je 1,87 mmol etanola.

Razvili in pripravili: Dr. Nataša Gros in Karmen Lampreht, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo