Потенціометричний метод дослідження харчових продуктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

MIHICTEPCTBO АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

УМАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ САДВНИLЦВА

Iнженерно - технологiчний факультет

Кафедра технології зберiгання i переробки плодiв та овочiв

РЕФЕРАТ

З дисципліни «СІМКХВ»

На тему : « Потенціометричний метод дослідження харчових продуктів»

Виконала

студнтка 32 - Т групи

Кикоть Д.В.

Викладач:

Матенчук Л. Ю.

Умань 2014

Зміст

1. Фізико-хімічні методи аналізу

2. Стандартний водневий електрод

3. Електроди порівняння в потенціометрії

3.1 Хлорсрібний електрод

4. Індикаторні електроди в потенціометрії

4.1 Амальгамні електроди

4.2 Редокс-електроди

4.3 Металеві електроди 2-го роду

4.4 Мембранні (іоноселективні) електроди

5. Пряма потенціометрія (іонометрия)

6. Потенціометричне титрування

Список літератури

1. Фізико-хімічні методи аналізу

ФХМА - це обширна група методів, в яких кількісний аналіз проводять з застосуванням вимірювальних приладів, тому їх часто називають інструментальними методами. Фізико-хімічні методи аналізу широко застосовуються в сучасних аналітичних лабораторіях різних галузей харчової промисловості для отримання інформації про якість сировини і харчових продуктів на всіх стадіях їх виробництва, зберігання і транспортування при визначенні: основних компонентів - білків, ліпідів, вуглеводів; ферментів, амінокислот, гормонів, пестицидів; нітратів і нітритів, кислотності в соках, пиві, винах і ін .; таких металів, як Zn, Al, Pb, Cd, і інших в пакувальній тарі, сировині та продуктах. Як і будь-який інший фізико-хімічний метод, потенціометрія буває пряма і непряма. В обох випадках аналіз проводять в потенциометричній комірці, що складається з двох електродів - електрод порівняння і індикаторного електрода, поміщених в досліджуваний розчин. У зовнішньому електричному колі електроди підключені до вимірювального приладу - потенціометра, що вимірює різницю потенціалів електродів комірки або потенціал індикаторного електрод щодо потенціалу електрода порівняння, який в даних умовах є величиною постійною (?ср = const), тоді як потенціал індикаторного електрода такою величиною не є. Ця різницю носить назву електрорушійної сили (ЕРС) потенциометричної комірки:

ЕРС =Д? = ?ср - ?інд.

Таким чином, пара електродів, занурена в потенціометричну комірку з яким-небудь розчином, являє собою гальванічний елемент, а різниця потенціалів між ними - ЕРС гальваніченого елемента. Один електрод (сам по собі) являє собою напівелемент, що володіє в залежності від умов власним потенціалом. Так, при зануренні пластинки якогось металу в воду на її поверхні виникають процеси, що призводять до утворення подвійного електричного шару. Іони металу з кристалічної решеткі під дією полярних молекул води відриваються і переходять в воду, заряджаючи його позитивно (+). Електрони залишаються на по- верхні металу, заряджаючи її негативно.Між металом і розчином встановлюється динамічна рівновага:

М - ne- М ⁿ⁺

На межі розділу фаз розчин-поверхня металу утворюється подвійний електричний шар. Різниця потенціалів

Д?=? + - ?,

виникла на межі метал-розчин (за умови усталеної рівноваги), називається рівноважним електродним потенціалом і розраховується за рівнянням Нернста:

?_р = ?⁰+ RT/ nF * ln a Ме^П+1

де ?^{0 _} стандартний електродний потенціал, В; R = 8,314 Дж/(моль·К) - універсальна газова стала; Т - температура, К; n - число електронів, що приймають участь в електрод- ной реакції; F = 96500 Кл / моль - постійна Фарадея; a Ме^П+1 - активність іонів металу в розчині. В даний час відсутні теоретичні та експериментальні методи, за допомогою яких можна обчислити або виміряти абсолютні значення електродного потенціалу, які використовуются при електрохімічних розрахунках.

У зв'язку з цим електродні потенціали вимірюють щодо певного стандарту.

2. Стандартний водневий електрод

В якості такого стандарта прийнятий нормальний водневий електрод (НВЕ),являючий собою платинову пластину, занурену в 1 М розчин кислоти, через який пропущений газоподібний водень при дотриманні умов стандартності:

а _Н⁺ = 1Н, Р_Н2 = 1,013·10⁵ Па = 1атм; t = 25⁰.

Потенціал водневого електрода визначається рівновагою електродної реакції харчовий потенціометрія електрод амальгамний

Н2 - 2 е = Н⁺

і розраховується за рівнянням Нернста.

Стандартний потенціал НВЕ, згідно з міжнародним згодженням, прийнятий рівним нулю і за точку відліку потенціалів всіх електродів, що мають табличні значення.

3. Електроди порівняння в потенціометрії

Електроди порівняння служать еталонами, по відношенню до яких вимірюють потенціали індикаторних електродів. Електроди порівняння повинні бути стійкими у часі потенціалом, що не змінюється при проходженні невеликого струму. Звичайно як електроди порівняння використовують хлорсрібний і каломельний електроди. Вони являють собою металеві електроди, що знаходяться в контакті з розчином, насиченим малорозчинною сіллю металу і містять надлишок іншої солі з однойменним аніоном. Слід нагадати, що стандартні потенціали всіх електродів порівняння виміряні щодо нормального водневого електрода, стандартний потенціал якого умовно приймається за нуль.

3.1 Хлорсрібний електрод

ХСЕ являє собою серебристий дріт або пластинку, покриту шаром АgCl і вміщену в розчин КСl.

Потенціал такого електрода визначається електродної реакцією, де робочою речовиною є AgCl:

AgCl+ e - Ag⁰ + Cl^-

Активність конденсованих фаз АgCl і Ag дорівнює одиниці. Каломельний електрод (КЕ) складається з металевої ртуті, що знаходиться в контакті з пастоподібною каломелю Нg2Cl2. внутрішнім розчином в каломельному електроді є розчин КСl.

Робочою речовиною в даному випадку є каломель, елекродна реакція протікає в такий спосіб:

Нg₂Cl₂ + 2е - Нg⁰ +2 Cl^-

Оскільки активність твердих фаз в рівнянні Нернста не враховується, рівноважний потенціал каломельного електрода також визначається тільки концентрацією хлорид-іонів в аналізованому розчині.

Слід зазначити, що стандартні потенціали хлорсрібного і каломельного електродів порівняння залежать від концентрації КСl у внутрішньому розчині електрода і є довідковими величинами.

4. Індикаторні електроди в потенціометрії

Незалежно від виду потенциометрії (пряма або непряма) індикаторні електроди повинні бути стійкі до речовин, що знаходяться в розчині, і реагувати тільки на зміну концентрації визначаємих іонів, т. е. потенціал індикаторного електрода повинен бути оборотним щодо визначаємого іона і змінюватися зі зміною його активності відповідно до рівняння Нернста. В потенціометрії в якості індикаторних електродів застосовують металеві і мембранні електроди.

Металеві електроди бувають 1-го і 2-го роду.

Металевий електрод 1-го роду являє собою металеву пластинку або дріт, занурену в розчин солі цьог металу, а це означає, що рівноважний потенціал електрода оборотний щодо катіона металу і визначається його концентрацією (активністю). Потенціал індикаторного електрода повинен встановлюватися швидко і давати відтворювані результати. Даним вимогам відповідають електроди з срібла, ртуті, кадмію та деяких інших металів. Для більшості ж металів це не характерно (хром, кобальт, мідь, вісмут, свинець і ін.), тому в якості індікаторних електродів вони не використовуються. Однак у багатьох електродів відтворюваність результатів значно поліпшується, якщо використовувати не просто метал, а його амальгаму, т. е. розчин металу в ртуті. Так отримують амальгамні електроди.

4.1 Амальгамні електроди

Їх потенціал залежить не тільки від активності іонів металу в розчині, а й від активності металу в амальгамі (а_{Me (Hg)}).

4.2 Редокс-електроди

Займають особливе місце серед металічних індикаторних електродів і служать для виміру окисно- відновного потенціалу системи. Для їх виготовлення використовують благородні метали: платину, золото, іридій, осмій чи графіт. Самі метали індифферентні по відношенню до компонентів аналізуємої системи. Вони виконують лише функцію переносчика електронів від відновника до окислювача, сама ж реакція протікає в розчині. Окислювально-відновний потенціал таких електродів залежить від ставлення концентрації (активності) окисленої відновленої форм редокс-пари. Наприклад, при визначенні редокс- потенціалу системи (Fe^{3 +} -Fe^{2 +}) Використовують Рt-електрод - переносник електронів, а величину потенціалу такого електрода при встановившійся рівновазі

Fe³⁺+ е - Fe²⁺

4.3 Металеві електроди 2-го роду

Складаються з металу, покритого шаром малорозчинної сполуки цього металу і погруженного в розчин, що містить аніони, однойменні з аніонами тважкорозчинні солі металу. До них відносяться електроди порівняння - хлорсрібний, каломельний і деякі інші. Електроди другого роду зазвичай застосовують як електроди порівняння, хоча їх можна використовувати для визначення аніонів важкорозчинної сполуки.

4.4 Мембранні (іоноселективні) електроди

Електрохімічні напівелементи з відносно високою специфічністю до визначаємого іону. В роботі іоноселективних електродів (ІСЕ) використовується не електрохімічна реакція з переносом електронів, а різниця потенціалів, що виникає на внутрішній і зовнішній поверхнях мембрани, т. е. на двох поверхнях розділу твердої і рідкої фаз. Перша поверхню розділу - внутрішня поверхня мембрани і внутрішній розчин електрода, друга - зовнішня поверхня мембрани і зовнішній (аналізований) розчин. В ІСЕ мемб на розділяє досліджуваний розчин і допоміжний внутрішній розчин, хімічна природа останнього і визначає селективність даного електрода по відношенню до того чи іншого іону.

Іоноселективні електроди бувають з твердими кристалічними і некристалічні і з рідкими мембранами. Найбільш широко застосовується група скляних електродів - іоноселективних електродів з твердою некристалічною мембраною. Їх використовують для визначення концентрації іонів водню (рН), натрію, калію, літію, кальцію та ін.

Велику групу ІСЕ представляють мініатюрні сенсебілізовані електроди, які відрізняються від розглянутих вище тим, що являють собою, як правило, не напівелемент, а повний гальванічний елемент, т. е. в конструкції якого вже передбачений електрод порівняння. Так працюють газові електроди, отримавші найбільше практичне поширення і стали прототипами сучасних ферментних електродів і електродів нового покоління - бактеріальних.

5. Пряма потенціометрія (іонометрия)

Пряма потенціометрія заснована на вимірі потенціалу індикаторного електрода, зануреного в досліджуваний розчин, відносно електрода порівняння і розрахунку концентрації (активності) іонів згідно рівняння Нернста.

Розрахунок концентрації по активності іона не завжди вдається зробити, оскільки невідома іонна сила розчину. Тому в аналізуємий розчин вводять фоновий розчин електроліту, який забезпечує сталість іонної сили і коефіцієнта активності. Для визначення концентрації частинок, наприклад іонів срібла в розчині AgNO₃, складають гальванічний ланцюг, що складається з срібного електрода і каломельного електрода порівняння.

Найбільшого поширення серед прямих потенціометричних методів отримав метод визначення рН. Прямі потенціометричні методи стали називати іонометрічними методами аналізу, або іонометри. Ця група методів інтенсивно розвивається в зв'язку з успіхами в конструюванні і поліпшенні якості іоноселективних електродів, що дозволяють проводити аналіз швидко і точно. Наприклад, іонометричний метод рекомендований як міжнародний стандарт для аналізу нітратів в овочах і фруктах.

6. Потенціометричне титрування

Суть методу полягає в тому, що в потенціометрічну комірку вводять, крім індикаторного електрода і електрода порівняння, що утворюють гальванічний елемент, бюретку з титрантом. За ходом титрування стежать по зміні ЕРС або рівноважного потенціалу індикаторного електрода. Реакції потенціометричного титрування повинні протікати кількісно, в точній відповідності зі стехіометрією, з високою швидкістю і бути незворотними. Результати визначення методом потенціометричного титрування більш точні, ніж при використанні прямої потенціометрії, так як в цьому випадку поблизу точки еквівалентності невеликої зміни концентрації визначаємої речовини відповідає велика зміна потенціалу індикаторного електрода. В цих методах в ході титрування вимірюють інтенсивність аналітичного сигналу і будують криву титрування.Для визначення точки еквівалентності використовують три методи побудови кривої титрування: звичайну криву, диференціальну криву і криву Грана. Метод Грана зазвичай використовують при титруванні дуже розбавлених розчинів.

В потенциометричному титруванні використовують всі типи реакцій: нейтралізації, окислення-відновлення, осадження, комплексоутворення. Вибір індикаторного електрода визначається типом реакції. Вимірювання ЕРС при прямій і непрямій потенциометрії проводять за допомогою потенціометра - приладу, в якому змонтована вся електрична схема установки з виводом контактів для підключення гальванічного елемента.

Для проведення аналітичних робіт можна користуватися вітчизняними рН-метрами типу рН-121, рН-125, рН-150, Іономір ЕВ-74, а також зарубіжних фірм Radiometr (Данія), Orion (США) та ін.

Список літератури

1. Аналитическая химия: В 3 т / Под ред. проф. Л.Н. Москвина. - М .: Изд. центр «Академия», 2008. - 368 с.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Физико химические методы анализа. Второе изд., Перераб. и доп .: Учеб. - М .: Дрофа, 2002. - 384 с.

3. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. Кн. 2. - М .: Высш. шк., 2004. - 503 с.

4. Кириллов В.В., Добрышин К.Д. Практикум по физико химическим методам анализа. Ч. I. электрохимические методы анали- за. Второе изд., Испр .: Учеб. пособие. - СПб .: СПбГУНиПТ, 2008. - 162 с.

5. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. Кн. 2. - М .: Химия, 1990. - 480 с.

6. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Кн. 2. - М .: Высш. шк., 2003. - 615 с.

Размещено на Allbest.ru