Witaminę C znamy wszyscy. W organizmie jest ona jednym z głównych przeciwutleniaczy. Jest niezbędna w syntezie kolagenu, uczestniczy także jako koenzym w wielu reakcjach zachodzących w organizmie. Oprócz w cytrusach wiele jej znajdziemy np. w ziemniakach, pieprzu, brokułach czy kapuście. Ponieważ witaminaC rozpuszcza się w wodzie, jej nadmiar może być łatwo wydalony i nie ma żadnych objawów przedawkowania.

W tym artykule przedstawię sposób, którym można oznaczyć przybliżoną zawartość witaminy C w soku owocowym lub próbce jakiegoś warzywa. Użyjemy metody miareczkowania, które jest podstawową metodą analizy objętościowej, tj. opierającej się na pomiarze objętości odczynników zużywanych w danej reakcji. Niestety potrzebne będzie dość wyspecjalizowane i drogie szkło, lecz znajduje się ono w prawie każdej pracowni licealnej. Praktycznie nikt go nie używa, bo nie ma ochoty lub nie wie jak. A szkoda, bo za jego pomocą można się dowiedzieć wielu ciekawych i pożytecznych rzeczy.

Sprzęt

• Biureta 50 ml
• Kolby miarowe 1000 ml i 500 ml z korkami
• Cylinder miarowy 50 ml
• Pipeta jednomiarowa 20 ml
• Kilka zlewek lub kolb stożkowych
• Waga (najlepiej analityczna)
• Statyw z łapą
• Stojak na pipety (opcjonalnie)
• Tryskawka z wodą demineralizowaną
• Butelka z ciemnego szkła z zakrętką

Tajemniczy przyrząd, jakim jest biureta, to po prostu długa pipeta zakończona korkiem na szlif lub (w nowszych wersjach) teflonowym, z odwróconą skalą tj. zero jest na górze. Jak się później przekonamy, w tym szaleństwie jest metoda. Cena nowej to ok. 70-100 zł zależnie od rodzaju. Kolbę miarową można rozpoznać po długiej, wąskiej szyjce zawsze zakończonej szlifem. Kolbę taką musimy myć metodami chemicznymi, najlepiej jednak po prostu nie dopuścić do jej zabrudzenia. Największy kłopot może być z wagą analityczną, jednak przy odrobinie sprytu wystarczy zwykła z dokładnością do 0,1 g.

Odczynniki

• Kwas askorbinowy (witamina C) (C₆H₈O₆
• Jod (I₂
• Jodek potasu (KI)
• Skrobia ziemiaczana
• Sok pomarańczowy (lub inny sok)
• Woda demineralizowana

 

Wstęp teoretyczny

 

Witamina C jest dość silnym reduktorem. W środowisku kwaśnym reaguje ona z utleniaczami według poniższego schematu:

 

 

Z kolei roztwór jodu w jodku potasu jest utleniaczem. Reagują zawarte w nim jony wielojodkowe. Reakcja połówkowa oraz z kwasem askorbinowym przedstawia się następująco:

I₃^- + 2e^- → 3 I^-
C₆H₈O₆ + I₃^- → C₆H₆O₆ + 2 H⁺ + 3 I^-

Jeśli w roztworze obecny jest nadmiar jodku potasu, to liczba moli jonów wielojodkowych równa jest liczbie moli jodu użytych do sporządzenia roztworu. Widać zatem, że jeden mol jodu (cząsteczkowego - ważne!) reaguje z jednym molem kwasu askorbinowego. Jak może już wiesz, bardzo dobrym i dokładnym wskaźnikiem obecności jodu jest skrobia. Dopóki w roztworze jest jeszcze kwas askorbinowy, reaguje on na bieżąco z jodem, przez co skrobia nie zabarwia się. Po pojawieniu się nadmiaru jodu pojawia się granatowe zabarwienie. Trzeba zatem zrobić roztwór jodu w jodku potasu o dobrze znanym stężeniu jodu, a do analizowanej próbki dodać nieco roztworu skrobi. Mierząc objętość roztworu jodu potrzebną do wywołania zmiany zabarwienia, możemy obliczyć zawartość kwasu askorbinowego w próbce. Cwane, prawda?

Jest to sposób postępowania typowy dla miareczkowania. Roztwór dodawany z biurety nosi nazwę titranta (niezależnie czym ten roztwór jest). Dokładność analizy zależy w dużym stopniu od dokładnego wyznaczenia miana titranta. W naszym przypadku jest nim roztwór jodu. Sytuacja, w której dodaliśmy ilość titranta dokładnie odpowiadającą ilości oznaczanej substancji, nazywa się punktem równowagowym miareczkowania i często oznacza się ją skrótem PR. Substancja zmieniająca barwę w punkcie równowagowym lub "niedaleko" niego nazywana jest wskaźnikiem - w naszym przypadku jest nim skrobia.

 

Co należy wiedzieć przed zabraniem się do pracy

Podpowiedź - przeczytaj cały ten artykuł dokładnie i do końca, zanim zaczniesz cokolwiek robić!

Warto sobie zdać sprawę, że analiza chemiczna rządzi się innymi prawami niż "normalna" chemia, nastawiona na otrzymywanie wartościowych substancji. W zwykłejchemii najważniejsza jest oszczędność odczynników i otrzymanie dobrego efektu niskimi nakładami. W chemiianalitycznej natomiast najważniejsza jest dokładność oznaczenia, co usprawiedliwia stosowanie w niej technik, które gdzie indziej uznalibyśmy za marnotrawstwo. Należy do nich m. in. kilkukrotne przeprowadzanie tej samej analizy czy przemywanie biuret mianowanymi roztworami (!). Początkowo może to być dziwne, ale trzeba się do tego przyzwyczaić.

Przejdźmy do bardziej praktycznych wskazówek. Ogromną rolę w analizie odgrywa czystość wyposażenia. Przed pracą biuretę najlepiej zalać chromianką i zostawić na kilka godzin, zwłaszcza jeżeli nie była przez dłuższy czas używana. To samo dotyczy pipet, choć tu sprawa jest trudniejsza - nie bardzo jest jak umyć je chromianką. Jeśli wszystkie są fatalnie ubrudzone, najlepszym wyjściem jest kupno nowych. Wydaje się to nienormalne, ale taka jest prawda. Po myciu naczynia należy bardzo dokładnie wypłukać wodą, używając do ostatnich 2-3 przemywań wody demineralizowanej lub destylowanej. Należy tu odnotować duże udogodnienie - woda demineralizowana kupiona w sklepie ma czystość zbliżoną do analitycznej, nie trzeba zatem wyposażać się w droższą wodę destylowaną czy horrendalnie drogą destylarkę.

Gdy zabierasz się do właściwej pracy, przygotuj sobie przynajmniej jeden metr kwadratowy miejsca na stole. Rozłóż na tym miejscu duży arkusz bibułowego papieru. Podczas analizy często zdarza się coś rozlać, a stawianie kolb w kałuży nie jest najlepszym pomysłem - łatwo wtedy zanieczyścić sobie próbkę. Ma to dodatkową zaletę, że zawsze masz pod ręką kartkę do szybkiego zapisania czegoś. Wszystkie ważniejsze wyniki trzymaj jednak w osobnym zeszycie lub kartce, którą będziesz trzynmał z dala od miejsca pracy, by przypadkowo jej nie pochlapać. Nie trzymaj także książek w pobliżu miejsca pracy, chyba że lubisz mieć w nich barwne plamy.

Nie przesadzaj z oszczędością odczynników. Jeśli roztwór mianowany opuścił butelkę, to nie powinien do niej wrócić. Wyjątkiem jest roztwór pozostały po ostatnim miareczkowaniu i to tylko pod warunkiem, że nie stał zbyt długo. Nie bez znaczenia jest także przechowywanie odczynników użytych do analizy. Powinny one być w szczelnych butelkach, wykonanych z ciemnego szkła tam, gdzie jest to niezbędne. Unikaj przechowywania roztworów w kolbach miarowych, a już szczególnie w przypadku mocnych wodorotlenków (sodu, potasu, baru itp.), nadmanganianu potasu oraz azotanu srebra. Wodorotlenki koniecznie przechowuj w plastikowych butelkach (np. małych butelkach po wodzie demineralizowanej), a pozostałe wymienione odczynniki w butelkach z ciemnego szkła.

 

Wykonanie oznaczenia

Plan naszych działań jest następujący: na początku musimy przygotować roztwór jodu w jodku potasu o znanym stężeniu - mianowany roztwór titranta. W tym celu najlepiej nastawić jego miano, tj. zmiareczkować nim znaną ilość witaminyC i na podstawie wyniku obliczyć miano roztworu. Po wykonaniu roztworu możemy przystąpić do właściwej analizy - trzeba zmiareczkować przynajmniej trzy porcje badanego produktu. Po drodze trzeba też wykonać roztwór wskaźnika - skrobi.

 

Przygotowanie roztworu jodu w jodku potasu

Na zwykłej wadze odważamy 0,7-1 g jodu. Ucieramy go w małym możdzierzu z ok. 1 g jodku potasu. Kolor całości powinien się zmienić na brunatno-czerwony. Przenosimy zawartość moździerza do kolby miarowej o poj. 1000 ml, dokładnie go spłukując wodą demineralizowaną. Najlepiej posłużyć się lejkiem. Dolewamy wodydo kolby do ok. połowy. Wytrząsamy do całkowitego rozpuszczenia się substancji. Dolewamy wody do połowy szyjki, po czym uzupełniamy do kreski wodą z tryskawki lub wkraplacza. Kiedy to wszystko już zrobimy, roztwór trzeba przelać do dobrze wysuszonej butleki z czarnego szkła (chyba że masz zamiar wykorzystać cały od razu).

 

Przygotowanie roztworu skrobi

Zagotowujemy wodę w czajniku. Do zlewki 100 ml wrzucamy 1 g skrobi (nie musi być dokładnie odważone), po czym zalewamy wrzącą wodą. Mieszamy do rozpuszczenia. Jak widać, żadna filozofia.

Nastawianie miana roztworu jodu

Od tego kroku zależy w dużej mierze dokładność naszego oznaczenia, więc trzeba go przeprowadzić starannie. Jeśli dysponujemy wagą analityczną, odważamy na niej około 0,5 g witaminyC i zapisujemy dokładny wynik (nie jest ważne, czy odważymy 0,5283 g czy 0,4921 g, ważne, że uzyskamy dokładną wartość do dalszych obliczeń). Jeśli nie mamy takiej wagi, trzeba wybrać się do apteki i kupić witaminę C 500 mg w kapsułkach. Kapsułkę taką dość łatow jest otworzyć. Średnia zawartość takiej kapsułi to właśnie 0,500 g witaminy C. Ponieważ mogą występować pewne wahania, najlepiej mianowanie przeprowadzić kilka razy, używając zawartości z różnych kapsułek. Rozpuszczamy witaminę z kapsułki bądź odważoną w kolbie miarowej na 500 ml, mieszamy i dopełniamy do kreski.

Czas na pracę z biuretą. Zanim nalejemy do niej cokolwiek, upewniamy się, że korekchodzi lekko i nie zacina się (w przeciwnym razie trzeba go nasmarować) oraz że jest zakręcony. Przygotowujemy też osobne naczynie (kolbkę, zlewkę itp.) na zlewki, które podstawiać będziemy pod biuretę np. podczas ustawiania zera. Nalewamy do biurety roztwór z butelki. Warto użyć do tego osobną małą zlewkę oraz lejek. Po nalaniu pierwszej porcji odkręcamy kurek biurety i spuszczamy wszystko do naczynia na zlewki (zapobiega to zmianie stężenia roztworu przez ewentualnie pozostałe w biurecie resztki wody). Ponownie napełniamy biuretę. Odkręcamy na chwilę korek do pionu, aby poniżej kurka nie znajdowało się powietrze.

 

Zostawmy teraz na chwilę biuretę i przygotujmy próbkę witaminyC. Z przygotowanego uprzednio roztworu witaminy C w kolbie pobieramy pipetą jednomiarową 20 ml roztworu. Dolna krawędź menisku powinna dotykać kreski. Aby dokładnie odmierzyć ciecz, są dwie metody. Pierwsza z nich (szczerze mówiąc mniej dokładna) to specjalna gruszka do pipet, pokazana na dole strony. Umożliwia ona nabieranie lub spuszczanie roztworu z pipety w zależności od potrzeb. Najpierw naciska się gruszkę, aby przez zaworek uszło powietrze. Naciśnięcie miejsca ze strzałką w górę powoduje nabranie cieczy do pipety, a ze strzałką w dół - spuszczenie. Zgrubienie po środku służy do usuwania pęcherzyków powietrza. Niestety rzadko takie gruszkisą w 100% szczelne. Drugim sposobem jest użycie zwykłej jednostronnej gruszki - za jej pomocą naciągamy do pipety nieco więcej roztworu niż trzeba, wyjmujemy ją z pipety i szybko zatykamy palcem. Jeśli po zatkaniu palcem poziom cieczy powoli opada, to trzeba zmoczyć palec wodą lub poślinić (niektóre osoby mają zbyt suche ręce). Delikatnie odtykając palec, można ustawić wymagany poziom cieczy. Metoda ta wymaga większej wprawy, ale jest dokładniejsza. Ważne, aby pipeta przy ustawianiu nie była zanurzona w cieczy. W przeciwnym razie po wyciągnięciu jej z naczyniapoziom cieczy się obniży (zadanie domowe - dlaczego?). Przy wylewaniu cieczy z pipety dotykamy nią ścianki naczynia, aby umożliwić spłynięcie większości cieczy. Pipet nie wydmuchujemy! Powinno w nich zostać nieco na końcówce, gdyż pipety są kalibrowane na wylew. Odmierzone 20 ml roztworu wzorcowego witaminyC wlewamy do kolby stożkowej i dopełniamy wodą demineralizowaną do ok. 50 ml.

Kiedy mamy już napełnioną i odpowietrzoną biuretę oraz przygotowaną próbkę, możemy ustawić zero. Czynność tą trzeba powtórzyć na początku każdego miareczkowania. Trzeba obniżyć biuretę lub stanąć na stołku, aby linię oznaczającą zero skali mieć na poziomie oczu. Ponieważ roztwór jodu o tym stężeniu jest w miarę klarowny, spuszczamy roztwór z biurety do momentu, w którym dolna krawędź menisku cieczy znajdzie się na linii zera. Gdyby roztwór titranta był nieprzezroczysty, można ustawiać zero i odczytywać wyniki na podstawie górnej krawędzi cieczy. Jeśli mamy biuretę z barwnym paskiem, to punkt odczytu znajduje się na przecięciu linii załamujących się na menisku. Jest to pokazane na zdjęciu poniżej.

Zaczynamy miareczkowanie. Do próbki dodajemy ok. 1 ml roztworu skrobi oraz 2-3 ml stężonego kwasu solnego dla zakwaszenia. Początkowo dodajemy titranta dość szybko. Po kropli miareczkowanie przeprowadzamy dopiero pod koniec, gdy osiągamy objętość titranta zbliżoną do oczekiwanego wyniku. Jeśli chcemy zrobić analizę jak najszybciej, to pierwsze miareczkowanie najlepiej zrobić szybko, aby ustalić orientacyjną ilość titranta potrzebną na zmiareczkowanie próbki (Uwaga! Działa to tylko wtedy, gdy próbki mają tą samą objętość). Kończymy miareczkowaie z chwilą pojawienia się granatowego zabarwienia nie znikającego po zamieszaniu roztworu. Odczytujemy wynik miareczkowania i zapisujemy go na kartce lub w zeszycie. Ponawiamy oznaczenie jeszcze dwukrotnie, aby otrzymać trzy wyniki. Jeśli używasz witaminy C w kapsułkach, to za każdym razem musisz przyrządzić roztwór z nowej kapsułki. Wyjściem może być w tym przypadku użycie mniejszej kolbki np. 250 ml i pobieranie 10 ml roztworu do mianowania, aby nie zużywać ogromnych ilości wody destylowanej.

 

Obliczanie miana roztworu

Aby obliczyć teraz miano roztworu, trzeba przypomnieć sobie wiadomości ze stechiometrii. Wiemy, że 1 mol jodu reaguje z 1 molem kwasu askorbinowego. Znamy masę kwasu użytą do zrobienia roztworu - załóżmy, że w naszym przypadku jest to 0,4923 g (jeśli używasz kapsułek witaminyC, przyjmij, że zawierają jej 0,500 g). Masa molowa kwasu askorbinowego, jak łatwo możemy policzyć, to 176,12 g/mol. Dzieląc masę kwasu przez masę molową, otrzymujemy wartość 2,795 · 10^-3 mola. Jest to całkowita liczba moli kwasu w kolbie miarowej. Do miareczkowania wzięliśmy 1/25 zawartości kolby (20 ml z 500 ml lub 10 ml z 250 ml). Dzielimy zatem tą liczbę moli przez 25 i otrzymujemy 1,118 · 10^-4 mola. Jest to liczba moli kwasu askorbinowego w próbce do miareczkowania. Jedyne, co nam zostało, to podzielić otrzymaną liczbę moli przez średni wynik miareczkowania. Załóżmy, że otrzymaliśmy wyniki 28,6 ml, 28,9 ml i 27,9 ml. Średnia to 28,5 ml, czyli 0,0285 l. Dzielimy 1,118 · 10^-4 przez 0,0285 i otrzymujemy miano naszego roztworu - 0,00392 mol/l. Zapisujemy je na butelce z titrantem oraz w zeszycie.

Jeśli nie chce ci się przeprowadzać mianowania i masz wagęanalityczną, to możesz obliczyć miano jodu z jego masy użytej do zrobienia roztworu. Pamiętaj, że masa molowa cząsteczkowego jodu to 253,81 g/mol (dwukrotna masa atomu jodu)!

 

Miareczkowanie soku

Mamy już mianowany roztwór jodu oraz wiemy, jak posługiwać się biuretą i pipetami. Możemy więc teraz zrobić coś pożytecznego. Do oznaczenia będziemy potrzebowali sok, najlepiej pomarańczowy. Na początku wytrząsamy sok, aby rozpuścić osad z dna. Odmierzamy za pomocą cylindra miarowego jak najdokładniej 20 ml soku (powinno się skorzystać z pipety, ale niestety sok jest za gęsty). Przelewamy sok do kolby stożkowej, spłukując cylinder wodą, i dolewamy wody demineralizowanej do ok. 100 ml. Dodajemy 1 ml roztworu skrobi i miareczkoujemy roztworem jodu do lekkiej zmiany zabarwienia na brunatne. Aby ułatwić sobie ocenę zabarwienia, obok możemy postawić drugą próbkę soku z dopdanym niewielkim nadmiarem titranta. Zapisujemy otrzymany wynik. Powtarzamy czynność jeszcze dwukrotnie, za każdym razem na nowej próbce soku.

 

Obliczanie zawartości witaminy C w soku

Jak poprzednio, do obliczeń bierzemy średnią z trzech wyników. Otrzymaną objętość - załóżmy, że jest to 18,8 ml, czyli 0,0188 l - mnożymy przez miano roztworu, otrzymując zawartość witaminy w próbce 7,37 · 10^-5 mol. Zawartość witamin najczęściej określa się na 100 ml produktu, więc otrzymaną wartość mnożymy przez 5, a następnie mnożymy przez masę molową kwasu askorbionwego (równą 176,12 g/mol). Otrzymujemy zawartość witaminy C równą 64,9 mg/100 ml soku. Wartość ta jest prawie dwa razy wyższa od napisanej na opakowaniu. Wynika to z dwóch rzeczy. Po pierwsze, na opakowaniu podane są wartości minimalne - "najgorsza" partia soku nie może zawierać mniej. Po drugie, jod w pewnym stopniu utlenia też inne substancje zawarte w soku, np. pektyny, barwniki roślinne itp. Większe znaczenie ma jednak pierwszy fakt.

Oznaczanie zawartości witaminy C w próbce stałej

Oznaczenie witaminy C w stałej próbce, np. marchewce, kapuście itp., jest nieco trudniejsze. Oprócz wymienionych wyżej sprzętów potrzebny nam będzie młynek lub mikser. Pierwszym krokiem jest bardzo dokładne rozdrobnienie próbki za pomocą miksera lub młynka, aby otrzymać papkę. Po rozdrobnieniu próbki odważamy z niej od 10 do 20 g. Najlepiej zobaczyć typowe zawartości witaminy C w tablicach żywieniowych, by oszacować potrzebną wagępróbki (im bliżej środka skali biurety, tym lepsza dokładność). Odważoną próbkę rozcieńczamy wodą do ok. 100-150 ml i miareczkujemy jak próbkę ciekłą (sok).

Bezpieczeństwo

Jedyne niebezpieczeństwo może przedstawiać roztwór jodu w jodku potasu, który jest drażniący. Jednak przy stężeniach, którymi operujemy w tym doświadczeniu, nie jest zbyt groźny. Kwas askorbinowy i soki to samo zdrowie :)

Artykuł napisał:

Tweenk