Способ определения содержания редуцирующих веществ в сахаросодержащих средах
Владельцы патента RU 2366931:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Архангельский государственный технический университет Федерального агентства по образованию (Рособразование) (АГТУ) (RU)
Изобретение относится к определению редуцирующих веществ в водных растворах при различной природе анализируемых сред. Способ осуществляют путем окисления редуцирующих веществ соединениями меди (II) в щелочной среде при избытке окислителя, а о концентрации редуцирующих веществ судят по уменьшению оптической плотности при 670 нм. Достигается высокая точность и снижение трудоемкости анализа. 2 табл.
Изобретение относится к методам определения редуцирующих веществ в водных растворах и может быть использовано для определения содержания редуцирующих веществ (РВ) в щелоках сульфитных варок, гидролизатах, предгиролизатах, предназначенных для последующей биохимической переработки, а также в других сахаросодержащих средах.
Известным является метод определения концентрации РВ по Бертрану [Оболенская А.В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы [Текст]: Учебное пособие для вузов // А.В.Оболенская, З.П.Ельницкая, А.А.Леонович. - М.: Экология, 1991. - 320 с. ISBN 5-7120-0264-7. С.132-133}. Этот метод является косвенным, многостадийным, требующим особых условий выполнения, и характеризуется низкой воспроизводимостью результатов. Он заключается в том, что моносахариды окисляют медно-щелочным раствором, выделившийся осадок Cu2O растворяют в серной кислоте и определяют с помощью перманганатометрии. - Аналог.
Основным, наиболее близким предлагаемому способу определения содержания РВ является эбулиостатический метод [Оболенская А.В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы [Текст]: Учебное пособие для вузов // А.В.Оболенская, З.П.Ельницкая, А.А.Леонович. - М.: Экология, 1991. - 320 с. ISBN 5-7120-0264-7. С.138-142], который основан на окислении карбонильных групп моносахаридов катионами меди (II) в щелочной среде. - Прототип.
Известный способ осуществляется следующим образом. В эбулиостат вносят известное количество раствора сульфата меди (II) с индикатором и щелочного раствора сегнетовой и желтой кровяной солей.
Через полученную смесь пропускают водяной пар и в условиях псевдокипения производят титрование анализируемым раствором до исчезновения синей окраски. Титрование проводится в два этапа: ориентировочное и окончательное.
Недостатками эбулиостатического метода являются необходимость использования специального устройства - эбулиостата, а также проведения ориентировочного определения, большая чувствительность к соблюдению условий титрования, что требует повышенного внимания.
Задача изобретения - устранение указанных недостатков, а именно - снижение трудоемкости способа определения РВ.
Определение РВ по известному методу проводят следующим образом. Предварительно готовят растворы:
раствор 1 - раствор сульфата меди (II) и индикатора - метиленового голубого (МГ) с концентрацией 6,4 г/л CuSO4 и 40 мг/л МГ;
раствор 2 - раствор, содержащий сегнетовую соль, желтую кровяную соль и гидроксид натрия с концентрацией 50; 3,5; 75 г/л соответственно;
раствор 3 готовят методом разбавления анализируемого раствора в R раз. Для этого в мерную колбу на 100 мл вносят известный объем анализируемого раствора
(Vан, мл) и объем раствора доводят до метки дистиллированной водой. Для ориентировочного определения в эбулиостат вносят по 5 мл растворов 1 и 2 и нагревают его на кипящей водяной бане. С момента стабильного псевдокипения медно-щелочного раствора в эбулиостате начинают титрование раствором 3 до перехода синей окраски в бесцветную (или желтую при анализе окрашенных растворов) со скоростью 1 капля/2 с. Результат титрования - объем разбавленного раствора 3 (Vop, мл).
Для окончательного определения в эбулиостат вносят по 5 мл растворов 1 и 2 и объем раствора 3, равный 0,9 Vop. Смесь нагревают на кипящей водяной бане в течение 2 мин с момента стабильного псевдокипения. Затем производят дотитровывание раствором 3 до перехода синей окраски в бесцветную (или желтую при анализе окрашенных растворов) со скоростью 1 капля/6 с. Результат титрования - объем разбавленного раствора 3 (Vок, мл).
Величину РВ анализируемого раствора, мг/мл, вычисляют по формуле:
где Т - условный титр медно-щелочного раствора по глюкозе, то есть масса глюкозы, которая восстанавливает катионы меди (II), содержащиеся в 10 мл медно-щелочного раствора, мг;
R - коэффициент разбавления, равный 100/Vан;
Vок - объем раствора 3, израсходованный на титрование 10 мл медно-щелочного раствора при окончательном определении.
Титр медно-щелочного раствора определяют следующим образом. Для предварительного определения в эбулиостат вносят по 5 мл растворов 1 и 2 и нагревают его на кипящей водяной бане. С момента стабильного псевдокипения медно-щелочного раствора в эбулиостате начинают титрование 0,1%-ным раствором глюкозы до перехода синей окраски в бесцветную со скоростью 1 капля/2 с. Результат титрования - объем раствора глюкозы (Vop, мл).
Для окончательного определения в эбулиостат вносят по 5 мл растворов 1, 2 и объем раствора глюкозы, равный 0,9 Vop. Смесь нагревают на кипящей водяной бане в течение 2 мин с момента стабильного псевдокипения. Затем начинают дотитровывание 0,1%-ным раствором глюкозы до перехода синей окраски в бесцветную со скоростью 1 капля/6 с. Результат титрования - объем раствора глюкозы (Vок, мл).
Титр медно-щелочного раствора (Т, мг) численно равен объему 0,1%-ного раствора глюкозы (Vок, мл), пошедшего на титрование медно-щелочного раствора при окончательном определении.
Пример 1. Для определения РВ сульфитного щелока №1 эбулиостатическим методом готовили следующие растворы:
раствор 1 - раствор сульфата меди (II) и индикатора - метиленового голубого (МГ) с концентрацией 6,4 г/л CuSO4 и 40 мг/л МГ;
раствор 2 - раствор, содержащий сегнетовую соль, желтую кровяную соль и гидроксид натрия с концентрацией 50; 3,5; 75 г/л соответственно;
раствор 3 - готовили методом разбавления анализируемого раствора в 50 раз. Для этого в мерную колбу на 100 мл вносили 2 мл исходного сульфитного щелока №1 и объем раствора доводили до метки дистиллированной водой. Далее проводили ориентировочное и окончательное определение. Величина РВ, вычисленная по формуле (1), составила 44,1 мг/мл.
Пример 2. Определение РВ сульфитного щелока №2 по известному способу проводили в условиях примера 1, величина РВ составила 49,8 мг/мл.
Пример 3. Определение РВ сульфитного щелока №3 по известному способу проводили в условиях примера 1, величина РВ составила 42,6 мг/мл.
Пример 4. Определение РВ в гидролизате№1, полученном при определении легкогидролизуемых полисахаридов в древесине осины по известному способу, проводили в условиях примера 1, анализируемый гидролизат №1 разбавлен в 2,86 раз, величина РВ - 2,60 мг/мл.
Пример 5. Определение РВ в гидролизате №2, полученном при определении легкогидролизуемых полисахаридов в древесине ели по известному способу, проводили в условиях примера 1, анализируемый гидролизат №2 разбавлен в 2 раза, величина РВ - 2,10 мг/мл.
Пример 6. Определение РВ в гидролизате №3, полученном при определении легкогидролизуемых полисахаридов в древесине сосны по известному способу, проводили в условиях примера 1, анализируемый гидролизат №3 разбавлен в 2 раза, величина РВ - 2,15 мг/мл.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Для определения РВ по предлагаемому методу растворы 2 и 3 готовят так же, как и в известном способе. Вместо раствора 1 готовят раствор сульфата меди (II) с концентрацией 11,06 г/л CuSO4 и без добавления метиленового голубого (раствор 1*).
Предварительно строят калибровочный график по глюкозе. Для этого готовят водные растворы глюкозы с концентрацией (Сгл) 0; 0,5; 1,0; 1,5 мг/мл. Затем в пробирке смешивают по 2 мл растворов 1* и 2 и раствора глюкозы с заданной концентрацией. После чего пробирку нагревают на кипящей водяной бане в течение 3 мин, по истечении которых смесь фотометрируют на фотоколориметре при 670 нм относительно дистиллированной воды в кюветах с толщиной рабочего слоя 1 см. Результат определения - оптическая плотность (D).
Результаты определения оптической плотности (D) для растворов глюкозы с заданными концентрациями сведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Концентрация глюкозы, мг/мл | Оптическая плотность при 670 нм |
| 0 | 0,639 |
| 0,5 | 0,488 |
| 1,0 | 0,337 |
| 1,5 | 0,199 |
На основании результатов, представленных в таблице 1, были вычислены коэффициенты калибровочного графика:
Для определения РВ в пробирке смешивают по 2 мл раствора 1*, 2 и 3. Затем пробирку нагревают на кипящей водяной бане в течение 3 мин, по истечении которых смесь фотометрируют на фотоколориметре при 670 нм относительно дистиллированной воды в кюветах с толщиной рабочего слоя 1 см. Результат определения - оптическая плотность (D).
Параллельно проводят холостое определение, при котором реакционную смесь не нагревают и фотометрируют сразу же после приготовления. Результат определения - оптическая плотность (D0).
На основании результатов контрольного и холостого определения вычисляют содержание РВ в расчете на глюкозу, мг/мл:
Пример 7. Определение РВ сульфитного щелока №1 по предлагаемому методу проводили следующим образом.
Раствор 2 готовили так же, как и в известном способе. Вместо раствора 1 готовили раствор сульфата меди (II) с концентрацией 11,06 г/л CuSO4 и без добавления метиленового голубого (раствор 1*).
Раствор 3 готовили методом разбавления анализируемого раствора в 50 раз. Для этого в мерную колбу на 100 мл вносили 2 мл исходного сульфитного щелока №1 и объем раствора доводили до метки дистиллированной водой.
Для определения РВ в пробирке смешивали по 2 мл раствора 1*, 2 и 3. Затем пробирку нагревали на кипящей водяной бане в течение 3 мин, по истечении которых смесь фотометрировали на фотоколориметре при 670 нм относительно дистиллированной воды в кюветах с толщиной рабочего слоя 1 см. Оптическая плотность (D) составила 0,433 (что соответствует 63,1% неизрасходованного количества окислителя).
Параллельно проводили холостое определение, при котором реакционную смесь не нагревали, а фотометрировали сразу же после приготовления. Оптическая плотность (D0) составила 0,686.
Величина РВ, вычисленная по формуле (3), составила 44,9 мг/мл.
Пример 8. Определение РВ сульфитного щелока №2 проводили в условиях примера 7. Оптические плотности в контрольном (D) и холостом (D0) определении составили 0,405 и 0,688 соответственно (что соответствует 58,9% неизрасходованного количества окислителя). Величина РВ, вычисленная по формуле (3), составила 50,1 мг/мл.
Пример 9. Определение РВ сульфитного щелока №3 проводили в условиях примера 7. Оптические плотности в контрольном (D) и холостом (D0) определении составили 0,435 и 0,669 соответственно (что соответствует 65,0% неизрасходованного количества окислителя). Величина РВ, вычисленная по формуле (3), составила 41,8 мг/мл.
Пример 10. Определение РВ в гидролизате№1, полученном при определении легкогидролизуемых полисахаридов в древесине осины, проводили в условиях примера 7, анализируемый гидролизат №1 разбавлен в 2,86 раз. Оптические плотности в контрольном (D) и холостом (D0) определении составили 0,388 и 0,627 соответственно (что соответствует 61,9% неизрасходованного количества окислителя). Величина РВ, вычисленная по формуле (3), составила 2,44 мг/мл.
Пример 11. Определение РВ в гидролизате №2, полученном при определении легкогидролизуемых полисахаридов в древесине ели, проводили в условиях примера 7, анализируемый гидролизат №2 разбавлен в 2 раза. Оптические плотности в контрольном (D) и холостом (D0) определении составили 0,350 и 0,636 соответственно (что соответствует 55,0% неизрасходованного количества окислителя). Величина РВ, вычисленная по формуле (3), составила 2,03 мг/мл.
Пример 12. Определение РВ в гидролизате №3, полученном при определении легкогидролизуемых полисахаридов в древесине сосны, проводили в условиях примера 7, анализируемый гидролизат №3 разбавлен в 2 раза. Оптические плотности в контрольном (D) и холостом (D0) определении составили 0,338 и 0,627 соответственно (что соответствует 53,9% неизрасходованного количества окислителя). Величина РВ, вычисленная по формуле (3), составила 2,05 мг/мл.
Результаты определений сведены в таблице 2, из которой видно, что результаты получаемые по известному и предлагаемому методу хорошо совпадают друг с другом.
| Таблица 2 | |||
| Среда | Величина РВ, мг/мл, определенная | Степень совпадения, % от результатов, полученных по известному методу | |
| известным методом | предлагаемым методом | ||
| Сульфитный щелок №1 | 44,1 | 44,9 | 101,9 |
| Сульфитный щелок №2 | 49,8 | 50,1 | 100,7 |
| Сульфитный щелок №3 | 42,6 | 41,8 | 98,2 |
| Гидролизат №1 | 2,60 | 2,44 | 93,8 |
| Гидролизат №2 | 2,10 | 2,03 | 96,4 |
| Гидролизат №3 | 2,15 | 2,05 | 95,2 |
Таким образом, предлагаемый метод позволяет определять величину РВ с хорошей точностью, с меньшими трудозатратами, без использования специального приспособления - эбулиостата и индикатора - метиленового голубого.
Способ определения редуцирующих веществ в сахаросодержащих средах путем окисления соединениями меди (II) в щелочной среде, отличающийся тем, что окисление производят при избытке окислителя, а о концентрации редуцирующих веществ судят по уменьшению оптической плотности при 670 нм.
