Oznaczanie witaminy C w żywności metodą jodometryczną

Witamina C czyli kwas askorbinowy (C ₆ H ₈ O ₆ ) jest jednym z niezbędnych składników odżywczych w naszej diecie. Oprócz tego, że jest niezbędna do zapobiegania szkorbutowi, poważnej chorobie, która może spowodować śmierć, substancja ta jest silnym przeciwutleniaczem, który może chronić nas przed rakiem, wzmacnia nasz układ odpornościowy, chroniąc nas przed chorobami zakaźnymi, a nawet jest w stanie zapobiegania zaćmie.

Wszystkie te korzyści oraz inne, o których nie wspomnieliśmy, sprawiają, że określenie ilości witaminy C w różnych produktach spożywczych jest niezwykle ważne. Pomimo faktu, że istnieją różne bardzo precyzyjne i szybkie instrumentalne techniki analityczne, oznaczanie za pomocą miareczkowania redoks nadal jest jedną z najczęściej stosowanych metod standardowych dzięki niskiemu kosztowi i łatwości wdrożenia.

Poniżej przedstawiamy protokół oznaczania kwasu askorbinowego za pomocą techniki jodometrii (zwanej także jodymetrią, jodometrią lub miareczkowaniem jodometrycznym), formy bezpośredniego miareczkowania redoks, w której jako środek miareczkujący wykorzystuje się jod cząsteczkowy do oznaczania redukującego (w tym przypadku kwas askorbinowy), wykorzystując skrobię jako wskaźnik punktu końcowego.

Podstawy metody

Co to jest jodometria?

Jodometria jest szczególnym rodzajem miareczkowania redoks. Z kolei miareczkowanie redoks jest techniką opartą na szybkiej i ilościowej reakcji między środkiem utleniającym a środkiem redukującym, z których każdy może być analitem lub titrantem.

Agent tytułowy

W przypadku jodometrii środkiem miareczkującym jest roztwór jodu cząsteczkowego (I ₂ ) o znanym stężeniu, który został rozpuszczony w postaci jonu trójjodkowego (I ₃ ^– ). Osiąga się to poprzez reakcję jodu z jonami jodkowymi, co zwiększa jego rozpuszczalność w wodzie:

Chociaż ta reakcja ułatwia rozpuszczanie pierwiastkowego jodu w wodzie, trójjodek jest generalnie generowany in situ poprzez utlenianie jonów jodkowych przy użyciu jodanu potasu jako środka utleniającego, zgodnie z następującą reakcją:

Tę reakcję można wykorzystać do ilościowego wytworzenia trijodku, aby w ten sposób otrzymać roztwór o znanym stężeniu tych utleniaczy do zastosowania jako titrant kwasu askorbinowego.

Analit – kwas askorbinowy lub witamina C

Kwas askorbinowy jest związkiem organicznym o wzorze cząsteczkowym C ₆ H ₈ O ₆ . Jego strukturę pokazano na poniższym rysunku:

Związek ten jest łatwo utlenialny dzięki strukturze, która ma dwa sąsiednie enole, które łatwo utleniają się do odpowiednich ketonów, nawet przy użyciu łagodnych środków utleniających.

Reakcja miareczkowania

Jak każda wolumetria, jodometria opiera się na szybkiej reakcji chemicznej, która zachodzi ilościowo. Oznacza to, że reakcja przebiega do końca, całkowicie zużywając cały reagent ograniczający, umożliwiając wykonanie dokładnych obliczeń stechiometrycznych.

W przypadku niniejszego doświadczenia utleniaczem jest jod, który występuje w roztworze w postaci trójjodku, jak wspomniano powyżej. Połówkowa reakcja redukcji jodu to:

Z kolei analitem jest kwas askorbinowy, który jest utleniany do kwasu dehydroaskorbinowego poprzez utlenianie dwóch jego grup hydroksylowych i uwalnianie dwóch elektronów i dwóch protonów, jak pokazano poniżej:

Wtedy ogólna reakcja stopnia byłaby następująca:

Działanie wskaźnika

Jak we wszystkich stopniach, musi istnieć jakiś sposób na wykrycie punktu końcowego stopnia. W tym celu zwykle stosuje się wskaźniki, które są substancjami chemicznymi, które reagują z nadmiarem titranta lub ulegają innym obserwowalnym zmianom po osiągnięciu punktu równoważnikowego. W przypadku jodometrii wskaźnik składa się z roztworu skrobi. Związek ten tworzy kompleks z jonami trijodku, który ma bardzo intensywną ciemnoniebieską barwę, prawie czarną.

Podczas miareczkowania trójjodek dodany z biurety reaguje z analitem, przekształcając go w jodek, zapobiegając w ten sposób powstawaniu barwnego kompleksu ze skrobią. Jednak po osiągnięciu punktu równoważnikowego i zużyciu całego obecnego kwasu askorbinowego, następna kropla titranta będzie zawierała nadmiar trójjodku, który nie zostanie zredukowany do jodku, więc czarny kompleks natychmiast się utworzy, powodując dramatyczną zmianę koloru rozpuszczania.

Materiały i REAKTYWY

Do oznaczania witaminy C w żywności metodą miareczkowania jodem wymagane są następujące odczynniki:

• Jodan potasu (KIO ₃ )
• Jodek potasu (KI)
• kwas siarkowy 1M
• Skrobia
• Próbki żywności. Mogą to być soki z owoców cytrusowych, warzyw, pulpy owocowej itp.

Oprócz odczynników potrzebne są również następujące materiały laboratoryjne i instrumenty:

• Fiolki lub kolby Erlenmeyera o pojemności 250 ml.
• Kolby miarowe o pojemności 100 ml, 200 ml i 500 ml.
• Pipety objętościowe 10mL i 20mL.
• Pipeta z podziałką 50 ml.
• Zlewki 500 ml i 100 ml.
• Biureta 25 ml.
• Zaprawa porcelanowa.
• Szklany lejek.
• Papier filtracyjny.
• Ważyć substancje.
• Waga analityczna.
• Płyta grzewcza.

Protokół miareczkowania kwasu askorbinowego metodą jodometrii

Przygotowanie środka miareczkującego (I ₂ 0,01 M)

500 ml 0,005 M roztworu trójjodku potasu należy przygotować w następujący sposób:

1. Odważyć 7 g jodku potasu i przenieść do zlewki o pojemności 500 ml lub zlewki zawierającej 200 ml wody dejonizowanej. Wstrząsać, aż do całkowitego rozpuszczenia.
2. Za pomocą pipety miarowej przenieść do powyższej zlewki 100 ml 1 M kwasu siarkowego do powyższego roztworu i wstrząsnąć.
3. Dokładnie odważ 1,0700 g jodanu potasu na wadze i przenieś do tej samej zlewki , pamiętając o wypłukaniu całej soli wodą dejonizowaną za pomocą wytrząsarki. Rozpuścić całkowicie.
4. Przenieść roztwór ilościowo do kolby miarowej o pojemności 500 mL, pamiętając o kilkukrotnym dokładnym spłukaniu ścianek zlewki wodą dejonizowaną.
5. Napełnij balon do kreski, używając najpierw zlewki, a następnie butelki. Wstrząsnąć, przykryć szklanym korkiem i odstawić.

UWAGA: Aby uzyskać dokładniejsze wyniki, zaleca się standaryzację tego roztworu przed lub po miareczkowaniu próbek. Można to zrobić na przykład przez miareczkowanie roztworu witaminy C o znanym stężeniu.

Przygotowanie wskaźnika

Wskaźnikiem jest 0,25% m/v roztwór skrobi. Należy go przygotować na krótko przed miareczkowaniem w następujący sposób:

1. Odważyć 0,25 g skrobi i przenieść do zlewki o pojemności 100 ml.
2. Pipetą z podziałką dodać 50 ml wody dejonizowanej.
3. Podgrzać do wrzenia na gorącej płycie, ciągle mieszając, aż do całkowitego rozpuszczenia.
4. Pozostawić do ostygnięcia i zachować do użycia podczas miareczkowania. W razie potrzeby można go przenieść do zamkniętego pojemnika, aby uniknąć zanieczyszczenia.

Przygotowanie próbek do analizy

Protokół ten może być stosowany do oznaczania stężenia witaminy C zarówno w próbkach tabletek witaminy C, soków lub płynnych ekstraktów z owoców i innych warzyw, jak i w próbkach stałych, takich jak pulpa owocowa, korzenie itp.

Proces przygotowania próbki różni się w zależności od przypadku. Poniżej przedstawiono procedurę dla trzech typowych przypadków:

Próbka tabletek witaminy C

1. Zważ tabletkę witaminy C, rozgnieć ją i przenieś do zlewki o pojemności 200 ml.
2. Dodać 150 ml wody i wstrząsać aż do całkowitego rozpuszczenia. Należy upewnić się, że na dnie zlewki nie pozostały żadne pozostałości .
3. Napełnij kolbę do kreski, przykryj, zamieszaj i odstaw do analizy w ciemnym miejscu, ponieważ witamina C jest wrażliwa na światło słoneczne.
4. Przenieść ilościowo ten roztwór do kolby miarowej o pojemności 200 ml, przepłukując butelkę wodą dejonizowaną. Pamiętaj, aby nie dodawać zbyt dużo wody podczas płukania, aby uniknąć przekroczenia 200 ml

próbnik soków owocowych

Soki i ekstrakty owocowe można miareczkować bezpośrednio bez rozcieńczania. Niezależnie jednak od tego, czy są to soki naturalne, czy przemysłowe, wskazane jest przefiltrowanie roztworu przed miareczkowaniem, aby zapobiec zatykaniu się pozostałości miąższu w pipetach używanych podczas procedury eksperymentalnej.

Próbki świeżych owoców lub pulpy owocowej

1. Pokroić i odważyć 100 g miazgi owocowej i wrzucić do moździerza, energicznie rozgniatając.
2. Dodaj 10-ml porcjami wody dejonizowanej podczas mielenia, przelewając roztwór supernatantu do 100-ml zlewki , najpierw przepuszczając go przez filtr.
3. Powtórz powyższą procedurę co najmniej 5-6 razy, upewniając się, że dobrze zmielisz między kolejnymi porcjami wody dejonizowanej.
4. Przefiltrowany ekstrakt przenieść do kolby miarowej o pojemności 100 ml i dopełnić do kreski wodą dejonizowaną za pomocą butelki.

Procedura stopniowa

1. Przenieś 10 ml podwielokrotności odpowiedniej próbki (przygotowanej zgodnie z poprzednimi krokami) do fiolki 250 ml za pomocą pipety miarowej.
2. Dodaj 100 ml dejonizowanej wody i 1 ml wskaźnika skrobiowego.
3. Miareczkować podwielokrotność roztworem trójjodku za pomocą biurety, aż roztwór w fiolce zmieni kolor na ciemnoniebieski, prawie czarny.
4. Zanotuj objętość zużytego titranta i powtórz procedurę jeszcze 2 razy, aby uzyskać średnią objętość titranta.

Obliczenia zawartości kwasu askorbinowego w próbkach

Ponieważ stosunek stechiometryczny między titrantem a analitem wynosi 1:1, w punkcie równoważnikowym możemy powiedzieć, że mole obu są sobie równe, to znaczy:

W poprzednim wzorze objętość titranta należy podać w ml. Stężenie to można przekształcić w procent lub zawartość na jednostkę w zależności od rodzaju badanej próbki, jak pokazano poniżej.

Próbka tabletek witaminy C

Stężenie alikwoty otrzymanej w wyniku miareczkowania można przeliczyć na ilość witaminy C w tabletce, biorąc pod uwagę, że została ona rozpuszczona w łącznej objętości 200 ml oraz że masa molowa kwasu askorbinowego wynosi 176,12 g/ kret:

próbnik soków owocowych

W tym przypadku stężenie molowe witaminy C w soku odpowiada bezpośrednio stężeniu otrzymanemu dla podwielokrotności, więc masę na 100 ml soku można otrzymać w następujący sposób:

Ta formuła dostarcza gramów witaminy C na 100 ml soku lub ekstraktu.

Próbki świeżych owoców lub pulpy owocowej

Podobnie jak w przypadku tabletki, w tym przypadku przyjmuje się, że witaminę C ze 100 g pulpy rozpuszcza się w 100 ml roztworu, z którego pobrano porcje do analizy. Następnie stężenie witaminy C w 100 g pulpy określa się na podstawie:

Jeśli chcesz przeliczyć tę ilość na gramy witaminy C na jednostkę owocu, musisz pomnożyć poprzedni wynik przez całkowitą masę miąższu jednostki owocu i podzielić przez 100 g.

Bibliografia

Ikewuchi, CJ (2011). Jodometryczne oznaczanie zawartości kwasu askorbinowego (witaminy c) w niektórych owocach spożywanych przez społeczność uniwersytecką w Nigerii | Global Journal of Pure and Applied Sciences . Global Journal of Pure and Applied Sciences. https://www.ajol.info/index.php/gjpas/article/view/78733

Królewskie Towarzystwo Chemii. (2018, sierpień). Pomiar ilości witaminy C w napojach owocowych . CSR.org. https://edu.rsc.org/download?ac=11742

Se, C. (nd). Jodymetria – PDF do pobrania za darmo . Wskazówki Qdoc. https://qdoc.tips/yodimetry-pdf-free.html

Silva, CR, Simoni, JA, Collins, CH i Volpe, OWP (1999). Kwas askorbinowy jako wzorzec do miareczkowania jodometrycznego . Eksperyment analityczny dla chemii ogólnej . Journal of Chemical Education, 76 (10), 1421. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ed076p1421

Skoog, D. (2021). Chemia analityczna ( ^wyd . 7). EDUKACJA MCGRAW HILL.

Uniwersytet w Canterbury. (nd). Oznaczanie stężenia witaminy C metodą miareczkowania . www.canterbury.ac.nz. https://www.canterbury.ac.nz/media/documents/science-outreach/vitaminc_iodine.pdf