СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РЕДУЦИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В САХАРОСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ Российский патент 2009 года по МПК G01N21/78 

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

(V_ан, 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 (V_op, мл).

Для окончательного определения в эбулиостат вносят по 5 мл растворов 1 и 2 и объем раствора 3, равный 0,9 V_op. 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 (V_ок, 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/V_ан;

V_ок - 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 (V_op, мл).

Для окончательного определения в эбулиостат вносят по 5 мл растворов 1, 2 и объем раствора глюкозы, равный 0,9 V_op. 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 (V_ок, мл).

Титр медно-щелочного раствора (Т, мг) численно равен объему 0,1%-ного раствора глюкозы (V_ок, 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 (С_гл) 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.

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.

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.