Лабораторная работа Тема: Определение содержания азотистых веществ
(Продолжительность занятия 2 ч)
4.1. Цель и задача работы
Целью настоящей работы является определение содержания азотистых веществ в различных зернопродуктах. Задачей данной работы является освоение студентами способа определения содержания азотистых веществ.
4.2. Общие сведения об определении содержания азота
Общее содержание азота в органических веществах определяют преимущественно по методу Кьельдаля, основанному на окислении органических веществ концентрированной серной кислотой при нагревании; серная кислота в этих условиях выделяет серный ангидрид, который распадается на сернистый газ и активный кислород
2H2S04 → 2S03 + 2Н2О→ 2S02 + 2H20 + О2
За счет кислорода и происходит окисление органических веществ, причем углеводы и жиры окисляются до углекислоты и воды, азот переходит в аммиак, а серная кислота восстанавливается до сернистой.
В схематическом виде окисление органических веществ, например аминокислот, можно представить следующим уравнением:
NH2CH2COOH + 3H2S04 → 2С02 + 3S02 + 4Н20 + NH3.
Продуктами окисления являются углекислота, двуокись серы, вода и аммиак, который остается в: реакционной колбе. Частично могут выделяться при сгорании пары серного ангидрида. Аммиак связывается серной кислотой в гидросульфат аммония NH4HSO4.
Полученный гидросульфат разлагают 40%-ным раствором едкого натра
NH4HS04 + 2NaOH → Na2S04 + 2H20 + NH3.
Освободившийся при этом аммиак отгоняют в титрованный раствор серной кислоты и по количеству оставшейся свободной кислоты, определяемому титрованием, вычисляют содержание азота.
Для ускорения сжигания исследуемого вещества реакцию ведут в присутствии катализаторов — металлической ртути и селена, окиси меди. Для повышения температуры, что также способствует быстрому окислению органических веществ, в реакционную колбу добавляют сернокислый калий.
4.3. Приборы и материалы
- проба зернопродуктов;
- весы аналитические;
- колба Кьельдаля;
- концентрированная химически чистая серная кислота;
- прокаленный сульфат меди;
- 33%-ный раствор NaOH;
- раствор фенолфталеина;
- лабораторный штатив;
- электроплитка;
- спирт этиловый;
- 1 % раствор фенолфталеина;
- 0,1н раствор NaOH.
4.4. Техника проведения анализа
Навеску переносят в сухую колбу Кьельдаля, следя за тем, чтобы частички материала не попали на шейку колбы и не остались там. Отвешивать вещество удобно в пробирке. Пробирку с навеской вставляют как можно глубже в горло колбы Кьельдаля, высыпают навеску и снова взвешивают пробирку. По разности между результатами первого и второго взвешивания определяют величину взятой навески.
Навеску в колбе обливают 20 см3 концентрированной химически чистой серной кислотой (относительной плотностью 1,835), стараясь смыть с горлышка частички исследуемого вещества, которые могут туда попасть. Затем в колбу вводят 0,5 г прокаленного сульфата меди или 1—2 капли ртути и 10 г сульфата калия.
Содержимое колбы встряхивают 5—7 мин, обращая особое внимание на то, чтобы на стенках не оставалось комочков вещества.
Для нагревания колбу устанавливают в наклонном положении, что предохраняет от выбрасывания содержимое при толчках во время кипения. В горло колбы вставляют небольшую воронку или специальный шаровидный затвор.
Так как при сжигании выделяются вредные вещества, нагревание ведут в вытяжном шкафу. Колбу начинают нагревать на слабом пламени, пока не закончится обугливание и не прекратится, вспенивание. При начавшемся вспенивании пламя удаляют, и для осаждения пены несколько раз слегка встряхивают жидкость в колбе или прибавляют к ней 2—3 капли спирта. Когда пена исчезнет, колбу обкладывают с боков асбестом, усиливают нагревание и доводят содержимое до кипения.
Раствор в колбе нагревают до полного осветления жидкости. Сжигание считают законченным, когда исчезнут все твердые обуглившиеся (черные) частицы навески, раствор станет прозрачным и в присутствии, сульфата меди приобретет светло-зеленую окраску, однако для полной уверенности в окончании реакции рекомендуется продолжать нагревание еще 1—2 ч. Во избежание потерь аммиака от улетучивания, горло колбы должно оставаться холодным, а кипение — быть слабым и равномерным.
Разложение продолжается около 4,0—4,5 ч. Для ускорения процесса окисления можно пользоваться смесью серной и фосфорной кислот (3: 1) с добавлением к ней металлического селена.
При определении азота в жидкостях, приступая к нагреванию, колбу не закрывают воронкой или шаровидным вкладышем, чтобы дать испариться воде, а затем поступают так же, как и с сухим материалом.
После сжигания колбе Кьельдаля дают остыть, приливают в нее небольшое количество воды и затем вместе с промывными водами осторожно переносят содержимое ее в перегонную колбу. При этом жидкость в колбе сильно разогревается. Объем жидкости в колбе доводят примерно до 300—350 см3. Затем перегонную колбу закрывают пробкой.
Если в качестве катализатора была взята ртуть, то в колбу вносят 3—4 г цинковой пыли для разрушения меркурамидных соединений. В воронку наливают около 80 см3 33%-ного раствора NaOH из расчета 4 см3 раствора на каждые 1 мл Н2S04. Щелочь не должна содержать солей аммония. Поэтому предварительно приготовленный раствор щелочи кипятят в течение 30 мин. Для контроля щелочной реакции в колбу бросают кусочек лакмуса или вводят несколько капель раствора фенолфталеина и по изменению окраски индикатора судят о щелочности.
В приемник наливают 25—20 см3 0,1 н. раствора серной (или соляной) кислоты, 2—3 капли метилкрасного (или оранжевого) и опускают трубку холодильника в раствор для того, чтобы выделяющийся аммиак полностью поглощался титрованным раствором кислоты.
Вливают из делительной воронки в перегонную колбу раствор щелочи и начинают ее нагревать и перегонять жидкость. Когда в приемник будет перегнано около 2/3 всей жидкости, находящейся в колбе, отгон заканчивают (обычно перегонка длится 30—60 мин).
При проведении контрольного опыта берут то же количество реактивов, что и в опыте, за исключением навески исследуемого материала.
4.5. Обработка результатов
Процентное содержание азота вычисляют по уравнению (4.1)
Саз=
(4.1)
Где: VK —объем 0,1 н. раствора кислоты, налитый в приемник, см3;
Vщ — объем 0,1 н. раствора щелочи, пошедший на обратное титрование, см3;
а — навеска исследуемого вещества, г.
Пример. На анализ взята навеска размолотого зерна в пробирке. Масса пробирки с помолом 6,520 г. Масса пустой пробирки 5,270 г. Масса навески (по разности) 6,520—5,270=1,250 г.
В приемник взято 20 см3 0,1 н. раствора H2S04 (К =1,0); на титрование израсходовали 4,5 см3 0,1 н. раствора щелочи с К=0,9850, или точно децинормального раствора щелочи 4,5х0,9850=4,43 см3.
Содержание азота в, зерне составит по формуле (4.1)
Саз=
=1,74%
При контрольном определении для установления поправки на реактивы на обратное титрование пошло 19,28 см3 щелочи, или точно децинормального раствора щелочи 19,28х0,985 = 18,99 см3. Величина поправки будет равна:
Споп=
=0,0806%
Истинное содержание азота в зерне составит 1,74 — 0,0806= 1,659%.
Для пересчета на белковые вещества процентное содержание азота умножают на коэффициент 6,25, условно принимая азот за белковый. Величина этого коэффициента определена исходя из среднего содержания азота в белках 16% К=100:16 = 6,25.
Пример. При содержании в зерне 1,659% азота белковых веществ в нем будет 1,659х6,25=10,37%.