Ćwiczenie 4

OZNACZANIE STĘŻENIA KOFEINY W KAWIE ROZPUSZCZALNEJ METODĄ SPEKTROFOTOMETRYCZNĄ

ODCZYNNIKI

-         kawa rozpuszczalna

-         kofeina (tabletki)

-         0,05 M H2SO4

-         MgO(s)

-         1 % KMnO4

-         5 % Na2SO3

-         99 % CH3COOH

-         0,2 M Na2S2O3

-         1 M bufor octanu cynku [Zn(OOCCH3)2/CH3COOH]

-         0,25 M K4[Fe(CN)6]

APARATURA

-         kolba miarowa: 500 ml,100 ml x 12

-         zlewka: 500 ml, 5o ml, 25 ml

-         pipeta; 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml x 3, 25 ml x 3

-         cylinder 200 ml

-         biureta automatyczna 25 ml

-         czasza grzejna

-         szpatułki x 2

-         lejki: mały, średni

-         sączki

-         szkiełko zegarkowe

-         kuweta

-         spekrofotometr

-         bagietka

-         kolba stożkowa: 250 ml, 300 ml

I.      CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest oznaczenie stężenia  kofeiny w kawie rozpuszczalnej metodą spektrofotometrii UV-Vis.

II.              WSTĘP TEORETYCZNY

Kofeina – polepsza ukrwienie skóry, przyspiesza usuwanie toksyn. Jest alkaloidem występującym w ziarnach kawy i kakao, także liściach herbaty
i orzeszkach cola.

1,3,7-trimetyloksantyna lub 3,7-dihydro-1,3,7-trimetylo-1H-puryno-2,6-dion

Spektroskopia – oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią. Energia jest pochłaniana (absorpcja) lub wysyłana (emisja). W wyniku absorpcji promieniowania przez cząsteczki, następuje wzbudzenie odpowiednich poziomów energii, a efektem mierzonym jest widmo.

Spektrofotometria UV-Vis – w zakresie nadfioletu i światła widzialnego. Pod wpływem promieniowania następuje wzbudzenie elektronów a efektem jest elektronowe widmo absorpcyjne zwane krzywą absorpcji (zależność pomiędzy absorbancją a długością fali). Wzbudzenie elektronowe występuje wtedy, gdy w wyniku absorpcji promieniowania zachodzi przeniesienie elektronu z orbitalu o niższej energii na wolny orbital o energii wyższej.

Pochłanianie światła w rozcieńczonych roztworach substancji opisuje prawo Lamberta – Beera, które wiąże osłabienie przechodzącego strumienia z drogą optyczną wiązki, stężeniem i rodzajem substancji barwnej.

Stosunek natężenia promieniowania przepuszczonego I do padającego Io
dla danej częstości nazywany jest transmitancją T próbki przy tej częstości:

Natężenie promieniowania przechodzącego przez próbkę zmienia się
z długością próbki, l, oraz stężeniem molowym substancji absorbującej, c, zgodnie z Prawem Lamberta – Beera:

ε – molowy współczynnik absorpcji (współczynnik ekstynkcji) .

Molowy współczynnik absorpcji zależy od częstości promieniowania padającego i przyjmuje największe wartości dla tych częstości, przy których absorpcja jest najbardziej intensywna.

Absorbancja związana jest z transmitancją zależnością:

       lub     

Stąd prawo Lamberta – Beera może przyjąć postać:

Ponieważ współczynnik ekstynkcji jest stały dla danego związku, i stała jest grubość próbki to absorbancja jest wprost proporcjonalna do stężenia

A=f(c)

Analiza ilościowa metodą  spektrofotometrii UV-Vis jest oparta na pomiarze absorbancji A badanego roztworu przy określonej długości fali l zwanej analityczną długością fali. Najczęściej do oznaczeń ilościowych wybiera się długość fali odpowiadającą najbardziej intensywnemu pasmu absorpcji, czyli lmax.

Ilościowe oznaczenia metodą spektrofotometrii UV-Vis należą do metod porównawczych. Najczęściej stosowaną metodą oznaczania stężenia pojedynczego składnika w mieszaninie jest metoda krzywej wzorcowej. Polega ona na pomiarze absorbancji roztworów badanego składnika o znanym stężeniu i wykreśleniu krzywej zależności A od stężenia. Pomiary wykonuje się względem ślepej próby (rozpuszczalnik). Stężenia składnika w próbce odczytuje się z krzywej wzorcowej na podstawie zmierzonej wartości absorbancji.

III. WYKONANIE ĆWICZENIA

Przygotowanie roztworów wzorcowych kofeiny

1)    Przygotować roztwór podstawowy kofeiny rozpuszczając 3 tabletki z kofeiną (40 mg kofeiny w 1 tabletce) w 100 ml wody.

2)    Do 8 kolb miarowych o pojemności 100 ml odmierzyć: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6 ml roztworu podstawowego, uzupełnić wodą do kreski
i dokładnie wymieszać.

3)    Obliczyć stężenia przygotowanych roztworów.

Przygotowanie badanej próbki

1)           Odważyć 0,3 g kawy rozpuszczalnej i wsypać do kolby miarowej o pojemności 500 ml.

2)           Dopełnić wodą destylowaną i wymieszać.

3)           Do zlewki o pojemności 500 ml odmierzyć:

a)     25 ml przygotowanego roztworu kawy

b)    25 ml 0,05 M r-ru H2SO4

c)     200 ml wody

4)           Zawartość zlewki nakryć szkiełkiem zegarkowym i gotować 20 minut.

5)           Dodać 12,5 g tlenku magnezu.

6)           Wymieszać bagietką i ogrzewać przez dalsze 20 minut.

7)           Roztwór ochłodzić i przesączyć do kolby stożkowej o pojemności 300 ml.

8)           Odmierzyć 50 ml roztworu do kolby miarowej o pojemności 100 ml.

9)           Dodać 10 ml 1 % r-ru KMnO4 i odstawić na 10 minut.

10)      Następnie dodać 3 ml 5 % Na2SO3 i 0,5 ml stężonego kwasu octowego.

11)      Otrzymany roztwór zmiareczkować 0,2 M roztworem tiosiarczanu sodu (aż do zaniku wytrąconego osadu dwutlenku manganu).

12)      Dodać 7 ml 1 M buforu octanu cynku i silnie wymieszać.

13)      Wkroplić 6 ml 0,25 M K4[Fe(CN)6], wymieszać i dopełnić wodą destylowaną do pojemności 100 ml.

14)      Otrzymany roztwór przesączyć do kolby miarowej o pojemności 100 ml.

15)      Pierwszą porcję przesączu odrzucić a do pomiarów pobrać trzy kolejne porcje.

Wykonanie oznaczeń spektrofotometrycznych

1)    Zarejestrować widmo 4 roztworu wzorcowego kofeiny w zakresie 310-230 nm stosując wodę jako odnośnik w celu wyznaczenia analitycznej długości fali (lmax [nm]), dla maksimum pasma absorpcyjnego kofeiny.

2)    Przy wyznaczonej lmax zmierzyć absorbancję A roztworów wzorcowych kofeiny.

3)    Przy wyznaczonej analitycznej długości fali zmierzyć absorbancję badanej próbki .

4)    Wyniki pomiarów w postaci wydruków dołączyć do sprawozdania.

8

IV. OPRACOWANIE WYNIKÓW

1)    Obliczyć stężenia roztworu podstawowego kofeiny [mg/cm3]:

2)    Obliczyć stężenia roztworów wzorcowych: