Coulometrické stanovení kyseliny askorbové

Coulometrické stanovení kyseliny askorbové
Úkol: V předloženém vzorku Celaskonu stanovte obsah kyseliny askorbové a zjištěné
množství porovnejte s hodnotou deklarovanou výrobcem.
Princip metody:
Coulometrické titrace se provádějí za konstantního (generačního) proudu. Rozdělujeme je
na primární a sekundární. Při primární coulometrické titraci reaguje stanovovaná látka přímo
na elektrodě. Tento typ se využívá např. při stanovení kyselin, je však méně využívaný. Při
sekundární coulometrii stanovovaná látka reaguje s činidlem generovaným na jedné z elektrod
elektrolýzou vhodné pomocné látky. Coulometrické titrace se uplatňují u všech skupin
odměrných stanovení (neutralizační, srážecí, chelatometrické i redoxní). Celkem může být
generováno na 60 titračních činidel. Podmínkou je, aby látka, ze které je činidlo generováno,
byla v roztoku rozpuštěna v dostatečném nadbytku.
Výhody coulometrických titrací:
• Není potřeba připravovat odměrné roztoky a stanovovat jejich přesnou koncentraci.
• Lze generovat i látky, které nejsou v podobě odměrných roztoků stálé (Cu+, Ti3+, Cl2).
• Objem roztoku zůstává během titrace nezměněn.
• Lze dosáhnout nižších mezí detekcí než u klasických titrací.
Bod ekvivalence (BE) se u coulometrických titrací určuje stejně jako u klasických titrací
s využitím barevných indikátorů nebo instrumentálně. Nejvíce se uplatňuje biamperometrická
a bipotenciometrická indikace BE, ale také potenciometrická indikace.
Biamperometrické titrace – v roztoku jsou dvě polarizovatelné platinové elektrody, mezi
které se vkládá konstantní napětí. Biamperometrická titrační křivka je závislost proudu na
objemu titračního činidla. Podmínkou průchodu proudu je, aby v roztoku byly přítomny obě
formy redoxního systému. Pokud je přítomna pouze jedna forma (např. začátek titrace) je
proud nulový. Maximální hodnoty dosahuje proud, je-li ztitrována právě polovina množství
analytu. V bodě ekvivalence klesá proud na hodnotu blízkou nule.
Bipotenciometrické titrace – stejně jako u biamperometrické titrace pracujeme se dvěma
polarizovatelnými elektrodami, ale místo konstantního napětí se na elektrody vkládá
konstantní proud. Bipotenciometrická titrační křivka je závislost napětí měřeného mezi
elektrodami na objemu titračního činidla. Bod ekvivalence je charakterizován prudkým
nárůstem hodnot napětí.
Potenciometrická indikace BE - sledujeme závislost napětí článku sestaveného z vhodné
indikační a referentní elektrody na objemu přidávaného titračního činidla. Titrační křivka má
tvar sigmoidy s bodem ekvivalence v inflexním bodě křivky.
Princip stanovení kyseliny askorbové
Kyselina askorbová je známá také jako vitamín C, který je nezbytný pro lidský
organismus. Většina zvířat a rostlin je schopna si vitamín C sama vytvářet bez nutnosti tento
vitamín doplňovat. Člověk tuto schopnost nemá a je tedy odkázán na příjem vitamínu z
potravy. Vitamín C plní v těle řadu důležitých funkcí: je významným antioxidantem, který
chrání buňky proti působení volných radikálů, důležitým činitelem při tvorbě kolagenu a při
absorpci železa z trávicího traktu. Při nedostatku vitamínu C se železo špatně vstřebává a
může tak dojít k jeho nedostatku, který vede až k anémii. Vitamín C zvyšuje imunitu,
napomáhá rychlému hojení ran, pomáhá při léčbě srdečních chorob apod. Jeho nedostatek
1
přispívá k únavě, podrážděnosti, či náchylnosti k nemocím. Těžký nedostatek kyseliny
askorbové (avitaminóza) způsobuje nemoc kurděje, která se projevuje krvácivostí, ztrátou
zubů, křehnutím kostí, častými infekcemi apod. Doporučená denní dávka je zhruba
80 mg denně.
Kyselinu askorbovou je možné stanovit coulometrickou titrací, která je založena na
generaci jodu z roztoku jodidu konstantním proudem:
2I-
I2 + 2e-
Činidlo se ihned spotřebovává reakcí s kyselinou askorbovou podle rovnice:
HO
HO
O
O
O
HO
+
HO
-
+
I2
O
OH
2I
O
HO
I2
2HI
O
+ 2e-
Náboj prošlý elektrolytem do okamžiku bodu ekvivalence je dán součinem intenzity
generačního proudu a času a pomocí Faradayova zákona jej lze přepočítat na ekvivalentní
množství stanovované látky:
∙
∙ ∙
=
=
∙
∙
kde m je množství analytu [g], Q je elektrický náboj [C], I je proud [A], t je čas [s], z je počet
elektronů a F je Faradayova konstanta (F = 96 485 C⋅mol-1).
Pomůcky:
• odměrná baňka, pipety, coulometrická nádobka, elektrody, kádinky, skleněná tyčinka,
střička
Chemikálie:
• jodid draselný (0,5 mol/l), hydrogenfosforečnan sodný (0,2 mol/l), vzorek Celaskonu,
destilovaná voda, chlorid draselný (0,1 mol/l)
Přístroje:
Zdrojem stejnosměrného proudu je potenciostat/galvanostat OH-405, k němuž se připojí
soustava dvou generačních elektrod (Pt elektrody). Potenciometrická indikace bodu
ekvivalence se provádí pomocí modulu voltmetru v sestavě ISES, ke kterému se připojí
platinová elektroda (indikační) a nasycená kalomelová elektroda (referentní).
Pracovní postup:
1. Zapněte zdroj konstantního proudu (galvanostat) a na počítači spusťte program
(WIN-ISES). V programu vyberte zařízení voltmetr a jeho rozsah nastavte od
0,2 - 0,8 V. Zvolte vhodnou dobu měření (např. 300 s) a spouštění měření nastavte na
manuální.
2. Zkontrolujte nastavení nulové polohy potenciostatu a nastavte hodnotu generačního
proudu. Přepínač (SELECTOR) je v poloze STANDBY.
2
3. Jednu tabletu Celaskonu homogenizujte asi ve 30 ml destilované vody, kvantitativně
převeďte do 50 ml odměrné baňky a doplňte destilovanou vodou po rysku.
4. Do anodické části coulometrické nádobky (širší část) odměřte 10 ml KI (0,5 mol/l),
10 ml Na2HPO4 (0,2 mol/l), 30 ml destilované vody a 1 ml vzorku. Do druhé části
nádobky nalijte roztok 0,1 mol/l KCl tak, aby hladiny v obou nádobkách byly ve
stejné výši (aby nedocházelo k nežádoucí difúzi roztoků oddělených fritou).
5. Do katodové části nádobky (užší část) ponořte platinovou elektrodu. Do anodové části
s analyzovaným roztokem vložte generační, indikační a srovnávací elektrody.
Analyzovaný roztok doplňte destilovanou vodou tak, aby hladiny v obou částech
nádobky byly ve stejné výši. Zapněte elektromagnetické míchání a asi 5 minut
počkejte, aby se ustálil potenciál indikační elektrody.
6. Nasycenou kalomelovou elektrodu (referentní) připojte na (-) pól modulu voltmetru
ISES a platinovou elektrodu (indikační) na (+) pól.
7. Analýzu spusťte současným zapnutím přívodu proudu na generační elektrody
(přepínačem SELECTOR na I2 - pozor na nastavený poměr převodu) a ručně
(klávesou ENTER) odstartujte ISES. Na miliampérmetru zdroje zkontrolujte hodnotu
generačního proudu, případně ji upravte jemným otáčením potenciometru.
8. Bod ekvivalence se projeví náhlým skokem na křivce závislosti E = f(t). V elektrolýze
pokračujte ještě asi 2 - 3 minuty, dokud se analyzovaný roztok nezačne barvit
vyloučeným jodem. Poté sběr dat ukončete kliknutím na ikonu STOP na horní liště
okna programu ISES.
9. Před dalším měřením inicializujte program kombinací kláves Alt+F9.
10. Stanovení proveďte nejméně čtyřikrát při různých hodnotách proudu v rozmezí
10 až 4 mA.
Vyhodnocení výsledků:
Bod ekvivalence a příslušný čas BE se zjistí derivací I-t křivky a odečtením x-ové
souřadnice maxima první derivace pomocí ukazatele myši v grafu.
Vypočítejte obsah kyseliny askorbové v tabletě Celaskonu (mg) a vypočtenou hodnotu
porovnejte s hodnotou deklarovanou výrobcem. Přesnost stanovení udejte relativní
směrodatnou odchylkou. Získané záznamy vyexportujte a přiložte k protokolu.
Doporučená literatura:
1. Volka K. a kol.: Analytická chemie II, skripta VŠCHT, Praha 1995
(ISBN 80-7080-227-8, 1. vydání).
2. Klouda P.: Moderní analytické metody. Ostrava 2003 (ISBN 80-83369-07-2,
2.vydání).
3