5. Refraktometrická stanovení v potravinářství


ZÁKLADNÍ POJMY
Prochází-li světelný paprsek nějakým mediem, dochází ke změně jeho rychlosti a směru. Poměr rychlosti světla ve vakuu (c) a rychlosti světla v dané látce (ν) se nazývá absolutní index lomu (n).
(1)
Tento parametr je pro danou látku charakteristickou veličinou. Nepřechází-li světelný paprsek z vakua, nýbrž z jedné látky o n1 do druhé o n2, je definován relativní index lomu látky (vzhledem k látce 1) poměrem absolutních indexů lomu obou látek.
(2)
Hodnota indexu lomu závisí na teplotě a vlnové délce světelného paprsku, proto oba tyto parametry vždy vyznačujeme jako indexy symbolu n. Např. nD20 = index lomu byl měřen při 20 oC, při vlnové délce světla shodné s vlnovou délkou žluté D-čáry v emisním spektru sodíku. Dále index lomu závisí na hustotě a koncentraci látky.

Index lomu má aditivní charakter, tj. velikost výsledné hodnoty indexu lomu směsi se rovná součtu indexů lomu jejích jednotlivých složek.
VÝZNAM REFRAKTOMETRIE V PRAXI
Index lomu se používá v kvalitativní a kvantitativní analýze látek a jejich směsí a ke stanovení čistoty látek. Přístroje měřící index lomu nazýváme refraktometry. Lze jimi měřit index lomu pevných látek, kapalin i plynů. V potravinářské praxi se jimi měří např. obsah sacharózy v plodech (kiwi, grapy).
CÍL ÚLOHY: Naučit se pracovat se stolním a ručním refraktometrem. Zjistit koncentrace neznámých vzorků sacharózy (vodné roztoky, ovocný sirup), NaCl a identifikovat neznámé alkoholy.

Stolní refraktometr AR3 / AR4



PRÁCE SE STOLNÍMI REFRAKTOMETRY AR3 / AR4
  1. Tahem za držáky (na pravé straně přístroje) směrem od tubusu otevřeme komoru hranolu (je-li zapotřebí odaretujeme otevírání levým šroubem - není vidět na fotografii).
  2. Oba hranoly očistíme buničitou vatou navlhčenou deionizovanou vodou, následovně buničitou vatou vlhčenou etanolem a nakonec vatou osušíme. Vodorovný hranol pokryjeme měřenou kapalinou a zavřeme (eventuální přebytečná kapalina vyteče boční drážkou).
  3. Otevřeme páčku osvětlení (vpředu, směrem ke zdroji světla) ==> Platí jen pro typ AR3!
  4. Pravým dolním šroubem pohybujeme rozhraním "šedá x bílá" tak, až umístíme rozhraní do středu záměrného kříže (viz. obr.). V případě potřeby lze rozhraní zaostřit horním pravým šroubem.

    Rozhraní "šedá x bílá" umístíme do středu záměrného kříže


  5. Odečet hodnot na dolní stupnici: Na dolní stupnici odečítáme hodnoty indexu lomu (v našem případě pro alkoholy) ve stupních. Odečítáme na 4 desetinná místa, nejmenší úsek udává 0,0005 stupně, přesněji desetitisíciny odhadneme. Příklad odečtení hodnot 1,3344 a 1,3387 je uveden na dalším obrázku.

    Část dolní stupnice s příklady odečítání hodnot
    (jednotka je stupeň; odečítáme na 4 desetinná místa)


  6. Odečet hodnot na horní stupnici: Na horní stupnici odečítáme hodnoty v procentech. Používáme ji pro zjištění koncentrace sacharózy. Nejmenší dílek představuje 0,25% (na stejnou hodnotu výsledky zaokrouhlujeme, tedy desetinná místa tvoří vždy 0,00; 0,25; 0,50 nebo 0,75%). Příklad odečtení hodnot 1,25% a 3,75% je uveden na následujícím obrázku.

    Část horní stupnice s příklady odečítání hodnot
    (jednotka je procento, odečítáme na 2 desetinná místa)




  7. Mezi jednotlivými alkoholy hranoly vždy osušíme buničitou vatou, pak otřeme buničitou vatou navlhčenou etanolem a opět osušíme. Mezi sacharózami namísto etanolu použijeme deionizovanou vodu. Zvláště pečlivě čistíme hranoly po ukončení práce.

Celá úloha je umístěna v digestoři




VIDEOKLIP DEMONSTRUJÍCÍ PRÁCI NA STOLNÍM REFRAKTOMETRU

Verze pro RYCHLÉ PŘIPOJENÍ k internetu!



Verze pro POMALÉ PŘIPOJENÍ k internetu!


PŘENOSNÉ RUČNÍ REFRAKTOMETRY ATAGO / KRÜSS


PRÁCE S RUČNÍMI REFRAKTOMETRY ATAGO / KRÜSS
  1. Refraktometr uchopíme do levé ruky za tělo přístroje, odklopíme průhlednou plastovou destičku (kryt hranolu) a hranol pokryjeme zkoumanou kapalinou kapátkem (jen tak, aby kapalina zbytečně nestékala po přístroji).
  2. Pomalu zavřeme kryt tak, aby se kapalina rovnoměrně rozprostřela po celé ploše. Na celém povrchu hranolu musí být souvislá vrstvička měřeného roztoku. Případné vzduchové bubliny se odstraní otevřením krytu a přidáním další kapky měřeného roztoku.
  3. Stupnici prohlížíme přes okulár. Zaostříme na vlastní oči otáčením okuláru. Pro jasnost rozhraní, tedy mezní čáry, je nutné držet přístroj směrem ke zdroji světla (stropní osvětlení, okno apod.).
  4. Naměřenou hodnotu odečteme v místě, kde mezní čára (rozhraní "tmavá × světlá") protíná stupnici.
  5. Po zapsání výsledku odklopíme kryt hranolu a vzorek z obou ploch (jak hranolu, tak průhledné plastové destičky) setřeme čtvercem buničité vaty. Oba povrchy následně otřeme čtvercem buničité vaty lehce navlhčeným v etanolu a necháme oschnout.

POZOR: Pro měření roztoků různých látek nutno použít specifický ruční refraktometr. Tmavomodrý refraktometr (Krüss) použijeme pro měření sacharózy v ovocném sirupu a světlemodrý (Krüss) pro měření NaCl.

KOREKCE HODNOT NA TEPLOTU PRACOVIŠTĚ
Naměřená hodnota indexu lomu je závislá zejména na teplotě. Refraktometr je kalibrován pro přesné měření při 20°C. Měříme-li při jiné teplotě, naměřenou hodnotu nutno opravit korekční hodnotou nalezenou v následující tabulce. Postupujeme následovně:
  • v prvním sloupci tabulky nalezneme teplotu (= teplota laboratoře), při které byl vzorek měřen;
  • v druhém řádku hlavičky tabulky nalezneme rozsah % Brix, ke kterému je naměřená hodnota vzorku nejblíže;
  • v průsečíku nalezených sloupců a řádků opravnou hodnotu.
Pokud měříme při 20 oC, hodnotu není třeba opravovat. Při teplotách nižších než 20 oC, opravnou hodnotu od hodnoty odečtené na refraktometru odečítáme, při hodnotách vyšších než 20 oC, opravnou hodnotu k hodnotě naměřené přičítáme. Konečný výsledek zaokrouhlíme na stejný počet desetinných míst, na který jsme měřili.

Tabulka 3. Korekční hodnoty % Brix v závislosti na teplotě (měřeno při vlnové délce 589 nm, 20°C)


Příklad:
Naměřená hodnota [%]
Teplota laboratoře
Korekční hodnota v tabulce % Brix
Upravená a zaokrouhlená definitivní hodnota [%]
15,8
15 oC
-0,33
15,5
27,2
22 oC
+0,15
27,4

VIDEOKLIP DEMONSTRUJÍCÍ PRÁCI S RUČNÍM REFRAKTOMETREM

Verze pro RYCHLÉ PŘIPOJENÍ k internetu!



Verze pro POMALÉ PŘIPOJENÍ k internetu!


POSTUPY ÚLOHY

POSTUP ÚLOHY 5.1.:
KVANTITATIVNÍ STANOVENÍ SACHARÓZY

Refraktometrem je možno stanovit přímo procentuální obsah sacharózy ve vodných roztocích. Cílem úlohy je srovnat koncentrace neznámých vzorků zjištěné stolním a ručním refraktometrem.

  1. Stolním refraktometrem stanovíme koncentraci 3 roztoků sacharózy o neznámé koncentraci (odečti na horní stupnici cejchované v procentech). Každý roztok měříme 3krát (včetně nakapání). Výsledky vložíme do tabulky a doplníme statistickou analýzu (průměr, směrodatná odchylka výběrová, relativní a průměru).
  2. Tytéž vzorky sacharózy změříme ručním refraktometrem. Každý roztok měříme 1krát. Výsledky přidáme do tabulky.
  3. Průměrné hodnoty neznámých vzorků zjištěné stolním refraktometrem (bod 1) srovnáme s hodnotami těchže vzorků zjištěnými ručním refraktometrem (bod 2). Ke srovnání použijeme procentuální index shody.
POSTUP ÚLOHY 5.2.:
KVALITATIVNÍ STANOVENÍ ALKOHOLŮ A IDENTIFIKACE NEZNÁMÝCH VZORKŮ
  1. Určení indexu lomu známých alkoholů: Změříme index lomu 5 známých alkoholů (tabulka 1). Každý odečet provádíme 3krát (včetně nakapání). Výsledky vložíme do tabulky, kterou doplníme statistickou analýzou (průměr, směrodatná odchylka výběrová, relativní a průměru). Mezi jednotlivými měřeními vždy hranoly nejprve osušíme, pak očistíme etanolem a opět osušíme (vše za použití buničité vaty).


    Tabulka 1. Indexy lomu vybraných alkoholů

    alkohol nD20
    metanol 1,3286
    etanol 1,3613
    propan-1-ol 1,3854
    pentan-1-ol 1,4099
    oktan-1-ol 1,4304


  2. Určení neznámého alkoholu na základě změřeného indexu lomu: Změříme 2 vzorky neznámých alkoholů, každý 3krát. Výsledky přidáme do tabulky indexu známých alkoholů (viz. bod 1), a opět doplníme statistickou analýzou (viz. bod 1). Zjištěné průměrné hodnoty indexu lomu vzorků srovnáme s tabulkovými (viz. tabulka 1) a námi zjištěnými hodnotami indexu zlomu (bod 1). Významnost výsledků vyjádříme procentuálním intervalem shody. Vše vložíme do přehledné tabulky (příklad viz. tabulka 2). Na základě těchto srovnání identifikujeme neznámý alkohol.


    Tabulka 2. Příklad tabulky identifikace neznámých alkoholů



    Legenda:
    tab - hodnoty z tabulky definované pro 20 oC
    exp - experimentálně zjištěné hodnoty za našich podmínek (průměry ze 3 stanovení)
    index lomu vzorku - experimentálně zjištěná průměrná hodnota indexu lomu vzorku
    exp x tab - srovnání experimentálně zjištěné průměrné hodnoty indexu lomu vzorku s tabulkovými hodnotami různých alkoholů (I, II - označení vzorků)
    exp x exp - srovnání experimentálně zjištěné hodnoty indexu lomu vzorku s experimentálně zjištěnými hodnotami různých alkoholů (I, II - označení vzorků)
    ± int shody[%] - vypočítaný interval shody [%] (jeho nejnižší hodnotu použijeme pro identifikaci)

    Výpočet intervalů shody pro tabulku 2:
    1. nechť tabulkové / experimentální hodnoty indexu lomu alkoholů = 100%.
    2. vyjádři průměrný index lomu neznámého vzorku jako procento tabulkové / experimentální hodnoty.
    3. jestliže zjištěná procentuální hodnota je vyšší než 100, do tabulky vlož ==> výsledná hodnota -100.
    4. jestliže zjištěná procentuální hodnota je nižší než 100, do tabulky vlož ==> 100 - výsledná hodnota.

POSTUP ÚLOHY 5.3.:
KVANTITATIVNÍ STANOVENÍ SACHARÓZY V SIRUPU
V ovocném sirupu s vysokým obsahem sacharózy změříme její koncentraci ručním refraktometrem.
POSTUP ÚLOHY 5.4.:
KVANTITATIVNÍ STANOVENÍ NaCl

Koncentraci NaCl ve vodném roztoku změříme ručním refraktometrem.


obsah Předchozí úloha Další úloha Konec