Module analytische chemie

Transcriptie

1 Module analytische chemie Bepaling sulfiet in wijn groep : 2CC Christof Adyns Dave Manhaeghe Niels Huygelier Bepaling sulfiet in wijn 1

2 INHOUD I. Vergelijking verschillende normen... 3 II. SOP... 3 II.1. Inleiding... 3 II.1.1. Doel... 3 II.1.2. Toepassingsbebied... 3 II.1.3. Principe... 4 II.1.4. Doelgroep... 4 II.1.5. Hygiëne en veiligheid... 4 II.2. Reagentia en benodigdheden... 5 II.2.1. Materialen... 5 II.2.2. Reagentia... 5 II.3. Procedure... 5 II.3.1. Voorbereiding... 5 II.3.2. Titerstelling Na 2 S 2 O 3 t.o.v. KBrO II.3.3. Titerstelling I 2 t.o.v. Na 2 S 2 O II.3.4. Bepaling vrije SO II.3.5. Bepaling totale SO II.4. Berekeningen en formules... 8 III. Beschrijving uitgevoerde testen... 9 III.1. Planning van de labo s... 9 III.3. Verloop van de resultaten III.4. Methode valideren IV. BRONNEN Bepaling sulfiet in wijn 2

3 I. VERGELIJKING VERSCHILLENDE NORMEN Er werden twee methoden bekomen ter bepaling van een sulfietconcentratie in een vloeistof: de geoptimaliseerde Monier-Williamsmethode (AOAC ) en de Rippermethode. De éérste methode werkt met een omzetting van sulfiet naar zwaveldioxide. Zwaveldioxide wordt via een gas flow van N 2 -gas uit oplossing gehaald en tot in een waterstofperoxideoplossing geleid. Het oxideert er dan tot zwavelzuur. Deze zuuroplossing kan dan getitreerd worden met natriumhydroxide ter bepaling van het sulfietgehalte. Ook bij de Rippermethode wordt het sulfiet eerst omgezet naar zwaveldioxide, die in oplossing blijft in de vloeistof. Daarna kan er getitreerd worden met een gestelde I 2 -oplossing. Bij vergelijking van de twee methoden biedt de Rippermethode de meeste voordelen. Het is korter, minder omslachtig en vraagt geen ingewikkelde opstelling. Er wordt dus best gekozen voor de Rippermethode. Figuur 1: Opstelling Monier- Williams methode II. SOP II.1. INLEIDING II.1.1. DOEL We passen de Ripper-methode toe waarbij de sulfietconcentratie kwantitatief bepaald wordt in witte wijn. We onderzoeken zowel de aanwezigheid van totale sulfiet als die van vrije sulfiet. II.1.2. TOEPASSINGSBEBIED Sulfiet wordt in wijn gebruikt om de fermentatie en oxidatie tegen te houden. Het wordt ook gebruikt in voedingsindustrie als kleurstof en conserveringsmiddel. Deze concentraties moeten heel nauwkeurig gecontroleerd worden omdat astmapatiënten en mensen die allergisch zijn voor aspirine hier heel vatbaar voor zijn. Bepaling sulfiet in wijn 3

4 II.1.3 PRINCIPE Natriumthiosulfaat (Na 2 S 2 O 3 ) wordt gesteld met een eerder aangemaakte oplossing van kaliumbromaat (KBrO 3 ) waarvan de concentratie gekend is. Met de gestelde natriumthiosulfaatoplossing wordt vervolgens de titer van dijood (I 2 ) gesteld. Daarna wordt de Ripper-methode toegepast. De Ripper-methode is gebaseerd op een redoxreactie tussen zwaveldioxide (SO 2 ) en dijood, de reactie ziet er als volgt uit: SO 2 (aq) + I 2 (aq) + 2 H 2 O 4 H + (aq) + SO 4 2- (aq) + 2 I - (aq) Sulfiet wordt terug gevonden onder 2 verschijningsvormen. Enerzijds hebben we de vrije sulfiet die aangezuurd wordt met zwavelzuur (H 2 SO 4 ) en vervolgens getitreerd wordt met dijood. Anderzijds is er de totale sulfiet waar eerst natriumhydroxide (NaOH) wordt aan toegevoegd om complexen af te breken die gebonden sulfiet bevat. Vervolgens wordt ook dit aangezuurd met zwavelzuur, ter vorming van SO 2, en getitreerd met dijood. II.1.4. DOELGROEP Personen die de sulfietconcentratie van wijn of fruitsap willen weten. II.1.5. HYGIËNE EN VEILIGHEID De medewerkers van het laboratorium dragen verplicht een labojas en veiligheidsbril. Opletten voor het inademen van dampen daar sommige producten irriterend kunnen zijn. Wanneer er gebruik gemaakt wordt van een sterk zuur dient er onder de trekkast gewerkt te worden. Alle overblijvende oplossingen en resten worden bij beëindiging van de SOP in juiste afvalcontainer gebracht. Wanneer de concentratie van de aangemaakte zuur/base-oplossingen < 5 M mogen deze in de pompbak gedeponeerd worden. Controleer de apparatuur en het glaswerk steeds op barsten of andere schade. Bepaling sulfiet in wijn 4

5 II.2. REAGENTIA EN BENODIGDHEDEN II.2.1. MATERIALEN buret, statief, erlenmeyers (250 ml), maatkolven (500 ml, 300 ml, 100 ml), stoppen, horlogeglazen, analytische balans, spatel, bunzenbrander, driepikkel, draadnet, gegradueerde pipet, volpipetten (25 ml), bruine voorraadfles, trechter, zuigpipetje, maatbekers II.2.2. REAGENTIA NaHCO 3 (v), H 2 SO 4 (stockoplossing), NaOH (v), KBrO 3 (v), Na 2 S 2 O 3 (v), KI (v), I 2 (v), zetmeel II.3. PROCEDURE II.3.1. VOORBEREIDING Elk glaswerk moet vooraf minstens 3 keer gespoeld worden met demiwater (demiwater komt uit de zwarte kraan). Bij titraties wordt nadien de buret ook nog eens voor gespoeld met de stof waarmee getitreerd wordt (die zich in de buret bevindt). Aanmaak van Na 2 S 2 O 3 -oplossing (0,1 N = 0,05 M): 1) Weeg iets van een 3,7228 g Na 2 S 2 O 3 af in een horlogeglas op de analytische balans. Plaats het horlogeglas op de balans en doe het deurtje weer toe, zet de balans op tare opdat de massa van het horlogeglas niet meer niet meer in rekening wordt genomen, voeg de nodige massa toe (doe dit zo nauwkeurig mogelijk) en sluit het deurtje opnieuw. Wacht tot de balans een vaste waarde heeft gevonden (dit wordt meestal aangegeven met een bolletje of sterretje linksboven op het scherm) en noteer de exacte afgewogen massa op 4 cijfers na de komma, deze waarde gebruik je in de onderstaande formules. 2) Breng deze massa over in een maatkolf van 300 ml. Doe dit m.b.v. een demiwaterfles en een trechter, spuit met de waterfles op het horlogeglas tot alle massa zich in de trechter bevindt, doe hetzelfde voor de trechter zodat er geen massa verloren gaat bij overbrenging in de maatkolf. 3) Los het Na 2 S 2 O 3 op in een beetje demiwater en voeg hierbij een 0,2 g NaHCO 3 aan toe, dit stabiliseert het thiosulfaation. 4) Leng aan tot de maatstreep met demiwater. Dit doe je best eerst met demiwater van de kraan tot de maatkolf bijna gevuld is, vervolgens leng je aan met de waterfles tot dat de onderkant van de pupil op de hoogte van de maatstreep is. Bepaling sulfiet in wijn 5

6 Aanmaak van I 2 -oplossing (0,01 N = 0,02 M): 1) Weeg 5 g kaliumjodide (KI) en 3,5 g I 2 af op horlogeglazen op een balans op dezelfde manier als hierboven aangegeven. De massa moet niet nauwkeurig afgewogen worden. 2) Breng de KI kwantitatief over in een maatkolf van 1 l, los op in een klein beetje demiwater en voeg dan de I 2 hieraan toe. 3) Nadat dit alles opgelost is, aanlengen tot de maatstreep en overbrengen in een bruine voorraadfles. Voeg nog 250 ml demiwater hieraan toe, om de juiste eindconcentratie te verkrijgen. Aanmaak van NaOH-oplossing (1 M): 1) Weeg 20 g NaOH af in een horlogeglas op de balans op dezelfde manier als hierboven aangegeven. 2) Breng de korrels over in een maatkolf van 500ml met een kleine hoeveelheid demiwater. De korrels breng je het beste over met een trechter, giet de korrels voorzichtig in de trechter opdat de trechter niet verstopt. Best de NaOH-korrels oplossen in een klein beetje demiwater, hoe minder water je hebt toegevoegd, hoe sneller de korrels oplossen. Opgelet: de maatkolf zal opwarmen tijdens het oplossen. 3) Leng aan tot de maatstreep wanneer de korrels opgelost zijn. Aanmaak van H 2 SO 4 -oplossing (25 % v/v): 1) Vul een maatkolf van 500 ml met zowat 300 ml demiwater. 2) Pipetteer 125 ml geconcentreerde H 2 SO 4 -stockoplossing met een gegradueerde pipet, en breng dit voorzichtig over in de deels gevulde maatkolf onder constant roeren. 3) Leng aan tot de maatstreep. Aanmaak van H 2 SO 4 -oplossing (5 M): 1) Vul een maatkolf van 100 ml met ongeveer 60 ml demiwater. 2) Pipetteer 28 ml geconcentreerde H 2 SO 4 -stockoplossing met een gegradueerde pipet, en breng dit voorzichtig over in de deels gevulde maatkolf onder constant roeren. 3) Leng aan tot de maatstreep. Bepaling sulfiet in wijn 6

7 Aanmaak zetmeeloplossing: 1) Weeg een 0,2 g zetmeel af op de balans en breng dit in wat demiwater. Goed roeren. 2) Breng het zetmeel over in 100 ml kokend demiwater. Laat dit nog 1 minuut verder inkoken. 3) Laat de oplossing afkoelen. II.3.2. TITERSTELLING NA2S2O3 T.O.V. KBRO 3 1) Vul een maatcilinder met 100 ml demiwater. 2) Weeg in een horlogeglas 0,501 g KBrO 3 af op een analytische balans. 3) Breng deze massa m.b.v. het demiwater in de maatcilinder over in een erlenmeyer. De 100 ml demiwater mag overgebracht worden in de erlenmeyer. 4) Breng met een volpipet 10 ml H 2 SO 4 (5 M) over in de erlenmeyer en voeg vervolgens ongeveer 1 g KI toe. 5) Vul de buret met de aangemaakte Na 2 S 2 O 3 -oplossing (vergeet niet voor te spoelen). 6) Titreer tot het moment dat er geen blauwe wolkjes meer worden waargenomen nadat je de zetmeelindicator hebt toegevoegd aan de KBrO 3 -oplossing. Noteer het volume. 7) Voer stappen 1) tot en met 6) in totaal drie keer uit. II.3.3. TITERSTELLING I2 T.O.V. NA 2 S 2 O 3 1) Pipetteer met een volpipet 25 ml I 2 -oplossing in een erlenmeyer. 2) Voeg met een volpipet 10 ml H 2 SO 4 (5 M) toe. 3) Vul de buret met de aangemaakte Na 2 S 2 O 3 -oplossing (vergeet niet voor te spoelen). 4) Titreer tot het moment dat er geen blauwe wolkjes meer worden waargenomen nadat je de zetmeelindicator hebt toegevoegd aan de I 2 -oplossing. Noteer het volume. 5) Voer stappen 1) tot en met 4) in totaal drie keer uit en bereken het gemiddeld volume. Bepaling sulfiet in wijn 7

8 II.3.4. BEPALING VRIJE SO 2 1) Pipetteer met een gegradueerde pipet 50 ml wijn in een erlenmeyer van 250 ml. 2) Voeg met een volpipet 5 ml 25% zwavelzuuroplossing toe en voeg vervolgens met een gegradueerde pipet 2,5 ml zetmeeloplossing toe. 3) Vul de buret met 0,01 M I 2 (vergeet niet voor te spoelen). 4) Titreer tot een diepblauwe kleur ontstaat die vervolgens minstens 1 minuut blijft hangen (als deze kleur na 1 minuut opnieuw verdwijnt moet je niet meer verder titreren). 5) Noteer het volume (als je minder dan 5 ml I 2 moet toevoegen, verdun dan de I 2 oplossing 10 keer tot een concentratie van 0,001 M). 6) Voer stappen 1) tot en met 5) in totaal zes keer uit en bereken het gemiddeld volume. II.3.5. BEPALING TOTALE SO 2 1) Pipetteer met een gegradueerde pipet 20 ml wijn in een maatkolf van 250 ml. 2) Voeg met een maatcilinder 25 ml 1 M NaOH toe aan de wijn. 3) Schud de fles opdat alles goed gemengd wordt. Plaats een stop op de maatkolf en laat de oplossing 15 minuten rusten. 4) Voeg met een volpipet 10 ml 25 % zwavelzuuroplossing toe en voeg vervolgens met een gegradueerde pipet (5 ml) 2,5 ml zetmeeloplossing toe. 5) Titreer tot een diepblauwe kleur ontstaat die vervolgens minstens 1 minuut blijft bestaan (als deze kleur na 1 minuut opnieuw verdwijnt moet je niet meer verder titreren). 6) Noteer het volume (als je minder dan 5 ml I 2 moet toevoegen, verdun dan de I 2 - oplossing 10 keer tot een concentratie van 0,001M). 7) Voer stappen 1) tot en met 6) in totaal zes keer uit en bereken het gemiddeld volume. II.4. BEREKENINGEN EN FORMULES Om de titerconcentratie te bepalen van natriumthiosulfaat wordt deze formule gebruikt: c(na 2 S 2 O 3 ) = mol/l Voer dit uit voor de drie afzonderlijke titraties en beschouw dan de gemiddelde concentratie als de titerconcentratie. Bepaling sulfiet in wijn 8

9 De titer van dijood wordt a.d.h.v. volgende formule berekent: c(i 2 ) mol/l Voer dit uit voor de drie afzonderlijke titraties en beschouw dan de gemiddelde concentratie als de titerconcentratie. De vije sulfiet concentratie wordt op volgende manier bepaald: concentratie vrije sulfiet = 11,252 * A met: A = volume toegevoegde I 2 bij 3.2 (l) Om de totale sulfiet concentratie te berekenen wordt volgende formule toegepast: concentratie totale sulfiet = 11,252 * B met: B = volume toegevoegde I 2 bij 3.3 (l) III. BESCHRIJVING UITGEVOERDE TESTEN III.1. PLANNING VAN DE LABO S Taak Tijdstip Verantwoordelijke Aanlevering Normen opzoeken en beste methode selecteren labo 1 Christof, Dave en Niels beschrijving gekozen methode Aanmaken planning labo 2 Niels excel bestand Inventarisatie + Materialen reserveren labo 2 Dave lijst met benodigdheden Uitrekenen hoeveelheden labo 2 Christof lijst met benodigde hoeveelheden Aanmaken I 2 (0,01 N) labo 2 Niels stof bewaard in juiste omstandigheden Aanmaken NaOH (1 M) labo 2 Dave stof bewaard in juiste omstandigheden Aanmaken H 2 SO 4 (25% v/v) labo 2 Christof stof bewaard in juiste omstandigheden Aanmaken H 2 SO 4 (5 M) labo 2 Dave stof bewaard in Bepaling sulfiet in wijn 9

10 juiste omstandigheden Aanmaken Na 2 S 2 O 3 (0,1 N) labo 2 Christof stof bewaard in juiste omstandigheden Zetmeel aanmaken labo 3 Christof zetmeeloplossing Aanmaken verschillende labo 3 Niels verschillende oplossingen concentraties Titer H 2 SO 4 (25% v/v) labo 3 Dave berekeningen stellen Titer NaOH stellen labo 3 Niels berekeningen Titer H 2 SO 4 (5 M) labo 3 Christof berekeningen stellen Verschillende labo 3 Dave ijkcurve concentraties uittesten 1 Zetmeel aanmaken labo 4 Christof zetmeeloplossing Titer H 2 S 2 O 3 stellen labo 4 Niels berekeningen Titer I2 stellen labo 4 Dave berekeningen Determinatie van vrije labo 4 Niels berekeningen SO 2 Determinatie van totale labo 4 Dave berekeningen SO 2 Verschillende concentraties uittesten 2 labo 4 Christof ijkcurve Zetmeel aanmaken labo 5 Christof zetmeeloplossing Verschillende kleine labo 5 Christof ondergrens ijkcurve concentraties uittesten Aanmaken verschillende concentraties labo 5 Niels verschillende oplossingen Determinatie van vrije labo 5 Dave berekeningen SO 2 Determinatie van totale labo 5 Dave berekeningen SO 2 Powerpoint presentatie labo 6 Dave powerpoint Rapport: normen, protocol, aanmaak stoffen Rapport: beschrijving testen Rapport: bespreking resultaten labo 6 Christof inleiding rapport + SOP aanmaak stoffen labo 6 Niels SOP labo 6 Dave grafieken en tabellen in rapport Bepaling sulfiet in wijn 10

11 III.3. VERLOOP VAN DE RESULTATEN Nadat alle titers waren gesteld en alle oplossingen waren aangemaakt, werd de ijkcurve opgesteld. Het vooropgestelde meetbereik was 100 tot en met 450 mg/l. Deze waarden werden gekozen op basis van een artikel van testaankoop*. We namen de waarden iets groter om een eventuele additiereactie niet uit te sluiten, uiteindelijk zou blijken dat we hier geen tijd voor hadden. Tot hier verliep alles goed, maar eenmaal de titraties van de vrije en de totale sulfietconcentratie van de wijn werden uitgevoerd, bleek dat er minder dan 5 ml dijood moest worden toegevoegd. Dit was te weinig om over een aanvaardbare titratie te kunnen spreken. Daarom werd de dijood tien maal verdund, zodat er meer dan 5 ml titrans moest worden toegedruppeld. Maar het probleem was nog niet opgelost. De bekomen volumes waren nu wel aanvaardbaar, maar de waarden van de ijkcurve lagen veel hoger dan de waarden bekomen tijdens deze titraties. Het was dus niet mogelijk om de concentratie sulfiet af te lezen op de ijkcurve. Daarom werden nog 3 meetpunten bepaald, namelijk: 10, 30 en 60 mg/l. Zo konden de bekomen waarden toch nog worden afgelezen. Daarnaast werden nogal grote standaarddeviaties bekomen bij de toegevoegde volumes tijdens de titratie van de vrije en de totale sulfietconcentratie in wijn. Dit wijst erop dat de titraties werden uitgevoerd met een matige herhaalbaarheid. Dit kwam omdat het moeilijk was om het omslagpunt te bepalen. Er moest immers worden getitreerd tot een diepblauwe kleur, maar de kleur moest gedurende 1 minuut blijven. Het was dus moeilijk om steeds dezelfde kleur te verkrijgen, en na ongeveer 5 minuten werd terug de oorspronkelijke kleur waargenomen. Hierdoor werd een 2s% bekomen van respectievelijk 26,8 en 18,8%. Deze waarden zijn ongeveer dubbel zo groot als de maximum toegelaten 2s% voor een goede meting. Een laatste probleem hadden we doordat we de titraties van de vrije en de totale sulfietconcentratie spreidden over twee lessen. Hierdoor werden afwijkende waarden bekomen over de twee weken, waardoor mede een te grote 2s% werd bekomen. III.4. METHODE VALIDEREN Sulfiet is geen eenvoudige stof om te bepalen. Desondanks is de Ripper methode makkelijk hanteerbaar en steunt ze op een eenvoudige redoxreactie. Ondanks het relatief moeilijk te bepalen omslagpunt is dit een behoorlijk effectieve methode om de sulfietconcentratie in witte wijn te bepalen. Zeker als alle metingen op dezelfde dag zouden plaatsvinden moet het mogelijk zijn om de 2s% een stuk te doen dalen. Omtrent de juistheid van de methode is weinig te zeggen, daar op de verpakking enkel stond vermeld dat de wijn sulfiet bevat. We weten wel dat deze vermelding verplicht is voor wijnen die meer dan 10 mg/l sulfiet bevatten³, wat onze waarden ook aangeven. Bepaling sulfiet in wijn 11

12 IV. BRONNEN * bronverwijzing: Test Aankoop (2012), Sulfieten (on line) Senior Chemistry (2004), Sulfer Dioxide (on line) AOAC International (2000), AOAC Official Method : Sulfites in Foods (on line) A3%9F Bepaling sulfiet in wijn 12