BAZELE ANALIZEI
INSTRUMENTALE
Analiza instrumentală este o ramură importantă a chimiei analitice care se ocupă cu
analiza calitativă şi cantitativă precum şi cu caracterizarea substanțelor şi amestecurilor de
substanţe cu ajutorul unor aparate şi mijloace informatice specifice.
Avantajele mari ale analizelor instrumentale faţă de metodele chimiei analitice clasice le
reprezintă precizia, rezoluţia, sensibilitatea şi reproductibilitatea ridicată. La acestea se adaugă alte
avantaje precum: productivitate ridicată la analiză, posibilitatea analizei pornind de la cantităţi de
substanțe extrem de mici, posibilitatea urmăririi cineticii unor reacţii extrem de rapide sau extrem
de lente, posibilitatea automatizării complete a procesului de analiză, posibilitatea procesării
automate a datelor, ş.a.
În cadrul analizei instrumentale majoritatea mărimilor fizice ce fac legătura cu compoziţia
chimică sau cu concentraţia sunt mărimi de natură neelectrică pentru a căror transformare în mărimi
proporţionale de natură electrică, compatibile cu sisteme moderne de măsurare este nevoie de
detectoare şi de senzori performanţi. Dezvoltarea puternică a acestora s-a produs cu cca trei decenii
în urmă şi nu întâmplător această perioadă corespunde şi cu dezvoltare fără precedent a chimiei
analitice instrumentale. O contribuţie importantă la dezvoltarea acestei ramuri au avut-o şi
realizările în domeniul microprocesoarelor specializate şi a tehnicii de calcul în general.
Analiza instrumentală calitativă foloseşte metode de analiză la care există o dependenţă
precisă între variaţia unei proprietăţi fizice sau fizico-chimice şi natura elementului chimic sau a
substanţei. Analiza instrumentală cantitativă foloseşte metode de analiză la care există o
dependenţă matematică între variaţia unei proprietăţi fizice sau fizico-chimice şi concentraţie sau
masă. În tabelul I.1. sunt prezentate sintetic metodele analizei instrumentale, fenomenele fizice ce
stau la baza lor şi domeniul analitic pentru care sunt folosite.
I.2. Metodele analizei instrumentale
Dacă se încearcă o grupare fenomenologică a analizei instrumentale rezultă următoarele metode
importante:
1. Metode spectroscopice
2. Metode refractometrice
3. Metode polarimetrice
4. Metode electrochimice
5. Metode cromatografice*
6. Alte metode
* Metodele cromatografice sunt metode de separare a speciilor chimice din amestecuri şi folosesc
pentru determinări de natură calitativă sau cantitativă una din metodele de la poziţiile 1-4.
enumerate mai sus. Dată fiind însă importanţa lor mare în chimia analitică instrumentală precum şi
complexitatea ridicată a aparaturii cromatografia poate fi considerată şi ca un domeniu distinct al
analizei instrumentale
Obiectivele analizei instrumentale sunt în general aceleaşi ca ale chimiei analitice clasice, anume:
- determinarea purităţii unei substanţe sau a unui amestec de substanţe
- determinarea compoziţiei amestecurilor de substanţe
- analiza urmelor (determinarea unor concentraţii mici într-o matrice)
- determinarea formulelor chimice (ca formulă clasică sau ca formulă structurală)
- determinarea unor proprietăţi fizice precum: solubilitate, presiune de abur, punct de
topire, punct de fierbere, punct de inflamabilitate
- dezvoltarea de instrumente şi metode pentru determinarea proprietăţilor sus numite
Domeniile de bază în care se foloseşte analiza instrumentală sunt :
- chimie analitică anorganică
- chimie analitică organică
- chimia alimentară
- bioanalitică
- chimia apei
- chimia mediului
- industrie alimentară
- farmacie
- chimie clinică
- toxicologie
- medicină legală
I.3. Criterii de alegere a metodei de analiză instrumentală
Pentru alegerea unei metode de analiza chimică calitativă şi/sau cantitativă trebuie în primul rând
bine definită problema, în acest sens se au în vedere următoarele:
- ce precizie de măsurare şi ce reproductibilitate este necesară
- în ce domeniu de concentraţie se bănuieşte a se găsi proba
- ce cantitate de probă este disponibilă
- la ce metode de analiză se poate apela regional sau naţional
- ce compoziţii ale probei pot provoca perturbaţii în cadrul metodei alese, inclusiv
influenţa proprietăţilor fizice şi chimice ale matricei din probă
- câte probe trebuiesc analizate
- ce frecvenţă de analiză există pentru probe
- ce fonduri stau la dispoziţie
I.4. Erori de măsurare
La măsurarea unei anumite mărimi fizice cu un aparat, de regulă, la fiecare măsurătoare se va
constata în limite mici altă valoare a mărimii măsurate. Chiar la efectuarea repetată a măsurătorii cu
acelaşi aparat se vor observa uşoare abateri. În aceste condiţii apare evident întrebarea: care este
valoarea corectă? Pentru a răspunde este nevoie de o privire mai atentă asupra surselor şi cauzelor
erorilor de măsurare. Pentru început trebuie precizat că erorile de măsurare se clasifică, după modul
de manifestare în:
- erori aleatoare de măsurare
- erori sistematice de măsurare
I.4.1. Erorile aleatoare de măsurare
Erorile aleatoare de măsurare sunt erori neprevizibile şi ca atare greu corijabile. Evidenţierea lor se
poate face numai prin măsurători repetate în aceleaşi condiţii, cu acelaşi aparat. Cauzele principale
pentru erori aleatoare sunt: pătrunderea neregulată a unor semnale parazite în circuitul de măsurare,
contacte imperfecte, frecări ale echipajelor mobile, citiri greşite.
I.4.2. Erorile sistematice de măsurare
Erorile sistematice de măsurare sunt erori ce apar repetat la aceeaşi valoare a mărimii
măsurate şi cu acelaşi semn în condiţii identice de măsurare. Aceste erori sunt previzibile şi
corectabile. Erorile sistematice sunt cauzate de influenţa aparatului asupra mărimii măsurate (ex.
măsurarea tensiunilor, rezistenţelor, s.a.), de metodele de măsurare precum şi de erori cauzate de
conversii. Tot erori sistematice sunt cele generate de deriva de temperatură, de presiune, s.a.
În cadrul analizelor instrumentale rezultatele experimentale vor fi grevate atât de erori
sistematice cât şi de erori aleatoare. Dat fiind caracterul imprevizibil şi greu cuantificabil al
ultimelor se vor efectua un număr suficient de mare de analize pentru ca erorile aleatoare să
devină nesemnificative şi valoarea lor medie să se apropie de zero. Determinarea erorilor
sistematice necesită analiza mai multor compoziţii etalon de concentraţii bine cunoscute.
Rezultatele analizelor, pe lângă erorile sistematice, vor conţine şi erori aleatoare dacă numărul de
analize efectuat este mic. De regulă, se consideră că un minim de 20 de determinări elimină aproape
în totalitate erorile aleatoare. La un număr mare de determinări se poate considera că orice
diferenţă între valoarea medie a concentraţiilor şi concentraţia cunoscută poate fi considerată ca
fiind o eroare sistematică. În aceste condiţii mai rămâne ca fiind semnificativă numai eroarea
sistematică. Aceasta poate fi eroare sistematică absolută sau eroare sistematică relativă.
VolumetriaAnaliza volumetrica este o metoda de baza pentru determinarea calității produselor
alimentare, cu o larga utilizare in laboratoare. Aceasta analiza permite sa se efectueze
determinările foarte rapid, deoarece, in majoritatea cazurilor, o singura determinare prin metoda
volumetrica se face in câteva minute, in timp ce aceeași determinare prin metoda gravimetrica
necesita câteva ore. Rapiditatea determinărilor volumetrice permite sa se repete cu ușurința de
câteva ori si sa se obțină o medie aritmetica mai exacta. Domeniul de aplicare al analizei
volumetrice este foarte mare si majoritatea substanțelor pot fi determinate prin aceasta metoda.
Principiul procesului in analiza volumetrica, titrarea, consta in faptul ca la soluția
substanței care trebuie determinata se adăuga treptat dintr-o biureta, soluția de lucru, titrata, până se
atinge punctul de echivalență.
Punctul de echivalenta se pune in evidenta prin diferite metode. De obicei acest punct este
decelat prin schimbarea culorii soluției, măsurându-se apoi volumul soluției consumate pentru
titrare.
In cazurile când este dificil sa se pună in evidenta punctul de echivalenta, se recurge la
următoarele procedee ajutătoare:
— titrarea substituentului, care consta in titrarea compusului chimic ce se formează in
urma reacției cu substanța ce trebuie determinata;
— retitrarea, care consta in titrarea excesului de substanța adăugata (se mai numește si
titrare inversa).
Pentru determinări in analiza volumetrica se folosesc soluții titrate, care reprezintă soluțiile
cu o concentrație determinata
la 1 ml. Soluțiile titrate cele mai folosite sunt cele ce au o anumita normalitate (l n; 0,1
n 0,01 n), Normalitatea unei soluții indica numărul de echivalenți-gram de substanța intr-un litru
de soluție titrata. Echivalentul-gram se obține împărțind greutatea moleculara, exprimata in
grame, la sarcina activa din molecula substanței corespunzătoare reacției date.
Exprimarea concentrației soluțiilor prin normalitate este convenabilă, deoarece numărul de
miliechivalenți-gram ai ambelor substanțe care reacționează este același, deci:
n1 x V1 = n2 x V2 →
in care:
n este normalitatea;
V — volumul.
Din aceasta egalitate rezulta ca volumele soluțiilor care reacționează sunt invers
proporționale cu normalitățile :
Deoarece majoritatea substanțelor nu se găsesc in stare chimica pura, titrul exact al
soluțiilor se stabilește numai după prepararea lor, folosind substanțe etalon. Pentru determinarea
titrului unei soluții de NaOH se folosește acid oxalic ca soluție etalon
Ca urmare, se determina factorul F al soluției respective, care reprezintă raportul dintre titrul
real tr si titrul teoretic: tt
Metodele folosite in analizele volumetrice sunt următoarele:
— Metoda de neutralizare, prin care se determina concentrația acizilor si bazelor, precum si
a altor substanțe care reacționează cu ele. Folosind metode indirecte, se pot determina si diferiți
cationi.
— Acidimetria este o metoda larg folosita pentru a determina concentrația acizilor din
produsele alimentare, prin titrarea cu o baza de normalitate cunoscuta :
H+ + OH' = H2O
Reacția este terminata când toți ionii de hidrogen au fost înlocuiți cu metalele respective.
Daca se utilizează o singura molecula de NaOH, acidul neutralizat a conținut un singur atom de
hidrogen ; in acest fel se determina orice acid, indiferent daca este tare (clorhidric, azotic, sulfuric)
sau slab (acid acetic, oxalic etc.), deoarece tăria acidului depinde de cantitatea de ioni de hidrogen
pe care o disociază când este dizolvat in apa si nu de cantitatea totala de hidrogen din molecula sa.
Se deosebesc, de aceea, doua acidități: aciditatea actuala, pusa in evidenta de indicatori, care este
legata de gradul de disociere in soluție a acidului respectiv: si aciditatea totala, care corespunde
cantității totale de hidrogen din molecula si se determina prin neutralizare cu o baza tare.
In acidimetrie se utilizează, in mod frecvent, o soluție titrata n/10 (0,1 n) de NaOH sau
KOH, folosind un indicator de neutralizare ales convenabil. Pentru determinarea factorului soluției
de NaOH sau KOH 0,1 n se folosește o soluție de acid oxalic 0,1 n si ca indicator fenolftaleina.
—Alcalimetria se utilizează pentru determinarea alcalinității unor soluții folosind soluții
titrate de acizi 0,1 n. Se folosește, in acest scop, o soluție de aproximativ 0,1 n de HCl si se
determina titrul cu o soluție etalon de NaOH 0,1 n, obținuta cu fixanal sau având factorul cunoscut.
Pentru punerea in evidenta a punctului de echivalenta, se folosesc indicatori acid-baza.
Indicatorii cei mai folosiți sunt: metiloranjul (punct de viraj in mediu acid) si fenolftaleina (in
mediu bazic).
in tabelul 21.1 se dau caracteristicile celor mai utilizați indicatori acid-baza de culoare.
— Metodele de precipitare si de formare a combinațiilor complexe stau la baza metodelor
argentometrice folosite pe larg in industria alimentara. Ca indicator al metodelor argentometrice se
folosește cromatul de potasiu.
Tabelai 21.1
Caracteristicile unor Indicatori acid-baza de culoare
Indic
atorul
Intervalul
de viraj. pH
Culoarea soluțiilor
Soluția de indicatorînainte de
virajdupă viraj
Tropeolinft 1,2 - 3,2 Roșie Galbena Sol. apoasa 1%
Metiloranj 3,1 - 4,1 Roșie Galbena Sol. apoasa 0,03%
Rosu-metil 4,4 - 6,2 Roșie Galbena Sol. alcoolica 0,2% in alcool
90%
Roșii-neutru 6,8 - 8,0 Roșie Galbena Sol. alcoolica 0,1% in alcool
70%
Rosu-fenol 6,4 - 8,0 Galbena Roșie Sol. apoasa 0,1%
Turnesol 5,8 - 8,0 Roșie Albastra Sol. apoasa 0,5%
Fenolftaleina 8,2 - 10,0 Incolora Roșie Sol. alcoolica 0,1% in alcool
70%
Timolftalein
a
9,4 - 10,6 Incolora Albastra Sol. alcoolica 0,1% in alcool
90%
Nitramina 11 - 13 Incolora Portocalie-
bruna
Soluție alcoolica 0,1% in
alcool 70%
— Metodele de oxid-reducere se bazează pe determinarea volumetrica a diferiților oxidanți
si reducători. Din aceasta grupa de metode fac parte manganometria, iodometria, bicromatometria,
bromatometria si cerimetria.
-— Manganometria. Consta in determinarea cantitativa a diferiților ioni cu ajutorul unor
soluții titrate de KMnO4. Reacția este următoarea:
2KMnO4 H + 3H2SO4 = 2MnS04 + 3HaO + K2S04 + 5 O
Indicatorul folosit este însăși soluția colorata de KMn04, care după ce a oxidat substanța
reducătoare din pahar, se decolorează.
Pentru stabilirea titrului soluției de permanganat, in mod curent se utilizează acid oxalic.
— Iodometria permite dozarea indirecta a substanțelor care pun in libertate iodul din iodura
de potasiu, iar după cantitatea de iod determinata se poate determina cantitatea de substanța care
1-a pus in libertate.
Iodul liber se dozează cu o soluție titrata de tiosulfat de sodiu (Na2S203) in prezenta de
amidon ca indicator. Reacția este foarte sensibila si colorația apare chiar la urme de iod.
Determinarea acidității
Aciditatea naturala a produselor alimentare este diferita pentru fiecare categorie de produs si
o creștere a acesteia indica intervenția agenților de descompunere, in primul rând al celor
microbieni.
Aciditatea se poate exprima prin concentrația de acid (aciditate totala) si prin pH'(aciditate
reala sau actuala)..
Poziția corecta la pipetarea
Titrarea soluțiilor
Pentru determinarea acidității titrabile se întrebuințează metode bazate pe titrarea directa
a unui volum determinat din lichidul de analizat, folosind o soluție alcalina titrata până la reacție
neutra, stabilita cu ajutorul indicatorilor acidobazici (fenolftaleina, turnesol, metiloranj, rosul .de
fenol)
Aciditatea se poate exprima in diferite moduri așa cum se prezintă in continuare.
Exprimarea acidității in grade aciditate adică ml soluție de baza de concentrație normala
(1 n) necesari sa neutralizeze aciditatea din 100 g produs
Exprimarea acidității in procente, adică in grame de acid anorganic sau organic, ales
convențional, conform indicațiilor din standard, respectiv la 100 ml sau 100 g produs. Numărul de
ml de soluție alcalina, folosit la titrare, se înmulțește cu factorul de corecție al acestuia si cu un
factor de transformare, care exprima titrul soluției acide de aceeași normalitate.
Formula de calcul este următoarea:
% aciditate =
in care:
V1 - reprezintă volumul de soluție O, l n NaOH folosit la titrare, in ml;
V 2 — volumul total al soluției de analizat, in ml;
V 3 — volumul luat pentru titrare, in ml;
F - factorul de corecție al soluției 0,1 n NaOH;
T - factorul de transformare al soluției 0,1 n NaOH, in diverși acizi in grame;
m - masa probei luata pentru analiza, in g.
Indicele de aciditate reprezintă cantitatea de hidroxid de potasiu, in mg, necesara pentru a
neutraliza acizii grași liberi dintr-un gram de produs.
Exprimarea acidității in grade Thorner se face la lapte si produse lactate, care reprezintă
volumul in ml de hidroxid de sodiu, 0,1 n, necesare pentru neutralizarea acidității din 100 ml lapte
sau 100 g produse lactate.
Determinarea acidității prin măsurarea pH-ului permite stabilirea mai precisa a punctului de
neutralizare, care corespunde la pH 7.
PH-ul se definește ca fiind logaritmul cu semn schimbat al concentrației ionilor de hidrogen
dintr-o soluție sau logaritmul numărului de ml de apa, in care se găsește un atom gram de hidrogen
in stare de ion.
Determinarea pH-ului se face prin metode colorimetrice si metode electrometrice
(potentiometrice).
a). Metodele optice pentru măsurarea pH-ului se bazează pe proprietatea unor substanțe,
numite indicatori acidobazici, de a-si schimba culoarea atunci când variază activitatea ionilor de
hidrogen din soluție. Modificarea culorii indicatorului are loc gradat, intr-un interval de pH, numit
domeniu de viraj sau interval de tranziție.
— Metoda cu hârtie indicator se bazează pe umezirea hârtiei indicator cu soluție al cărui
pH dorim sa-1 aflam si compararea culorii cu o scara etalon.
— Metoda cu soluții indicatoare din seria nitrofenolului (metoda Michae-lis) se bazează pe
modificarea nuanței de culoare a indicatorilor monocromi din seria nitrofenolului in funcție de pH-
ul soluției. Valoarea pH-ului se stabilește prin compararea fata de un standard de referința.
b). Determinarea pH-ului prin metoda potentiometrica se bazează pe măsurarea diferenței
de potențial intre un electrod de referința si un electrod de măsurare, introduși in proba de cercetat..
Aparatul folosit este un pH-metru, echipat cu un electrod de calomel (electrod de referința) si elec-
trod de sticla (electrodul de măsurare) (fig. 4.21).
Determinarea alcalinității
Alcalinitatea produselor alimentare se datorește folosirii afinatorilor chimici.
Alcalinitatea reprezintă cantitatea de baza dintr-un produs, care se exprima prin concentrația
totala a bazei sau prin concentrația ionilor OH~, respectiv p OH.
Principiul metodei consta in titrarea substanței alcaline din proba de analizat cu o soluție de
acid clorhidric 0,1 n, in prezenta indicatorului albastru de bromtimol.
Alcalinitatea se exprima in grade de alcalinitate după formula:
Grade alcalinitate= 100=10 V
in care:
V este volumul de acid clorhidric 0,1 n folosit la
titrare, in ml. de compoziția chimica complexa a acestora.
Determinarea polarimetrica a
zaharurilor
Determinarea polarimetrica a zaharurilor se
bazează pe proprietățile optic active ale acestora, puțind
devia planul de polarizare a luminii care străbate soluția,
spre dreapta sau spre stânga, cu un anumit unghi,
care depinde de natura, concentrația si grosimea
stratului de soluție.
Lumina polarizata, ale cărei raze oscilează într-un
singur plan, se obține prin trecerea luminii prin substanțe
solide cristaline (ex: carbonatul de sodiu cristalizat in
sistem rombic numit si spat de Islanda)
Examinarea se face la 20°C si in lumina
monocromatica de sodiu. Aparatele folosite sint
polarimetrul si zaharimetrul .
Polarimetrul este un aparat optic alcătuit din doua părți principale: polarizorul si
analizorul, montați la capetele unui tub in care se introduce substanța de analizat Polarizorul este
orientat spre sursa de lumina si are rolul de a transforma lumina normala in lumina
polarizata, iar analizorul prin care se privește si care permite analiza imaginii se poate roti la
dreapta sau la stânga cu un șurub micrometric determinând mărimea unghiului a cu care a fost
rotit planul de polarizare a luminii, care a străbătut stratul de soluție. Soluția de cercetat se introduce
intr-un tub polarimetric din porțelan sau sticla, cu o lungime determinata de 200 mm sau 100 mm
Determinările se fac într-o camera obscura, înainte de a începe analiza, se controlează
punctul zero al aparatului. Pentru aceasta se aduce analizorul intr-o astfel de poziție încât una dintre
cele doua jumătăți ale câmpului sa fie bine luminata, iar cealaltă întunecata. Se pune la punct linia
despărțitoare ale celor doua câmpuri, rotind ușor luneta analizorului, după care, manevrând șurubul
micrometric câmpul trebuie sa apară uniform luminat. Se introduce tubul polarimetric cu soluția de
analizat: daca soluția este levogira, se va lumina jumătatea câmpului din stânga si se va întuneca
cea din dreapta. Pentru a cunoaște unghiul α cu care a fost deviat planul luminii polarizate, anali-
zorul este rotit până se revine la luminozitatea câmpului, corespunzătoare punctului zero. Mărimea
unghiului α se citește pe scala gradata a polarimetrului cu ajutorul unui vernier, care se deplasează
solidar cu analizorul. Se determina puterea rotatorie specifica substanței, care reprezintă unghiul cu
care este rotit planul luminii polarizate, care străbate un strat de soluție, cu grosimea de 1 dm si care
conține un g de substanța dizolvata intr-un ml de soluție. Puterea rotatorie specifica este data de
relația:
in care:
α = reprezintă unghiul citit la polarimetru, in grade;
l = lungimea tubului polarimetric, in dm;
c = concentrația soluției, in g la 100 ml soluție.
Din aceasta relație se poate calcula concentrația c, când se cunoaște unghiul de deviere α:
Zaharimetrul este un polarimetru special gradat incit permite citirea directa in procente, a
conținutului de zaharoza dintr-o substanța solida sau dintr-o soluție. Este folosit in laboratoarele
fabricilor de zahar.
Zaharimetrul este etalonat pentru o anumita cantitate de substanța solida, sau soluție, numita
masa normala. Pentru majoritatea zaharimetrelor masa normala este de 26 g. In aceasta scara
punctul 100, corespunde unghiului de rotație obținut cu o soluție care conține 26 g zaharoza in 100
ml soluție, examinata intr-un tub polarimetric de 2 dm, la temperatura de 20°C.
1° zaharimetria=0,26 g zaharoza in 100 ml soluție
Modul de lucru la zaharimetru este identic cu cel folosit la polarimetre.
Determinarea concentrației alcoolice la vin prin metoda ebuliometrica
Metoda se aplica numai vinului sec, cu un extract sub 30 g/1, sănătos si limpede. Nu se aplica
vinurilor tulburi, alterate(oțetite etc.), cu aciditate volatila mai mare de 1,2 g/1 acid acetic.
In buletinul de analiza se va specifica metoda folosita. Metoda ebuliometrica determina
concentrația alcoolica cu o eroare de +/-(0,1-0,3) % voi.
Principiul metodei:
Determinarea punctului de fierbere al vinului, care se găsește intre punctul de fierbere al apei
(100°C) si cel al alcoolului etilic (78,3°C), vinul fiind un amestec hidroalcoolic.
Materiale necesare
Ebuliometrul
Proba de vin
Se deduce concentrația alcoolica a vinului, folosind un disc sau o rigla speciala de corespondenta,
cunoscând punctul de fierbere, determinat cu ebuliometrul. Concentrația alcoolica a vinului este cu
atât mai mare, cu cat punctul de fierbere este mai scăzut fata de cel al apei.
Descrierea aparatului.
Ebuliometrul este format din: - rezervor pentru fierbere de circa 90 ml, prevăzut cu
refrigerent ascendent, termosifon cu robinet de evacuare;
- termometrul special, gradat in zecimi de grad intre 86°C si 120°C;
- lampa de încălzire cu spirt;
- disc special de calcul (corespondenta), care prezintă o scara alcoolmetrica exterioara si
un cerc mobil cu gradații termometrice (scara temperaturilor), in loc de disc se poate folosi
o rigla speciala cu rigleta glisanta, construita după principiul discului.
Mod de lucru
Modul de lucru cuprinde:
• stabilirea punctului de fierbere al apei
• starea punctului de fierbere al vinului
• calculul concentrație alcoolice.
a.)Stabilirea punctului de fierbere al apei
• in rezervorul curat al aparatului, spălat in
prealabil de doua ori cu apa distilata, se
toarnă 20 ml apa distilata.
• Se adaptează termometrul si refrigerentul (mantaua de răcire a refrigerentului, fiind goala, fără
apa) si se încălzește termosifonul pana Ia fierberea apei in rezervor.
• încălzirea se reglează astfel încât vaporii de apa sa iasă din refrigerent după l-5 min si, din acest
moment, se observa coloana de mercur.
• Se citește punctul de fierbere al apei, când apar vaporii si coloana de mercur rămâne staționara
cel puțin 2 min.
b) Stabilirea punctului de fierbere al vinului.
• Rezervorul aparatului se clătește de doua ori cu cate 20—30 ml din vinul de analizat si se șterge
bine.
• Se introduc apoi in rezervor 50 ml vin, se montează refrigerentul (cu apa in mantaua de răcire)
si se adaptează termometrul.
• Se încălzește termosifonul si se urmărește ascensiunea coloanei de mercur pana devine
staționara, timp de 1 - 2 min.
• Temperatura de fierbere a vinului se notează in grade si zecimi de grad.
c) Calculul concentrației alcoolice.
• Se fixeaza discul mobil astfel incat diviziunea corespunzatoare punctului de fierbere al
apei sa corespunda punctului zero de pe scara alcoolmetria.
• Concentrația alcoolica (gradul alcoolic) se stabilește citind diviziunea de pe scara alcoolmetria
care coincide cu diviziunea corespunzătoare punctului de fierbere a vinului.
Reguli pentru folosirea ebuliometrului.
- Metoda se folosește numai la vinurile seci, cu un extract sub 30 g/1. Vinul trebuie sa fie sănătos si
limpede.
- Nu se aplica la vinurile dulci, tulburi, oțetite, cu aciditate volatila mai mare de 1,2 g/1 acid acetic.
- Ebuliometrele trebuie verificate periodic de către laboratoarele de metrologie, autorizate in acest
scop, care eliberează buletinul de verificare a aparatului.
- Termometrele ebuliometrelor trebuie menținute curate prin spălare periodica, înainte de fiecare
determinare se observa coloana mercur, care nu trebuie sa fie întrerupta.
- Punctul de fierbere al apei nu trebuie stabilit pentru fiecare determinare; el se determina de 2—3
ori/zi in raport cu variația presiunii atmosferice.
- Metoda are o eroare de +0,1, pana la 0,3% volume alcool/litru.
PREPARAREA SOLUŢIILOR
1. CONSIDERAŢII TEORETICE
1.1. DEFINIŢIE
Soluția este un amestec omogen de doua sau mai multe componente.
Părțile componente ale unei soluții sunt:
- solventul (dizolvantul) = componenta care dizolva si care se găsește în cantitate mai
mare;
- solvatul (dizolvatul, solutul) = componenta care se dizolva si care se găsește în cantitate
mai mica.
1.2.EXPRIMAREA CONCENTRAŢIEI SOLUŢIILOR
Concentrația unei soluții exprima raportul dintre substanța dizolvata si soluție sau solvent.
Exista numeroase moduri de exprimare a concentrației soluțiilor, în funcție de unitățile de măsura în
care se exprima cele doua componente (dizolvatul si soluția sau solventul)
1.2.1. Concentrația procentuala
1.2.1.1. Concentrația procentuala de masa: reprezintă cantitatea de substanța dizolvata,
exprimata în grame din 100 grame de soluție.
(1)
ms=md+msolv. (2)
Unde: c %m - concentrația procentuala de masa [%];
md - masa solutului [g];
ms - masa soluției [g];
msolv. - masa solventului.
1.2.1.2. Concentrația procentuala de volum: exprima numărul de litri de dizolvat din 100 l
de soluție.
(3)
Vs=Vd+Vsolv
Unde: c%v - concentratia procentuala în procente de volum;
Vd - volumul solvatului [l];
Vs - volumul solutiei [l];
Vsolv - volumul solventului [l].
Acest mod de exprimare a concentratiei se aplica atunci când componentele solutiei sunt
gaze.
1.2.1.3. Concentratia procentuala volumetrica: reprezinta grame de solut la 100 ml solutie.
1.2.2. Concentratia molara (molaritatea)
Reprezinta numarul de moli de substanta dizolvata într-un litru de solutie.Deci:
1 l solutie............Md ...........1 M
Vs l solutie..........m d...........m
[mol/l] (4)
unde: m - concentratia molara [mol/l];
Md - masa molara a solvatului [g];
1.2.3. Concentratia normala (normalitatea)
Reprezinta numarul de echivalenti-gram de solut dintr-un litru de solutie. Deci:
1 l solutie........... Ed g..........1 N
Vs l solutie...........m d g..........n
[val/l]
(5)
unde: n - concentratia normala, [val/l];
Ed - echivalentul gram al solutului, [g];
Vs - volumul solutiei [l].
1.2.4. Concentratia molala (molalitatea)
Este definita ca fiind moli de solut la 1000 grame de solvent.
md/Md........... msolv g solvent
a................1000 g solvent
[moli/1000 g solvent] (6)
unde: a - concentratia molala, [moli/ 1000 g solvent];
Md - masa molara a solutului, [g];
md - masa solutului, [g].
1.2.5. Fractia molara
În cazul unei solutii compusa din na moli de substanta a, nb moli din substanta b, nc moli din
substanta c etc., se defineste fractia molara a substantei a:
(7)
Suma fractiilor molare ale tuturor componentelor solutiilor este
egala cu unitatea:
Xa+Xb+Xc+.=1
1.2.6. Titrul solutiei
Reprezinta cantitatea de substanta dizolvata, exprimata în grame, într-un mililitru de solutie:
[g/ml]
(8)
unde: T - titrul solutiei, [g/ml];
md - masa de substanta dizolvata, [g];
Vs - volumul solutiei, [ml].
1.3. MODIFICAREA CONCENTRAŢIEI SOLUŢIILOR
Se realizeaza prin:
- adaugare de apa (rezulta o scadere a concentratiei solutiei);
- adaugare de solutii de aceeasi natura dar de concentratii diferite (se poate obtine atât
scaderea cât si cresterea concentratiei solutiei).
Calculele referitoare la solutiile implicate în amestecul respectiv au la baza regula
amestecului, care este un sistem de doua ecuatii:
m1c1 + m2c2 +.+ mncn = mfcf (9)
m1 + m2 +.+ mn = mf (10)
unde: mi - cantitatile de solutii care se amesteca, [g];
ci - concentratiile procentuale de masa ale solutiilor care se amesteca, [%];
i = 1,2,3,.,n
cf - concentratia procentuala de masa a solutiei finale, [%];
mf - masa solutiei finale obtinute, [g].
Ecuatia (9) reprezinta bilantul dizolvatului din solutie iar ecuatia (10) reprezinta bilantul
solutiei.
Concentratiile ci si cf se exprima în aceleasi unitati de masura. La fel si cantitatile de solutii
mi si mf se exprima în aceleasi unitati de masura. Corelarea dintre modul de de exprimare a
concentratiei si unitatile de masura ale cantitatilor de solutii care se amesteca este redata în tabelul
urmator:
ci, cf mi, mf
c%m Unitati de masa
m Unitati de volum
n Unitati de volum
Daca modificarea concentratiei unei solutii se face cu apa distilata, din ecuatia (9) se
anuleaza termenul corespunzator apei, deoarece concentratia ei este 0.
2. PARTEA EXPERIMENTALĂ
2.1. Prepararea solutiei de NaCl din NaCl solid
2.1.1. Aparatura si reactivi
- balanta farmaceutica;
- densimetru;
- cilindrii gradatii;
- flacoane Erlenmayer;
- baloane cotate;
- spatula metalica;
- sticla de ceas;
- apa distilata;
- NaCl.
2.1.2. Modul de lucru
Se vor prepara doua solutii Na Cl:
- solutia nr. 1 - concentratia c1%m, volum V1;
- solutia nr.2 - concentratia c2%m, volum V2.
În vederea obtinerii unui anumit volum de solutie de NaCl, de concentratie procentuala data,
se calculeaza masa de NaCl solida necesara, conform relatiei (1). Masa solutiei care se prepara se
calculeaza cunoscând densitatea ρ a solutiei respective. Masa apei distilate necesara dizolvarii
NaCl solid se calculeaza cu relatia (2) iar volumul de apa corespunzator acestei mase se obtine
admitând ca ρapa= 1 g/cm3 la 20˚C.
Masa de NaCl se cântareste la balanta farmaceutica si se introduce într-un balon cotat de
capacitate adecvata. Volumul de apa distilata se masoara cu un cilindru gradat si se adauga peste
NaCl solid. Se agita solutia pâna la dizolvarea completa a NaCl solid.
Concentratia solutiei finale se verifica prin masurarea densitatii acesteia cu ajutorul unui
densimetru si compararea valorii obtinute cu cea din Anexa 1, corespunzator concentratiei care s-a
impus a fi preparata.
2.2. Modificarea concentratiei solutiei
a) Prin amestecarea a doua solutii de concentratii cunoscute:
Se vor utiliza cele doua solutii obtinute anterior (c1>c2) pentru a prepara un anumit volum
Vf de solutie de NaCl de concentratie procentuala data cf.
Se utilizeaza regula amestecului (relatiile 9 si 10) pentru calculul maselor necesare din
solutiile 1 si 2. Cunoscând densitatile celor doua solutii, se determina volumele necesare pentru
amestecare din cele doua solutii. Se masoara volumele cu câte un cilindru gradat, se introduc într-un
flacon Erlenmayer agitându-se bine pentru omogenizare.
Se verifica concentratia solutiei finale de NaCl (cf) prin masurarea densitatii ei cu un
densimetru si compararea valorii masurate cu cea gasita în Anexa 1, corespunzator concentratiei
finale preparate.
b) Prin diluare cu apa distilata
Se foloseste una din solutiile preparate anterior. Utilizând regula amestecului, se va calcula
masa solutiei de NaCl, respectiv masa apei distilate necesare diluarii. Apoi se va proceda ca la
punctul a).
Se calculeaza volumul de apa distilata necesara diluarii; cunoscând densitatea solutiei de
NaCl care se va dilua, se va calcula volumul acesteia. Cele doua volume se vor masura cu ajutorul
cilindrilor gradati si se vor introduce într-un flacon Erlenmayer, unde se vor agita pentru
omogenizare.
Concentratia solutiei finale (cf) se verifica prin masurarea densitatii ei si compararea valorii
ei cu valoarea densitatii corespunzatoare concentratiei finale preparate, din Anexa 1.
3. PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE
Se vor completa urmatoarele tabele:
1.1. Prepararea solutiei de NaCl din NaCl solid:
Sol Masa NaCl [g]
Masa apa dist.
[g]
Volum apa
[cm3]
Masa sol.fin.
[g]
Vol. sol.fin.[cm3]
Densitate c%m
Teore-tica
Exp. Teore-tica
Exp.
1.2.
1.2. Modificarea concentratiei finale:
a) Prin amestecarea a doua solutii cunoscute:
Solutia c% Densitatea solutiei [g/cm3]
Volumul solutiei [cm3]
Masa solutiei [g]
1.2.
Solutiafinala
TeoreticExperimental
b) prin diluare cu apa distilata:
Solutia c%m Densitatea solutiei [g/cm3]
Volumul solutiei [cm3]
Masa solutiei [g]
Apa1
Solutie finala
TeoreticExperimental
ANEXA 1
Dependenta între concentratia procentuala, în g/l si densitatea relativa la 20°C a solutiilor de
NaCl
C [%m] C [g/l] ρ [g/cm3] C [%m] C [g/l] ρ [g/cm3]1,0 10,072 1,0072 8,5 90,34 1,06221,5 15, 181 1,0108 9,0 96,00 1,06592,0 20,290 1,0145 9,5 101,67 1,06962,5 25,471 1,0181 10,0 107,33 1,07333,0 30,651 1,0217 11,0 119,21 1,08093,5 35,905 1,0254 12,0 131,09 1,08864,0 41,160 1,0290 13,0 142,97 1,09624,5 46,526 1,0328 14,0 154,85 1,10395,0 51,891 1,0366 15,0 166,72 1,11155,5 57,256 1,0403 16,0 179,42 1,11946,0 62,622 1,0440 17,0 192,12 1,12736,5 68,136 1,0476 18,0 204,82 1,13527,0 73,651 1,0513 19,0 217,52 1,14307,5 79,165 1,0549 20,0 230,22 1,15118,0 84,679 1,0585
Raspundeti la urmatoarele întrebari:
1. Care sunt partile componente ale unei solutii?
............................................................................................................
2.Ce exprima concentratia unei solutii?
....................................................................................
3.Ce reprezinta concentratia procentuala de masa?
........................................................
4. Ce reprezinta molaritatea unei solutii ?
........................................................
5. Ce reprezinta normalitatea unei solutii ?
........................................................
6. Definiti concentratia molala?
........................................................
7. Ce este titrul unei solutii ?
........................................................
8. Modificarea concentratiei unei solutii se realizeaza prin:
-............................
-...........................
9. Regula amestecului este un sistem de doua ecuatii, din care una reprezinta:
ecuatia...........................................iar cealalta..................................................
10. Cât este concentratia procentuala a apei distilate?