Etanol ljudje
uporabljajo že od prazgodovine in sicer kot opojno sestavino alkoholnih pija?.
Poleg etanola so v alkoholnih pija?ah tudi drugi alkoholi kot
npr. amil-, butil-,propil- in metilni alkohol, kisline, aldehidi, estri,
ketoni, fenoli in tanini.  Prisotne so
tudi organske in anorganske snovi, vklju?no z vitamini in minerali.

V naši seminarski
nalogi smo se osredoto?ili na to, katere kemijske analizne tehnike bi bile
najbolj u?inkovite pri dolo?evanju etanola v alkoholnih pija?ah. Za izhodiš?e
smo si izbrali nekaj znanstveno raziskovalnih ?lankov pri katerih so
uporabljene razli?ne metode in tehnike dolo?evanja.

We Will Write a Custom Essay Specifically
For You For Only $13.90/page!


order now

V praksi sta
najbolj uporabljeni metodi plinska in teko?inska kromatografija, lahko pa
uporabimo tudi metode, ki so manj zapletene in enostavnejše za uporabo, kot sta
titracijska dolo?itev in uporaba atomskega masnega spektrometra.

ETANOL

 

Etanol, tudi
etilni alkohol, je alkohol s kemijsko formulo je C2H5OH.
Etanol je pri sobni temperaturi brezbarvna kapljevina, ve?ini prijetnega vonja.
Najdemo ga v alkoholnih pija?ah. V ve?jih koli?inah in koncentracijah je
strupen. Uživanje etanola pri ljudeh povzro?a kratkotrajne, v?asih ugodne
psihofizi?ne odzive in zasvojenost. 1

 

 

Etanol v
naravi predelujejo glive kvasovke iz sladkorja z alkoholnim vrenjem,
pridobivamo pa ga tudi v petrokemiji, iz naftnih derivatov, zlasti z oksidacijo
etilena. Kvasovke pri ve?jih koncentracijah etanola odmrejo, zato je direktno z
vrenjem možno dose?i do najve? 25 % volumskih deležev etanola. Ve?jo
koncentracijo dobimo z destilacijo. Z destilacijo ni možno dose?i 100-odstotne
?istosti etanola, ampak le do teoreti?no 95,7 %, zaradi azeotropnih lastnosti. 1

 

FIZIKALNO KEMIJSKE
LASTNOSTI ETANOLA

 

Molekulska formula

C2H5OH

Tališ?e          

-114 °C

Molekulska masa

46,07 g/mol

Vreliš?e

78 °C pri 101,31 kPa

Videz

brezbarvna teko?ina

Topnost

topen v polarnih topilih

Gostota

0,79 g/cm³ pri 20 °C

Parni tlak

58,1 hPa pri 20 °C
 

Tabela
1: Fizikalno kemijske lastnosti etanola 1      

 

Etanol gori z
modrim plamenom brez dima, ki ni vedno viden pri obi?ajni svetlobi. Etanol
vsebuje hidroksidno skupino, ki se med sabo lahko povezuje z vodikovo vezjo. Le
ta povzro?i ve?jo viskoznost raztopine. Etanol se dobro topi v polarnih
topilih. Dobro se topi tudi v vodi. Voda in etanol skupaj tvorita azeotropno
zmes. 2

Etanol v
alkoholnih pija?ah je proizveden s fermentacijo. Nekatere vrste kvasovk
prebavijo sladkor in s tem proizvedejo etanol in ogljikov dioksid. Fermentacija
poteka samo pod ugodnimi temperaturnimi pogoji, 35-40 °C. Spodnje reakcije
ponazarjajo ta proces: 2

 

C6H1206
? 2 CH3CH2OH + 2 CO2

C12H22O11
+ H2O ? 4 CH3CH2OH + 4 CO2

 

ALKOHOLNE PIJA?E

 

Alkoholne pija?e so pija?e, ki vsebujejo
etanol, ki v majhnih koli?inah povzro?a evforijo in zmanjšuje nervoznost. V ve?jih
koli?inah pa lahko povzro?i tudi odvisnost. Alkoholne pija?e
v glavnem delimo na tri skupine; pivo, vino in žganja, ki vsebuje med 3 % in 40
% etanola glede na volumen. 3

 

Piva

Vina

Žganja

ponavadi 5 % (od 3 – 15 %)

ponavadi 13,5% (od 8 – 17 %)

ponavadi 30-40% (od 15%, redko pa tudi do 98%)

Tabela
2: Vsebnost etanola v posamezni alkoholni pija?i 3

 

Koncentracijo
alkohola se obi?ajno navaja v procentih alkohola na volumen in sicer v številu
mililitrov ?istega etanola na 100 ml alkoholne pija?e. 3

V nadaljevanju nas
zanima dolo?evanje etanola v alkoholnih pija?ah z uporabo razli?nih kemijskih
inštrumentalnih metod analize.

 

KOLORIMETRI?NA METODA ZA
OCENO ETANOLA V ALKOHOLNIH PIJA?AH

 

Metoda temelji na
barvni reakciji med etanolom in natrijevim dikromatom. Kolorimetri?na
kvantifikacija poteka na osnovi nastanka zeleno obarvanih kromatnih ionov, ki
so rezultat reakcije etanola in natrijevega dikromata, kot limitnega reaktanta,
in prisotnosti žveplove kisline in acetatnega pufra. Za dolo?evanje se uporabi
molekulska absorpcijska spektrometrija, pri kateri ima etanol maksimalno
absorbanco pri vrednosti 578 nm. 9

 

Molekulska
absorpcijska spektrometrija

 

Molekulska absorpcijska spektrometrija je tehnika, s
katero merimo absorpcijo svetlobe pri prehodu skozi raztopino vzorca, kjer
molekulam spreminjamo elektronska stanja z vzbujanjem. Za vzbujanje uporabljamo
monokromatsko svetlobo v ultravijoli?nem ali vidnemu podro?ju.
4, 5

 

Skozi vzorec potuje svetloba izbrane valovne
dolžine, ki ima intenziteto I0. Pri tem se del svetlobe absorbira,
prepuš?eno svetlobo z intenziteto I pa zazna detektor. Za razred?ene raztopine
velja Beerov zakon s katerim izra?unamo absorpcijo svetlobe. Absorbanca A je
linearno sorazmerna koncentraciji snovi, ki absorbira svetlobo:

A = log (I0/I)
= ? * b * c

? je molarna absorptivnost L·mol–1·cm–1,
b je dolžina svetlobne poti – kivete cm, c pa koncentracija snovi ki
absorbira svetlobo mol L-1. 4, 5

 

Molarna
absorptivnost je karakteristika posamezne snovi in je odvisna od valovne
dolžine. ?e spojina sama ne absorbira svetlobe, lahko dodamo reagent in tako
tvorimo obarvan produkt, kateremu lahko spektrofotometri?no dolo?imo
koncentracijo.

Spekter dobimo, ?e merimo absorbanco pri
razli?nih valovnih dolžinah svetlobe. Ta je pri molekulah zvezen. Pri
kvantitativnem dolo?evanju izberemo tako valovno dolžino, da je absorbanca
maksimalna. Ker je molekulska absorpcijska spektrometrija relativna tehnika,
koncentracijo analita dolo?imo posredno z metodo umeritvene krivulje ali
standardnega dodatka. 5

Glavni problem v molekularni absorpcijski
spektrometriji so motnje zaradi drugih komponent v vzorcu. Te namre? lahko
absorbirajo svetlobo pri izbrani valovni dolžini ali pa z reagentom tvorijo
obarvane spojine. Pred meritvijo absorbance zato odstranimo ali maskiramo
spojine, ki motijo dolo?itev. 5

 

Nekateri pojmi, povezani s
spektrofotometrijo:

Prepustnost ali transmitanca T je kvocient
med intenziteto izstopajo?e svetlobe I inintenziteto svetlobe, s katero vzorec
osvetljujemo; I0: 4,5

T = I0/I

Absorpcija je komplementarna prepustnosti: 4,5

absorpcija = 1 – T =
1 – (I0/I) = (I0/I)/ I0

Absorbanca je enaka negativnemu logaritmu
transmitance: 4,5

A = log T = – log (I0/I)
= log (I/I0)

Aditivnost absorbanc – ?e imamo v raztopini
dve ali ve? spojin, ki absorbirajo svetlobo izbrane valovne dolžine, potem se
njihove absorbance seštevajo: 4,5

Atot = A1
+ A2 + … = ?1 * b * c1  + ?2 * b * c2 + …

 

Dolo?evanje etanola z merjenjem absorbance

 

Metoda
temelji na spremembi barve med samo reakcijo. Etanol oksidiramo z natrijevim
dikromatom kot limitnim reaktantom v prisotnosti žveplove kisline in acetatnega
pufra. Metoda mora biti preprosta, ob?utljiva, ponovljiva in lahko rešljiva.
Velikokrat nam cena inštrumenta in prefinjenost za uporabo prepre?ujeta hitro
in natan?no analizo. 9

 

Priprava
standardne raztopine etanola in vzor?ne raztopine

Za pripravo standardne raztopine dolo?ene
koncentracije uporabimo ?isti etanol in razred?imo v volumetri?ni bu?ki z
deionizirano vodo, saj je le ta hlapljiv. 9

Za pripravo vzor?nih raztopin uporabimo isto
postopek kot zgoraj, nato pa jih pre?istimo še z aktivnim ogljem. 9

 

Priprava
limitnega reaktanta, pufra in žveplove kisline

Za limitni reaktant uporabimo natrijev
dikromat. Z njim pripravimo standardno raztopino dolo?ene koncentracije v  deionizirani vodi (ponavadi ga predhodno
sušimo). Topnost natrijevega dikromata v vodi je 49 g/L pri 0 C. 6

Uporabimo acetatni pufer, izbiramo med pH
-ji  od 4.1 do 4.9. Ustrezen pH izberemo
glede na stabilnost obarvanega produkta. 9

Raztopino žveplove raztopine pripravimo
tako, da jo razred?imo v 1 L destilirane vode. 9

 

Postopek
meritve, izra?uni

Alikvotu standarda z
dolo?eno koncentracijo dodamo 5 ml raztopine natrijevega dikromata, 5 ml
acetatnega pufra, 25 ml raztopine  žveplove
kisline damo v 50 ml volumetri?no bu?ko. Bu?ko nežno mešamo 1 min in jo pustimo
stati 2h pri sobni temperaturi. Pripravimo standardne raztopine z razli?nimi
koncentracijami. Tvori se zeleno obarvan produkt. Po inkubacijski dobi zmerimo
absorbanco standardnih raztopin s spektrofotometrom (MAS). Za etanol uporabimo
absorbancijski vrh pri A =578 nm . Izmerimo tudi  absorbanco 
vzor?ne raztopine. 9

 

Absorbanca je linearna (po Beer-ovem zakonu)
in se pove?uje s koncentracijo etanola. Odvisnost opazujemo s kalibracijsko
krivuljo (linearna aproksimacija). S pomo?jo ena?be premice izra?unamo
koncentracijo vzorca preko AS (paziti moramo na red?enje): 9

A = k * c + n

Koncentracijo etanola pa izra?unamo po
slede?i ena?bi: 9

etanol (%) = (cs
/ cu ) * ( Au / AS ) * 100

cs…koncentracija
standarda

cu…koncentracija
vzorca

Au…absorbanca
standarda

AS…absorbanca
vzorca

 

Rezultati:

Za
standard je bil uporabljen ?isti alkohol, saj je lahko komercialno dostopen.
Metoda je preprosta, vendar bi prihranili veliko ?asa, ?e bi bil naš vzorec
pre?iš?en barvnih komponent iz organskih topil. Metoda, ki je opisana, ne
potrebuje drage opreme, kemikalij in sposobnosti. 9

 

TITRACIJA

 

Titracija
je kvantitativna volumetri?na analizna metoda, pri kateri dolo?amo neznano
koncentracijo analita z merjenjem volumna standardne raztopine titranta. S
povratno redoks titracijo dolo?amo vsebnost etanola v vodnih raztopinah. 78

Etanol oksidiramo do etanojske kisline s
presežkom kisle raztopine kalijevega dikromata. 7

2 Cr2O72-
+ 16 H+ + 3 C2H5OH ?4 Cr3++
11 H2O + 3 CH3COOH

Koli?ino nezreagiranega dikromata dolo?imo z
dodatkom kalijevega jodida, ki se oksidira do elementarnega joda. 7

Cr2O72-
+ 14H+ + 6I- ? 2Cr3+ + 7H2O + 3I2

Nastali jod titriramo s standardno raztopino
natrijevega tiosulfata. 7

I2 + 2S2O32-
? 2I- + S4O62-

Reagenti:
7

     
Kisla raztopina dikromata: (0,01M v 5,0M žveplovi(VI)
kislini)

     
Škrobovica (1,0%)

     
Natrijev tiosulfat (0,03M)

     
Kalijev jodid (1,2M)

 

Priprava
vzorca:

Vzorec alkoholne pija?e pred titracijo
razred?imo. Pivo razred?imo v razmerju 1:20 z destilirano vodo. Vzorce vina
razred?imo v razmerju 1:50, saj je koncentracija etanola ve?ja. 7

 

Titracija:

V alkoholnih pija?ah je prisotnih še precej
drugih snovi, ki se lahko oksidirajo v prisotnosti dikromata, zato v
erlenmajerico nalijemo raztopino dikromata (10 ml), 1 ml vzorca pa odpipetiramo
v manjšo ?ašo obešeno nad raztopino (slika). Voda in etanol po?asi izparevata
iz vzorca. Ko etanol pride v stik z raztopino dikromata, se raztopi in
oksidira. Vir protonov pri reakciji oksidacije je žveplova kislina.
Erlenmajerico pustimo ?ez no? na temperaturi 30°C, da ves etanol zreagira.
Barva raztopine mora ostati rumeno oranžna, saj je dikromat v presežku.

Z destilirano vodo speremo stene
erlenmajerice in razred?imo na približno 100ml ter dodamo kalijev jodid (1 ml).
Pri tem nastaja jod, zato se raztopina obarva rjavo.

Bireto napolnimo s tiosulfatom in titriramo
do svetlo rumene barve. Nato dodamo nekaj kapljic škrobovice. Raztopina postane
modra zaradi nastanka škrob – trijodidnega iona. Titriramo dokler se ne
razbarva. 7

Najprej titriramo slepe vzorce, ki jih
pripravimo po istem postopku, le da ne dodamo vzorca. Dobljeni rezultat nam
pove, koliko dikromata je bilo prisotnega na za?etku, kar lahko primerjamo z
vrednostmi vzorca. 7

Množino etanola prera?unamo iz urejenih
kemijskih ena?b reakcij: 7

CC2H5OH =
3/2 × ((cCr2O72- × VCr2O72-) – 1/6 × (cS2O32-
× VS2O32-
)
÷ VC2H5OH × red?itveni
faktor