Xác định Ca trong sữa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Khoa Hoá Học ˜{™ BÀI TƯỜNG TRÌNH THỰC TẬP PHÂN TÍCH KỸ THUẬT Nhóm 5 1214254 Nguyễn Hữu Quang 1214251 Vương Quốc Phương 1214007 Nguyễn Lê Hoàng Anh 1214039 Nguyễn Thị Mỹ Chi MỤC LỤC Mở đầu Canxi là một trong những khoáng chất cần thiết, có vai trò thiết yếu cho cơ thể. Cung cấp canxi giúp cơ thể khoẻ mạnh, giúp trẻ em đạt chiều cao và tầm vóc tốt khi trưởng thành và giúp người trưởng thành tránh được các bệnh lý về xương khớp, bên cạnh đó canxi còn giúp duy trì hoạt động của các cơ bắp, kích thích máu lưu thông và phát tín hiệu cho các tế bào thần kinh đồng thời điều tiết các hooc môn trong cơ thể . Chính vì vậy, canxi luôn có mặt trong thành phần của các loại sữa dành cho cả trẻ em lẫn người lớn. Hàm lượng canxi trong sữa là một chỉ tiêu quan trọng và là mối quan tâm hàng đầu của người tiêu dùng. D việc xác định chính xác hàm lượng của chúng là nhu cầu cầu thiết yếu. Có hai phương pháp dùng để xác định hàm lượng canxi là phương pháp định lượng dưới dạng oxalate và phương pháp định lượng bằng Complexon III. Trong bài thực tập này nhóm sẽ tiến hành xác định hàm lượng canxi trong sữa thông qua việc định lượng Ca2+ bằng phương pháp chuẩn độ oxy hoá khử với permanganat. Bên cạnh đó, nhóm cũng tiến hành xác định nồng độ Ca2+ trong mẫu chuẩn Ca2+ 0.01N và mẫu kiểm tra từ phòng thí nghiệm Nguyên tắc Mẫu sữa sau khi được vô cơ hoá, canxi trong sữa sẽ chuyển thành dạng ion Ca2+, ion Ca2+ được tủa định lượng ở dạng canxi oxalate (CaC2O4). Lượng kết tủa canxi oxalate có thể xác định bằng hai cách: nung ở nhiệt độ cao sau đó cân lượng CaO sinh ra hoặc hoà tan kết tủa bằng acid H2SO4, giải phóng anion C2O42-. Sau đó ta tiến hành chuẩn độ oxy hoá khử bằng phương pháp permanganat xác định chính xác lượng C2O42- được giải phóng từ tủa, thông qua đó ta có thể xác định chính xác hàm lượng canxi có trong mẫu sữa ban đầu. Quy trình xác định gồm 3 giai đoạn chính như sau: Kết tủa đồng thể Ca2+ dưới bằng (NH4)2C2O4 Ca2+ + C2O42- à CaC2O4 â Hoà tan kết tủa CaC2O4 bằng H2SO4 CaC2O4 â +2H+ à H2C2O4 + Ca2+ Chuẩn H2C2O4 sinh ra bằng KMnO4 5C2O42- +2MnO4- +16H+ à 10CO2 + 2Mn2+ +8H2O Đối tượng mẫu Mẫu dùng để xác định canxi trong phần thực tập này là sữa NuVita (NuTiFood) với hàm lượng canxi ghi trên bao bì là 720 mg/ 100g. Trạng thái cảm quan: sản phẩm sữa dạng bột mịn, mùi thơm dịu, màu vàng nhạt, khi nếm thấy vị ngọt thanh và ít béo, tan tốt trong nước và cho dung dịch màu trắng đục. Hoá chất, thiết bị, dụng cụ Thiết bị - dụng cụ Lò nung, bếp điện, bếp cách thuỷ Phễu lọc G4, bình rút áp suất kém Becher 100 mL, 250 mL Pipet 10 và 25 mL, buret 25 mL Đũa thuỷ tinh, ống nhỏ giọt Chén nung bằng sứ có nắp (chịu được nhiệt độ cao, trơ với acid vô cơ, bền cơ học tốt. Tuy nhiên chúng chịu kiềm kém nên không được sử dụng để thực hiện các phản ứng kiềm chảy) Hoá chất Dung dịch Ca2+ 0.1 N. Dung dịch Ca2+ 0.01 N: Rút 25.00 mL Ca2+ 0.1N định mức lên 250 mL. Dung dịch (NH4)2C2O4 10% pha trong nước cất. Dung dịch NH3 1%: rót vào ống đong 50 mL NH3 đậm đặc , sau đó cho vào chai nhựa có sẵn 1.5 L nước cất. Dung dịch H2SO4 (1:1): rót từ từ 50 mL dung dịch H2SO4 đậm đặc vào becher chứa sẵn 50 mL nước cất được ngân trong thau nước. Dung dịch KMnO4 0.1 N. Dung dịch KMnO4 0.02 N: rút 50.00 mL KMnO4 0.1 N định mức lên 250 mL. Dung dịch H2C2O4 0.1 N. Dung dịch H2C2O4 0.02 N: rút 10.00 mL H2C2O4 0.1 N định mức lên 50 mL. Thực nghiệm Xử lý mẫu sữa Sử dụng phương pháp xử lý mẫu khô để đốt cháy nền mẫu, chuyển canxi trong mẫu về dạng muối hoà tan. Quy trình gồm 2 bước là than hoá mẫu trên bếp điện và tro hoá mẫu trong lò nung. Thí nghiệm được tiến hành với 4 mẫu sữa, 2 mẫu trắng (1 mL nước cất). Than hoá mẫu: chuẩn bị 6 chén sứ sạch khô, cân chính xác khoảng 2 g sữa cho vào 4 chén sứ, 2 chén sứ còn lại ta thêm 1 mL nước cất và dùng làm mẫu trắng. Đặt tất cả chén sứ lên bếp điện, ban đầu nung mẫu ở nhiệt độ vừa phải để tránh bốc khói quá mạnh, văng mẫu ra ngoài làm mất mẫu sữa hoặc văng từ mẫu này sang mẫu khác gây nhiễm bẩn chéo, tăng dần nhiệt độ cho đến khi tất cả mẫu đều cháy thành than đen và khói trắng không còn bốc lên nữa. Tro hoá mẫu: mẫu sau khi than hoá được cho vào lò nung, gia nhiệt lên 350 oC trong vòng 1 giờ và giữ nhiệt độ này trong vòng 1 giờ. Sau đó tăng dần nhiệt độ lên 550 oC trong vòng 1 giờ và giữ nhiệt độ này trong 2 giờ. Tro trong chén sứ thường có màu trắng hoặc hơi xám. Lấy mẫu ra, thêm 1 mL HNO3đđ, đun nhẹ đến khô và đun tiếp trong 2 giờ ta được mẫu đã tro trắng hoàn toàn. Hoà tan tro: Sau khi quá trình tro hoá kết thúc, đợi cho chén nguội hoàn toàn thêm vào mẫu 1 mL nước cất để thấm ướt mẫu hoàn toàn rồi thêm tiếp 3 mL HCl (1:1), đun nhẹ để hoà tan hoàn toàn lượng mẫu tro trắng, chuyển dung dịch vào bình định mức 50 mL, tráng rửa kỹ vài lần chén sứ rồi định mức lên đến vạch Kết tủa canxi oxalate: lấy chính xác 20.00 mL từ bình định mức cho vào becher 100 mL, thêm 2 giọt methyl đỏ, tiếp tục cho từng giọt NH3 loãng vào khuấy nhẹ đến khi dung dịch xuất hiện màu vàng cam. Nếu dung dịch có màu vàng ta nên dung HCl loãng chỉnh đến khi xuất hiện màu vàng cam. Đặt becher lên bếp cách thuỷ và cho từ từ 10 mL dung dịch (NH4)2C2O4 10%, khuấy đều và tiến hành kết tủa đồng thời trong bể cách thuỷ trong 2 giờ. Tủa thu được có màu trắng, kích thước nhỏ min. (Nên thêm nước cất vào becher để tránh hiện tượng dung dịch bị cạn làm xuất hiện tinh thể hình kim ammonium oxalate). Lọc và rửa tủa canxi oxalate: tiến hành lọc gạn kết tủa trên phễu G4 kết hợp rút áp suất kém. Đổ từ từ dung dịch trong becher xuống sau đó dùng NH3 tráng rửa becher và chuyển mẫu vào phễu. Tiếp tục xịt rửa tủa nhiều lần đến khi hết C2O42. Hoà tan tủa canxi oxalate và chuẩn độ: Chuyển phễu G4 sang bình rút chân không sạch khác. Dùng ống nhỏ giọt lấy 7 mL dung dịch H2SO4 (1:1) nóng thêm vào cốc để hoà tan kết tủa CaC2O4, để trong vòng 2 – 3 phút. Lặp lại với vài mL H2SO4 (1:1). Dùng nước cất cẩn thận tráng đều phễu G4. Tiến hành chuẩn độ bằng KMnO4 0.02 N. Kết quả mẫu sữa và mẫu kiểm tra Xác định lại nồng độ KMnO4 0.02 N Rút chính xác 10.00 mL H2C2O4 0.02 N cho vào erlen, thêm 1.00 mL H2SO4đđ, đun nhẹ khoảng 1 - 2 phút, sau đó chuẩn độ bằng KMnO4 0.02 N đến màu hồng nhạt, bền trong 30s. Tiến hành chuẩn độ 3 lần thu được kết quả sau: Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình V KMnO4 (mL) 11.25 11.25 11.25 11.25 εpipet=1.96 × σpipetn=1.96 × 0.023=0.023 εburet=1.96 × σburetn=1.96 × 0.033=0.034 NKMnO4= NH2C2O4 × VH2C2O4VKMnO4=0.02 ×10.0011.25 =0.017778 εKMnO4= NKMnO4×εpipetVrút2+εburetVKMnO42=0.017778× 0.02310.002+ 0.03411.252 =0.000064 Nồng độ của KMnO4: NKMnO4=(17.778 ±0.064)×10-3 (N) Kết quả mẫu sữa (công thức tính toán được trình bày ở phần phụ lục) BLK 1 BLK 2 Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 m sữa (g) 0 0 2.012 2.015 2.016 2.012 V KMnO4 (mL) 0.05 0.05 11.95 12.00 12.00 12.05 m Ca (mg) 10.578 10.622 10.622 10.667 ε 0.95 0.13 0.13 0.13 0.13 m Ca hc (mg) 10.515 10.543 10.538 10.603 ε 0.95 0.13 0.13 0.13 0.13 m Ca TB (mg) 10.550 ε 0.95 0.065 Lượng canxi có trong 2g sữa là: 10.550 ± 0.030 (mg) Hàm lượng canxi trong sữa (mg/g) là: CCa= mCa2= 10.5502=5.275 εCa= ε0.952= 0.0652=0.032 Hàm lượng canxi là: 5.275 ± 0.032 (mg/g) Kết quả mẫu kiểm tra: rút 10.00 mL từ bình định mức 100 mL 1 2 3 4 5 V KMnO4 18.65 18.40 17.40 18.95 18.95 Theo chuẩn Dixon nhóm nhận thấy số đo 17.40 mL mắc độ lệch thô bạo do đó nhóm quyết định loại bỏ số liệu 17.40 mL ra khỏi bảng kết quả. Hàm lượng canxi trong mẫu kiểm tra được trình bày như bảng ( cách tính toán trình bày ở phụ lục) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 V KMnO4 18.65 18.40 18.95 18.95 VKMnO4 18.74 N Ca2+ 16.66 × 10-3 εCa2+ 0.34 × 10-3 Hàm lượng canxi trong mẫu kiểm tra là: 16.66 ±0.34×10-3 (N) Kết quả mẫu chuẩn Xác định lại nồng độ KMnO4 0.02 N Rút chính xác 10.00 mL H2C2O4 0.02 N cho vào erlen, thêm 1.00 mL H2SO4đđ, đun nhẹ khoảng 1 - 2 phút, sau đó chuẩn độ bằng KMnO4 0.02 N đến màu hồng nhạt, bền trong 30s. Tiến hành chuẩn độ 3 lần thu được kết quả sau: Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình V KMnO4 (mL) 11.55 11.55 11.55 11.55 εpipet=1.96 × σpipetn=1.96 × 0.023=0.023 εburet=1.96 × σburetn=1.96 × 0.033=0.034 Nồng độ của KMnO4: NKMnO4=(17.316 ±0.065)×10-3 (N) Kết quả mẫu chuẩn Rút 20.00 mL Ca2+ 0.01 N và tiến hành tương tự như quy trình xác định Ca2+ trong mẫu kiểm tra. Tiến hành với 9 mẫu thử, thu được bảng số liệu sau Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6 Lần 7 Lần 8 Lần 9 V KMnO4 (mL) 22.70 22.30 22.30 22.60 22.55 18.75 22.25 22.50 22.70 Theo chuẩn Dixon nhóm nhận thấy số đo 18.75 mL mắc độ lệch thô bạo (Q TN = 0.886 > Q 0.95= 0.512) do đó nhóm quyết định loại bỏ số liệu 18.65 mL ra khỏi bảng kết quả. Hàm lượng canxi trong mẫu chuẩn được trình bày như bảng ( cách tính toán trình bày ở phụ lục) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6 Lần 7 Lần 8 V KMnO4 22.70 22.30 22.30 22.60 22.55 22.25 22.50 22.70 VKMnO4 22.50 N Ca2+ 9.740×10-3 εCa2+ 0.082×10-3 Hàm lượng canxi trong mẫu chuẩn là: 9.740 ±0.082×10-3 (N) Kết luận Kết quả hàm lượng canxi trong sữa chịu nhiều ảnh hưởng của quá trình xử lý mẫu, các giai đoạn than hoá và tro hoá có thể gây mất mẫu do phản ứng diễn ra mạnh làm mẫu bắn ra ngoài hoặc bị nhiễm bẩn từ những lần trước, mẫu có thể bị thôi ra từ trong chén xử lý mẫu. Ngoài ra sự nhiễm bẩn mẫu trong quá trình xử lý có thể xảy ra do sự bắn mẫu sữa từ mẫu này vào mẫu kia và vào blank. Một phần gây nhiễm bẩn khác là từ hoá chất, dụng cụ phòng thí nghiệm (các nhóm thực tập sử dụng cùng một bộ dụng cụ nên khả năng nhiễm bẩn từ dụng cụ phòng thí nghiệm là rất lớn, các hoá chất sử dụng là hoá chất Trung Quốc nên độ tinh khiết không cao) ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả. Trong quá trình tạo kết tủa đồng thể thì tủa canxi oxalate tủa tốt trong môi trường pH = 4 – 6 do đó ta cần phải điều chỉnh pH cẩn thận, lượng dung để đảm bảo tủa hoàn toàn lượng Ca2+ ban đầu. Trong quá trình đun cách thuỷ tránh để dung dịch quá cạn làm kết tinh ammonium oxalate tinh thể hình kim có thể ảnh hưởng đến quá trình tạo kết tủa canxi oxalate. Quá trình rửa và hoà tan kết tủa cũng ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Nếu rửa tủa không sạch, (NH4)2C2O4 vẫn còn thì khi chuẩn độ với KMnO4 sẽ gây sai số dương , nên tráng rửa becher bằng acid H2SO4 để hoà tan kết tủa còn bám trên thành. Phần rửa tủa bằng acid H2SO4 1:1 được đun nóng nhẹ để kết tủa dễ tan, rửa sạch kết tủa bên trong lỗ xốp. Phản ứng chuẩn độ với KMnO4 là phản ứng tự xúc tác do sinh ra Mn2+ trong quá trình, vì vậy ban đầu phản ứng diễn ra chậm nên cần đun nóng nhẹ để tăng tốc độ phản ứng và cần chuẩn chậm để cho dung dịch mất màu rồi mới cho KMnO4 xuống tiếp. Phụ lục Công thức tính toán hàm lượng canxi trong mẫu sữa bột (tính theo mg) nCa2+= noxalate= NKMnO4×VKMnO42×Voxalate×Vfiol1000= NKMnO4×Vburet-Vblank2×Voxalate×Vfiol1000 mCa2+= nCa2+×1000×MCa2+= NKMnO4×Vburet-Vblank2×Voxalate×Vfiol×MCa2+ εCa2+= mCa2+×εKMnO4NKMnO42+εpipetVmẫu2+2×εburetVburet-Vblank2+εfiolVfiol2 Hiệu chỉnh khối lượng Ca2+ về 2g mCa2+hc= mCa2+×2mcân εhc= εCa2+mCa2+2+εcânmcân2 Lượng trung bình có trong 2g sữa mCa2+TB= mmẫu 1+mmẫu 2+mmẫu 3+mmẫu 44 εCa2+TB= εmẫu 142+ εmẫu 242+ εmẫu 342+εmẫu 442 Tính toán cho mẫu 1 mCa2+= NKMnO4×Vburet-Vblank2×Voxalate×Vfiol×MCa2+ =17.778 ×10-3×(11.95-0.05)2×20.00×50.00×40= 10.57791 εCa2+= mCa2+×εKMnO4NKMnO42+εpipetVmẫu2+2×εburetVburet-Vblank2+εfiolVfiol2 =10.57791 ×0.064×10-317.778×10-32+1.96×0.120.002+2×1.96×0.0311.95-0.052+0.0650.002 =0.13 mCa2+hc= mCa2+×2mcân= 10.578×22.012=10.515 εhc= mCa2+hc ×εCa2+mCa2+2+εcânmcân2 =10.515×0.1310.5782+0.0012.0122= 0.13 Tính toán cho mẫu 2 mCa2+= NKMnO4×Vburet-Vblank2×Voxalate×Vfiol×MCa2+ =17.778 ×10-3×(12.00-0.05)2×20.00×50.00×40= 10.62236 εCa2+= mCa2+×εKMnO4NKMnO42+εpipetVmẫu2+2×εburetVburet-Vblank2+εfiolVfiol2 =10.62236 ×0.064×10-317.778×10-32+1.96×0.120.002+2×1.96×0.0312.00-0.052+0.0650.002 =0.13 mCa2+hc= mCa2+×2mcân= 10.622×22.015=10.543 εhc= mCa2+hc ×εCa2+mCa2+2+εcânmcân2 =10.543×0.1310.5782+0.0012.0152= 0.13 Tính toán cho mẫu 3 mCa2+= NKMnO4×Vburet-Vblank2×Voxalate×Vfiol×MCa2+ =17.778 ×10-3×(12.00-0.05)2×20.00×50.00×40= 10.62236 εCa2+= mCa2+×εKMnO4NKMnO42+εpipetVmẫu2+2×εburetVburet-Vblank2+εfiolVfiol2 =10.62236 ×0.064×10-317.778×10-32+1.96×0.120.002+2×1.96×0.0312.00-0.052+0.0650.002 =0.13 mCa2+hc= mCa2+×2mcân= 10.622×22.016=10.538 εhc= mCa2+hc ×εCa2+mCa2+2+εcânmcân2 =10.538×0.1310.5782+0.0012.0162= 0.13 Tính toán cho mẫu 4 mCa2+= NKMnO4×Vburet-Vblank2×Voxalate×Vfiol×MCa2+ =17.778 ×10-3×(12.05-0.05)2×20.00×50.00×40= 10.6668 εCa2+= mCa2+×εKMnO4NKMnO42+εpipetVmẫu2+2×εburetVburet-Vblank2+εfiolVfiol2 =10.6668 ×0.064×10-317.778×10-32+1.96×0.120.002+2×1.96×0.0312.05-0.052+0.0650.002 =0.13 mCa2+hc= mCa2+×2mcân= 10.622×22.015=10.603 εhc= mCa2+hc ×εCa2+mCa2+2+εcânmcân2 =10.603×0.1310.5782+0.0012.0152= 0.13 Lượng trung bình có trong 2g sữa mCa2+TB= mmẫu 1+mmẫu 2+mmẫu 3+mmẫu 44=10.515+10.543+10.538+10.6034=10.550 εCa2+TB= εmẫu 142+ εmẫu 242+ εmẫu 342+εmẫu 442 =0.1342+0.1342+0.1342+0.1342=0.065 Công thức tính toán hàm lượng canxi trong mẫu kiểm tra NCa2+ = NKMnO4×VKMnO42×Vrút=17.778×10-3×18.742×10.00=16.658×10-3 εCa2+= NCa2+×εKMnO4NKMnO42+εpipetVmẫu2+εburetVburet2+εfiolVfiol2 =16.658 ×10-3×0.064×10-317.778×10-32+1.96×0.0210.00×42+2.78×0.26575418.74×42+0.11002 =0.34×10-3 Công thức tính toán hàm lượng canxi trong mẫu chuẩn NCa2+ = NKMnO4×VKMnO42×Vrút=17.316×10-3×22.502×20.00=9.740×10-3 εCa2+= NCa2+×εKMnO4NKMnO42+εpipetVmẫu2+εburetVburet2+εfiolVfiol2 =9.740×10-3×0.065×10-317.316×10-32+1.96×0.120.00×82+2.30×0.18273722.50×82+0.0650.002 =0.082×10-3