Analisi biochimiche - fondamenti di laboratorio

Dispensa 1 – Fondamenti del

laboratorio di analisi degli

alimenti

Vetreria, soluzioni, calcoli stechiometrici, errori,

validazione e calibrazione

Come usare questa dispensa

Questa è la prima di tre dispense di studio sull’analisi chimica degli alimenti,

ricavate dagli appunti del corso (introduzione, calcoli stechiometrici, esercitazioni,

lezioni sulle analisi di vino, latte, aceto e birra). Il materiale è stato riorganizzato e

riscritto in forma discorsiva, con esempi numerici svolti passo per passo, in modo

da poter essere studiato senza le slide.

Dispensa Contenuto

1 – Fondamenti Vetreria e strumenti, preparazione delle soluzioni, calcoli stechiometrici,

(questa) qualità del dato analitico, calibrazione

2 – Estrazioni, Soxhlet, microonde, rifrattometria, conduttimetria, titolazioni,

Preparazione gravimetria

del campione e

metodi di

misura

3 – Analisi degli Densità, grado alcolico, estratto, ceneri, sale, latte, vino, aceto, miele,

alimenti olio, vitamina C

Ogni capitolo termina con esercizi svolti o da svolgere. Le soluzioni numeriche sono

state ricalcolate e controllate; dove gli appunti originali contenevano incongruenze,

sono segnalate in riquadri «Attenzione».

Il laboratorio di analisi: vetreria e

strumenti di base

Perché la scelta del materiale conta

Chi analizza un alimento lavora con quantità spesso piccolissime (milligrammi,

microgrammi per litro) e deve quindi controllare tutto ciò che può alterare il

risultato: la precisione della vetreria, la purezza dei reagenti, la temperatura. Il

materiale più usato è il vetro borosilicato (tipo DURAN o Pyrex), scelto per tre

proprietà: resistenza agli shock termici (coefficiente di dilatazione molto basso),

resistenza chimica agli acidi e all’acqua, trasparenza. Fa eccezione l’acido

fluoridrico, che attacca il vetro e va maneggiato in plastica (PTFE, polietilene). Per

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le soluzioni alcaline concentrate e per le tracce di metalli si preferisce la plastica,

perché il vetro cede ioni (sodio, boro, silicio) e ne adsorbe altri sulle pareti.

Vetreria volumetrica e vetreria di servizio

Si distinguono due famiglie con scopi diversi:

• vetreria di servizio (beute, becher, cilindri): serve a contenere, mescolare,

scaldare; le graduazioni sono approssimate e non vanno usate per misure di

precisione;

• vetreria tarata (matracci, pipette, burette): costruita per misurare volumi

con incertezza nota, riportata sullo strumento insieme alla temperatura di

taratura (di norma 20 °C) e alla classe di precisione.

I tre strumenti volumetrici da conoscere:

Strumen Incertezza indicativa

to Come misura Uso tipico (classe A)

Matracci Contiene un volume Preparare e diluire 100 mL: ±0,10 mL; 250

o (marca «In») soluzioni a volume noto mL: ±0,15 mL

Pipetta Eroga un volume fisso Prelevare aliquote di 10 mL: ±0,02 mL; 25 mL:

tarata / (marca «Ex») campione o reagente ±0,03 mL

a bulbo

Buretta Eroga volumi variabili da Titolazioni 25 mL: ±0,03 mL

una scala

La classe A indica la precisione più alta, la classe B ha tolleranze circa doppie. I

valori in tabella sono ordini di grandezza utili per ragionare: per i dati ufficiali si

guarda la marcatura sullo strumento.

Alcune regole d’uso che fanno la differenza nell’esame pratico e nella vita di

laboratorio:

1. La lettura del menisco avviene con l’occhio all’altezza del livello; per i

liquidi trasparenti si legge il punto più basso del menisco, per quelli molto

colorati (per esempio permanganato) il bordo superiore.

2. Una pipetta si avvina (si sciacqua) con la soluzione che dovrà prelevare, mai

con acqua se la soluzione non tollera la diluizione; un matraccio invece si usa

pulito e bagnato d’acqua distillata, perché la quantità di soluto non cambia.

3. Non si scalda mai la vetreria tarata e non si asciuga in stufa: la dilatazione e

il successivo raffreddamento alterano il volume.

4. La buretta si riempie, si elimina la bolla d’aria dal rubinetto e si azzera prima

di ogni titolazione.

5. Le soluzioni si portano a volume alla temperatura di taratura: una soluzione

calda occupa più volume di una fredda.

Bilancia e altre apparecchiature

La bilancia analitica misura al decimo di milligrammo (0,0001 g). Va usata con le

porte chiuse, su piano stabile, con campioni a temperatura ambiente (un oggetto

caldo genera correnti d’aria che falsano il peso). Il peso si legge dopo la

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stabilizzazione. Per le pesate di sostanze igroscopiche (ceneri, sali anidri) si lavora

rapidamente e si usa l’essiccatore.

Altri strumenti ricorrenti nelle analisi alimentari: stufa (essiccamento a 100–105

°C), muffola (incenerimento a 500–600 °C), bagno termostatico, pHmetro,

conduttimetro, rifrattometro, spettrofotometro UV-Vis, agitatori magnetici e piastre

riscaldanti. Nei capitoli seguenti li incontreremo uno per uno.

Domande di ripasso

1. Perché per l’acido fluoridrico non si usa il vetro?

2. Che differenza c’è tra matraccio e pipetta quanto al significato del volume

indicato?

3. Perché la vetreria tarata non va asciugata in stufa?

Preparare e diluire le soluzioni

Le grandezze con cui si esprime la concentrazione

Una soluzione è un solvente (di solito l’acqua) in cui è disciolto un soluto. La

concentrazione esprime «quanto soluto per quanta soluzione». In laboratorio

compaiono più modi di dirlo, ciascuno adatto a un contesto:

Grandezz

a Simbolo Definizione Dove si usa

Molarità M (mol/L) moli di soluto per litro di soluzione reagenti di titolazione,

calcoli stechiometrici

Normalità N (eq/L) equivalenti di soluto per litro titolazioni acido-base e

redox

Percentual % p/p grammi di soluto in 100 g di reagenti commerciali

e soluzione

peso/peso

Percentual % p/v grammi di soluto in 100 mL di acidità del vino, ceneri

e soluzione

peso/volu

me

Percentual % v/v millilitri di soluto in 100 mL grado alcolico

e

volume/vo

lume

Parti per ppm mg/kg oppure mg/L tracce nei cibi

milione

Titolo g/L grammi di soluto per litro contenuto di zuccheri e

acidi

Equivalenti e normalità. Un equivalente è la quantità di sostanza che nella

reazione considerata cede o accetta una mole di H⁺ (reazione acido-base) o di

z,

elettroni (reazione redox). Il numero di equivalenti per mole, indicato con

dipende dalla reazione: HCl ha z = 1, H₂SO₄ ha z = 2 (se si neutralizzano entrambi i

protoni), KMnO₄ ha z = 5 in ambiente acido. Vale la relazione

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N = z · M .

Per esempio una soluzione 0,1 M di H₂SO₄ è 0,2 N. La normalità semplifica i calcoli

di titolazione perché, al punto equivalente, gli equivalenti di titolante e di titolato

coincidono: N₁ V₁ = N₂ V₂. Va però sempre specificata la reazione, perché la stessa

soluzione può avere normalità diverse in reazioni diverse; per questo oggi si

preferisce lavorare con le moli e la molarità.

Dal reagente commerciale alla molarità

Gli acidi concentrati si vendono con la percentuale in peso e la densità. Per ricavare

la molarità si calcola quanti grammi di soluto sono contenuti in un litro:

M = (%p/p· d· 1000)/(100· PM)

d

con in g/mL. Esempio 2.1. Acido solforico al 98 % p/p, d = 1,84 g/mL, PM =