Laboratorio di chimica applicata agli alimenti

Laboratorio di chimica applicata agli alimenti

Determinazione quantitativa di analiti in un campione

Le analisi quantitative, a differenza delle analisi qualitative, sono in grado di definire l'eventuale presenza di un analita nel campione, e nel caso in cui questo sia presente, anche la sua concentrazione.

Titolazioni

Tra i metodi più comuni utilizzati per condurre una analisi quantitativa, ci sono sicuramente le titolazioni. Queste analisi sono tecniche di analisi volumetriche, ovvero la quantità di analita presente nel campione viene determinata andando a misurare il volume di soluzione a concentrazione nota necessario per compiere una determinata reazione.

Principio della titolazione

Il principio su cui si basa una titolazione è il seguente:

• Una quantità nota del campione da analizzare viene sciolto in un solvente e viene addizionato gradualmente di un reagente (titolante) in forma di soluzione a concentrazione nota, fino a che non si raggiunge il cosiddetto "punto di equivalenza" ovvero il momento in cui tutto l'analita contenuto nel campione si è esaurito reagendo con il titolante.
• Conoscendo la stechiometria della reazione chimica tra analita da determinare e titolante è possibile risalire alla quantità di analita nel campione partendo dal volume esatto di titolante consumato.
• Il titolante viene generalmente dosato tramite una buretta che consente di leggere con precisione il volume di titolante aggiunto.

Per individuare con precisione il punto di equivalenza vengono utilizzate delle sostanze chiamate indicatori, i quali danno un segnale visivo al punto di equivalenza esatto, ad esempio cambiando colore per variazione di pH o per ossidazione/riduzione.

Al punto di equivalenza la quantità di titolante aggiunta è esattamente quella richiesta dalla reazione stechiometrica con l'analita. Questo punto tuttavia è un punto teorico, in quanto è molto difficile arrestare con precisione la titolazione al punto di equivalenza esatto, per questo si fa la distinzione con il punto finale. In questo caso, il punto finale è l'approssimazione sperimentale del punto di equivalenza, ovvero il punto di equivalenza pratico. La differenza tra punto di equivalenza e punto finale dà l'errore della titolazione.

Aggiunta stechiometrica

ANALITA + TITOLANTE → PUNTO DI EQUIVALENZA
INDICATORE + TITOLANTE → INDICATORE REAGITO

Il punto finale della titolazione si raggiunge quando viene notata visivamente una variazione dell'indicatore, cioè quando passa dal colore 1 al colore 2.

Titolante

A composizione chimica e concentrazioni note, solitamente si utilizza una soluzione standard. Se non è disponibile una soluzione standard si rende necessaria la standardizzazione del titolante prima di iniziare le analisi. È possibile utilizzare uno standard primario (soluzione pura non alterabile conservata come tale, che può essere utilizzata come riferimento) o una soluzione standard.

Preparazione soluzione standard

• Ci si deve procurare i materiali (vetreria) puliti.
• Passare la sostanza in un apposito recipiente e trasferirla in un matraccio, avendo cura di pulire l'imbuto se è stato usato.
• Sciogliere il soluto e portarlo a volume.
• Accertarsi che la soluzione sia omogenea.
• Titolare la soluzione per risalire al titolo esatto, prima di usarla come titolante.

La concentrazione finale deve essere espressa in:

• 1° 3456 76 8459:4 3?88? @=8?:? (B)à = ° =à; 76 8459<641= @=84 345=D45?E= (FG)
• I° = J96K?5=1:6 3?88? @=8?:? (B) @=84 345=D45?E=à = ° = =à à;; 76 8459<641= 3?88? =J96K?5=1:= (GO)

RPPM = mg/L. PPB = microgrammi/L. PPT = nanogrammi/litro.

Tipologie di titolazioni

Le titolazioni possono essere essenzialmente di 4 tipologie:

• Acido Base: Questo tipo di titolazione si basa su di una reazione acido-base ma non è necessariamente una reazione che porta alla neutralità della soluzione (ad esempio nella formazione di tamponi). Il titolante è sempre un acido o una base FORTE. L'analita può essere una base o un acido forte oppure debole. Nelle titolazioni che sfruttano una reazione acido-base per determinare la concentrazione di una soluzione, si osserva una variazione progressiva di pH nel corso della titolazione. Si chiama curva di titolazione il grafico che rappresenta il pH della soluzione titolata in funzione del volume di titolante aggiunto dalla buretta.

Esempio di titolazione acido forte-base forte

Esempio: titolazione acido forte-base forte, di HCl circa 0,1M con NaOH esattamente 0,1M

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-
[H₃O⁺] = [HCl] = 0,1M
pH = -log[H₃O⁺] = -log(0,1M) = 13

a PE n°A = n°B quindi C₁V₁ = C₂V₂

Esempio di titolazione acido debole-base forte

Esempio: titolazione acido debole-base forte, di CH₃COOH con NaOH esattamente 0,1M

Quando abbiamo un acido debole ed una base forte, per volumi minori del volume equivalente si ha la formazione di un tampone; per spostare l'equilibrio quindi bisogna aggiungere altro titolante, e quindi al volume di equivalenza il pH non sarà neutro ma maggiore di 7.

Indicatori utilizzati per questa tipologia di titolazioni sono solitamente acidi o basi organici deboli, le cui specie coniugate hanno colori differenti:

HIn ⇌ H⁺ + In^-

Durante la titolazione acido-base, l'indicatore agisce come un acido o una base debole addizionale, deve essere una base o un acido più debole della specie che si sta determinando; presente a concentrazioni relativamente basse, in modo da non interferire con la curva di titolazione, offrire una variazione di colore netta e distinguibile. Il punto di viraggio deve essere vicino al PE. Indicatore più utilizzato: fenolftaleina.

Esperienze di titolazioni acido-base

Determinazione del contenuto di acido acetico in un campione di aceto tramite titolazione acido-base

Si prepara la soluzione titolante andando a pesare la base NaOH pura in un matraccio (da 250 mL). Si aggiunge poca acqua distillata e si miscela fino a dissoluzione ed infine si porta a volume con la restante acqua distillata. La normalità teorica sarà uguale alla molarità in quanto le specie che si dissociano in acqua saranno pari ad 1.

NaOH → Na⁺ + OH^-

PE = 40 g/mol → 1 = 40 Eq = 1g/40 = 0,025 eq N = 0,025 eq/0,25 L = 0,1 N

Deve essere standardizzato il titolante, preparando una soluzione prelevando 15 mL di soluzione HCl 0,1 N all'interno di un becher. Alla soluzione si aggiungono due gocce di soluzione fenolftaleina ed alla fine si diluisce con acqua. Si riempie la buretta con la soluzione titolante di NaOH da standardizzare, e si titola la soluzione di HCl posta nel becker su di una piastra miscelatrice con sola la funzione miscelante attiva. Titolare fino al raggiungimento del PE, che si raggiunge quando si assiste ad una repentina variazione di colore da incolore a rosa/viola. L'analisi va effettuata tre volte, ed i risultati vanno mediati.

(%) = (V_titolante × N_titolante) / (Q_campione × 100)

Si procede quindi con la titolazione del campione reale. Si preleva l'aceto e lo si pesa al fine di ricavarne la densità. Lo si pone in un beker, si aggiungono due gocce di fenolftaleina e si diluisce il tutto con acqua distillata (più acqua nel caso di aceto balsamico per facilitare la visione del viraggio). Preparare la buretta con la soluzione standardizzata di NaOH e titolare il becker contenente la soluzione di aceto, precedentemente posto su di una piastra miscelatrice senza opzione riscaldante. Effettuare l'analisi almeno tre volte e mediare i risultati.

(%) = (V_titolante × N_titolante) / (Q_campione × 100)

Analisi dell'acidità degli oli

Pesare il campione annotandone il peso in una beuta, aggiungere una soluzione di alcol/etere 1:1. Aggiungere tre gocce di fenolftaleina nella beuta sotto cappa. Riempire una buretta con una soluzione di NaOH precedentemente standardizzata, e titolare la soluzione su di una piastra miscelatrice fino a viraggio. Annotare il volume di titolante sgocciolato e ripetere l'operazione almeno tre volte per avere risultati precisi.

L'acidità di un olio la si esprime come % di acido oleico (grammi di acido oleico in 100g di olio) ed è data dagli acidi grassi liberi non esterificati in glicerolo.

(%) = (V_titolante × N_titolante) / (Q_campione × 100)

Dati ottenuti da confrontare con la normativa vigente.

Titolazioni Redox

Una titolazione per ossidoriduzione è una titolazione nella quale il titolante ossida o riduce quantitativamente l'analita. La reazione generica è la seguente:

5Ox₁ + Rid₂ → Ox₂ + Rid₁

Come per le titolazioni acido-base, anche per le titolazioni redox il punto finale può essere evidenziato mediante un indicatore colorimetrico. Solitamente si utilizzano sostanze ossidanti che vanno ad ossidare quantitativamente un analita riducente:

• KMnO₄ permanganato di potassio. Permanganometria
• K₂Cr₂O₇ dicromato di potassio. Dicromatometria
• I₂/I^- iodio – ioduro. Iodimetria e iodometria

Ricordiamo che:

• Una sostanza ossidante è una sostanza in grado di accettare elettroni e quindi di ridursi
• Una sostanza riducente è una sostanza in grado di donare elettroni e quindi di ossidarsi

Esperienze di titolazioni redox

Determinazione di ossalato di sodio mediante titolazione redox con permanganato di potassio

Si prepara la soluzione titolante sciogliendo il permanganato di potassio in acqua distillata, e standardizzarla nel modo seguente: si prepara una soluzione di ossalato di sodio pesando 0,1g di ossalato e sciogliendolo in acqua distillata, introducendo una soluzione 1:4 di acido solforico. Riempire la buretta con la soluzione di permanganato e titolare la soluzione di ossalato precedentemente posta con un becker su di una piastra miscelatrice, miscelando e portando a circa 65°C. Una volta portata a temperatura titolare fino a viraggio di colore rosa. Annotare il volume sgocciolato e ripetere l'analisi per tre volte, quindi mediare i risultati.

(mg/L) = (V_titolante × N_titolante) / (Q_campione × 1000)

A questo punto ripetere la titolazione vista precedentemente, solo che la soluzione di ossalato sarà a concentrazione incognita.

(mg/L) = (V_titolante × N_titolante) / (Q_campione × 1000)

Saggio di Fehling per la determinazione degli zuccheri riducenti

L'analisi viene condotta utilizzando due reattivi precedentemente preparati o acquistati: reattivo di Fehling I e reattivo di Fehling II. Pesare un campione di alimento liquido all'interno di un matraccio e portare a volume con acqua distillata. In una beuta porre i due reattivi in proporzione 1:1 ed aggiungere anche una mezza spatola di carborundum per controllare l'ebollizione. Porre la soluzione con i reattivi a bollore su una piastra riscaldante. Riempire la buretta con la soluzione contenente il campione da analizzare, ed iniziare la titolazione della miscela dei reattivi, solo una volta che questi sono stati portati a bollore e previa aggiunta di 2 gocce di blu di metilene. Il viraggio sarà da blu intenso/viola a rosso mattone con precipitato. La titolazione deve avvenire in modo rapido. Ripetere il volume di titolante sgocciolato e ripetere l'operazione per tre volte. Mediare i risultati.

Per correlare la concentrazione degli zuccheri riducenti con il volume di titolante sgocciolato, occorre utilizzare una apposita tabella, la quale è specifica per i volumi di Fehling I e Fehling II utilizzati.

È possibile andare a determinare in via indiretta anche il quantitativo di zuccheri non riducenti, come il saccarosio, andando ad effettuare una idrolisi acida o basica al campione. Si procede quindi all'analisi del campione non idrolizzato e all'analisi del campione idrolizzato, gli zuccheri non riducenti saranno quindi dati da:

%zuccheri non riducenti = %zuccheri riducenti totali - %zuccheri riducenti naturali

Determinazione del numero di perossidi in un olio

Si pesa un quantitativo di campione in una beuta e si annota il peso.