Метод двойной поляризации для определения сахарозы в мелассе

Метод двойной поляризации, описанный в ICUMSA Method GS4/7-1, позволяет измерять сахарозу в тростниковой или свекольной мелассе при отсутствии рафинозы, кестозы или других неизвестных субстанций, которые могли бы повлиять на показания оптических активных веществ при гидролизе. Исследования ICUMSA показали, что данные типы вмешательств являются повсеместными, поэтому содержание сахарозы в мелассе называется "видимым". Данный метод позволяет оценивать видимое содержание сахарозы и использовать данный показатель в коммерческих областях, он не позволяет получить истинное содержание сахарозы.

Принцип

Сахароза – оптически активная субстанция, что позволяет определять её концентрацию в растворе с помощью измерения угла вращения поляризованного света. Определение сахарозы при наличии других сахаров может быть определено с помощью метода двойной поляризации, открытого Херцфельдом и Клерже. Метод основан на изменении оптического вращения при гидролизе мелассы кислотой. Измерения поляризации проводятся до и после гидролиза. ​

Реагенты и материалы

1) Раствор основного ацетата свинца. Разведите 560 г. основного ацетата свинца в 1 литре дистиллированной воды. Кипятите на протяжении 30 минут, а затем дайте остояться. Декантируйте (отделите) жидкую часть и разбавьте недавно кипячёной дистиллированной водой до относительной плотности 1.24 или 24.4 г PbO/100 мл общего содержания свинца. Проверьте общее содержание свинца либо измерением относительной плотности, либо методом титрования, описанным в ICUMSA Method GS1/2/3-1. Значение относительной плотности должно соответствовать 1.24 ± 0.01, общее содержание свинца при использовании метода титрования – 24.4 ± 1.0 г PbO/100 мл. Раствор основого свинца должен входить в пределы от 9.5 до 10.5 г PbO/100 мл. Если значение концентрации выходит за данные пределы, то добавьте кристализованную уксусную кислоту. После добавления кислоты заново измерьте общее и основное содержание свинца. Храните раствор в закрытом сосуде, предотвращающем контакты с углекислым газом в воздухе. Перед тем, как закрыть крышку, продуйте колбу азотным газом.

2) Оксалат калия или оксалат натрия.

3) Раствор соляной кислоты, примерно 2.5 моль/л. Для приготовления возьмите 215 мл концентрированной соляной кислоты (ρ20 ≈ 1.18 г/мл) и разбавьте дистиллированной водой до объёма 1 литр.

4) Цинковый порошок.

5) Набор диатомитных фильтров.

6) Круглые бумажные фильтры. Например, Whatman 541 с диаметром прибл. 18 см. (или эквивалент). ​

Инструменты

а) Поляриметр или сахариметр – наличие Международной сахарной шкалы (°Z).

б) Поляриметрические кюветы – длина 200 или 100 мм.

в) Аналитические весы – минимальная индикация не более 1 мг.

г) Воронка и ёмкость для фильтрата.

д) Водяная баня – поддержание температуры на 69.0 ± 0.5 °C.

е) Термометр – шкала 0–100 °C.

ж) Водяная баня – поддержание температуры на 20.0 ± 0.5 °C. ​

Методика

Отмерьте 65.000 ± 0.002 г. образца и перелейте в 500 мл. мерную колбу с добавлением прибизительно 100 мл. воды. Добейтесь, чтобы в итоге в колбе было 150 мл., и перемешайте её вращательным движением. Добавьте 40 мл раствора основного ацетата свинца (1) и перемешайте вращательным движением. Доведите раствор до метки с помощью дистилированной воды и слегка помешайте. Профильтруйте раствор. Вылейте первые 10 мл, затем отберите как минимум 100 мл фильтрата.
Добавьте достаточное количество сухого оксалата калия или оксалата натрия (2), помешивая фильтрат, чтобы осадить избыточный свинец. Профильтруйте получившийся раствор, вылив первые 10 мл фильтрата. Если фильтрат остался мутным, можно использовать небольшое количество диатомитного фильтра (5).

Перенесите пипеткой 50 мл фильтрата в 100 мл колбу. Разбавьте до метки и доведите температуру до 20.0 ± 0.5 °C. Поместите фильтрат в поляриметрическую кювету с длиной пути 200мм. и измерьте поляризацию p. Для тёмных образцов может быть использована кювета 100мм. Запишите температуру t, при которой проводились измерения. Перенесите пипеткой следующие 50 мл. фильтрата в 100 мл колбу и добавьте 23 мл 2.5 моль/л соляной кислоты (3) и 7 мл дистиллированной воды. В колбу опустите термометр и поместите её в водняную баню с температурой 69°С. По достижении температуры 65.0 ± 0.5 °C начните перемешивать колбу внутри водяной бани вращательными движениями, продолжайте перемешивать 5 минут. Затем выньте колбу из водяной бани и быстро охладите под струёй холодной воды. Выньте термометр из колбы, аккуратно прополоскав его в другой колбе с водой. Доведите объём до 100 мл при 20 °C. 

Как и в предыдущий раз, измерьте на поляриметре поляризацию i при помощи 200 мм кюветы. Тёмные образцы могут быть осветлены добавлением 0.5-1.0 г. цинкового порошка (4). Очень тёмные образцы могут быть разведены или измерены в 100 мм. поляриметрической кювете. При разбавлении добавьте 50 мл фильтрата в 100 мл. колбу и доведите дистиллированной водой до метки. Не используйте других способов разведения. Уточните температуру t, при которой проводось последнее измерение, – она должна быть такая же, как и при определении прямой поляризации p в первый раз. ​

Вычисление концентрации сахарозы

Для вычисления видимого содержания сахарозы используется следующая формула:

где P – значение поляризации до инверсии; P = (p · 4) для 200 мм. кюветы; P = (p · 8) для 100 мм. кюветы; I – значение поляризации после инверсии; I = (i · 4) для 200 мм. кюветы; I = (i · 8) для 100 мм. кюветы; t – температура (°C), при которой были проведены измерения поляризации. Результат округляется до 0.05%.

Библиография

1. Anon. (1992): The Analysis of Molasses. United Molasses Co Ltd London, Section G2

2. Baker B P, ed. (1987): Composition, Properties and Uses of Molasses and Related Products. United Molasses Co Ltd London

3. Proc. 15th Session ICUMSA, 1970, 56-59 4. Proc. 15th Session ICUMSA, 1970, 58–59 5. Proc. 16th Session ICUMSA, 1974, 87 ​

Историческая справка

Method GS4/7-1 впервые был опубликован в 1970 году (Methods Book), последний раз отредактирован в 1994 и сверен в 2013 годах.

Компания ATAGO может предложить разные модели поляриметров для определение сахарозы согласно описанному методу.

Наиболее привлекательным является новейший автоматический поляриметр-сахариметр SAC-i, обладающий крайне высокими техническими характеристиками и надёжностью. Он специально создавался, чтобы удовлетворить самые жёсткие требования сахарных производств и совместим со стандартами ICUMSA.

Более простой вариант – автоматический поляриметр AP-300, уже более 10 лет использующийся на более чем десяти сахарных заводах в России.