Класифікація методів визначення вуглеводів. Сутність поляриметричного методу

Вміст цукрів в харчових продуктах визначають хімічними та фізичними методами. За принципом дії їх можна розбити на такі основні групи:

- поляриметричні методи ґрунтуються на властивості вуглеводів обертати площину поляризації поляризованого світла;

- хімічні методи ґрунтуються на здатності моносахаридів і деяких складних цукрів, які містять в молекулі вільну альдегідну або кетонну групи, окиснюватись оксидами важких металів;

- колориметричні методи ґрунтуються на здатності сахарів у кислому середовищі перетворюватись у фурфурол або оксиметилфурфурол, які з артроном і резорцином дають забарвлені сполуки;

- ферментативні методи ґрунтуються на специфічності ферменту каталізувати тільки певну хімічну реакцію або розривати строго певний хімічний зв'язок.

Для визначення вмісту вуглеводів (крохмалю, сахарози та ін.) у харчових продуктах найчастіше використовують поляриметричний, хімічний, колориметричний і ферментативний методи.

Поляриметричний метод. В основу методу покладена властивість асиметричних атомів вуглецю вуглеводів обертати площину поляризації поляризованого променя і зводиться до визначення кута обертання поляризованого світла.

Світло – це електромагнітні коливання високої частоти в певному діапазоні. Коливання проходять в різних площинах. Поляризованим називається промінь у якого всі коливання розташовані в одній площині, яка перпендикулярна направленню променя світла (рис. 3.1). Ця площина називається площиною коливань, а перпендикулярна їй – площиною поляризації.

 

 

 

а б

 

Рис. 3.1. Схема направлення коливань світла звичайного (а) та поляризованого (б)

 

В залежності від направлення обертання площини поляризації розрізняють право- та лівообертаючі оптично активні речовини. Так сахароза, глюкоза, мальтоза – правообертаючі, а фруктоза – лівообертаюча.

Як поляризатор використовується призма Ніколя. Призма вирізана із ісландського шпату у формі паралелепіпеда, розрізана по діагоналі і склеєна канадським бальзамом. Вона має здатність поляризувати світло. Якщо поляризоване світло пропустити через розчин цукру, то площина поляризації повернеться на певний кут α.

Кут обертання площини поляризації світла залежить від довжини хвилі світла, концентрації сахарози, відрізка шляху, який проходить промінь (товщина шару), а також від температури розчину:

(3.1)

де С – концентрація оптично активної речовини, г в 100 см³ розчину; l – відрізок шляху, який проходить промінь (довжина кювети), дм; – кут питомого обертання оптично активної речовини, дугові градуси; D – довжина хвилі світла.

Відомо, що кут питомого обертання для сахарози складає +66,5˚, в такому разі концентрацію можна визначити за формулою:

(3.2)

Питомий кут поляризації – це величина кута повороту площини поляризації розчину концентрацією 100 г на 100 см³ при температурі 20 °С, довжина шару становить 1 дм.

Питоме обертання є характерною та постійною величиною для кожної оптично активної речовини при певних умовах вимірювання. Слід пам'ятати, що для редукувальних сахарів (глюкози, фруктози, інвертного сахару та ін.) величина питомого обертання помітно змінюється в залежності від температури та концентрації розчину. При розрахунку поправки на температуру та концентрацію розчинів користуються спеціальними формулами.

Для вимірювання кута повороту площини поляризації світла використовують прилади поляриметри.

В основі методу лежить властивість асиметричних атомів вуглецю вуглеводів обертати площину поляризації поляризованого променя.Переваги: простота методу та достатня для практичної мети точність.

Прилади для поляриметричного аналізу містять обладнання для одержання поляризованого пучка світла (поляризатор) та обладнання для виміру величини і напрямку кута обертання площини поляризації (аналізатор). В якості поляризатора і аналізатора використовують призми (удосконалена призма Ніколя).

Промінь від джерела світла (1) потрапляє в призму (поляризатор) (3) і розділяється на поляризоване і неполяризоване світло. Неполяризований промінь повністю відбивається. Поляризований проходить через трубку з досліджуваним розчином (4) і потрапляє на аналізатор (6). Повертаючи аналізатор на певний кут, знаходять кут обертання площини поляризації світла розчином.

Для кількісного визначення масової частки сахарози в розчині використовують спеціальні поляриметри з кварцевою компенсацією (клинець (5)) напівтіньові, що одержали назву сахариметрів. Сахариметри градуйовані по сахарозі.

 

Рис. 3.1. Схема поляриметра: 1 – джерело світла; 2 – світлофільтр;

3 – призма Ніколя (поляризатор); 4 – поляриметрична трубка; 5 – клинець;

6 – аналізатор; 7 – окуляр

 

Поляризатор розрізаний на дві половини і склеєний, тому в окулярі видно 2 половинки поля зору і після поляризатора виходить 2 потоки світла: 1 – справа на 3˚, 2 – вліво на 3˚ від вертикалі. Аналізатор – призма Ніколя під кутом 90˚ до поляризатора, завдяки чому пропускає тільки горизонтальну складову світла і в окулярі дві половинки однаково освітлені. Коли після поляризатора поставити трубку з розчином, то після трубки справа (α+3), зліва – (α-3). Завдяки цьому права сторона світла, а ліва – темна. Для визначення кута вводять кварцові клинці (5), які повертають площину поляризації в попереднє положення. По шкалі визначають на скільки перемістився клинець.

Поляриметри загального призначення мають кругову шкалу, яка повертається разом з аналізатором. Шкала поляриметра розділена на 360° і дозволяє виміряти кут обертання в дугових градусах.

Оптична схема сахариметра відрізняється тим, що аналізатор поставлений на півтінь відносно поляризатора і закріплений нерухомо. Зміна кута повороту відбувається за допомогою кварцових клинців-компенсаторів. В сахариметрі встановлена шкала, яка градуйована в міжнародних градусах цукрової шкали: 1°S = 0,3468°. Шкала сахариметра розрахована так: якщо розчинити 26 г чистої сахарози у воді і довести до об’єму 100 см³_, розчин залити в трубку на 200 мм, то по шкалі буде 100 °S. Тоді, якщо при аналізі беруть 26 г продукту (цукру) і переносять в мірну колбу на 100 см³ (доводячи дистильованою водою до мітки), фільтрують розчин, заливають в трубку 200 мм і по сахариметру зразу визначають вміст цукру. 26 г сахарози в 100 см³ розчину називається нормальною наважкоюза умови використання нормальної поляриметричної трубки –200 мм. Один градус цукрової шкали (1° Z) відповідає 0,26 г сахарози в 100 см³ розчину або 1 % сахарози.

Недолік поляриметричного методу: неможливо визначити один певний цукор в присутності інших цукрів і оптично активних нецукрів. Але є досить точним для чистих розчинів (наприклад сахарози).

Всі сахариметри мають похибку вимірювання ± 0,05 %.