Лабораторна робота №3

1. Лабораторна робота 3
ВИЗНАЧЕННЯ МАСОВОЇ ЧАСТКИ МІНЕРАЛЬНИХ РЕЧОВИН
У ПРОДУКТАХ БУРЯКОЦУКРОВОГО ВИРОБНИЦТВА
Мета роботи – навчитися визначати такі якісні показники як зола і вміст
солей Са2+
у напівпродуктах цукрового виробництва і білому цукрі.
3.1 Теоретичні відомості
До складу мінеральних речовин сировини й продуктів цукробурякового
виробництва входять солі кальцію, калію, натрію, магнію, заліза, алюмінію,
сірчаної, соляної, фосфорної і деяких органічних кислот,а також сліди
рідкісних та важких металів (Rb, Cs, V) [1,5].
У цукрових буряках міститься від 0,5 до 1,5 % мінеральних речовин,
якісний і кількісний склад яких значно впливає на весь технологічний
процес одержання цукру і на його якість.
Показником загального вмісту мінеральних речовин у продуктах є
зола. Золою називають залишок, що одержують після повного спалювання
органічних речовин досліджуваних продуктів.
Існують хімічні і електрометричні методи визначення золи [1].
До хімічних методів спалювання належать карбонатний, сульфатний
методи і метод добавок.
Карбонатний метод полягає в повному сухому озоленні 1-2 г
продукту без додавання будь-яких речовин і кількісному визначенні вмісту
золи. Сухе озолення – тривалий і складний процес (5 год). Органічна частина
речовини спалюється при температурі, що викликає плавлення карбонатів і
хлоридів лугів. Плавлена маса обволікає поверхню продукту, перешкоджає
доступу кисню і спалювання проходить складно й неповно. Тому краще
використовувати методи спалювання за наявності реактивів, що діють як
окисники і переводять всі неорганічні елементи у відповідні солі або
змінюють фізичні властивості продукту так, що процес озолення
прискорюється.
Сульфатний метод визначення золи, запропонований К.Шейблером і
видозмінений Г.Райхе, полягає в тому, що речовину спалюють разом із
сірчаною кислотою при t = 550С і 650С [1]. Сірчана кислота спочатку
обвуглює продукт, а потім окиснює вуглець, що утворився, до СО,
перетворюючись при цьому на сірчисту кислоту:
C + H2SO4  CO + SO2 + H2O.
Всі карбонати і хлориди перетворюються в сульфати, що не
плавляться (температура плавлення СаSO4 – 1450 С). Тому спалювання
проходить швидко, легко.
Молекулярна маса сульфатів більша, ніж карбонатів і хлоридів.
Експериментально встановлено, що карбонатна зола становить 90%

2. сульфатної. Тому для перерахунку сульфатної золи в карбонатну кількість
сульфатної золи слід помножити на коефіцієнт 0,9.
Метод добавок полягає в озоленняі досліджуваних продуктів з
додаванням інертних неплавких домішок. Дія домішок механічна – їх
часточки змішуються із золою, перешкоджають обволіканню обвугленої маси,
завдяки чому значно прискорюється процес спалювання (40…45 хв) [1,5]. Як
добавки рекомендують застосовувати MgO, BaCO3 i CaCO3. Для обчислення
масової частки карбонатної золи віднімають масу добавок.
Кондуктометричний метод визначення золи грунтується на
вимірюванні питомої електричної провідності цукрових розчинів і є офіційно
прийнятим Міжнародною комісією з уніфікованих методів аналізу цукрових
продуктів [2,6].
Чиста вода та розчин сахарози майже не проводять електричного
струму. Найменші домішки солей, кислот і лугів, що дисоціюють у воді на
іони, посилюють електропровідність води. Тому електропровідність водних
розчинів пропорційна концентрації наявних у ній іонів,яка залежить від
концентрації електролітів, ступеня дисоціації і рухливості іонів. Для
вимірювання кондуктометричної золи використовують кондуктометри, шкали
яких проградуйовані в сименсах, або за вмістом золи типу КЛЗ-1, або
КД-30, КЕЛ-1М, КЕЛ-1М2 (рис. 3.1).
Рис.3.1. Кондуктометри марок КЕЛ-1М (а) і КЕЛ-1М2 (б)
Вміст золи в продуктах цукрового виробництва коливається від 0,027…
0,04 часток відсотка у білому цукрі до кількох відсотків у мелясі. Тому під
час визначення кондуктометричної золи потрібно відповідно розбавляти
розчини. В офіційному методі ICUMSA прийнято для визначення
кондуктометричної золи застосовувати розчини білого цукру з вмістом 28%
сухих речовин і інших продуктів цукробурякового виробництва, що містять 5
г сухих речовин в 100 см3
розчину [2,6].
Методи визначення калію, кальцію та магнію розділяються на хімічні і
фізико-хімічні. До хімічних методів належить комплексометричний метод
визначення кальцію та магнію, до фізико-хімічних – спектрофотометрія
елементів кальцію, калію і натрію.Для визначення калію найбільш поширені
методи осадження, фотометричний і колориметричний, що
використовуються в бродильному виробництві для аналізу меляси, барди та
дріжджів [5].

3. Комплексометричний метод визначення кальцію та магнію. Метод
визначення вмісту солей кальцію і магнію полягає в утворенні
внутрішньокомплексних сполук іонів металів із спеціальними
комплексоутворювальними реагентами – комплексонами, до складу яких
входять амінооцтові сполуки [5].
До важливих комплексонів належить динатрієва сіль етилендіаміно-
тетраоцтової кислоти, що легко розчиняється у воді, відома під назвою
трилон Б.
Реакція утворення розчинних у воді, але дуже міцних внутрішньо-
комплексних сполук проходить за схемою:
NаOOCH2C CH2COOH
/
N—СH2—СH2—N + Ca2+

/
HOOCH2C CH2COONa
--OOCH2C CH2COO
 Na+
N—СH2—СH2—N Na+
+ 2H+
OOCH2C CH2COO---
Ca
Для зміщення реакції зліва направо потрібно нейтралізувати водень, що
утворюється, надлишком лугу. Тому для створення більш стійкого комплексу
титрування проводять у лужному середовищі за рН 8…10, яке створюють
додаванням аміачного буферного розчину (суміш рівних об‘ємів 20 % NH4Cl і
20 % NH4OH). Кінець (повноту) комплексоутворення визначають за
допомогою спеціальних органічних індикаторів, які належать до
азобарвників: хромоген чорний, кислотний хромовий синій та кислотний
хромовий темно-синій.
Недоліком запропонованих індикаторів є вплив домішок, що міститься у
воді, на результати визначення. Наприклад, при наявності у розчині іонів
Сu2+
, точка еквівалентності не чітка. Шкідливий вплив іонів Сu2+
усувається
додаванням кількох крапель 2 %-ного розчину Na2S [1].
Комплексометричний метод визначення солей кальцію і магнію
належать до експресних і широко використовується для визначення твердості

4. води, а також у контролі цукробурякового і бродильного виробництв
(аналіз барди).
У цукробуряковому виробництві розчинні солі кальцію утворюються під
час дефекосатураційного очищення дифузійного соку й негативно впливають
на такі технологічні процеси одержання цукру: спричиняють утворення осаду
на поверхні нагрівання випарної станції, що призводить до зниження
коефіцієнта теплопередачі; зростає тривалість уварювання утфелів,
збільшується розкладання цукрози на верстаті, підвищується вихід меляси
[7,8]. Тому точне визначення вмісту солей кальцію і магнію у соку ІІ сатурації
має велике значення для контролю технологічного процесу цукробурякового
виробництва.
Трилон Б вступає в реакцію комплексоутворення як із катіоном кальцію,
так і з рядом інших катіонів (Mn2+
, Zn2+
, Cu2+
, Fe2+
, Mg2+
і т. ін.) Оскільки в
продуктах цукрового виробництва переважають катіони Ca2+
та Mg2+
, то цим
методом визначають їх загальний вміст, який виражають в умовних одиницях
% СаО.
Комплексометричний метод належить до експресних і широко
використовується для визначення жорсткості води, а також у контролі
цукробурякового виробництва.
3.2 Завдання на виконання роботи
1. Визначення масової частки золи у білому цукрі кондуктометричним
методом.
2. Визначення вмісту солей кальцію і магнію в соку ІІ сатурації
комплексометричним методом.
3.3 Установки, прилади, лабораторний посуд, реактиви
Кондуктометр КЛЗ-1; або КД-30; технічні і аналітичні терези; піпетка
Сакса-Ле Докта; беззольний фільтр; бідистильована вода з питомою
електропровідністю менше ніж 2 мкСм/см; мірні колби місткістю 100, 200
см3
; конічна колба місткістю 250 см3
, циліндри місткістю 5,10 см3
, метрична
бюретка на 25 см3
; 1/28 н розчин трилону Б; аміачний буферний розчин;
2%-й розчин Na2S; індикатор кислотний хромовий темно-синій (розчин у
етанолі або у твердому вигляді в суміші з NaCl у співвідношенні 1:100).

5. 3.4 Методики виконання роботи
3.4.1 Визначення масової частки золи в цукрі-піску кондуктометричним
методом (Офіційний метод ICUMSA GS2/3-17 (1994 р.)
Розчиняють 31,3  0,1 г білого цукру в дистильованій воді в мірній колбі
на 100 cм3
і доводять до мітки при 20С (або розчиняють 28,0 0,1 г білого
цукру у воді й доводять кількість розчину до 100 г). Розчин фільтрують через
паперовий беззольний фільтр, перші 10 см3
фільтрату зливають [2,6].
Перед вимірюванням гніздо кондуктометра ополіскують досліджуваним
розчином, після чого розчин заливають у гніздо кондуктометра і визначають
його електропровідність. Попередньо визначають питому електропровідність
дистильованої води. Величина питомої електропровідності дистильованої
води має бути не більшою ніж 2,0 мкСм/см. В разі потреби величину питомої
електропровідності води досягають її бідистиляцією.
Обчислення результатів
Масову частку золи, %, розраховують за формулою:
Зола білий цукор= 610-4
( – 0,351) % до маси цукру,
(3.1)
де 610-4
– коефіцієнт перерахунку питомої електропровідності на вміст золи
при 28 % СР/100 см3
;  – питома електропровідність досліджуваного
розчину цукру, мкСм/см; 0,35 – поправка на питому електропровідність води
при 28% СР/100 см3
; 1 – питома електропровідність дистильованої води,
мкСм/см.
В кондуктометрах, що градуйовані у відсотках золи, числове значення
масової частки золи видається безпосередньо на табло приладу.
Якщо визначення проводиться при температурі, що відрізняється від
20С, вводять поправку на температуру за умову, що відхилення
температури не перевищує  5С.
Поправку, мкСм/см, обчислюють за формулою
)20(026,0120



t
t
(3.2)
Значення поправки на температуру віднімають від значення одержаного
під час дослідження проби,якщо температура вища 20С, і додають, якщо
температура нижча 20С.
За кінцевий результат приймають середнє арифметичне результатів двох
паралельних визначень, допустима розбіжність між якими не повинна
перевищувати 0,001 % [6].
3.4.2 Визначення масової частки солей кальцію і магнію в соку ІІ
сатурації комплексометричним методом
10 г фільтрованого соку ІІ сатурації переводять у конічну колбу
місткістю 250 см3
, додають 100 см3
дистильованої води, 5 см3
аміачного
буферного розчину, 1 см3
2%-го розчину Na2S (для зв‘язування іонів Fe2+
,
Cu2+
, які заважають визначенню переходу забарвлення індикатора внаслідок

6. утворення темно-забарвлених комплексів), 7-8 крапель індикатора
кислотного хромового темно-синього (розчину в етанолі або у твердому
вигляді в суміші з NaCl у співвідношенні 1:100).Суміш титрують 1/28 н
розчином трилону Б до переходу забарвлення від червоного до синього.
Попередньо проводять “глухий” дослід з 100 см3
дистильованої води і
вводять поправку до загальної витрати трилону Б.
Обчислення результатів
Масову частку солей кальцію і магнію в соку ІІ карбонізації, % СаО,
обчислюють за формулою:
н
KVV
н
KVV
Са
)(1,0
1000
100)( 2121 




, (3.3)
де V1,V2 – об‘єми 1/28 н трилону Б, витраченого для титрування
відповідно досліджуваного розчину і дистильованої води, см3
; н –
наважка продукту, г; К – поправковий коефіцієнт до титру розчину трилону
Б.
Масову частку солей кальцію і магнію, %, перераховують на 100
частин сухих речовин за формулою:
СРн
KVV
СРн
KVV
Са





 )(10100)(1,0 2121
. (3.4)
3.5 Аналіз одержаних результатів. Висновки та рекомендації
За результатами одержаних аналізів робимо висновок про якість
досліджуваних продуктів. Пишимо висновок про якість очищення соку ІІ
сатурації від солей Са2+
та якість досліджуваного білого цукру по вмісту золи
за нормованим ДСТУ.