165280 (Определение содержания аскорбиновой кислоты в яблоках различных сортов), страница 3

Биологическое значение активной кислотности.

Биологическое значение концентрации водородных ионов в растительных тканях очень велико. Многие ферментативные процессы в растениях регулируются реакцией среды, которая создается в результате поступления и образования различных веществ (минеральных солей, органических кислот). Скорость различных биохимических процессов управляется активной кислотностью среды.

Культурные растения и их сорта в процессе своего формирования (как биологических особей) приспособились к определенной активности кислотности почвы. Например, местные сорта, сложившиеся в результате длительного возделывания на кислых почвах слабо реагируют на известкование почв, тогда как сорта, сформировавшиеся (в условиях разделывания) на нейтральных почвах, сильно реагируют на известкование кислых почв.

Точный метод определения концентрации водородных ионов может быть использован не только для характеристики культур и соротов, но и в качестве биохимического метода контроля над происходящими изменениями в растительных материалах в процессе их переработки. Например, в соке свежеполученной мезги корнеплода свеклы был получен рН 6.00, по истечении же четырех часов хранения мезги в отжатом из нее соке был найден рН 6.30. В измельченных листьях шпината и подсолнечника также наблюдаются сдвиги в нейтральную и щелочную сторону. В неизмельченных листьях происходят другие изменения в концетрации водородных ионов, чем в измельченных. По характеру и быстроте сдвигов в концентрациях водородных ионов можно судить о сортовых различиях.

Поскольку эти различия связаны с характером окислительно-восстановительных и других процессов, то определение рН дает возможность быстро установить происходящие изменения. Таким образом, определение рН может служить для контроля.

Следует также подчеркнуть большое значение определении рН для различных биохимических процессов, например, при определении ферментов, витаминов и в других анализах.

Необходимо отметить, что рН вытяжек или суспензий зерна изменяется в относительно узких пределах вследствие большой буферной способности белковых веществ и фосфатов.

Понятие об активной кислотности.

Вода и водные растворы диссоциирующих веществ в той или иной степени ионизированы. В воде непрерывно протекает процесс диссоциации воды на водородный и гидроксильный ионы и рекомбинация этих ионов в недиссоциированные молекулы воды. Скорость распада воды на ионы пропорциональна действующей массе реагирующих молекул воды, а скорость рекомбинации воды пропорциональна произведению действующих масс реагирующих ионов. Это состояние выражается формулой

,

где К – константа диссоциации, а символы в квадратных скобках – концентрации соответствующих ионов и молекул.

Кислоты в водных растворах диссоциируют на водородный ион и отрицательно заряжнный остаток кислоты. Сильные кислоты почти нацело диссоциированы на ионы, а слабый – диссоциированы в слабой степени. Наприме, 0.1 н. раствора HCl диссоциирован на 91 %, а такой же раствор уксусной кислоты только на 1.36%. Следовательно, сила кислот зависит не от общего количества находящегося в них водорода, а только от ионов водорода. От концентрации водородных ионов зависит истинная кислотность или щелочность среды.

В настоящее время принято обозначать концентрацию водородных ионов символом рН для растворов не крепче нормального. Численное выражение рН представляет собой десятичный логарифм числа, показывающего количество граммов водородных ионов в 1л. При этом отрицательный знак опущен.

Понятие о буферности

Измерение рН растворов сильных кислот в присутствии слабых концентраций солей этих кислот показывает, что концентрация водородных ионов изменяется мало (при разбавлении растворов). Совсем иначе обстоит дело для растворов слабых кислот и их солей. Величина рН слабых кислот в значительной степени зависит от присутствия в растворе щелочных солей этих кислот. Прибавление щелочных солей в растворы слабых кислот может изменить рН на несколько единиц от рН первоначального раствора. Величина концентрации протонов, соответствующая сильнокислой реакции, может быть достигнута прибавление кислот, более сильная щелочная область устанавливается прибавлением более сильных оснований и их солей. Все эти смеси называют буферными растворами, или смесями.

Примерное вычисление рН смесей солей и кислот может быть произведено по простейшей формуле

, где

К – константа диссоциации.

Необходимая концентрация водородных ионов может быть произведена по нашему желанию, что имеет большое практическое значение и чем постоянно приходится пользоваться.

Смеси кислот с их солями (буферные смеси) обладают важным свойством, состоящимх в устойчивом сохранении [H] при сильных разведениях. Это свойство представляет большую практическую ценность. Однако буферное действие этих разбавленных растворов понижается. Всякий буферный раствор может нейтрализовать только известное предельное количество кислоты или щелочи т.е. обладает определенной буферной емкостью. Емкость буфера тем больше, чем больше молей буферного вещества будет содержаться в данном растворе. Вытяжки из некоторых растительных объектов обладают значительной буферностью.

Определение концентрации водородных ионов

Для определения рН существует много методов, основывающихся на электрометрических и колориметрических принципах. Хорошие результаты могут быть получены при определении рН по колориметрическому метода Михаэльса с набором индикаторов и цветной шкалы в пробирках. Для более точных определений рН необходимо пользоваться электрометрическим методом. Существующие в настоящее время приборы, потенциометры, позволяют производить определение рН достаточно быстро и точно.

Их колориметрических методов удобны для пользования методы с индикаторными бумажками, пропитанными индикаторами (колориметр Вульфа), или с набором индикаторных карандашей (колориметр, предложенный Е. Хорошей). Эти методы отличаются широкой возможностью применения в тех случаях, когда точность определения рН достаточна от 0.1-0.2, так как ошибка в определении рН возможна в этих пределах. В ряде случаев такая точность является удовлетворительной. При изучении биохимических процессов необходима большая точность.

Определение рН при помощи карандашного колориметра.

Весь прибор заключен в коробку размером 9х17х5 см и состоит из набора 6 индикаторных карандашей и 6 цветных шкал, для сравнения объединенных попарно, предметного стеклышка, стеклянной палочки и фильтровальной бумаги.

Метод основан на измерении окраски индикатора, нанесенного карандашом тонким слоем на смоченную опытным раствором фильтровальную бумагу, под влиянием рН этого раствора. Каждый карандаш чувствителен только в определенном пределе шкалы рН и каждому карандашу соотвествует своя шкала, обозначенная одним и тем же номером

Предельные значения чувствительности каждого карандаша:

№1………………….1.2-2.4 №4………………………………6.6-8.6

№2………………….2.6-5.0 №5………………………………8.6-10.4

№3………………….5.2-6.6 №6………………………………10.6-12.6

Этот метод применим для приготовления растворов с определенными границами рН, для быстрых ориентировочных определений в полевых условиях и экспедициях, для быстрых но приближенных определений рН в соках и мезге, особенно при наличии небольших проб материала. Точность метода не превышает 0.1. Для изучения биохимических процессов необходимо применять более точные методы.

Ход определения.

На предметное стекло кладут полоску беззольной фильтровальной бумаги и смачивают ее испытуемой жикдостью до ровного увлажнения. Как только капля растеклась по всей бумажке, на ней делают карандашом несколько легких равномерных по нажиму штрихов. Ожидают некоторое время, чтобы нанесенные на бумагу штрихи приняли постоянную окраску. После этого полученные оттенок отыскивают на соответствующей взятому карандашу шкале.

Если рН жидкости приблизительно известен, то сразу выбирают карандаш, соответствующий предпологаемому рН. В случае, если рН неизвестен, определение начинают с карандаша №3 (рН 5.2 – 6.6). Если при сравнении со шкалой находят, что оттенок штриха совпадается с окраской, соответствующей рН 6.6 (или 5.2), тогда берут соседний карандаш №4 (или №2) и также наносят штрихи. В случае совпадения оттенка, соответствующего рН 6.6 (или 5.2) по другой шкале (4 и 2, с которой надлежит сравнивать оттенки), тогда истинное значение рН лежит между крайними значениями рН двух шкал. Этим методом можно определять рН взвеси, окрашенных вытяжек, соков и мезги. В случае определения рН в мезге берут полоску фильтровально бумаги шириной в 1 см и погружают ее одним концом в мезгу. Увлажнение бумаги будет быстро распространяться к противоположному концу. На эту увлажненную, но не окрашенную мезгой часть бумаги наносят штрихи индикаторным карандашом. В случае окрашенных соков или вытяжек на бумагу наносят несколько больших капель и штрихи наносят также на увлажненные, но не окрашенные части бумаги.

Электрометрическое определение рН.

Метод основан на том, что между электродом, насыщенным водородом и жидкостью, имеющией водородные ионы, возникает скачок потенциала, зависящий от концентрации последних. Потенциал электрода можно определеить с помощью другого электрода, имеющего постоянный потенциал. Последний называется стандартным полуэлементом. Если соединить два электрода, то получится элемент, ЭДС которого можно измерить. Обычно неизвестную разность потенциалов уравновешивают противоположно направленной известной. Принцип этот иллюстрируется схемой, изображенной на рис.

Здес С – свинцовый аккумулятор и х – неизвестная ЭДС, которую надо определить. СА и СБ – толстые провода с небольшим сопротивлением, которым можно пренебречь.

АБ – проволока, имеющая одинаковое поперечное сечение по всей длине. Потенциал между АБ равномерно падает вдоль проволоки. Контакт В, скользящий по проволоке, так соединен с неизвестным элементом х, что положительный полюс аккумулятора соответствует положительному полюсу элемента, а отрицательный полюс соединен с отрицательным полюсом аккумулятора.

Таким образом, в цепи Ах (через гальванометр) имеются две ЭДС: Е между А и В и между А, х и В, направленные одна против другой. Скользящий контакт двигают вдоль проволоки АБ до тех пор, пока гальванометр не укажет на отсутствие тока. Это будет тем состоянием, когда разность потенциалов уравновешена. Так как проволока АБ на всем протяжении имеет одинаковое поперечное сечение, то разность потенциалов между А и В будет (АВ:АБ)Е, где Е - ЭДС аккумулятора, а АВ:АБ – отношение сопротивления, равное отношению длин отрезков. Если вся длина проволоки равна 1000 мм, то ЭДС неизвестного элемента будет равна (АВ:1000)Е.

АВ представляет отсчет по линейке, а Е может быть легко определено переключением на место х элемента с известной электродвижущей силой (например при включении элемента Вессона).

Аппаратура – электрометрическая устновка, включающая:

1. Аккумулятор в качестве источника тока;

2. Нормальные элементы;

3. Гальванометр;

4. Каломелевые электроды;

5. Хингидронный электрод;

6. Реостаты, ключ для кратковременного включения тока, переключатели, агар-агаровые дугообразные ключи (рис. )

Аккумулятор должн иметь напряжение 2.0 В; если напряжение упало ниже 1.9 В, его необходимо зарядить вновь. ЭДС недавно заряженного аккумулятора изменяется немного при разряде в течение первых минут, поэтому рекомендуется дать разрядиться аккумулятору в течение 10 – 15 минут, включая его в систему перед измерением.

В качестве нормального элемента применяется элемент Вессона, который содержит раствор сульфата кадмия, насыщенный при всех температурах. Положительным полюсом элемента служит чистая ртуть, покрытая слоем пасты из сернокислой закиси ртути, тщательно смешанной с ртутью. Отрицательный полюс – амальгама, содержащая 12.5% кадмия (по весу). Электродвижущая сила стандартного элемента между 15^о и 25^о равна 1.0183 + 0.000004 (20 – t^o).

Для определения рН применяются чувствительные стрелочные гальванометры. Вр время измерения ток не должен непрерывно проходить через прибор. Гальванометр может быть заменен капиллярным электродом.

Каломелевые электроды употребляются в качестве стандартных полуэлементов. Они состоят из ртути и каломели, над которыми находится раствор хлористого калия. Слой чистой ртути помещают на дно электродного сосуда. На ртуть помещают слой, состоящий из ртутно-каломелевой пасты. Эта смесь получается при совместном растирании ртути и каломели так, чтобы ртуть пришла в мелко раздробленное состояние. Черную или серочерную смесь промывают несколько раз раствором хлористого калия, которым намерены наполнить сосуд. Удобной формой каломелевого электрода является сосуд, изображенный на рис.