Bestemmelse af Sukker i Dessertvin via Polarimetri

Side 1

Kemirapport Mandag d. 11/10/10

1

Bestemmelse af sukker i dessertvin - polarimetri

Formål

Jeg vil undersøge, hvorvidt der er proportionalitet mellem drejningsvinklen af polarisationsplanet og koncentration af sucrose. Hvis denne kan bekræftes vil jeg beregne sucroses specifikke drejning.

Som anden del af forsøget, vil jeg bestemme koncentrationen af restsukker i en dessertvin og sukkerindholdet i en sodavand.

Teori og forarbejde

Stereoisomeri er et begreb brugt om to molekyler, som har forskellig rumlig opbygning, men samme molekylformel. Endvidere er der enatiomere molekyler. Disse molekylerne er spejlbilledisomere, hvilket kan sammenlignes med den form for symmetri, der er imellem venstre og højre hånd. Spejlbilledisomere stoffer har samme fysiske egenskaber og samme opløselighed i vand. De har altså mange af de samme egenskaber, på nær en: De drejer polarisatiosretningen af polariseret lys i hver sin retning og med numerisk lige store vinkler. (KK2 Side 142, linje 3) Optisk aktive stoffer er stoffer, som drejer retningen af lysets polarisationsplan. Højredrejende stoffer, kaldes dextorotatoriske, dette angives med præfikset D eller +. Modsat findes venstredrejende stoffer, disse kaldes levorotatoriske, hvilket angives med præfikset L eller -. Som eksempel på optisk aktive stoffer kan nævnes sukkerarter og aminosyrer (på nær en enkel). De findes derfor mindst i 2 udgaver, D- og L-formen. Dog er det kun L-formen af aminosyrerne og D-formen af sukkerarterne, der indgår i opbygningen af levende organismer.

Polarimetri er en teknik til registrering af drejning af planpolariseret lys, som sendes igennem et optisk aktivt stof. Størrelsen af den specifikke drejning er afhængig af forskellige faktorer: koncentrationen af det optisk aktive stof, bølgelængden af det planpolariserede lys og temperaturen.

Enheden for den specifikke drejning er dermed grad pr. gram opløst sukker pr. decimeter gange mL

opløsning 🡪^{o .} (g/mL)^{-1}^{.} dm^{-1}

I dette forsøg anvendes en natriumlampe som lyskilde. Denne udsender et monokromatisk gult lys

med λ=589 nm.

Side 2

Kemirapport Mandag d. 11/10/10

2

Det forventes, at drejningsvinklen a af lysets polarisationsretning afhænger lineært af koncentrationen c af det opløste stof.

[ ]^{25}_{D} cl ⋅⋅=

αα

[ ]^{25}_{D}

α er en konstant for det opløste sukker, og betegnes den specifikke drejning. Den angives ved

25 °C og med natrium som lyskilde, D=589 nm.

l er længden af lysvejen, hvilket angives i enheden dm.

c er koncentrationen angivet i enheden g/mL

Sucrose, C H O betegnes som et disaccharid og er forbundet af to monosaccharider, glucose og

12 22 11 fructose. Begrebet hydrolyse bruges om en reaktion, hvor et molekyle spaltes og H og OH fra H O-

2 optagelsen adderes til produkterne. Forbindelse mellem de to monosaccharider resulterer i et ”manglende” H-atom fra det ene molekyle og en ”manglende” hydroxylgruppe (OH) fra det andet. Spaltningen af sucrose til glucose og fructose kaldes for en hydrolyse. Når sucrose kommer i en sur væske spaltes det efterhånden til lige store mængder fructose og glucose og der indstiller sig en ligevægt. Denne blanding går under navnet invertsukker. Invertsukker findes i vin.

Jeg har opslået dataværdierne for sucrose, glucose og fructose:

Specifikke drejning for -sucroose: 66,5^{o .} (g/mL)^{-1}^{.} dm^{-1}

L

Specifikke drejning for -glucose ved ligevægt: 52,7^{o .} (g/mL)^{-1}^{.} dm^{-1}

D

                                           o .    -1 . -1
Specifikke drejning for -glucose ved ligevægt: -51,4 (g/mL) dm

L

                                            o .    -1 . -1
Specifikke drejning for -fructose ved ligevægt: -92,4 (g/mL) dm

D

Reaktionsskemaet for omdannelse af sucrose til glucose og fructose med molekylformler:

C H O + H O 🡪 C H O + C H O

12 22 11 2 6 12 6 6 12 6

Herunder har jeg færdiggjort reaktionsskemaet med strukturformler for omdannelsen af sucrose til glucose og fructose: sucrose glucose fructose

Side 3

Kemirapport Mandag d. 11/10/10

3

Sucrose er højredrejende, da databogens værdi for sucroses specifikke drejning er positiv. Derimod er invertsukker (som navnet desuden tilkendegiver, at det er modsat) venstredrejende, da grupperne går mod urets retning, og deres specifikke drejning har en negativ værdi. -Glucose har dog en D positiv værdi, denne er dog uden betydning, da jeg kun regner med -glucose og -fructose. Et bud L L på deres specifikke drejning ville være at lægge -glucose og -fructoses specifikke drejninger L L sammen, og dividere med 2, da invertsukkeret er en ligevægtsblanding mellem disse to:

52,7°+(-92,4°)/2 = - 19,85° · (g/mL)–1 · dm–1

Udførsel og apparaturfortegnelse – se vejledning

Forsøgsopstilling

Data

Standardopløsninger med sucrose opløst i vand

l = 2 dm

Koncentration g/mL 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

Vinkel (ax) grader 2,5 4,9 8 10,9 13,25 15,25

Side 4

Kemirapport Mandag d. 11/10/10

4

Dessertvin

l = 2 dm
a = -5,4^{o}

Sodavand

l = 2 dm
a = 11,9

Databehandling

Standardopløsninger med sucrose opløst i vand

Herunder har jeg udregnet den specifikke drejning for sucrose, med formlen beskrevet i teoriafsnittet. Mere interessant er det dog, at plotte vinklerne ind i et koordinatsystem, hvilket jeg gør på næste side.

o 2,5° / (0,02g/mL * 2dm) = 62,5° · (g/mL)–1 · dm–1

o 4,9° / (0,04g/mL * 2dm) = 61,25° · (g/mL)–1 · dm–1

o 8 °/ (0,06g/mL * 2dm) = 66,67° · (g/mL)–1 · dm–1

o 10,09° / (0,08g/mL * 2dm) = 63,07° · (g/mL)–1 · dm–1

o 13,25° / (0,10g/mL *2dm) = 66,25° · (g/mL)–1 · dm–1

o 15,25° / (0,12g/mL *2dm) =63,54° · (g/mL)–1 · dm–1

I koordinatsystemet har jeg afbildet målingerne fra standardopløsningerne med sucrose. Op ad y-aksen indsættes de aflæste vinkler, a, og de sammenhørende kendte værdier for c indsættes på x-aksen. Den bedste rette linje fremstilles.

Side 5

Kemirapport Mandag d. 11/10/10

5

Ud fra den bedste rette linjes ligning, kan jeg aflæse hældningskoefficienten til 131. Da l er lig 2

dividerer jeg 131 med 2 og får dermed en specifik drejning på 65,5^{o .} (g/mL)^{-1}^{.} dm^{-1}

Som nævnt i teoriafsnittet er databogens værdi for saccharoses specifikke drejning:

66,5 (g/mL)^{-1}^{.} dm^{-1}

o .

Jeg udregner den procentvise afvigelse således:

% = * 100

Beregnet værdi−Tabelværdi

Tabelværdi

Altså får jeg en afvigelse på, jeg undlader her at regne med enheder:

65,5−66,5

66,5

* 100 = 1,5%

Med en afvigelse af den størrelse kan jeg hermed bekræfte formodningen forud for fosøget:

Drejningsvinklen a af lysets polarisationsretning afhænger lineært af koncentrationen c af det opløste stof.

Sukkerindhold i dessertvin

Nu vil jeg beregne indholdet af sukker i dessertvin, ved at benytte mig af formlen i teoriafsnittet.

Invertsukkerets specifikke drejning udregnede jeg i teoriafsnittet, og denne skal jeg bruge, for at finde sukkerindholdet i vinen. Jeg har omskrevet formlen, så c er isoleret:

y = 131x - 0,0367
R² = 0,9953

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 0,05 0,1 0,15

Serie1

Lineær (Serie1)

Lineær (Serie1)

Side 6

Kemirapport Mandag d. 11/10/10

6

α =[α]^{25} * l * c ⬄ c = α / ([α]^{25} * l)

D D

c = -5,4° / (-19,85° · (g/mL)–1 · dm–1 * 2dm) = 0,1360g/mL

Omregnet til g/100 mL giver det: 0,1360 g/mL * 100 = 13,60 g/100mL

Ifølge varedeklarationen på dessertvinen er sukker indholdet 13,5g/100mL, hvilket er rigtig tæt på

vores resultat.

Den procentvise afvigelse er på:

((13,60g/100mL - 13,5g/100mL)/13,5g/100mL) * 100= 0,7 %

Da der er en rimelig høj usikkerhed omkring forsøget, er det ret usandsynligt at komme så tæt på resultatet. Måske er det netop måleusikkerheden, som har indspillet, og bragt os tættere på tabelværdien, end dataværdien ellers ville have været.

Sukkerindhold i sodavand

Med sucroses specifikke drejning kan vi også udregne sukkerkoncentrationen i sodavand. De dataer jeg bruger er opgivet i dataafsnittet ved sodavand. Jeg bruger samme formel som ovenover, og indsætter nu blot den specifikke drejning for sucrose i stedet for invertsukker:

c = 11,9° / 65,5° · (g/mL)–1 · dm–1 * 2dm = 0,0908g/mL = 9,08g/100mL

Varedeklarationen angiver, at sodavanden har et sukkerindhold på 10g/100mL

Den procentvise afvigelse er derfor på:

((9,08g/100mL – 10g/100mL)/10g/100mL) * 100 = 9,2%

Denne forholdsvis høje afvigelse kan skyldes, at den blanding vi puttede i prøverøret ikke var helt homogen, grundet at carbonsyre ikke er blevet helt afgasset fra sodavanden.

Fejlkilder og måleusikkerheder

Der er en høj måleusikkerhed ved forsøget, da det er rigtig svært at afmåle sukkeret af præcist.

Dertil var det også svært at aflæse den rigtige vinkel på polarmetret. Sidst er det også meget

Side 7

Kemirapport Mandag d. 11/10/10

7 besværligt at afgasse sodavanden fuldstændigt, så blandingen var nok ikke helt homogen, da den blev puttet i polarmetret

Konklusion

Jeg kan konkludere, at der er en proportionalitet mellem drejningsvinklen af polarisationsplanet og koncentrationen af sucrose. Denne konstatering gjorde det muligt, at beregne både dessertvins og sodavands sukkerindhold. Vi har opnået forholdsvis lave afvigelse, hvilket må betyde, at vores forsøg har været succesfulde – vores beregninger stemmer nogenlunde overens med tabelværdierne.