קביעת קבוצות פונקציונליות קרבוניל Bio-שמנים ידי טיטרציה פוטנציומטריים: שיטת Faix

בעוד שמנים ביו פירוליזה מורכבים מגוון גדול של תרכובות קבוצות פונקציונליות כימיות, כימות של קבוצות קרבוניל חשובה במיוחד. קרבונילים ידועים להיות אחראי על חוסר היציבות של שמן ביו במהלך כאחסון ¹ ועיבוד ^2. שיטת טיטרציה המוצגת כאן היא טכניקה פשוטה שיכול לכמת את התוכן קרבוניל הכולל מהימן של שמנים ביו. רק קבוצות פונקציונליות אלדהיד ו קיטון הם לכמת בשיטה זו; קבוצות חומצה קרבוקסילית lactone אינם לכמת.

באשר לניתוח-שמני ביו, כימות של קבוצות קרבוניל ידי טיטרציה הושגה באופן מסורתי בשיטת Nicolaides ^3. שיטה זו כבר בשימוש נפוץ בספרות ביו-שמן ^{4, 5, 6, 7.} זההליך פשוט שבו קרבונילים מומרים אוקסים המקבילים (ראה איור 1). ה- HCL המשוחררת מגיבה עם פירידין לכפות על שיווי המשקל עד להשלמתו. החומצה המצומד של פירידין הוא טיטרציה עם כמות ידועה של NaOH (בסיס titrant). מספר ושווי של NaOH בשימוש הוא stoichiometrically שווה שומות של ההווה קרבוניל הביו-שמן.

שיטת Nicolaides, לעומת זאת, יש מספר מגבלות. זה יכול לדרוש זמני תגובה העולה על 48 שעות כדי להגיע לשלמות. זה מגביל קשות תפוקה מדגמת. הוא מנצל פירידין, שהוא רעיל. משקולות לדוגמא של 1 עד 2 גרם נדרשים. משקל המדגם הוא תלוי בכמות של ההווה HCl hydroxylamine והתוכן קרבוניל של המדגם. אם אומדן ראשוני של משקל המדגם המשמש אינם נכונים, טיטרציה יש צורך לחזור.

Faix et al. ⁸ פיתחו שיטה ששונה here כדי לטפל בבעיות של השיטה Nicolaides. התגובה מתבצעת על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות, ובכך להגדיל את התפוקה המדגם. פירידין הוחלף triethanolamine, שהוא כימיקל רעיל פחות. גודל המדגם, ניתן להפחית עד 100 עד 150 מ"ג. Triethanolamine צורכת את HCl המשוחררת, נהיגת התגובה להשלמה triethanolamine שתתה רק היא טיטרציה ישירות. טיטרציה משני של hydroxylamine הוא מיותר. השוואת שיטות טיטרציה אלה הראתה כי שיטת Nicolaides מזלזלת באופן משמעותי תוכן קרבוניל של ⁹ שמנים ביו.

השיטה המתוארת כאן יש הבדל בין השיטה המקורית ⁸ לחול יותר לניתוח-שמנים ביו פירוליזה. שיטה זו פותחה עבור הניתוח-שמנים ביו פירוליזה הגלם, אבל זה כבר מיושם בהצלחה סוגים אחרים של שמנים הנגזר ביומסה, כולל שמני ביו hydrotreated. Additionally, בשיטה זו נעשה שימוש כדי לעקוב אחר שינויים בתוכן קרבוניל במהלך ההזדקנות ושדרוג שניהם.

זהירות: נא לבדוק את כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני תחילת. אתנול הוא דליק. כל נהלי הטיפול הכימיים שצריכים להיות אחריו, כמו גם את כל הפסולת החלימה נהלים הפנויים וטיפול.

1. פתרונות מגיבים

1. הכן את הפתרון hydrochloride hydroxylamine (פתרון א): להוסיף 7.7 גרם של hydrochloride hydroxylamine ו -50 מ"ל מים ללא יונים בבקבוק נפח 250 מ"ל. כאשר כל המוצקים יש מומס, לדלל לציון עם אתנול. התוצאה היא פתרון הידרוכלוריד 0.55 M hydroxylamine ב 80% (V / V) אתנול.
2. הכן את הפתרון triethanolamine (פתרון B): להוסיף 17.4 מ"ל של triethanolamine בבקבוק נפח מ"ל 250. הוסף 10 מ"ל של מים, ולאחר מכן לדלל עומד על הגובה עם אתנול. אתנול 95% יכול לשמש גם אם תוספת של מים הוא דילג. התוצאה היא פתרון 0.48 M triethanolamine ב 96% (V / V) אתנול
3. הכן את חומצה הידרוכלוריתפִּתָרוֹן. כך או לרכוש 0.1 N פתרון או להכין באמצעות 10 מ"ל מרוכז HCl ומים L 1.

2. דגימה ביו-שמן וטיפול

1. ודא המדגם שמן הוא בטמפרטורת החדר לפני נסיגה מדגם. ביסודיות homogenize (תערובת ידי ניעור בחוזקה במשך לפחות דקה 1, ובדוק את המדגם כדי להבטיח שהוא הומוגנית. חלק שמני ביו עשויים לדרוש יותר פעמים רועדות) ביו-שמן כדי להשיג מדגם מייצג.
2. למדגם ביו-שמן, השתמש 100 עד 150 מ"ג של שמן ביו.
3. מזעור חשיפה לחמצן חום כדי למנוע מדגם שפל לפני הניתוח.

3. נוהל אנליטית

1. תקינה של פתרון המאגר
   1. ניקוי Na ₂ CO ₃ סטנדרט ראשוני בתנור על 105 מעלות צלזיוס למשך הלילה כדי להבטיח מדגם יבש. אפשר Na ₂ CO ₃ להתקרר לטמפרטורת החדר לפני השקילה.
   2. לשקול 100 עד 150 מ"גשל סודיום קרבונט לכלי טיטרציה, להקליט את המשקל בפועל, להוסיף סרגל מערבבים ומוסיפים מספיק מים כדי לכסות את הנורה וצומת אלקטרודת pH.
   3. מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום. נקודת הסיום מוגדר נקודת הפיתול על עקומת טיטרציה.
   4. חזור על התהליך פעמיים כדי להשיג שלוש נקודות.
   5. השתמש הממוצע כמתח נורמליות של פתרון החומצה.
2. הכנה ריקה טיטרציה
   1. תמורת כרטיס: להוסיף sulfoxide דימתיל 0.5 מ"ל (DMSO) כדי בקבוקון 5 מ"ל עם שבשבת ספין.
   2. להוסיף 2 פתרון hydrochloride hydroxylamine מ"ל (פתרון).
   3. להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ"ל (ב פתרון).
   4. חום שווי בחוזקה, מקום שחומם מראש (80 ° C)בלוק אה או באמבט מים ומערבבים במשך 2 שעות.
   5. לכייל עם פתרון חומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה, ואת נקודת סיום שיא.
   6. לקבלת בלנק B: אם חומצה מינרלית חשוד להיות נוכח המדגם, להוסיף 0.5 מ"ל DMSO 5 מ"ל בקבוקון עם שבשבת ספין.
   7. להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ"ל (ב פתרון).
   8. שווי בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות.
   9. מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום.
   10. שלוש פעמים יש לחזור על התהליך כדי להשיג שלוש נקודות.
3. אימות של שיטת שימוש קרבוניל ידוע
   1. לשקול ~ 100 מ"ג של 4- (benzyloxy) benzaldehyde (4-BBA) כדי בקבוקון 5 מ"ל, להקליט את המשקל בפועל, להוסיף שבשבת ספין.
   2. הוסף 0.5 מ"ל DMSO.
   3. לְהִתְמוֹסֵסהמדגם בתמיסה hydrochloride hydroxylamine 2 מ"ל (פתרון).
   4. להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ"ל (ב פתרון).
   5. סגור את המכסה בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות.
   6. מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום.
   7. חזור על התהליך שלוש פעמים, כדי להשיג שלוש נקודות.
4. ניתוח של שמן ביו שימוש בשיטה
   1. לשקול קרוב ל -100 מ"ג של שמן ביו 5 הבקבוקון מ"ל, להקליט את המשקל בפועל ולהוסיף שבשבת ספין.
   2. הוסף 0.5 מ"ל DMSO.
   3. ממס את הדגימה בתמיסת hydrochloride hydroxylamine 2 מיליליטר (פתרון).
   4. להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ"ל (ב פתרון).
   5. סגור את המכסה בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות.
   6. ה העברהמדגם E לכלי טיטרציה, שטיפת בקבוקון תגובה מספר פעמים בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום.
   7. חזור על התהליך שלוש פעמים, כדי להשיג שלוש נקודות.
   8. C בלנק: אם חומצה מינרלית חשוד להיות נוכח המדגם, שוקל קרוב ל -100 מ"ג של ביו-שמן לתוך בקבוקון 5 מ"ל, להקליט את משקל ולהוסיף שבשבת ספין.
   9. הוסף 0.5 מ"ל DMSO.
   10. להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ"ל (ב פתרון).
   11. שווי בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות.
   12. מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום.
   13. שלוש פעמים יש לחזור על התהליך כדי להשיג שלוש נקודות.

4. חישובים

1. תקינה של פתרון המאגר
   1. חשב את הריכוז של תמיסת חומצה (mol / L) באמצעות המשוואה הבאה. משקלו של סודיום קרבונט יבש בגרמים הוא w _1, טוהר כתוב כשבר (כלומר, 99% הוא 0.99), ואת נקודת הסיום נמצאת מ"ל.
      
2. אימות של שיטת שימוש קרבוניל ידוע
   1. חשב את הריכוז של 4BBA (mol / L) במדגם באמצעות המשוואה הבאה. משקלו של ה- 4BBA בגרמים הוא w _2, טוהר 4BBA כתוב כשבר (כלומר, 99% הוא 0.99), את הריכוז של תמיסת חומצה (mol / L) הוא [חומצה], את triethanolamine / hydroxylamine • HCl נקודת הסיום ריק הוא EP _ראשון (הערך הממוצע של שלושה כדורי סרק, ב מ"ל), ואת נקודת הסיום היא EP (ב מ"ל). <br />
3. ניתוח של ביו-שמן
   1. חשב את הריכוז של קרבונילים ביו-שמנים [CO] (mmol / g-ביו שמן) באמצעות המשוואה הבאה. משקלו של ביו שמן בגרמים הוא w _3, ריכוז של פתרון חומצה (mol / L) הוא [חומצה], את triethanolamine / hydroxylamine • נקודות קצה ריק HCl הוא EP _ראשון (הערך הממוצע של שלושה כדורי סרק מ"ל) , ואת נקודת הסיום היא EP (ב מ"ל).
      
4. תיקון חומצה
   הערה: הנוכחות של חומצות מינרליים או חומצות אורגניות עם pKa <2 יכולה לגרום ערכים קרבוניל נמוכים באופן מלאכותי בשל התגובה של החומצה עם triethanolamine.
   1. אם זה על פי החשד, לבצע את החסר כמפורט בסעיפים 3.2.6 ו 3.4.8. המשקל של שמן ביו במדגם בגרמים הואw _3, EP הוא נקודת הסיום של המדגם ו- EP _ראשון הוא ריק triethanolamine / hydroxylamine. EP _BB הוא נקודת הסיום של B בלנק, EP _לפנה"ס הוא נקודת הסיום של C בלנק משקל (גרם) של שמן משומש ב- C בלנק הוא w _לפנה"ס:
      
      לקבלת דוגמיות ביו-שמן המכילים חומצה אצטית בעיקר, זהו צעד מיותר.

עקומת טיטרציה טיפוסית מורכבת באותה עמדת קצה, כפי שמוצגת באיור 2. titrations האופיינית הוא מדגם ביו-שמן גלם, טיטרציה ריקה, מוצג. כנקודת הסיום טמון בנקודת הפיתול בעקום טיטרציה; ניתן לזהות את נקודת הסיום בקלות על ידי התוויית בנגזרת הראשונה של עקומת טיטרציה (מוצגת על הציר הימני, dpH / DV, באיור 2). יש מערכות טיטרציה אוטומטית רבים תוכנה המחשבת הנגזרת של עקומת טיטרציה, אשר מכונה לעיתים הקריטריונים להכרה נקודות קצה כמו (ERC).

איור 1: תגובת Oximation. סכמטי תגובה מראה את ההמרה של תרכובת קרבוניל אל אוקסים המקבילים.

Iles / ftp_upload / 55,165 / 55165fig2.jpg "/>
איור 2: דוגמה ועקומות טיטרציה בלנק. עקומות טיטרציה נציג עבור ביו שמן פירוליזה גלם, טיטרציה ריקה. נגזר קודם עקומות טיטרציה, dpH / DV, מוצגים גם. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

החוקרים אין לי מה לחשוף.