Ethanol in Getränken - qualitativer Nachweis und...

Ethanol in Getränken

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Ethanol in Getränken - qualitativer Nachweis und quantitativeBestimmung

In Spirituosen, die außer Ethanol und Wasser nur unbedeutende Mengen an Begleitstoffen (Aromastoffe)enthalten und wasserhell sind, kann der Alkoholgehalt hinreichend genau durch einfache Bestimmung miteinem Aräometer erfolgen. Für Wein, Bier, Liköre und andere Getränke ist diese Methode nicht gangbar, dadie Begleitstoffe die Dichte beeinflussen. Hier ist zuvor die Abtrennung des Ethanols durch Destillationerforderlich. Die im Folgenden beschriebene Methode ist an die Vorschrift der europäischen Pharmakopöeangelehnt. Zum qualitativen Nachweis des Ethanols im Destillat ist die Iodoformreaktion am besten geeignetund - wie hier gezeigt wird - erstaunlich empfindlich.

Material/Geräte:

Rundkolben 100 und 250 ml, Destillierbrücke mit Tropfenfänger nach Arzneibuch, Kugelkühler,Erlenmeyerkolben 50 und 100 ml, Becherglas 300 ml, Messzylinder 25 und 50 ml, Messzylinder 50 ml,Pyknometer 10 ml, Thermometer, AnalysenwaageStativmaterial, Brenner, Reagenzgläser, Messzylinder 5 ml, Tropfpipette

Chemikalien:

Lugol’sche Lösung nach Ph.Eur. (2 g Iod + 4 g Kaliumiodid in 100 ml Wasser) (C, Xn)

Natronlauge 1 N (C)

Versuchsdurchführung:

Bestimmung des Ethanolgehaltes:

Man baut eine Destillationsapparatur auf, die aus folgenden Teilen besteht:-einem Destillierkolben von 100-250 ml Inhalt der einige Siedeperlen enthält-einer ansteigenden Destillierbrücke, die mit einem Tropfenfänger beginnt und in einem Schliffkonus endet-einem Kugelkühler, der mit einer Schliffhülse senkrecht unter der Destillierbrücke angeschlossen wird undunten in einem geraden Rohr endetUnter den Kühler stellt man einen Erlenmeyerkolben von 50-100 ml (je nach Menge des aufzufangendenDestillates, siehe weiter unten), der seinerseits in ein großes Becherglas mit kaltem Wasser gestellt wird.

Der Rundkolben wird mit dem Destillationsgut und Kochsalz beschickt, dabei werden auf 100 ml Flüssigkeit25-30 g Salz zugegeben, dann wird zügig destilliert. Je nach Ethanolgehalt des Untersuchungsgutes werdenfolgende Mengen eingesetzt:-bei einem Ethanolgehalt von mehr als 10 % wird das Analysengut so mit Wasser zu 50 ml verdünnt, dassein Ethanolgehalt von 5-10% resultiert (z.B. 20 ml + 30 ml Wasser) und 10-15 g Salz zugefügt. -bei einem Gehalt von unter 10 % Ethanol werden 50 ml des Untersuchungsgutes (bei weniger als 5% 100ml) unverdünnt unter Zusatz von 20-30 Gewichts% Salz destilliertEs werden 20-24 ml aufgefangen, was etwa 15 Minuten benötigt. Das Destillat wird auf 20 °C temperiert (mitThermometer kontrollieren!) und im Messkolben mit Wasser auf 25,0 ml verdünnt (Vorlage nachspülen). DieDichte dieser Verdünnung wird wie unten angegeben bestimmt. Um zu verhindern, dass versehentlich mehrals 25 ml aufgefangen werden, bringt man auf der Vorlage eine Markierung an. Sollte doch mehrüberdestilliert sein, so bestimmt man das Volumen des Destillates in einem Messzylinder.

Die Dichte ermittelt man mit Hilfe eines Pyknometers. Dabei muss genau auf die Temperatur geachtetwerden (Raumtemperatur!). Das Gerät wird zunächst leer auf der analytischen Waage austariert. Dann fülltman es mit destilliertem Wasser von 20°C und ermittelt das Gewicht des Wassers. Das Volumen desPyknometers errechnet sich nach:

V = m

Artikel im Web: http://illumina-chemie.de/ethanol-in-getraenken-t3896.html

Copyright illumina-chemie.de, Autor: lemmi, Geschrieben am 17.11.2014 1 von 8


Wasser : (0,9982-0.0012) = mWasser : 0,997

Darin ist 0,9982 die Dichte des Wassers bei 20 °C und 0,0012 der Luftauftrieb.Nun leert man das Pyknometer möglichst vollständig, spült es mit einem Milliliter des zu bestimmendesDestillates aus, füllt es dann mit dem Destillat und wiegt erneut. Die Dichte (ρ20°C) errechnet sich, indemman das Gewicht der Flüssigkeit durch das Volumen des Pyknometers teilt. (Für sehr genaue Bestimmungenmuss zusätzlich der Luftauftrieb (0,0012 abgezogen werden, was im Arzneibuch nicht vorgesehen ist). Ausder Dichte ergibt sich unter Zuhilfenahme einer Tabelle (Anhang zum Arzneibuch) direkt der Alkoholgehaltdes Destillats. Dieser wird dann auf die Ausgangsmenge des Analysengutes umgerechnet

Versuchsergebnisse:

Das von mir verwendete 10 ml-Pyknometer fasst bei 20 °C 10,532 g Wasser, hat also einen Rauminhalt von10,564 ml.

1.20 ml Kirschlikör (aus Eigenansatz) wurden mit 30 ml Wasser verdünnt und unter Zugabe von 15 g Salzetwas mehr als 20 ml abdestilliert. Das Destillat wurde zu 25,0 ml ergänzt und im Pyknometer ausgewogen.Das Gewicht von 10,309 g ergibt eine Dichte von 0,9759, was einem Ethanolgehalt von 17,6 Volumenprozententspricht. Der Likör enthält daher (17,6 x 25/20 ) 22,3 Vol-% Alkohol.2.80 ml Holundersekt wurden unter Zusatz von 25 g Salz destilliert (Sekt u.a. kohlendioxidhaltige Getränkemüssen zuvor einen Tag offen stehen gelassen und filtriert werden, damit die Kohlensäure größtenteilsentweicht). Es wurden knapp 25 ml Destillat aufgefangen und zu 25,0 ml ergänzt. Im Pyknometer gewogen,fand ich 10,22 g, Das ergibt eine Dichte von 0,9674, mithin 25,6 Volumenprozent Ethanol im Destillat, wasauf 100 ml Ausgangssubstanz hochgerechnet einem Alkoholgehalt von 8 % entspricht.3.Von dem untersuchten Holundersekt wurden 37 ml mit Wasser auf 100 ml verdünnt (Gesamtmenge anEthanol: 2,96 ml), mit 30 g Salz versetzt und etwas über 20 ml abdestilliert. Das Destillat wurde auf 25,0 mlaufgefüllt und die Dichte bestimmt. Sie lag bei 0,9823 (12 Volumenprozent Ethanol), was einer Alkoholmengevon 3 ml im Destillat entspricht. Die Ausbeute betrug bei diesem Vorgehen also 101 %.

Ethanolnachweis mit der Iodoformprobe:

Um den Ethanol in dem erhaltenen Destillat qualitativ nachzuweisen, gibt man 5 ml davon in einReagenzglas und versetzt zuerst (!) mit 1 ml Natronlauge 1 N und gibt danach 15 Tropfen Lugol‘sche Lösungzu. Man lässt, ohne zu erwärmen (!), für 5-20 Minuten stehen. Bei Anwesenheit von Ethanol bildet sich einegelbweiße Trübung von Iodoform, das sich als feiner Niederschlag am Boden des Reagenzglases absetzt.

Die Reaktion kann in Gegenwart von Aceton, Acetaldehyd, oder flüchtigen Karbonsäuren (z.B. Essigsäure)falsch positiv ausfallen. Die Störung durch Säuren kann beseitigt werden, indem man das Analysengut vorder Destillation mit Natronlauge leicht alkalisch macht.

Versuchsergebnisse:

1.Die Probelösung muss zuerst mit NaOH alkalisch gemacht werden, bevor man die Iodlösung zugibt.Verfährt man umgekehrt, so bleibt die Iodoformbildung aus.2.Die Reaktionsmischung darf nicht erwärmt werden, da sich sonst kein Iodoformniederschlag bildet.Gebildete Niederschläge lösen sich beim Erwärmen auf.3.Die verwendete Lugol’sche Lösung wird am besten frisch angesetzt, da der Gehalt während derAufbewahrung abnimmt. Bei zu niedriger Iodkonzentration der Lösung ist der Reaktionsausfall unsicher.

Die Iodoformprobe in der angegebenen Form ist erstaunlich empfindlich. Mit einer Lösung von 1 % Ethanol inWasser erhält man nach 15 Minuten noch eine deutlich positive Reaktion.




Entsorgung:

Die Reste werden mit dem Abwasser entsorgt.

Erklärungen:

Die Gehaltsbestimmung über die Dichte des Destillats einer ethanolhaltigen Flüssigkeit ist eine seit über 100Jahren etablierte Methode. Das hier beschriebene Vorgehen weicht von der Arzneibuchvorschrift dadurch ab,dass Kochsalz zugefügt wird. Dadurch kann die Menge des Destillats verringert und das Verfahrenbeschleunigt werden. Außerdem verhindert das Salz ein allzu starkes Schäumen der Flüssigkeit. In derPharmazie enthalten die zu untersuchenden Lösungen gelegentlich signifikante Mengen andererwasserdampfflüchtiger Stoffe (Essigsäure, ätherische Öle), welche die Dichte des Destillats verfälschenkönnen und vorher aus der Analysensubstanz abgetrennt (etherische Öle werden ausgesalzen und mitPetrolether ausgeschüttelt) oder neutralisiert werden (flüchtige Säuren). Die Destillation kann natürlichprinzipiell auch an einem normalen, absteigenden Kühler vorgenommen werden. Die hier verwendeteansteigende Destillierbrücke mit Tropfenfänger hat den Vorteil, dass eine Verunreinigung des Destillats beimStoßen oder Schäumen des Kolbeninhalts weitgehend verhindert wird.

Die verschiedenen Definitionen der Dichte führen leicht zu Verwirrung. Die absolute Dichte wird als Quotientvon Masse und Volumen nach dem SI-System in der Einheit kg/m-3 angegeben und mit dem griechischenBuchstaben ρ (rho) bezeichnet. Da sie stark temperaturabhängig ist, wird die Messtemperatur alsIndex angegeben, so bezeichnet ρ20 die Dichte bei 20 °C. Unter relativer Dichte, die mit demlateinischen Buchstaben d bezeichnet wird, versteht man den Quotienten zwischen der Masse der Substanzund der Masse eines gleichen Volumens Wasser. Relative Dichten werden mit dem Pyknometer bestimmt,wobei der Rauminhalt nicht genau bekannt zu sein braucht. In der Regel wiegt man sowohl die Substanz alsauch das Wasser bei 20 °C und gibt die Dichte als d20

20 an. Das Wasser kann aber auch bei 4 °C gewogenwerden, die relative Dichte wird dann als d4

20 bezeichnet. Die Beziehung zwischen (absoluter) Dichte ρ20 und relativer Dichte d20

20, ist durch die Dichte desWassers bei 20 °C gegeben:

ρ20 = 0,9982 x d2020

Die detaillierten Ethanoltabellen der Arzneibücher – bis auf die 4.oder 5. Stelle hinter dem Komma –beziehen sich auf die absolute Dichte. Wird diese mit einem Pyknometer bestimmt, so ist bei derVolumenbestimmung wie oben beschrieben der Luftauftrieb (0,0012) in Rechnung zu stellen. Ganz exaktwird die absolute Dichte folgendermaßen berechnet:

ρ20 = mS / m Wasser x (0,9982-0,0012) + 0,0012

Worin mS die Masse der Substanz ist, (0,9982-0,0012) die Dichte des Wassers, vermindert um die mittlereLuftdichte und +0,0012 ebenfalls die Dichte der Luft, da das Pyknometer in ihr einen Auftrieb erfährt. DurchVernachlässigen der letzteren Korrektur in der Pharmakopöe werden die Dichtewerte in der 3. Dezimalstelleum eine Einheit zu niedrig gefunden, was in dem hier interessierenden Bereich immerhin eine Schwankungdes Ethanolgehaltes um 1 % (absolut) ausmacht. Beispiel:

Dichte unkorrigiert = 0,9759 entspricht 17,8 Vol% EthanolDichte korrigiert = 0,9771 entspricht 16,7 Vol% Ethanol

Die Iodoformbildung verläuft folgendermaßen:




Das ausgeschiedene Iodoform ist besonders gut zu erkennen, wenn man den Niederschlag absitzen lässtund gegen einen dunklen Untergrund beobachtet. Es besitzt einen charakteristischen Geruch („nachZahnarzt“) und wurde als Lokalantiseptikum verwendet. Der Geruch ist dermaßen anhaftend, dass zufrüheren Zeiten in den Apotheken spezielle Waagen, Reibschalen, Löffel und Pillenbretter bereitstanden, diemit der Aufschrift „Jodoform“ gekennzeichnet waren, und in denen die Substanz ausschließlich verarbeitetwerden durfte.

Literatur:

Bamann E, Ullmann E: Chemische Untersuchung von Arzneigemischen, Arzneispezialitäten und Giftstoffen;Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart 1960Deutsches Arzneibuch, 7.Ausgabe 1968; Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart 1968Hartke – Mutschler (Hrsg.): DAB 9 Kommentar; Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart 1987, Bd 1.ISBN 3-8047-0904-4Küster-Thiel: Rechentafeln für die chemische Analytik 102. Auflage; Walter de Gruyter - Berlin, New York1982; ISBN 3-11-006653-X

Bilder:




Das Analysengut

Destilliervorrichtung mit Destillationsbrücke und Tropfenfänger




Der Tropfenfänger im Detail

Auswiegen des gefüllten Pyknometers




positive Iodoformprobe

Empfindlichkeit der IodoformreaktionDie Verdünnungsreihe enthält 20, 10, 5, 2,5 und 1% Ethanol in der Ausgangsprobe, ganz rechts der Leerwert




Iodoformwaage



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