[분석화학실험] Exp 5. 비타민Vitamin C 실험 고찰

 Exp 5. 비타민Vitamin C

 

Vitamin C인 ascorbic acid는 산성 성질을 가지고 있다.

하지만 과일음료나 비타민 음료속의 ascorbic acid를 적정할 때 보통 산/염기 적정보다 산화/환원 적정법을 사용하는데...

비타민 C는 물에 녹으면 산성을 나타내며, 환원력이 강하다. 비타민 C가 환원제이다. 아스코르브산 구조(C6H8O6) 비타민 C의 분자 구조를 살펴보면, 엔다이올 기(-C(OH)=C(OH)-)가 있 어 그 수용액이 산성과 강한 환원력을 나타낸다는 것을 알 수 있다. L-ascorbic acid는 수용액(특히 고온)에서 dehydro-L-ascorbic acid로 쉽게 산화되며, 이러한 전환은 가역적이다.

아이오딘 용액은 센 환원제를 정량하는 데 사용되는 약한 산화제이다. 

아이오딘의 적정에서 감도가 높고 가역적인 지시약을 이용할 수 있다. 따라서 녹말을 지시약으로 쓴다.

특히 이런 지시약의 색깔 변화는 분서굴과 지시약의 화학적 구조 성질에 거의 의존하지 않고 적정 과정에서 생기는 전위 변화에 의존한다. ascorbic acid에서는 구조 변화가 거의 없고 . 적정에 의해 화 합물이 산화되거나 환원되어 색이 변하게 되므로 산화 환원 적정법을 이용한다.

 

요오드를 직접 적가하는 ascorbic acid를 적정하는 방법 (본 실험의 Titration method A) 대신 thiosulfate 표준용액을 이용하는 역적정법 (back-titration) (본 실험의 Titration method B)을 사용하는 이유

반응이 느려 적정을 직접 수행하기 애매한 경우, 당량점을 찾을 마땅한 지시약이 없는 경우 이러한 역적정이 주로 사용

 

 

<결과>

이 실험은 산화환원 적정법을 통해 아이오딘을 이용하여 비타민 음료수 속에 들어있는 비타민의 농도를 측정하고자 하는 시험이다.

아스코빅산은 triiodide ion(i3-) 빠르게 반응하는 mild환원제이다.

I2를 산화제로 사용하여 i-를 생성하는 직접 적정법과

아이오딘산 이온(io3-)을 아이오딘화 이온과 반응시켜 과량의 i3-를 생성하고 아스코브산과 반응시킨 다음 S2O3 2-로 과량의 i3-를 역적정하는 간접 아이오딘 적정법을 진행했다.

SMALL

산염기 적정법 아닌 산화환원 적정법 사용

아이오딘 용액으로 사용

i3-용액은 고체 i2를 ki용액에 녹여서 만든다. i2는 일차표준 물질이 될 정도로 순수하지만 무게를 다는 과정 중에 고체가 상댱량 승화하기 때문에 표준 물질로서 거의 사용하지 않는다. 그 대신 대략의 양을 신속히 달아 ki용액에 녹이고 이것을 na2s2o3 표준용액으로 표준화 한다.

 

 

녹말지시제 색변화

i2와 녹말이 만나면 i2-녹말 착화합물 형성하면서 푸른색을 띤다.

아스코빅 산이 있으면

A.a + i3- -> d,.a + 2i-

이 되며 무색을 띤다.

그러나 아스코빅 산이 다 산화되면 아스코빅산과 다 반응하지 못하고 남은 과량의 i3-가 녹말과 반응해 dark-blue 색을 띠는 화합물을 형성하게 된다.

 

 

아이오딘표준화 결과

 iodate(io3-)와 iodide(i-)의 반응으로 i2가 생성이 되고 표준 아이오딘 i2 용액을 이를 thiosulfate로 적정하면 갈색에서 옅은 노랑을 띤다

i-가 남아서 산화제인 i2-와 반응해 i3-가 생성되고 i3-가 thiosulfate와 반응하여 3i-생성해기 때문)

녹말을 넣으면 짙은 보라색을 띠는데 이는 녹말과 i3-가 만났기 때문이다.

여기에 추가적으로 thiosulfate를 넣어주면 색이 무색으로 바뀌고 적정을 완료할 수 있다.

i3-와 Thiosulfate가 다 만나 i3-가 소비될 때 까지 적정하다가 i3-가 다 소비하고 i-만 남으면 무색을 띤다.

따라서 Thiosulfate을 넣은 양을 알면 MV=MV식을 이용하여 아이오딘의 몰농도를 구하였다. 값은 0.0064이다.

 

아이오딘 적정법을 통한 비타민 정량분석

역적정에서

비타민을 넣고 아이오딘 용액을 과량으로 넣어주어 섞으면 과량의 요오드가 남는다. 이 반응은 느린 반응이므로 10분간 교반하는 것이다.

Thiosulfate 로 적정하면 옅은 노랑을 띤다 ( i3-가 thiosulfate와 반응하여 3i-생성해기 때문)

여기에 녹말을 넣으면 보라색을 띤다 이는 녹말과 i3-가 만났기 때문이다.

여기에 추가적으로 . thiosulfate를 넣어주면 색이 무색으로 바뀌고 적정을 완료할 수 있다.

역적정은 아이오딘을 과량으로 넣어준 것이므로 총 넣어준 아이오딘 에서 thiosulfate와 반응한 아이오딘을  빼주면 비타민과 반응한 아이온딘 몰 수 를 구할 수 있다..

 

 

 

직접적정에서

비타민에 녹말을 떨구고 ..계속 무색유지.

여기에 표준화한 아이오딘 용액으로 적정하면.. 색이 다크 블루가 될 때 종말점이다.

아스코빅산과 i2가 계”속 반응하다가,,, 종말점에서 들어간 아이오딘 한방울로 인하여 색변화가 나타난 것이다. 즉 색변화는 과량의 아이오딘 i2가 녹말과 반응한 결과이다.

따라서 넣어준 아이오딘 양을 계산하면 반응한 비타민 양을 구할 수 있다.

 

 

직접적정과 역적정 결과 비교 및 고찰

분산과 표준편차는 역적정으로 한 값이 직접적정보다 더 컸다. 값이 일정하게 유지되독록 나오는 것은 직접적정이다.

상대오차는 둘다 8-15퍼센트 정도로 작은편이었다.

 

요오드는 산화제호 비교적 강한 환원제를 적정하는 데 사용한다. 다른 한편, 요오드는 이온은 약한 환원제로 아주 강한 산화제를 분석하는 데 사용된다. 직접법(요오디메트리) 요오드로 직접 적정할 수 있을 만큼 강한 환원력을 갖는 물질 중에서 중요한 것은 티오황산, 등이다. 이들 물질 중에는 환원력이 수소이온농도에 따라 변 화하는 것이 있으며, pH의 조정이 적절한 경우에 한해서 요오드와의 반응 이 정양적으로 된다.

요오드는 아주 조금 밖에 물에 녹지 않으나, 요오드화이온을 포함하는 용액에 대해서는 극히 잘 녹는다. 요오드는 요오드화이온과 결함하여 삼요오 드화 착이온을 형성한다.

I2 + I- I3- 요오드의 용해도를 증가해게 하고, 휘발성을 감소시키기 위하여 과량의 KI 첨가한다. 요오드는 물 속에서 가수분해하여 요오드화수소산과 하이포요오드산을 생 성한다.

 I2 + H2O HIO + H+ + I-

적정은 알칼리성이 강한 용액 속에서 이루어지게 하면 안 되며, 요오드의 표준용액은 갈색병 속에 저장하고 일광에 의해서 HIO가 분해하는 것을 막지 않으면 안된다.

2HIO 2H+ + 2I- + O2(g)

하이포요오드산은 또한 염기성 용액 속에서 요오드산으로 바뀐다.

3HIO + 3OH- 2I- + IO3- + 3H20

 

요오드적정은 가장 보통 수행하는 방법은 녹밀용액을 사용하는 것이다. 왜냐하면 녹말-요오드착물의 짙은 파란색이 요 오드에 대한 극히 예민한 검출법을 주기 때문이다.

그 감도는 중성용액보다 는 미산성용액 속에서 높다.

또 그 감도는 요오드화이온이 존재하더라도 높게 된다. 녹말용액은 박테리아에 의해서 쉽게 분헤되며, 살균 또는 방부제의 첨가 에 의해서 분해속도를 늦출 수가 있다.

녹말의 가수분해나 응고를 촉진하는 조건을 피히지 않으면 안된다. 지시약의 감도는 온도의 증가와 더불어 감소한다.

 

간접법(요오드메트리) 요오드이온은 약한 환원제이며, 강한 산화제를 환원시킨다. 그런 편리 한 시각 지사약이 없고, 반응의 속도가 느린 등의 여러 가지 조건 때문에 직 접적정에 사용되지는 않는다. 과량의 요오드염을 산화제용액에 첨가하면, I2 가 존재하는 산화제와 같은 양 만큼 생성죈다. 그러므로 여기서 I2 는 환원제로서 적정이 가능하며, 결 과는 산화제를 직접 적정한 것과 같다. 적정시약으로는 티오황선나트륨을 사 용한다. 이런 방법으로 산화제를 정량하는 것을 간접 요오드적정법이라 한다 .

 

이 적정법의 종말점은 녹말 용액으로 측정한다. 파란색의 I2녹말색의 소 멸로 종말점을 감지한다. 녹말은 요오드의 농도가 높은 적정의 시간에 가해 서는 안된다. 반대로, 지시약은 희석된 요오드의 색이 옅은 노란색으로 변하 는 종말점 근처에서 가한다.

이렇게 하는 데는 두가지 이유가 있다.

첫째는, 요오드-녹말의 착염이 천천히 해리하므로, 다량의 요오드가 녹말에 흡수되어 있으면 종말점이 학산된다.

둘째 이유는 , 대부분의 이 분석이 강한 산성용 액에서 이루어이므로 녹말은 강산성에서 가수분해하는 성질이있다. 산성용액 을 사용하는 이유는 많은 산화제와 요오드이온간외 반응이 산성도에 의해 증진되기 때문이다.

그러므로, 예를 들어 2MnO4- + 10I- + 16H+ 5I2 + 2Mn2+ + 8H2O H2O2 + 2I- + 2H+ I2 + 2H2O 등이다. 반응은 빨리 진행되어 공기 중의 산소에 의한 요오드이온의 산화가 최소 화되어야 한다. 교반은 충분하게 해주어 부분적으로 티오황산이 과량으로 있 게 하지 말아야 한다. 왜냐하면, 이것은 산성용액에서 분해하기 때문이다. S2O32- +2H+ H2SO3 + S 이와같은 반응은 용액을 흐리게 AKSE,는 콜로이드성의 황의 존재로 확인한 다.

간잡 요오드적덩법에서, 과양의 요오드이온을 텀가하면 반응이 증진된 다. 반응하지 않은 요오드이온은 방해하지 않으며, 반응이 즉시 이루어지지 않으면 공기에 의해 산화된다. 티오황산나트륨은 K2Cr2O7, KIO3, KBrO3 또는 금속구리 등과 같은 순수 한 산화제에 의해 표정된다. 중크롬산칼륨으로는, 반응에서 생성되는 짙은 녹색의 크롬이온으로 인해 요오드-녹말의 종말점을 잘 알기 어렵다. 구리 (Ⅱ)을 이 방법으로 정량할 때, 티오사안산이온을 첨가하지 않는 한 종말점 이 확산된다.

그러나 요오드는 요오드 구리침전의 표면에 흡착되고, 티오황 산과의 반응이 천천히 일어난다. 티오시안산은 침전에 CuSCN으로 막을 형 성하고, 표면의 요오드와 교한된다. 티오시안산칼륨은 그것이 요오드에 의해 산화되어 항산이 되므로 반응의 종말점 근처에서 가해져야 된다. pH는 완충 액으로 3으로 조절한다.

너무 높으면, 구리(Ⅱ)는 가수분해하여 수산화구리 로 침전된다.

 너무 낮으면, 요오드이온의 공기산하가 촉진된다. 왜냐하 면, 구리가 이 반응을 촉매하기 때문이다. 구리를 질산에 녹일 때, 질소산화 물들이 생성된다. 이 산화물들이 요오드이온을 산화하나, 우레아의 첨가로제 거할 수 있다