Харчова добавка Тіосульфат натрію Е 539

Міністерство освіти і науки України

Державний вищий навчальний заклад

«Український державний хіміко-технологічний університет»

Факультет ТНР

Кафедра аналітичної хімії

Курсова робота

з дисципліни «Хімія, технологія та фізико-хімічні методи дослідження харчових добавок та косметичних засобів»

на тему: Харчова добавка Тіосульфат натрію Е 539

РЕФЕРАТ

КЛЮЧОВІ СЛОВА: ТІОСУЛЬФАТ НАТРІЮ, ТІОСУЛЬФАТИ, ВЛАСТИВОСТІ, ОДЕРЖАННЯ, ВИЯВЛЕННЯ, МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ, ТОКСИЧНА ДІЯ, ЗАСТОСУВАННЯ.

Об’єкт розроблення: Харчова добавка Е-539 Тіосульфат натрію. Антиоксидант, консервант, стабілізатор, комплексоутворювач, поліпшувач борошна та хліба.

Мета роботи: Дослідження та аналіз існуючих методів виявлення та визначення харчової добавки Тіосульфат натрію, описаних в національних та міжнародних літературних джерелах, з’ясування перспективних напрямків розвитку методів дослідження, підготовка матеріалу для науково-дослідницької роботи по визначенню тіосульфату натрію в продуктах харчування.

В основній частині записки розглядаються особливості будови тіосульфату натрію, його основні фізичні та хімічні властивості, методи одержання, розділення та якісного виявлення тіосульфату натрію, його застосування в харчовій промисловості, косметичних та лікарських засобах, санітарно-гігієнічні норми на вміст тіосульфату натрію в продуктах харчування. Докладно висвітлюються основні методи контролю досліджуваної харчової добавки, методи аналізу.

Наводиться список використаної літератури, а також додатки – ГОСТ на визначення тіосульфату натрію в йодованій солі та Наказ Міністерства охорони здоров’я України «Про затвердження Санітарних правил і норм по застосуванню харчових добавок».

ВСТУП

Тіосульфат натрію класифікований за міжнародною класификацією Кодекс Аліментаріус JECFA - об'єднаного комітету з харчових добавок ФАО/ВООЗ як «харчова добавка Е-539 Тіосульфат натрію (гіпосульфіт)» з технологічними функціями «антиоксидант, комплексоутворювач, стабілізатор, поліпшувач якості борошна та хліба». Дана речовина також широко використовується в лікувальних та лікувально-косметичних засобах завдяки своїм високим протизапальним, десенсибілізуючим та антитоксичним властивостям. Але так як тіосульфат натрію є джерелом сірчистого ангідриду, його використання чітко нормується, а вміст а продуктах харчування регламентується державними стандартами та санітарно-гігієнічними нормами. Для підвищення якості та експресивності виявлення та кількісного визначення тіосульфату натрію в продуктах харчування та косметичних засобах проводяться дослідження з метою розробки нових методик та найкращих умов визначення харчової добавки Е-539. На сьогодні розроблено багато різноманітних методів визначення, але більшість з них не є селективними або потребують тривалої пробопідготовки і є довготривалими, трудомісткими та коштовними.

Зараз все більшої популярності набувають фізико-хімічні методи визначення вмісту речовини, так як вони більш експресивні, дозволяють досягти більшої точності та відтворюваності результатів. Проте і сьогодні для визначення концентрації тіосульфату натрію широко використовують йодометричне титрування. Серед фізико-хімічних та фізичних же методів найбільш часто використовуваними є потенціометричне титрування, полярографічне та спектрофотометричне визначення тіосульфату натрію, хоч навіть для кожного методу існує декілька підходів та розроблена велика кількість методик проведення визначення.

Метою даної роботи є ознайомлення з уже існуючими фізико-хімічними методами виявлення тіосульфату натрію, розробленими для виявлення макро- та мікрокількостей речовини в різних середовищах, висвітлення позитивних та негативних рис кожного методу.

1. Загальна характеристика харчової добавки Е539

1.1 Коротка характеристика

Назва: Е539 Тіосульфат натрію (гіпосульфіт натрію, сульфідотриокси-сульфат натрію, динатрієва сіль тіосірчаної кислоти)

Тип: Харчова добавка

Категорія: Емульгатор, консервант, поліпшувач хліба

Дія на організм: Вважається нешкідливим

Історія відкриття тіосульфату натрію

Час відкриття тіосульфату натрію достеменно невідомі, проте вже наприкінці XVII – на початку ХVIII століття, під час правління Петра І у списках Аптекарського приказу згадується дана речовина. Відкриття тіосульфату натрію з найбільшою ймовірністю приписують одному з видатних ятрохіміків другої половини XVI – початку XVIІ століття – Андреасу Лібавію, який займався вивченням властивостей сірчаної кислоти та її застосування в медицині. Вже тоді тіосульфат натрію використовували при отруєннях. Подальші згадки про тіосульфат натрію пов’язані з іменем Джона Гершеля. В 1819 році Джон Гершель відкрив розчинну дію тіосульфату натрію на галоїдне срібло.

Будова молекули

Тіосульфат натрію Na₂S₂O₃ містить в своїй молекулі іон тіосірчаної кислоти складу S₂O₃^2- . За будовою іон тіосульфату близький до іона SO₄^2-: тетраедр (SO₃S) дещо викривлений через велику довжину зв’язку S-S (1,97Å) у порівнянні зі зв’язком S-O (1,48 Å). Раніше вважали, що будова тіосульфату натрію буде такою як на рисунку 1.1:

Рис. 1.1 - Будова молекули тіосульфату натрію

Але у зв’язку з проведеними рентгеноструктурними та іншими дослідженнями будови тіосульфатів, були отримані дані, що в іоні тіосульфатів всі хімічні зв’язки рівноцінні між собою. Тому будова іона можна зобразити так як він показаний на рисунку 2.2:

Рис. 1.2 - Будова іона тіосульфату натрію

Просторову будову молекули тіосульфату натрію можна представити як на рис. 1.3:

Рис. 1.3 - Просторова будова молекули тіосульфату натрію

Проте в більшості випадків при розгляданні властивостей тіосульфату натрію продовжують використовувати стару його структуру, з деяким припущенням вважаючи, що атоми сірки в молекулі тіосульфату натрію мають різну ступінь окиснення. У зв’язку з наявністю атомів сірки зі ступенем окиснення рівним 0 та +4 іон S₂O₃^2- проявляє відновлювальні властивості.

1.2 Органолептичні, фізико-хімічні, санітарно-гігієнічні показники

На зовнішній вигляд Na₂S₂O₃ – це безбарвні кристали, що не злежуються, гранули або білий кристалічний порошок. Можливий жовтуватий або слабо-рожевий відтінок. Кристалічна форма – моноклінна (а = 0,8513 нм, b = 0,8158 нм, с = 0,6425 нм, b = 97,08 °, z = 4). Тіосульфат натрію на повітрі стійкий до 80⁰С, при нагріванні у вакуумі при 300⁰С розкладається на сульфіт натрію та сірку. Добре розчинний у воді ((г в 100 г): 50,1 (0°С), 70,2 (20 °С), 231,8 (80 °С)), проте нестійкий. При температурі 11 - 48⁰С з води кристалізується у вигляді пентагідрату Na₂S₂O₃·5Н₂О. Окрім пентагідрату тіосульфату натрію, відомий декагідрат натрію, який має формулу Na₂S₂O₃·10Н₂О. Кристалогідрати іншої молекулярної формули не виявлені.

Молярна маса речовини : М(Na₂S₂O₃) = 158,11 г/моль.

Молярна маса пентагідрату: М(Na₂S₂O₃·5Н₂О) = 248,17 г/моль.

Густина речовини 1,667 г/см³.

ΔH⁰_обр (a) -1136 кДж/моль

Розчинність в 100г холодної води складає 66,7г, а в гарячій воді 266г. Тіосульфат натрію розчинний також в аміаку NH₃, у водних розчинах SO₂, слабо розчинний в спиртах (етанолі).

При 48,5⁰С гіпосульфіт плавиться в своїй кристалізаційній воді, зневоднюється близько 100⁰С.

При введенні в організм тіосульфат натрію надає протизапальний, протитоксичний та десенсибілізуючий ефекти. Знешкоджує препарати йоду та виказують протипаразитну дію.

1.3 Методи одержання тіосульфату натрію

а) окисненням полісульфідів Na;

б) кип’ятіння надлишку сірки з Na₂SO₃:

S + Na₂SO₃ → Na₂S₂O₃;

в) взаємодією H₂S та SO₂ з NaOH (побічний продукт при виробництві NaHSO₃, сірчаних барвників, при очищенні промислових газів від S):

4SO₂ + 2H₂S + 6NaOH → 3Na₂S₂O₃ + 5H₂O;

г) кип’ятіння надлишку сірки з гідроксидом натрію:

3S + 6NaOH → 2Na₂S + Na₂SO₃ + 3H₂O,

потім за приведеною вище реакцією сульфіт натрію приєднує сірку, утворюючи тіосульфат натрію.

Одночасно в ході цієї реакції утворюються полісульфиди натрію (вони надають розчину жовтий колір). Для їх руйнування в розчин пропускають SO₂.

д) чистий безводний тіосульфат натрію можна отримати реакцією сірки з нітритом натрію у формаміді. Ця реакція кількісно протікає (при 80°C за 30 хвилин) за рівнянням:

2NaNO₂ + 2S → Na₂S₂O₃ + N₂O↑

е) розчинення сульфіду натрію у воді у присутності кисню повітря :

2Na₂S + 2O₂ + H₂O = Na₂S₂O₃ + 2NaOH

1.4 Хімічні властивості тіосульфату натрію

а) загальні хімічні властивості тіосульфату натрію

Тіосульфат натрію можна віднести до досить нестійких речовин. При нагріванні до 220⁰С розпадається відповідно до схеми:

В реакції термічного розкладу тіосульфату натрію отримують полісульфід натрію, котрий також далі розкладається на сульфід натрію та елементарну сірку.

Розчини тіосульфату натрію нестабільні через взаємодію з вуглекислим газом, що міститься в повітрі та розчинений у воді:

S₂O₃^2- + CO₂ + H₂O →HSO₃^- +S↓ + HCO₃^-

А також через окислення киснем повітря:

S₂O₃^2- + O₂ →2SO₄^2- +S↓

Тому готувати розчин тіосульфату натрію з наважки недоцільно, зазвичай готують розчин приблизної концентрації та встановлюють точну концентрацію титруванням розчином біхромату калію або розчином йоду.

При йодометричному титруванні застосовують метод зворотного титрування, так як додають надлишок розчину йодиду калію точної концентрації, а потім титрують йод, що утворився, розчином тіосульфату натрію, наприклад, при визначенні Fe³⁺:

2Fe³⁺ + 2I^- →I₂ + 2Fe²⁺

Оскільки йод навіть в слабкокислих розчинах містить гіпойодид-іони, що утворюються в результаті його гідролізу, які є більш сильними окисниками, ніж йод, і окислюють тіосульфати до сульфатів, помітно може проходити побічна реакція:

S₂O₃^2- + 4I₂ +10OH^- →2SO₄^2- + 8I^- + 5H₂O

При збільшенні концентрації гідроксил-іонів збільшується кількість тіосульфату, який окислюється до сульфату. В сильно лужному середовищі ця реакція проходить кількісно, йодат-іони в ході реакції не утворюються.

Хоча реакція між йодом та тіосульфатом проходить швидко і якась кількість тетратіонату утворюється одразу після змішування, було доведено утворення безбарвної проміжної сполуки S₂O₃І^- в результаті швидкої зворотної реакції

S₂O₃^2- + I₃^- ↔ S₂O₃І^- + 2I^-

Проміжна сполука вза’ємодіє з йодидом:

S₂O₃І^- + I^- → S₄O₆^2- + 2I₃^-,

Чим і пояснюється повторна поява йоду поблизу кінцевої точки при титруванні дуже розбавлених розчинів йоду.

Виділити тіосірчану кислоту Н₂S₂O₃ реакцією тіосульфату натрію з сильною кислотою неможливо, так як вона нестійка і одразу розкладається:

В таку ж реакцію буде вступати соляна та азотна кислоти. Розкладання супроводжується виділенням SO₂, який має неприємний запах и подразнює слизові оболонки дихальних шляхів, що потребує обережності при роботі з ним.

б) Окисно-відновні властивості тіосульфату натрію

У зв’язку з наявністю атомів сірки зі ступенем окиснення 0 іон тіосульфату S₂O₃^2- має відновні властивості. Наприклад, слабкими окисниками (І₂, Fe³⁺) тіосульфат окиснюється до іона тетратіоната:

Наведена реакція дуже важлива, так як є основою йодометрії.

Більш сильні окисники окислюють його до іона сульфату:

Слід також відмітити, що в лужному середовищі окиснення тіосульфату натрію йодом теж може проходити до сульфату.

Сильними відновниками іон S₂O₃^2- відновлюється до похідних S^2-:

Як видно з наведених реакцій, в залежності від умов, тіосульфат натрію може проявляти як окисні, так і відновні властивості.

в) комплексоутворюючі властивості тіосульфатів

Тіосульфат-іон – сильний комплексоутворювач, що використовується в фотографії для видалення з фотоплівки невідновленого броміду срібла:

Слід відмітити, що металами S₂O₃^2- іон координується через атом сірки, тому тіосульфатні комплекси легко перетворюються у відповідні сульфіди, наприклад:

Існують тіосульфатні комплекси багатьох металів. В літературі (3,6) описано наявність близько 40 комплексних сполук з багатьма важкими металами. В (11) наведені константи нестійкості комплексних іонів, де комплексоутворюючим іоном виступають атоми срібла, барію, кальцію, кадмію, кобальту, міді, заліза, ртуті, марганцю, магнію, натрію, нікелю, свинцю, стронцію та цинку. Для багатьох важких металів такі комплексні сполуки є надзвичайно стійкими і з їх допомогою можна виводити важкі метали з організму при отруєннях.

У випадках, коли важкі метали не утворюють стійких комплексів, взаємодія з тіосульфат-іонами призводить спочатку до утворення відповідних тіосульфатів, які миттєво або при кип’ятінні виділяють сульфіди.

В таблиці 1.1. наведені значення деяких констант нестійкості комплексних іонів, які містять в своєму складі іон тіосульфату:

Таблиця 1.1 - Значення констант нестійкості комплексних іонів