Iodometrische Titration

"Direkte und indirekte Iodometrie"

Theorie

Bei diesem Versuch ging es darum, den Gehalt einer Lösung aus Ascorbinsäure und Glucose zu bestimmen. Als ersten Schritt galt es die Urtiterstellung einer Iod-Lösung mittels Titration von Ascorbinsäure als Urtitersubstanz durchzuführen. Die Ascorbinsäure wird durch Iod in saurer Lösung zu Dehydro-Ascorbinsäure oxidiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Dabei wird elementares Iod verbraucht. Am Äquivalenzpunkt der Titration liegt ein geringfügiger Überschuss von Iod vor, welcher die Lösung schwach braun färbt. Um den Farbumschlag besser erkennen zu können, haben wir der zu titrierenden Lösung etwas Stärkelösung zugesetzt, welche schon mit geringen Mengen I2 eine intensiv blau gefärbte Einschlussverbindung bildet.

Im zweiten Schritt wurde der Gehalt einer Natriumthiosulfat-Lösung ermittelt, indem man diese mit der Iod-Lösung aus dem ersten Versuch titrierte. Auch hier wurde wieder etwas Stärke-Lösung zugesetzt, um den Äquivalenzpunkt der Titration besser erkennen zu können.

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(Anmerkung: in der verwendeten Iod-Lösung liegt Iod gelöst in einer wässrigen Kaliumiodid-Lösung vor;

sie enthält also beide Spezies, Iod und Iodid)

Zu Beginn der Titration färbt jeder Tropfen Iod die Lösung der Eintropfstelle kurz blau. Der Endpunkt ist erreicht, wenn die Lösung ihre blaue Färbung beibehält (Überschuss von unverbrauchtem Iod).

Bei der Analyse wurde eine wässrige Lösung, die nebeneinander Ascorbinsäure und Glucose enthielt, zunächst in saurer Lösung mit Iod-Lösung titriert, um den Gehalt an Ascorbinsäure zu ermitteln. Nach Abschluss dieser ersten Titration, wurde die Lösung mit NaOH alkalisch eingestellt und eine definierte Menge Iod-Lösung zugesetzt. Das Iod disproportioniert in alkalischer Lösung zu Iodid (I-) und Hypoiodit (IO-):

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Das gebildete Hypoiodit reagiert mit Glucose unter Bildung von Gluconsäure:

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Zur vollständigen Umsetzung der Glucose lässt man die Lösung 5 min stehen. Anschließend wird mit Salzsäure angesäuert, wobei die Disproportionierung von Iod zurückgedrängt wird (Komproportionierung von Iodid und restlichem Hypoiodit zu Iod). Das gebildete Iod wurde abschließend mit Natriumthiosulfat-Lösung zurücktitriert. Da hier die Glucose nicht direkt zu bestimmen war, sondern die Titration über das zurückgebildete Iod erfolgte, spricht man in diesem Fall von einer indirekten iodometrischen Bestimmung.

Im letzten Versuch wurde Glühwein, der neben Glucose und Ascorbinsäure auch Sulfat(IV) enthielt, analog zum vorherigen Versuch analysiert und der Gehalt an Moläquivalenten dieser drei Reduktone ermittelt.

Versuchsdurchführung

Titerstellung Iod-Lösung

zweimalige Durchführung in 4 Gruppen:

- 5,0 ml Ascorbinsäure-Lösung (0,01-M) in einem Erlenmeyerkolben vorlegen und auf 50 ml demin. Wasser auffüllen.
- Mit ca. 2 ml einer 0,1-M HCl ansäuern
- ca. 1 ml Stärkelösung zugeben (als Endpunktsanzeige).
- Titration mit der Iod-Lösung

Titerstellung Thiosulfat-Lösung

zweimalige Durchführung in 4 Gruppen:

- 5,0 ml Natriumthiosulfat-Lösung vorlegen auf 50 ml mit demin. Wasser auffüllen
- Ansäuern mit ca. 1 ml 2-M Salzsäure
- Stärkelösung zugegeben
- mit der Iod-Lösung titrieren

Analyse 1:

Dreimalige Durchführung:

- 10,0 ml Analysenlösung werden mit demin. Wasser auf etwa 50 ml verdünnt
- Ansäuern mit ca. 1 ml einer 2-M Salzsäure
- Zugabe von Stärke-Lösung
- Titrieren mit Iod-Lösung
- Alkalisch stellen der Lösung (mit ca. 5 ml konz. Natronlauge)
- Zugabe von genau 10,0 ml Iod-Lösung à Überschuss an Iod !
- schütteln; 5 min stehen lassen
- Zugabe von 5 ml konz. Salzsäure; Kontrolle des pH-Wertes mit Indikatorpapier
- Rücktitration des Iods mit Thiosulfat-Lösung

Bestimmung des Gehalts an Reduktonen (Ascorbinsäure/Glucose/Sulfat(IV)) im Wein

Dreimalige Durchführung:

- 10 ml eines Weines im Erlenmeyer vorlegen
- 10 ml Natronlauge zufügen und 15 min einwirken lassen
- danach mit 20%iger Schwefelsäure ansäuern
- ca. 1ml Stärkelösung zufügen
- mit Iod-Lösung titrieren

Auswertung

Titerstellung Iod-Lösung

Am Äquivalenzpunkt gilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

vorgelegt: 5,0 ml einer 0,01-M Ascorbinsäurelösung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Titerstellung Thiosulfat

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Am Äquivalenzpunkt gilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

vorgelegt: 5 ml Thiosulfat-Lösung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Analyse 1 (Probe "B"):

I. Titration mit Iod-Lösung.

Da bei der Titration schon nach dem ersten Tropfen eine bleibende Blaufärbung auftrat, kann man davon ausgehen, dass die Analysenlösung keine Ascorbinsäure enthielt. So kann sofort die Glucosebestimmung vorgenommen werden.

II. Rücktitration mit Thiosulfat-Lösung

1. Bestimmung: V = 9,20 ml

2. Bestimmung: V = 9,25 ml

3. Bestimmung: V = 9,15 ml

Mittelwert: V = 9,20 ml

n (Glucose) = Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Gesamtmenge an Iod ist gegeben durch die zugesetzten 10 ml Lösung: n(I2)= 0,12mmol

Die zurücktitrierte Menge Iod entspricht 0,0253 Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten* 9,20 ml/2 = 0,11 mmol

n(Glucose)= 0,005 mmol

c(Glucose)= 0,5 mmol/l

m(Glucose)= 180,16 ∙ 0,5 mmol = 0,9 mg

Gehalt an Glucose: 90,08 mg/l

Analyse 2 (Wein):

1. Bestimmung: V = 0,7 ml

2. Bestimmung: V = 1,0 ml

3. Bestimmung: zerstört

Mittelwert: V = 0,85 ml

n(Reduktone) = c(Iod) ∙ V(Iod) = 0,0121 mol/l ∙ 0,85 ml = 10,2 μmol

c(Reduktone) = 0,102 mmol/l

Fehlerbetrachtung

Größtfehlerabschätzung:

Pipette: 5 ml ± 0,01 ml entsprechend 0,2%

Messpipette: 10 ml ± 0,1 ml entsprechend 1%

Bürette: 25 ml ± 0,06 ml entsprechend 0,24%

Messkolben: 100 ml ± 0,1 ml entsprechend 0,1%

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Größtfehler scheint im ersten Moment recht gering zu sein; bei kritischer Betrachtung erkennt man jedoch mehrere Fehlerquellen, die nicht in die Fehlerabschätzung mit eingehen können, da sie bei unserem Versuch nicht quantifizierbar sind. Zu nennen sind hier 1. die photochemische Zersetzung von Ascorbinsäure an der Luft, was zu einer Verfälschung des Analysenwerts führen kann, 2. die nicht messbare Vollständigkeit der Umsetzung von Glucose mit Hypoiodit bei der Glucosebestimmung.

Ergebnis

Analyse 1:

Gehalt an Ascorbinsäure: 0

Gehalt an Glucose: (90,08 ± 0,95) mg/l

Analyse 2:

Gehalt an Reduktonen: (0,102 ± 0,01) mmol/l

Auszüge aus dem Weinglossar von www.wein-plus.de

Iodometrie

Mit diesem chemischen Verfahren (Maßanalyse) wird die quantitative Bestimmung verschiedener Stoffe festgestellt, die mit Jod reagieren oder Jod aus Verbindungen frei machen. Bei einer Weinanalyse sind dies zum Beispiel die Ascorbinsäure, der reduzierende Zucker und die freie schwefelige Säure.

Ascorbinsäure

Den Zuckern verwandte, wasserlösliche Verbindung, die weitaus besser unter dem Namen Vitamin C bekannt ist. Im Stoffwechsel der Pflanzen spielt sie eine wichtige Rolle und ist vor allem in den grünen Weintrauben in größeren Mengen vorhanden (15 bis 150 mg/l, das ist etwa nur ein Zehntel wie bei Orangen). Während der Reife und der späteren Weinbereitung geht aber der Anteil stark zurück. Sie wird (auch zusammen mit Schwefeldioxid) zur Hemmung oder Verhinderung der Oxidation eingesetzt, was vor allem in der Neuen Welt angewendet wird. Mit Ascorbinsäure wird bereits das Traubengut nach dem Lesen besprüht oder auch dem Weißwein beigemischt, es hält diesen länger jugendlich und frisch. Der Anteil im Wein wird mittels Chromatographie oder Iodometrie festgestellt und in Milligramm per Liter angegeben. Siehe auch unter Gesundheit und Vitamine.

Reduzierender Zucker

Darunter versteht man die Summe aller Arten von Zucker, die vermöge ihrer Reduktionswirkung auf eine alkalische Kupferlösung im Wein durch Iodometrie bestimmt werden können. Dazu zählen die bei einer Gärung durch die Hefen vergärbaren Zuckerarten wie Glucose, Fructose und Saccharose sowie auch die nicht oder kaum vergärbaren Zuckerarten (die so genannten Pentosen). Die Menge ergibt den Gehalt an Restzucker (Restsüße) im Wein, ausgedrückt in Gramm per Liter. Siehe auch unter Gesamt-Extrakt und Reduktion.

Glucose

Dieses so genannte Monosaccharid (Einfachzucker) ist besser unter dem Begriff Traubenzucker (auch Glykose oder Dextrose) bekannt. Glucose wird in den Weintrauben zuerst gebildet. Zu Anfang der Gärung befindet es sich mit der Fructose (Fruchtzucker) im Verhältnis 1:1 im Traubenmost. Beide zählen zu den so genannten Hexosen und werden zusammen als Invertzucker bezeichnet. Bei der Gärung des Traubenmostes wird die Glucose zuerst und weitgehend in Alkohol und Kohlendioxid umgewandelt (dies nennt man auch glucophiles Verhalten der Hefe). Im Gegensatz zur Fructose kann Glucose bei Diabetes (Zuckerkrankheit) vom menschlichen Körper nicht abgebaut werden (siehe dazu unter Diabetikerwein). Siehe auch unter reduzierender Zucker und Zucker.

Schwefelige Säure

Diese mittelstarke Säure (H2SO3) wird beim Einleiten von Schwefeldioxid in Wasser gebildet. Sie hat das Bestreben, durch Oxidation in die wesentlich giftigere und stärkere Schwefelsäure (H2SO4) überzugehen. Die Salze der schwefeligen Säure nennt man Sulfite und Hydrogensulfite. Bei der Wein-Bereitung entsteht sie aus dem zugegebenen gasförmigem oder flüssigem Schwefeldioxid oder dem festen, pulverförmigen Kaliumpyrosulfit (siehe unter Schwefeln). Im Wein ist schwefelige Säure in freier und in (ab)gebundener Form enthalten. Bei der gebundenen Form, die 80% im Wein ausmacht, ist sie an Acetaldehyd (Vorstufe des Alkohols) gebunden. Unter freier Form versteht man die Summe von Schwefeldioxid (SO2), schwefeliger Säure (H2SO3), Hydrogensulfit = Schwefelsalz (HSO3) und Schwefel-Sauerstoff-Verbindungen (SO3). Die gebundene und die freie Form ergeben den Gehalt an „gesamter schwefeliger Säure“ (dies wird aber oft auch als Gesamt-Schwefel oder Gesamt-Schwefeldioxid bezeichnet). Gemessen wird der Anteil im Wein mittels Jodometrie (freie) und Acidimetrie (gebundene) und in Milligramm per Liter Schwefligsäure-Anhydrid (SO2) angegeben. Die WHO (Welt-Gesundheits-Organisation) hat als absolut gesundheitlich unbedenkliche Grenze für die tägliche Schwefel-Aufnahme im menschlichen Körper den so genannten ADI (acceptable daily intake) mit 0,7 Milligramm pro Kilogramm Körper-Gewicht definiert. Maßeinheiten für den Schwefel-Gehalt im Wein sind Ppm (parts per million) oder Milligramm per Liter (mg/l). Gemäß EU-Weingesetz sind Höchstgrenzen vorgegeben, bei sachgemäßer Anwendung bzw. Wein-Bereitung werden diese Grenzen selten erreicht. In mg/l sind dies, wobei auch der Anteil an Restzucker ein Kriterium ist (in Klammer der freie Anteil):

* Rotwein unter 5 g/l Restzucker = 160 (50)

* Rotwein ab 5 g/l Restzucker = 210 (50)

* Weiß- und Roséwein unter 5 g/l Restzucker = 200 (50)

* Weiß- und Roséwein ab 5 g/l Restzucker = 260 (50)

* Qualitäts-Schaumwein 250 (35)

* Spätlese = 300 (50)

* Auslese = 350 (60)

* Beerenauslese, Trockenbeerenauslese, Eiswein = 400 (75)

* alkoholarmer Wein = 200 (50)

* versetzter Wein und Obstwein = 300 (50)

Schwefeln

Das älteste Konservierungsmittel für Wein ist Schwefel. Die Wirkung war schon 800 v. Chr. den Griechen bekannt und wird von Homer (8. Jhdt v. Chr.), Cato dem Älteren (234-149 v. Chr.) und Plinius dem Älteren (23-79 n. Chr.) erwähnt - siehe dazu auch unter antike Weine. Bis in das 17. Jahrhundert wurde Schwefeln als "Arkanum" gehandelt, das heißt als eine wenigen Eingeweihten bekannte Geheim-Wissenschaft, die nicht öffentlich zugänglich war. Im 15. Jahrhundert wurde der Zusatz zum Wein (wegen Überschwefelung) mehrfach verboten und später bestraft. Ein Meilenstein in der europäischen Weingeschichte war die Erlaubnis von Kaiser Maximilian I. (1459-1519), den Wein schwefeln zu dürfen. Dieser Erlass wurde im Jahre 1487 verkündet und die genauen Mengen 1497 gesetzlich festgelegt. Ein Loth (16,2 g) Schwefel durfte für ein Fuder Wein bzw. Most (1.000 bis 1.500 l) verwendet werden. Dabei wurden Hobelspäne mit einer Mischung aus pulverisiertem Schwefel, Kräutern und Weihrauch getränkt und das Ganze im leeren Weinfass (kurz vor dem Abfüllen des Weines) verbrannt. Die Keime wurden abgetötet, der Wein gegen Oxidation geschützt und konserviert Ab nun wurde in Deutschland regelmäßig geschwefelt. In Frankreich aber wurde der Gebrauch erst im 18. Jahrhundert offiziell erlaubt. Schwefeln ist eine Konservierungs-, Stabilisierungs- und Hygiene-Maßnahme. Durch Schwefel werden die ungeheuer aktiven Oxidations-Enzyme blockiert und damit eine Oxidation unterbunden, Mikro-Organismen (wie zum Beispiel Essigsäure-Bakterien) und wilde Hefen werden gehemmt und der Luftsauerstoff wird abgebunden. Vor allem positiv ist die reduktive Wirkung von Schwefeldioxid. Es reagiert nämlich so heftig mit Sauerstoff, dass jede andere nachteilige Reaktion mit anderen Stoffen im Most oder Wein verhindert wird. Damit wird ein Braunwerden des Jungweines verhindert und die Haltbarkeit wesentlich verlängert. Heute erfolgt das Schwefeln bei der Weinbereitung in drei verschiedenen Formen. Das pulverförmige Kaliumpyrosulfit (K2S2O5) wird zumeist direkt auf die Trauben gegeben, sodass beim Rebeln und Maischen eine gute Durchmischung erfolgt. Bei den weiteren zwei Formen erfolgt die Zugabe zum Most, entweder in Form von flüssigem SO2 (durch Druck auf den gasförmigen Zustand leicht herstellbar) oder von schwefeliger Säure (H2SO3). Auch KPS und flüssiges SO2 reagieren dann mit Wasser bzw. Wein zu schwefeliger Säure. Je gesünder die Trauben, desto kleiner ist die notwendige Menge (bei Botrytis-Trauben somit am höchsten). Ausdrücklich verboten jedoch ist die Zugabe von Schwefelsäure (H2SO4). Ein Schwefeln kann bei mehreren Schritten (und/oder) bzw. zu verschiedenen Zeitpunkten der Wein-Bereitung erfolgen: vor dem Rebeln bzw. dem Pressen (Trauben, Maische), vor der Gärung (Most), nach der Gärung (Jungwein) und vor der Flaschen-Abfüllung (Wein). Eine Schwefelung erfolgt auch bei der Konservierung von Weinfässern (siehe dazu unter Trocken-Konservierung und Nass-Konservierung). Es gab schon viele Versuche, Schwefel durch andere chemische Mittel zu ersetzen, aber er ist und bleibt unverzichtbar. Für den menschlichen Körper ist er in kleinen Mengen unproblematisch. Die WHO hat die tägliche Aufnahme von maximal 0,7 Milligramm per Kilogramm Körpergewicht festgelegt. Nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen sind allfällige Kopfschmerzen nach einem Wein-Genuss nicht auf den Schwefelgehalt, sondern auf Histamin zurückzuführen. Maßeinheiten für den Schwefel-Gehalt sind Ppm (parts per million) oder Milligramm per Liter (mg/l). In Amerika und Australien muss auf dem Flaschen-Etikett ausdrücklich der Hinweis angebracht sein, dass Schwefel im Wein enthalten ist; zum Beispiel ”enthält Konservierungsmittel” oder ”SO2 zugesetzt”. In Europa gibt es strenge EU-Richtlinien für den im Wein zulässigen Gesamt-Gehalt; siehe dazu unter schwefelige Säure.

Dem Praktikum verwandte Weinbestimmungsmethoden

Chromatographie

Darunter versteht man ein schon seit dem 16. Jahrhundert bekanntes, analytisches Verfahren (grch. Farbaufzeichnung) zur Trennung und damit Bestimmung von Stoffen in Flüssigkeits- oder Gasgemischen. Es gibt verschiedene Methoden, die so genannte Gas-Chromatographie zum Beispiel wurde von S. C. James und A. Martin im Jahre 1952 entdeckt. Die Stoffe werden durch eine komplizierte Apparatur geleitet und erscheinen am Ende einzeln nacheinander, wo sie dann physikalisch identifiziert werden können. Im Wein können damit zum Beispiel der Gesamt-Extrakt, bestimmte Aromastoffe (siehe unter Aromakreis), sowie der Gehalt an Ascorbinsäure, Diäthylen-Glykol und Schwefeldioxid genau bestimmt werden. Die Mengen werden mit der Maßeinheit Ppm (Teilchen per Million) oder in Gramm per Liter ausgedrückt. Mit der speziellen Form der Papier-Chromatographie kann damit auch der Anthocyan-Farbstoff Malvidin-Diglucosid (in Trauben und Wein von Direktträgern enthalten) identifiziert werden. Ein spezielles gaschromatographisches Verfahren dient auch zur genauen Bestimmung des Blutalkohol-Gehaltes. Siehe auch unter Ionenaustausch.

Ionenaustausch

Ein bereits Ende des 19. Jahrhunderts entdecktes Verfahren, bei dem Ionen (grch. Ion = Wanderndes) - das heißt Teilchen wie Atome oder Moleküle - unter Zuhilfenahme so genannter Ionenaustauscher zwischen zwei Stoffen ausgetauscht werden. Ionenaustauscher sind hochmolekulare Stoffe wie zum Beispiel Silikatmineralien (Zeolithe) oder Kunstharze, die (ohne dabei zu zerfallen) in der Lage sind, eigene Ionen abzugeben und andere in einer Lösung befindliche aufzunehmen. Das dient zum Beispiel für die Wasser-Enthärtung, indem man Kalzium- und Magnesium-Ionen dem Wasser entzieht und gegen Natrium-Ionen (des Ionentauschers) auswechselt. Eine spezielle Form ist die Ionenaustausch-Chromatographie (siehe unter Chromatographie). Im Weinbau wird der Ionenaustausch zum Beispiel für die Stabilisierung (Entfernen von Weinstein), für den Zusatz oder Entzug von Säure sowie für die Herstellung von RTK (rektifiziertes Traubenmost-Konzentrat) angewendet. Zumeist wird dies in Kombination mit Umkehrosmose (siehe unter Osmose ) praktiziert. Dies kann aber den Geschmack bzw. das Aroma des Weines stark verändern. Das Verfahren wurde deshalb gemäß EU-Verordnung verboten, bzw. ist nur in Ausnahmefällen unter Beachtung bestimmter Vorgaben erlaubt.

RTK

Abkürzung für rektifiziertes Traubenmost-Konzentrat (rektifizieren bedeutet das "Reinigen" bzw. Trennen eines Flüssigkeits-Gemisches in seine Komponenten durch wiederholte Destillation). Dadurch ergibt sich eine Konzentration aller löslichen Stoffe. Gemäß EU-Verordnung bzw. Definition ist dies heute ein nicht karamellisierter Traubenmost, der durch teilweisen Wasserentzug unter Anwendung beliebiger Methoden (außer Einwirkung von Feuerwärme) hergestellt wird. Die Herstellung erfolgt zumeist durch Vakuum-Verdampfung von Traubenmost bei sehr niedrigen Temperaturen, um den unerwünschten Karamell-Geschmack zu verhindern. Die Herstellung mittels des chemischen Verfahrens Ionenaustausch unterliegt strengen EU-Verordnungs-Richtlinien. Die allgemeinen Vorgaben unter anderem sind: pH-Wert maximal 5, Schwefeldioxid maximal 25 mg/kg, Alkohol-Gehalt maximal 1% vol und mittels Refraktometer bei 20 °C gemessener Wert (Zucker) nicht unter 61,7%. Das Konzentrat hat nur mehr rund ein ein Fünftel des ursprünglichen Volumens. In Österreich und Deutschland wird RTK zum Anreichern (Alkohol-Erhöhung) verwendet, was jedoch nicht für Prädikatsweine (in Österreich ab Kabinett) zulässig ist. Als Mittel zur Süßung ist es in Österreich nur für Tafel- oder Landweine zulässig, in Deutschland als so genannte Süßreserve auch für Qualitätsweine (QbA) jedoch nicht für Prädikatsweine (QmP).