Изучение красителей находящихся в газированной воде

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

НИЖНЕТАГИЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  СОЦИАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

 

Институт естествознания, математики и информатики

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСПОЛНИТЕЛЬ: Чегодаев Е.Д.,

студент 4 курса

 

 

 

 

 

 

НИЖНИЙ ТАГИЛ

2012

Содержание

Введение                                                                                                                  3

I. Адсорбция                                                                                                            5

1. . Классификация процесса, основные определения                                   6

1. 1. Основные понятия  процесса адсорбции                                                   6

1. 2. Основные промышленные адсорбенты и их свойства                            9

1. 3. Изотерма адсорбции                                                                                13

2. Закономерности процесса адсорбции                                                            14

2. 1. Теории адсорбции                                                                                  14

2. 2.  Адсорбция на границе  раствор – пар                                                  20

2. 3.  Адсорбция на границе  твердое тело – газ                                              23

2. 4.  Адсорбция на границе твердое тело – раствор                                     25

2. 4. 1. Молекулярная адсорбция из  растворов                                              25

2. 4. 2. Адсорбция из растворов  электролитов                                               26

II. Пищевые красители                                                                                          27

III. Практическая часть                                                                                         31                                                    

Заключение                                                                                                             39

Список литературы                                                                                                40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Самой главной качественной характеристикой продуктов питания, оцениваемой потребителями, являются их органолептические показатели - вкус, цвет и аромат. Причём цвет - это самый первый качественный показатель, на который потребитель обращает своё внимание при выборе товара. Отличительная особенность красителя - способность пропитывать окрашиваемый материал, пищу и давать цвет по всему его объёму.

Пищевые красители использовали еще в древние времена для улучшения внешнего вида пищевых продуктов. Пищевые красители подразделяются на съедобные красители, стабилизаторы цвета, поверхностные красители и красители для несъедобных оболочек.

Красители добавляют  к пищевым продуктам с целью:

·         восстановления природной окраски, утраченной в процессе обработки и/или хранения;

·        повышения интенсивности природной окраски в целях усиления внешней привлекательности продукта;

·        окрашивания бесцветных продуктов, например, безалкогольных напитков, мороженного, кондитерских изделий для придания привлекательного вида и цветового разнообразия.

В данной работе мы плотнее  познакомимся с натуральными и синтетическими пищевыми красителями.

Моя курсовая работа посвящена  исследованию концентрации синтетических  пищевых красителей в газированных напитках.

Я считаю, что эта тема актуальна, так как большая концентрация красителей может вызывать различные  заболевания, например краситель Е-129 (Красный очаровательный АС) может  вызывать аллергические реакции, а также повышенную чувствительность и активность у детей.

 В своей работе  для извлечения пищевого красителя   я использовал метод твердофазной  экстракции, после чего определял  его концентрацию с помощью  спектрофотометрии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Адсорбция

Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси  газов, паров или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела – адсорбента.

Явление адсорбции известно очень давно. Такие природные  материалы, как песок и почва, использовали для очистки воды еще на заре человеческого общества. В конце XVIII века К. Шееле и одновременно Фонтана обнаружили способность  свежепрокаленного древесного угля поглощать различные газы в объемах, в несколько раз превышающих его собственный объем. Вскоре выяснилось, что величина поглощенного объема зависит от типа угля и природы газа. Т.Е. Ловиц в 1785 году открыл явление адсорбции углем в жидкой среде, подробно исследовал его и предложил использовать уголь для очистки фармацевтических препаратов, спирта, вина, органических соединений. Ловиц показал, что древесный уголь способен быстро очищать испорченную воду и делать ее пригодной для питья. И сейчас основным действующим началом фильтров для воды служат углеродные материалы, конечно более современные, чем природные угли. Адсорбция отравляющих веществ из воздуха была использована Н.Д. Зелинским при создании противогаза во время первой мировой войны.

Адсорбция газов на твердых  поверхностях используется в некоторых  отраслях пищевой промышленности, а именно масложировой (например, в производстве маргарина) и в бродильной (например, в производстве дрожжей) для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбросов вредных веществ в атмосферу. Поглощение паров воды происходит на пористых веществах, которые выполняют роль твердого адсорбента. Подобные процессы наблюдаются в отношении сахара, соли и сухарей. Адсорбционный способ регулирования газового состава хранилищ скоропортящихся продуктов позволяет в несколько раз сократить потери и увеличить сроки хранения. Адсорбция различных пищевых кислот, лимонной в частности, снижает по сравнению с водой поверхностное натяжение большинства прохладительных напитков. Адсорбция веществ на поверхности раздела жидкость — газ способствует устойчивости пен. Подобный процесс имеет место в бродильной промышленности при производстве дрожжей и некоторых других полупродуктов. Усиление смачивания водой различных поверхностей широко используется в промышленности в качестве сопутствующего процесса при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т.д. Адсорбция на границе твердое тело - жидкость широко применяется при очистке жидкостей (например, диффузионного сока при производстве сахара, растительных масел и соков) от примесей.

Развитие теории адсорбционных сил еще не достигло такой стадии, когда по известным физико-химическим свойствам газа и твердого тела можно было бы рассчитать изотерму адсорбции, не проводя экспериментальных исследований. Поэтому попыткам описать экспериментальные изотермы с помощью различных теоретических уравнений, которым соответствуют определенные модели адсорбции, посвящено огромное количество работ. Если теоретическое уравнение изотермы адсорбции хорошо воспроизводит экспериментальные данные, то можно рассчитать неизвестные величины адсорбции при разных условиях (р и Т ) и определить различные геометрические параметры твердых тел. Рассмотрим лишь немногие, наиболее распространенные теоретические уравнения изотерм адсорбции.

 

 

1. Классификация  процесса, основные определения

 

1. 1. Основные  понятия процесса адсорбции

 

Адсорбцией называется самопроизвольно протекающий диффузионный процесс взаимодействия двух фаз — твердого тела — адсорбента и газа, пара или растворенного вещества—адсорбтива, происходящий поглощением газа, пара или растворенного вещества  поверхностью твердого тела.

Поглощение газов, паров  и растворенных веществ твердыми телами обычно сопровождается процессами проникновения поглощаемого вещества в твердое тело (абсорбцией), капиллярной конденсацией и химическими реакциями (хемосорбцией), что весьма затрудняет изучение собственно адсорбции. Поэтому поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми   телами обычно рассматривается как общий процесс сорбции.

Адсорбция всегда сопровождается выделением тепла. В большинстве случаев тепловой эффект адсорбции по своей величине приближается к теплоте   конденсации поглощаемого газа или пара.

Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандервальсовыми силами, которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.

При химической адсорбции  поглощаемое вещество вступает в химичекое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности обычных химических соединений.

Силы притяжения возникают  на поверхности адсорбента благодаря  тому, что силовое поле поверхностных  атомов и молекул не уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в основном к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют электростатические и индукционные силы, а также водородные связи. Поэтому адсорбция является самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением свободной энергии и энтропии системы.

Процессы адсорбции  избирательны и обратимы. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения поглощенных веществ и регенерации адсорбента.

Наиболее рационально  применять адсорбцию для обработки  смесей с низкой концентрацией извлекаемых  веществ.

Статическая и динамическая активность адсорбентов.

Основной характеристикой адсорбента является его активность, определяемая весовым количеством вещества, поглощенного единицей объема или веса поглотителя.

Различают активность статическую  и динамическую.

Статическая активность адсорбента характеризуется максимальным количеством вещества, адсорбированного к моменту достижения равновесия весовой или объемной единицей адсорбента при данной температуре и концентрации адсорбируемого вещества в газо-воздушной смеси.

Динамическая активность является характеристикой адсорбента при протекании паро-воздушной смеси через слой адсорбента до момента проскока адсорбируемого газа.

Если газовая смесь  проходит через слой адсорбента, то в начальный период процесса адсорбтив  полностью извлекается из газовой смеси. По истечении определенного промежутка времени в газовой смеси, уходящей из поглотителя, начинают появляться заметные, все возрастающие количества адсорбтива (проскок), и к концу процесса концентрация уходящего газа становится равной начальной концентрации паро-воздушной  смеси.

В адсорберах промышленного  типа с активированным углем динамическая активность составляет 85-95% от статической, а в случае применения силикагеля динамическая активность оказывается меньше статической   на   60-70%.

Селективные свойства адсорбентов.

 В процессах адсорбции,  так же как и в процессах  абсорбции, поглощающие вещества (адсорбенты обладают селективными  свойствами по отношению к  поглощаемым газам и парам.  Иными словами, применение адсорбционных процессов в качестве метода разделения газовых смесей основано на том, что газовая смесь, приведенная в соприкосновение с адсорбентом, освобождается лишь от одного компонента, в то время как другие оказываются непоглощенными.

Если в процессах  абсорбции селективные качества процесса определялись растворимостью или нерастворимостью газа в поглощающей жидкости, то в процессах адсорбции критерием селективных качеств является   статическая   активность  адсорбента.

Из смеси газов, приведенных  в соприкосновение с адсорбентом, в первую очередь и в значительно большем количестве поглощается газ или пар того вещества, которое имеет более высокую температуру кипения. В большинстве случаев температура кипения поглощаемого газа (например, паров бензола) сильно отличается от температуры кипения инертного газа (например, воздуха) и присутствие инертного газа почти не оказывает влияния на ход процесса. В данном случае поглощение бензола из паро-воздушной смеси с парциальной упругостью паров бензола р протекает точно так же, как и поглощение чистых паров бензола, имеющих то же давление.

Разделение адсорбционным  методом смеси газов, компоненты которой имеют близко лежащие температуры кипения, предоставляет большие трудности или  практически невозможно.

 

1. 2. Основные промышленные адсорбенты и их свойства

 

Основными промышленными  адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемом микропор. Свойства адсорбентов определяются природой материала, из которого они  изготовлены, и пористой внутренней структурой.

В промышленных адсорбентах основное количество поглощенного вещества сорбируется на стенках микропор (r < 10⁹ м). Роль переходных пор (10^-9 < r < 10^-7 м) и макропор (r < 10^-7 м) в в основном сводится к транспортированию адсорбируемого вещества к микропорам.

Адсорбенты характеризуются  своей поглотительной, или адсорбционной  способностью, определяемой максимально  возможной концентрацией адсорбтива в единице массы или объема адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, его  концентрации, температуры, а для газов и паров – от их парциального давления. Максимально возможную при данных условиях поглотительную способность адсорбента условно называют равновесной активностью.