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[공동교육과정] Lab 7. 산화·환원 적정을 통한 비타민C의 함량 측정(직접 아이오딘 적정법을 이용한 적정 실험, 산화·환원 적정 알아보기, 아스코르브산의 적정 실험)
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비타민 c 적정 실험

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비타민 C의 적정실험 : 네이버 블로그

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비타민 C의 적정실험 : 네이버 블로그
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산화-환원 적정. 비타민 C 정량분석 (실험 이론) ★

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비타민C 정량 분석 실험

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비타민C 정량 분석 실험
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산화-환원 반응을 이용한 비타민 C의 분석 및 적정 > 실험주제별 갤러리 | 세종과학실험토론캠프

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산화-환원 반응을 이용한 비타민 C의 분석 및 적정 > 실험주제별 갤러리 | 세종과학실험토론캠프” style=”width:100%”><figcaption>산화-환원 반응을 이용한 비타민 C의 분석 및 적정 > 실험주제별 갤러리 | 세종과학실험토론캠프</figcaption></figure>
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산화-환원 적정: 비타민 C의 정량 분석 by damin lee

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    산화-환원 적정: 비타민 C의 정량 분석 by damin lee
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비타민 c 적정 실험

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[분석화학실험] Exp 5. 비타민Vitamin C 실험 고찰

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Exp 5 비타민Vitamin C

결과

산염기 적정법 아닌 산화환원 적정법 사용

녹말지시제 색변화

아이오딘표준화 결과

아이오딘 적정법을 통한 비타민 정량분석

직접적정과 역적정 결과 비교 및 고찰

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산화-환원 적정. 비타민 C 정량분석 (실험 이론) ★

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산화-환원 적정. 비타민 C 정량분석 (실험 이론)

산화-환원 적정을 이용하여

시중에 유통되고 있는 비타민 드링크제에 포함된

비타민 C의 함량을 분석해 보자.

산 촉매를 넣기 전 KI + KIO3 혼합 용액의 색깔은 투명(무색).

즉, KI와 KIO3만 있을 때는 서로 반응하지 않는다.

산 촉매를 넣으면, KI와 KIO3가 반응하여 그 결과 I2가 생성된다.

생성된 I2 때문에 용액의 색깔은 무색에서 검붉은 색(검보라색)으로 변한다.

[ KIO3 + KI + 산촉매 ]

IO3^- + 5I^- + 6H^+ → 3I2 + 3H2O

( 참고: redox IO3^- + I^- → I2 https://ywpop.tistory.com/16617 )

※ I2 표준용액을 만들 때,

I2를 직접 사용하지 않고 KI와 KIO3를 사용하는 이유

—> I2는 무극성 분자성 화합물이므로,

물에 거의 용해되지 않기 때문이다.

—> Elemental iodine is slightly soluble in water,

with 1 g dissolving in 3450 mL at 20℃.

—> I2로는 적정에 필요한 농도로 용액을 제조할 수 없다.

> I2에 의해 C6H8O6(ascorbic acid)가 산화된다.

> C6H8O6가 산화되고, I2가 환원된다.

I2 + C6H8O6 → C6H6O6 + 2I^- + 2H^+

I2(aq) + C6H8O6(aq) → C6H6O6(aq) + 2I^-(aq) + 2H^+(aq)

> I의 산화수는 0에서 –1로 감소, I2는 I^-로 환원됨. I2는 산화제.

> C의 산화수는 +4/6에서 +1로 증가, C6H8O6는 C6H6O6로 산화됨.

( 참고: C의 산화수 https://ywpop.tistory.com/10241 )

IO3^- + 3C6H8O6 → 3C6H6O6* + I^- + 3H2O

IO3^- : C6H8O6 = 1 : 3 계수비(= 몰수비)

IO3^- : C6H8O6 = 1 : 3 mol비로 반응.

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/10968 ] 14.42 mL of 0.008332 M KIO3 + C6H8O6

녹말지시약 ( 제조 방법 https://ywpop.tistory.com/4237 ).

용액 안에 비타민 C와 녹말이 함께 있을 경우,

I2는 비타민 C하고만 선택적으로 먼저 반응한다.

모든 비타민 C가 산화되어 더 이상 존재하지 않으면,

이때 비로소 I2는 녹말과 반응하여 I2-녹말 착물을 형성하는데,

이 착물의 색깔이 청색을 띠기 때문에,

산화-환원 적정의 종말점을 확인할 수 있다.

이 때문에 비타민 C 산화-환원 적정 실험에

녹말을 지시약을 사용하는 것이다.

I2 + I^- → I3^-

I3^- + starch → dark blue complex

녹말이 생체고분자라 녹말지시약 반응식은 이렇게 밖에 쓸 수 없다.

착물의 입체 구조는 구글에서 “starch iodine complex”로 검색.

[ 그림 출처 wikimedia ] Schematic view of I3^- ions embedded in amylose helix.

[ 그림 출처 wikimedia ] Ballpoint pen coil spring.

[참고] 표준용액의 제조방법을 보면,

표준용액의 농도는 KIO3의 몰농도로 제조한다.

이 때문에 ‘KIO3 표준용액’이라 명명하기도 하지만,

녹말 검출용 시약으로서의 공식적인 이 용액의 이름은

요오드-요오드화칼륨 용액 또는

아이오딘-아이오딘화칼륨(iodine-potassium iodide) 용액이다.

[ 관련 글: 요오드-요오드화칼륨 표준용액 제조방법 https://ywpop.tistory.com/6000 ] [ 관련 글: 비타민 드링크제 희석 용액 250 mL 만들기 https://ywpop.tistory.com/9379 ] [ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/19874 ] 비타민 C 정량 분석할 때 산-염기 적정이 아닌 산화-환원 적정을 이용하는 이유

[이어지는 글 https://ywpop.tistory.com/17697 ] 비타민 C 정량분석 (실험 방법)

[참고] 종말점에서 청색으로 변하는 이유

I2와 녹말이 만나면 I2-녹말 착물이 생성되는데,

이 착물의 색깔이 청색이기 때문입니다.

[참고] (가열하면) 녹말의 구조가 느슨해진다.

—> 링 모양의 스프링을 생각해보세요.

그 스프링이 온도에 의해 약간 늘어났다고 보면 됩니다.

[키워드] 요오드와 녹말의 반응식, 요오드와 녹말지시약의 반응식, KI + KIO3, 비타민 C 정량 기준문서, 비타민 C 적정 기준문서, 비타민 C 사전, 비타민 C 기준문서, 비타민 C dic, 비타민 C 적정 사전, 비타민 C 정량분석 기준문서, 비타민 C 정량분석 사전

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비타민C 정량 분석 실험

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괴혈병은 비타민C인 아스코르브산 결핍증이다. 괴혈병에서 관찰되는 증상은 ‘전신 피로감, 하품, 호흡곤란, 두통, 메스꺼움, 병비, 우울증, 식욕감퇴, 잦은 혈관 출혈, 잇몸 출혈, 월경불순, 뼈나 관절 통증, 출혈, 창백증 빈혈, 뼈의 완화’ 등이다.

히포크라테스(Hippocrates)의 저서에고 괴혈병 기록이 있고 십자군 원정대, 신대륙 탐험대, 아프리카 희망봉을 돌아서 정가건 항해를 하던 선원들, 북미에서는 서부 개척자와 남북 전쟁 때, 흉년과 기근 시에 괴혈병 환자가 많았다고 한다. 최근에도 전쟁 및 분쟁 때문에 세워진 아프리카의 다섯 군데의 난민 수용소 인원의 상당수가 괴혈병에 시달렸고 산모 및 노인들이 특히 심하였다.

이런 괴혈병이 신선한 야채나 과일을 섭취함으로써 치료되며 예방된다는 것을 경험적으로 알게 되어 리백(Jan van Riebeeck)은 1652년, 남아프리카의 희망봉 근처에서 케이프 타운(Cape Town)이라는 도시를 건설하여, 희망봉을 돌아서 항해하던 동인도 회사(Dutch East India Company) 소속 선원들에게서 발생하였던 괴혈병을 치료해 주고 신선한 야채와 과일을 선박에 공급해 주었다고 한다.

또 블레인(Sir Gilbert Blane)은 1795년 영국 의회에서 영국 해군 병사에게는 하루 반 온스의 라임 주스(lime juice)를 의무적으로 공급할 것을 명하는 법률을 제정한 바 있으며, 영국 상선의 선원들도 규정을 지켜야 한다는 법률이 1844년 영국 의회를 통과하였다. 영국 해병의 별명이 Limey인 것은 매일 라인 주스를 먹지 않으면 안 된다는 이 규정에서 유래하였다. 이처럼 영국은 일찍이 괴혈병의 심각성을 인식하여 이를 예방하고 치료할 수 있었기에 막강한 해군력을 보유한 Pax Britancea 시대를 유지할 수 있었을 것이다.

이와 같이 괴혈병의 발병기 전이 명확히 밝혀지기 전에도 괴혈병의 원인, 치료 및 예방법의 원칙이 이미 확립되었다. 1932년이 되어서야 젠트교르기(Szent-Gyorgyi)에 의해 괴혈병을 예방하고 피료할 수 있는 물질은 비타민C라는 것이 밝혀졌고, 현재에는 구조와 특성, 작용기전까지도 밝혀졌다.

🧪 실험 목적

DCPIP(2,6-dichlorophenolindophenol) 적정방법을 이용하여 비타민 제품에 함유되어있는 비타민C의 양을 정량 분석한다.

🧪 실험이론

비타민C의 화학적 성격을 살펴보면 L-ascorbic acid는 dehydro-L-ascorbic acid로 쉽게 산화된다. 또 dehydro-L-ascorbic acid는 2,3-diketo-L-gulonic acid로 산화된다.

L-Ascorbic acid와 dehydro-L-ascorbic acid 사이의 변환은 가역적 산화, 환원 반응이지만 dehydro-L-ascorbic acid이 2,3-diketo-L-gulonic acid로 산화되는 것은 비가역 반응이다. 즉 비타민C는 dehydroascorbic acid로 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 환원제로서 작용할 수 있는 물질이다.

비타민C는 동물의 콜라겐 (collagen)을 합성하는 데 필수적이다. 비타민C가 부족하면 콜라겐 합성과정이 차단되어 괴혈병의 전형적인 증상인 출혈, 감염 및 뼈의 연화 등의 증상이 나타난다. (콜라겐은 혈액 응고에 관여하는 물질이다.)

콜라겐을 합성하는 효소는 2가 상태의 철분 (Fe2+)과 느슨하게 결합하고 있어야 활성형 효소로 작용하며, 철분이 산화되어 3가 상태 (Fe3+)로 변하면 활성이 없어진다. 아스코르브산은 3가 상태 (Fe3+)의 철분을 2가 상태 (Fe2+)로 환원시켜 주며, 효소의 성분인-SH기를 환원 상태로 유지시켜주는 기능이 있기 때문에 콜라겐 합성을 도와주는 조효소 (coenzyme) 구실을 한다.

이와 같이 비타민C가 강력한 환원력을 지닌 물질이기 때문에 콜라겐 합성을 도와줄 수 있으며, 필요할 것이라는 것을 예상할 수 있을 것이다.

이 실험에서는 비타민C와 DCPIP의 산화 환원 반응을 이용하여 시중에 유통되고 있는 오렌지 주스 또는 드링크제의 비타민C의 함량을 확인해보도록 한다.

2,6-dichlorophenolindophenol 의 환원반응

DCPIP (2,6-dichlorophenolindophenol)는 푸른색의 염료로써 환원된 상태에서는 무색이며 산화환원 반응을 할 수 있다. 비타민C는 좋은 환원제 이므로 DCPIP와 산화 환원 반응을 하여 당량점에서 색을 변화시킨다. 산성 조건에서 DCPIP는 분홍색을 띠고 다시 비타민C와 반응하여 무색이 된다. 적정하면서 비타민C가 모두 DCPIP와 반응하고 나면 용액은 다시 분홍색을 띤다.

DCPIP (blue) + H+ → DCPIPH (pink)

DCPIPH (pink) + VitC → DCPIPH 2 (colourless)

C 6 H 8 O 6 + C 12 H 7 NCl 2 O 2 → C 6 H 6 O 6 + C 12 H 9 NCl 2 O 2

비타민C는 강력한 환원제이고, 비타민C와 1 : 1로 반응하는 DCPIP(2,6-dichlorophenolindophenol)를 이용하면 농도를 알고 있는 지시약 (DCPIP)의 산화, 환원 적정을 통해서 시료 속 비타민C의 함량을 계산할 수 있다.

아스코르브산과의 반응

🧪 실험 기구 및 시약

부피 플라스크, 삼각플라스크, 뷰렛, 피펫, 비타민C(Ascorbic acid;아스코르브산), 비타민C가 함유된 시료

2,6-dichlorophenolindophenol(DCPIP;C 12 H 7 NCl 2 O 2 )

🧪 실험 과정

1. 아스코르브산 표준용액으로 색소 표준용액의 적정

① 뷰렛을 아스코브르산 표준용액으로 채운다.

② 색소(DCPIP) 5 ml를 정확히 측정하여 삼각플라스크에 넣는다.

③ 용액의 색이 푸른색에서 투명하게 변하면 실험이 완료된다.

④ 실험 간 오차를 줄이기 위해 실험을 3 회 반복한다.

2. 제품에 들어있는 비타민C 정량분석

① 고체 시료는 증류수에 녹인다. (액체 시료는 바로 사용)

② 뷰렛을 시료로 채운다.

③ 색소(DCPIP) 5 ml를 정확히 측정하여 삼각플라스크에 넣는다.

④ 용액 색이 푸른색에서 투명하게 변하면 실험이 완료된다.

⑤ 실험 간 오차를 줄이기 위해 위에 실험을 3 회 반복한다.

DCPIP의 색변화(청남색 → colourless)

🧪 실험 결과

▸ 아스코브르산 표준용액으로 색소 표준용액의 적정

0.01 M Vit C 적정량 (mL) 1회 6.3 2회 6.4 3회 6.4 평균 6.37

※ DCPIP 부피 10 mL

✔ DCPIP의 실제 농도

M DCPIP × V DCPIP = M VitC × V VitC

M DCPIP ×10 mL = 0.01 M VitC × 6.37 mL VitC

M DCPIP = 6.37×10-3 M DCPIP

✔ 제품 속 비타민C 정량분석

각 시료의 영양 성분표

시료명 영양성분표 상 비타민C 함량 A. *** 500 mg / 100 mL B. *** 35.87 mg / 100 mL C. *** 130 mg / 210 mL

✔ 시료 속 비타민C 농도 계산

시료명 DCPIP 양 시료 적정량 1 회 2 회 평균 A. *** 10 ml 2.2 ml 1.7 ml 1.95 ml B. *** 1 ml 3.5 ml 3.3 ml 3.4 ml C. *** 10 ml 19.1 ml 15.8 ml 17.5 ml

🧃 A 시료

M DCPIP × V DCPIP = M A × V A

6.37×10-3 M DCPIP ×10 mL = M A × 1.95 mL A

M A = 3.27×10-2 M

A = 3.27×10-2 M × 176.13 g/mol VitC = 5.759 g/L = 572.9 mg/100 mL

🧃 B 시료

M DCPIP × V DCPIP = M B × V B

6.37×10-3 M DCPIP ×1 mL = M B × 3.4 mL B

M B = 1.87×10-3 M

B = 1.87×10-3 M × 176.13 g/mol VitC = 0.329 g/L = 32.9 mg/100 mL

🧃 C 시료

M DCPIP × V DCPIP = M C × V C

6.37×10-3 M DCPIP ×10 mL = M C × 17.5 mL C

M C = 3.64×10-3 M

C = 3.64×10-3 M × 176.13 g/mol VitC = 0.641 g/L = 134.6 mg/210 mL

시료 영양성분표 실험 결과 % 오차 A.*** 500 mg/100 mL 572.9 mg 14.58 % B. *** 35.87 mg/100 mL 32.9 mg 8.28 % C. *** 130 mg/210 mL 134.6 mg 3.53 %

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산화-환원 반응을 이용한 비타민 C의 분석 및 적정 > 실험주제별 갤러리

국립중앙과학관 세종과학실험 토론캠프

산화-환원 반응을 이용한 비타민 C의 분석 및 적정

1. 실험목표 : 요오드 적정법을 통해 과일주스(혹은 비타민제)에 들어있는 비타민 C의 양을 정량적으로 구할 수 있다.

2. 실험재료 : 비타민 C 드링크, 비타민 C, 수용성 녹말, 0.5M 수산화나트륨, 3M 염산, 1M 요오드화칼륨, 0.05M 요오드산칼륨, 증류수, 기름종이

3. 실험기구 : 저울, 삼각플라스크 100ml,500ml, 둥근바닥플라스크 250ml, 뷰렛 50ml, 메스실린더 50ml, 10ml, 깔때기, 뷰렛스탠드&뷰렛클램프, 비커 500ml, 유리피펫 20ml, 피펫 필러, 세척병, 막자와 막자사발, 가열기, 유리막대, 약숟가락, 스포이드

4. 실험방법

비타민드링크 안에 들어있는 ascorbic acid 분석

1) 드링크 10ml를 증류수로 10배 묽힌다.

그림1. 묽은 비타민 드링크

2) 100ml 삼각 플라스크에 20ml 옮긴다.

3) 1% 녹말용액을 2ml 정도 가한다.

그림2. 묽힌 비타민 드링크와 왼쪽 하단의 녹말 용액을 오른쪽 하단 삼각플라스크에 섞어놓은 모습이다.

4) 종말점, 청색이 나올 때까지 만들어 놓은 요오드 용액으로 적정한다.

그림3. 요오드용액으로 적정하고있는 모습이다.

5) 청색이 보였을 경우 20초간 유지 되었을 때 종말점으로 간주한다.

그림4. 종말점 이후 적정용액

쏠라씨 안에 들어 있는 ascorbic acid 분석

1) 쏠라씨 1개를 막자사발에 넣고 막자로 갈아 가루로 만든다.

그림5. 비타민정을 막자사발을 이용하서 빻는 모습니다.

2) 쏠라씨 0.1g을 재어 증류수 300ml가 들어있는 비커에 넣는다.

3) 약 5분 정도 유리막대를 이용하여 충분히 젓는다

4) 용액을 500ml 삼각플라스크에 옮겨 담고 1M HCL 5ml를 넣는다.

5) 0.005M KIO3 용액 50ml를 넣고 콕을 영어 아랫부분까지 모두 채워지도록 한 후 눈금을 읽는다.

그림6. 비타민정+녹말용액을 적정하고 있는 모습이다.

6) 흰종이를 대고 용액이 청색으로 변하는 순간 눈금을 읽어 종말점까지 들어간 적정 용액의 양을 측정해본다.

*시약준비

1%녹말지시약

0.5g 수용성 녹말을 50ml 증류수에 넣고 열 교반기에서 가열하며 녹인다. 잘 섞어주 고 사용하기 전 식힌다.

요오드 용액

3g의 KI와 0.15g의 KIO3를 250ml 플라스크에 넣고 약간의 물로 녹인 후 3M 염산용 액 10ml를 가하고 증류수로 250ml까지 채워준다.

그림7. 요오드용액 사진

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