В предыдущей статье мы смогли установить качественный состав самогона, но не менее интересен и количественный. Возьмем такой простой параметр, как крепость, или содержание спирта. Здесь метод ЯМР является привлекательным с точки зрения быстрого количественного анализа простой смеси. Рассмотрим эту задачу на примере самогона.
Количественной мерой в ЯМР является площадь пика, или его интегральная интенсивность. Почему не высота? потому что высота каждого сигнала зависит от ряда факторов, таких, как время релаксации (от этого одни сигналы высокие и узкие, другие широкие), а также расщепление в мультиплеты на соседних атомах. Рассмотрим этот феномен позже, а сейчас хочу обратить внимание, что для каждого пика площадь пропорциональна числу атомов водорода, которые его образуют.
Откалибровав правый пик, принадлежащий атомам водорода метильной группы (при 1 м.д.) по их числу, равному трем, получили ожидаемую интегральную интенсивность в два атома водорода для метиленовой группы при 3.4 м.д., и аж 14.44 для пика при 4.7 м.д, который образован ОН-группой спирта и самой водой.
Далее простой расчёт: в пике 14.44 атомов водорода, но только один принадлежит спирту. 13.4 - воде, причем её молекула - Н2О и в этом пике два атома водорода от воды, значит самих молекул в два раза меньше.
Таким образом, в нашем самогоне содержание воды - 6.7 молекул на одну молекулу спирта. Как получить привычные проценты?
Вспомним, что масса водорода - 1 условная единица, углерода -12, кислорода -16. Таким образом, у воды молекулярная масса = 18, у этилового спирта = 46.
если одна молекула спирта весит 46 единиц, то 6.7 молекул воды весят 120.6 единиц. В сумме получаются массовые проценты:
доля этилового спирта = 46 / (46+120.6)* 100 = 27.7 массовых %
Нам более знакомы объемные проценты, которые используются при характеристике алкоголя.
Чтобы не утомлять читателя расчетами с учетом плотностей и контракции (уменьшения объема при смешивании спирта и воды), по ссылке находим соответствие объемных процентов массовым.
получается 35.6 знакомых объемных процентов. Надо сказать, что такие измерения можно провести и без дорогостоящего оборудования, если воспользоваться спиртометром!
Однако ЯМР позволяет посмотреть и другие вещества и установить количественный и качественный состав примесей, которые трудно установить традиционными методами.
Вот спектр отгона "голов" самогона:
Что видно на нём? Метилового спирта как не было, так и нет, зато в области от 0.6 до 4 м.д. целый "лес" пиков.
Если обратиться к литературе, то можно обнаружить: уксусную кислоту (пик около 1.9 м.д.), этиловый эфир молочной кислоты, 1-пропанол, изоамиловый спирт, возможно и прочие высшие спирты.
таким образом, даже этот отгон можно пить без опасения за здоровье, вопрос в количестве.
Понятно, что водка - один из самых простых по составу спиртовых продуктов, и та водка, что встречается в продаже, состоит далеко не только из спирта и воды.
Пример магазинной водки. Заявлено, что настояна на меду, посмотрим на её спектр с подавлением сигналов спирта и воды:
Натуральный Мёд обычно представлен на 99% простыми сахарами, глюкозой и фруктозой, в нем допускается до 15% сахарозы. На данном спектре видно следующее: в водку добавлен просто сахар, видны сигналы, характерные лишь для сахарозы (сравните с верхним спектром, который принадлежит раствору сахарозы в воде).
Также можно заявлять о том, что спирт в водке достаточно хорошей очистки, поскольку не видно сигналов от сивушных масел, зато есть глицерин, о добавлении которого производитель честно сообщил, в отличие от лукавства насчёт мёда.
Таким образом, можно метод позволяет устанавливать состав простых смесей, как качественный, так и количественный. В следующей части расскажу про анализ вина. Спасибо за внимание!