Количественное определение кофеина в напитках

Введение
Кофеин является неотъемлемой частью нашей жизни так как именно из за его бодрящего эффекта мы употребляем его в виде кофе/чая и др. Кофеин содержится во многих продуктах природного происхождения к примеру: В кофейном дереве, чае, гуаране, орехах колы. Рассмотрим кофеин с химической точки зрения.
Кофеин или же 1,3,7-триметилпурин-2,6-дион относится к алкалоидам пуринового ряда. Выглядит как бесцветные или белые кристаллы, на вкус горький. Является психостимулятором.
Формула кофеина - C8H10N4O2

Актуальность
Для меня данная тема актуальна так как я сам с утра выпиваю чашку чая и мне хотелось бы узнать какой напиток бодрит больше чай или кофе. Для других данная тема может быть актуальна так как кофе и чай это самые популярные напитки в мире и на основе полученных данных можно будет узнать какой напиток больше всего употребляют люди из Европы и из Америки.

Цель
Сравнить количественное содержание кофеина в кофе и в чёрном лиственном чае
Задачи
1) Анализ литературных данных о кофе и чёрном лиственном чае.
2) Выбор методики определения кофеина и подбор оборудования.
3) Определение содержания кофеина в кофе и в чёрном лиственном чае.
4) На основе данных создать интернет статью.

Гипотеза
В кофе процентное содержания кофеина больше чем в чёрном лиственном чае, так как кофе бодрит больше.

Принцип выделения кофеина
Кофеин как многие сложные органические молекулы можно выделить экстракцией из водного раствора органическими растворителями образующими с водными растворами гетерогенную смесь жидкость-жидкость [1].
Повысить чистоту продукта можно за счет перекристаллизации из раствора или разделением смеси органических веществ возгонкой [1].
Максимально точно можно определить содержание кофеина спектрофотометрическими методами, например УФ-спекрометрией [2].
[1] Химия и Химики № 5 2016. Выделение кофеина из чая.
[2] Новикова М. Ю., Писарев Д. И., Новиков О. О., Фадеева Д. А., Попов Н. Н. Разработка методики определения компонентов новых
комбинированных анальгетиков // Актуальные проблемы медицины. 2012. №10 (129). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka
-metodiki-opredeleniya-komponentov-novyh-kombinirovannyh-analgetikov (дата обращения: 12.02.2021).

Методика проведения эксперимента
Выделение кофеина из кофе и черного листового чая проводили по следующей методике
1) Подготовка исследуемого материала методом измельчения
2) Осаждение большинства сопутствующих органических соединений
3) Экстракция кофеина
4) Очистка кофеина
5) Спектроскопия кофеина
6) Определение количественного содержания кофеина

Материалы

Оборудование
Оборудование из стекла и фарфора:
Спектрофотометр:
Нагревательный аппарат:

Подготовка исследуемого материала методом измельчения
Взяли горстку черного чая массой 25 г, поместили в ступку, насыпали SiO2 для более быстрого размельчения листьев. Измельчали на протяжении 15 минут, после измельчения залили водой для экстракции кофеина и сопутствующих органических соединений.

Экстракция и осаждение сопутствующих органических соединений
Экстракция есть ни что иное как заваривание чая или кофе.
А осаждение сопутствующих органических соединений, в основном танинов в чае, осуществляется за счет реакции с ионами поливалентных металлов в основной среде с образованием практически нерастворимых солей.
В экстракте из зерен кофе танинов практически не содержится а имеется высокое содержания жирных кислот переходящих в органический растворитель, их под действием щелочи перевели в водорастворимые вещества.

Очистка кофеина
Полученный раствор фильтруем от осадка и фильтрат сливаем с хлороформом.
Даем отстояться хлороформу после чего его сливаем на испарительное стекло и упариваем под тягой.
Полученный осадок переносим на стекле переносим в нагревательный аппарат и подвергаем возгонке.

Спектр поглощения кофеина
По литературным данным спектр
поглощения кофеина имеет вид [1]:
Спектр поглощения кофеина полученный
нами имеет вид:

Спектроскопия кофеина
Для определения количества кофеина в растворенной навески воспользуемся калибровочным графиком приведенном в литературном источнике
Интенсивность пика при 274 нм составила 0,475 что соответствует концентрации 0,001% в 238 мл органического растворителя, масса кофеина в растворителе 0,238 г.

Результаты
Были взяты одинаковые навески чая и кофе по 25 г выход кофеина после очистки определенный гравиметрическим методом составил из чая 0,21 г и из кофе 0,78 г.
Для раствора чая после осаждения танинов спектрофотометрическим методом было определено содержание кофеина в растворе из которого в последствии кофеин экстрагировали органическим растворителем содержание в растворе составило 0,238г таким образом эффективность экстрагирования составила 88 %