Iodprobe

Grundprinzip der Iodprobe

Die Iodprobe, auch Iod-Stärke-Reaktion genannt, ist ein nasschemisches Verfahren zum Nachweis von Stärke. Ein positives Ergebnis zeigt sich durch eine deutliche Färbung, meist blau bis blau-schwarz. Umgekehrt kann mit einer Stärkelösung auch Iod nachgewiesen werden.

Früher wurden dafür fast ausschließlich Iod-Kaliumiodid-Lösungen nach Lugol verwendet. Iod ist schlecht in Wasser löslich, deshalb wurde Kaliumiodid zugesetzt. Dabei entstehen gut wasserlösliche Tri-, Penta-, Hepta-, Nona- und Polyiodidionen. Nach dem im Artikel beschriebenen heutigen Verständnis sind diese Ionen aber nicht die Ursache der farbigen Iod-Stärke-Einschlussverbindung.

Sicherheit und Ersatzverfahren

Die üblichen Lugolschen Lösungen erhalten nach aktueller GHS-Einstufung die Kennzeichnung GHS08 „Gesundheitsgefahr“. Besonders der Zusatzstoff Kaliumiodid ist laut Artikel eine unnötige Gefährdung, weil er bei der eigentlichen Nachweisreaktion keine Rolle spielt und daher verzichtbar ist.

Als Ersatzverfahren kann eine geringer konzentrierte Iodlösung mit 0,025 mol/L verwendet werden, das entspricht etwa 0,635 % Iod. Diese Lösung besitzt derzeit keine Einstufung gemäß GHS und kann trotzdem erfolgreich Stärke nachweisen. Nach der Ersatzstoffprüfung in der Gefährdungsbeurteilung gemäß § 5 Arbeitsschutzgesetz empfiehlt sich daher eine geringer konzentrierte Lösung ohne Kaliumiodid. Die schlechte Löslichkeit von Iod in Wasser ist dabei kein Problem, wenn das Testreagenz wenigstens einen Tag vor der ersten Verwendung angesetzt wird.

Anwendungen

Im Obstbau dient die Iodprobe zur Bestimmung des Erntezeitpunkts von Äpfeln. Dazu werden die Schnittflächen frisch gepflückter Äpfel mit einer Lösung aus 3 g Iod und 10 g Kaliumiodid in 1 L Wasser benetzt. Das Stärkeabbaumuster wird anschließend mithilfe einer Vorlage bewertet. Auch hier kann auf Kaliumiodid mit der Einstufung GHS 08 verzichtet werden, wenn das Reagenz wenigstens einen Tag vor der ersten Verwendung angesetzt wird.

Eine weitere Anwendung sind chemisch funktionierende Geldscheinprüfstifte. Dabei wird mit einem Filzstift etwas Iodlösung auf einen Geldschein gestrichen. Banknotenpapiere bestehen aus Baumwolle und/oder Polymer und enthalten keine Stärke; der leicht gelbliche Strich verblasst eher. Viele Büro- und Kopierpapiere enthalten dagegen Stärke, wodurch der Strich rasch blau erscheint.

Chemische Ursache der Färbung

Stärke enthält Amylose, ein Molekül mit helixförmiger Konformation. In der Mitte dieser Helix befindet sich ein kanalartiger Hohlraum. Für die Farbreaktion sind nach dem Artikel keine Oligo- oder Polyiodidketten wie I₃⁻, I₅⁻, I₇⁻ oder I₉⁻ erforderlich, sondern unbegrenzt lange Ketten aus neutralem Iod.

Im Polyiod-Stärke-Komplex sind die Valenzelektronen der Iod-Atome delokalisiert. Dadurch sinkt die Anregungsenergie dieser Elektronen. Sie absorbieren Licht im langwelligeren Bereich, sodass der Komplex als Komplementärfarbe blau-schwarz erscheint.

Farbunterschiede und Reaktionsverhalten

Die genaue Farbe hängt vom Stärke-Typ, von der industriellen Aufbereitung der Stärkeprodukte und von der Konzentration der Reaktionspartner ab. Stärke aus Kartoffeln, Mais, Weizen oder Reis kann daher rötlich, violett, blau oder schwarz erscheinen.

Als Regel gilt: Eine stärker verzweigte Molekülkette führt eher zu einer rötlichen Verfärbung, wenn etwa 20–30 Glucose-Einheiten bis zur nächsten Verzweigung vorliegen. Eine weniger verzweigte Kette mit über 45 Einheiten bis zur nächsten Verzweigung erzeugt eher einen blauen Eindruck. Die Färbung wird qualitativ als Stärkenachweis und quantitativ in der Iodometrie zur Bestimmung des Stärkegehalts genutzt. Beim Erwärmen einer tiefblauen bis blauvioletten Lösung tritt Entfärbung ein. Auch durch Ethanol, Schwefelkohlenstoff oder durch enzymatische Hydrolyse der Amylose mit Amylase werden die Polyiodketten aus der Helix herausgelöst.