Рефрактометрия. Некоторые понятия физической оптики. 1 Распространение света
 Скачать 1.7 Mb.
|
1 2 3) Рефрактометр ИРФ-454 Б2МРефрактометр ИРФ-454Б2М предназначен для измерения показателя преломления и средней дисперсии неагрессивных жидкостей и твердых тел. Рефрактометр ИРФ-454 Б2М обладает рядом достоинств: быстротой измерения; простотой обслуживания; минимальным расходом исследуемого вещества, что особенно важно при работе с дорогостоящими материалами. Рефрактометр ИРФ-454 Б2М применяется: . В медицинских учреждениях: для определения белка в моче, сыворотке крови, плотности мочи, анализ мозговой и суставной жидкости, плотности субретинальной и других жидкостей глаза. Использование рефрактометра позволяет значительно сократить затраты времени при массовых обследованиях пациентов. . В фармацевтической промышленности: рефрактометр ИРФ-454б2м может применяться для исследования водных растворов различных лекарственных препаратов: кальция хлорида (0% и 20%); новокаина (0,5%, 1%, 2%, 10%, 20%, 40%); эфедрина (5%); глюкозы (5%, 25%, 40%); магния сульфата (25%); натрия хлорида (10%); кордиамина и т.д. . В пишевой промышленности: на сахарных и хлебных заводах, кондитерских фабриках для анализа продуктов и сырья, полуфабрикатов, кулинарных и мучных изделий рефрактометр ИРФ-454 б2м определяет влажность меда (до 20 %) для определения доли сухих веществ в различных суслах (ГОСТ 5900-73), "промочке", сахароаграровом сиропе, сиропе для мармелада, зефира, кремов и пряников, "тиражки" для пряников; для определение массовой доли растворимых сухих веществ по сахарозе (BRIX) в продуктах переработки плодов и овощей, для определения процентного содержания жира в твердых продуктах питания (пряники, вафли или хлебобулочных изделий) концентрации солей. . При обслуживании техники рефрактометр ИРФ-454 Б2М применяется для определения с большей точностью объемной концентрации противокристаллизационной жидкости "ИМ", которая добавляется в авиационное топливо в количестве от 0,1 до 0,3%. Дальнейшая обработка результатов ведется согласно "Методическим рекомендациям по анализу качества ГСМ в гражданской авиации" Ч. II стр.159. Опыт использования рефрактометров показал, что эти приборы значительно сокращаются время и повышают достоверность получения анализов по процентному содержанию жидкости "ИМ" в авиационном топливе. 4) Рефрактометр АЛР-3Автоматический лабораторный рефрактометр АЛР-3 с микропроцессорным управлением предназначен для исследования концентрации широкого диапазона жидких сред как низкой, так и высокой вязкости, независимо от прозрачности и цвета. Прибор автоматически измеряет коэффициент преломления образца раствора, вычисляет его концентрацию и представляет результат на цифровом ЖК-индикаторе. Рефрактометр имеет стандартную калибровку по концентрации сахара в воде (шкала Брикс), но может быть откалиброван на концентрацию любых растворов по желанию заказчика с записью в память соответствующих шкал. Рефрактометр АЛР-3 измеряет температуру исследуемого раствора и производит автоматическую компенсацию ее влияния на результат измерений. Рефрактометрические детекторы в отличие от фотометрических детекторов, реагирующих только на вещества, поглощающие свет в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области спектра, рефрактометрические детекторы являются универсальными. Они особенно полезны, когда вещества не имеют интенсивного поглощения в УФ свете, не флуоресцируют и не обладают электрохимической активностью. Их принцип действия основан на дифференциальном измерении показателя преломления чистого растворителя и раствора анализируемого вещества в этом растворителе. Вклад растворенного вещества в изменение показателя преломления растворителя пропорционален объемной концентрации этого вещества, причем растворитель также является детектируемым веществом, так как имеет определенный показатель преломления. Данные детекторы обладает средней чувствительностью, их показания в сильной степени зависят от колебаний параметров, влияющих на состав подвижной фазы, таких как давление, температура и концентрация анализируемого вещества. Поэтому рефрактометрический детектор мало пригоден для градиентной хроматографии. Требуется кропотливый подбор системы растворителей, имеющих близкие показатели преломления. Только при этом становится возможным осуществить градиентное элюирование в определенных пределах концентрации смеси растворителей. Чувствительность детектора к изменениям температуры составляет для разных растворителей от 5×10-4 до 5×10-5 единиц показателя преломления на 1°С. Что касается чувствительности к давлению, она составляет 1×10-4 - 5×10-4 единиц показателя преломления на 1 МПа. Чувствительность детектора к температуре обусловливает специальные меры по стабилизации температуры самого детектора и подвижной фазы при входе в детектор. В этом случае применение более длинных соединительных трубок на входе в детектор, действующих как теплообменники, приводит к высокому экстраколоночному расширению пиков и снижает достигнутую в колонке эффективность разделения. В хроматографе, оснащенном рефрактометрическим детектором, с целью стабилизации потока элюента и параметров удерживания сорбатов в колонке желательно применять термостатирование колонки и детектора. Для реализации максимальной чувствительности детектора на уровне 10-8 единиц показателя преломления точность термостатирования должна быть не более ±0.01°С. При хорошем термостатировании детектор мало чувствителен к изменениям расхода подвижной фазы. Он прост конструктивно, удобен в работе, недеструктивен и дает высокую воспроизводимость показаний. Недостатком детектора является его нечувствительность к веществам, имеющим показатель преломления, одинаковый с растворителем. Работа большинства современных рефрактометрических детекторов основана на трех различных принципах измерения сигнала: отклонении, отражении и интерференции. Метод, основанный на законе отражения света (закон Френеля), согласно которому интенсивность отраженного света, падающего на поверхность границы раздела жидкости и стекла, пропорциональна углу падения и разности показателей преломления двух сред. Преимуществом детекторов, работающих на этом принципе, является меньший объем ячеек (< 3 мкл), в связи с чем они могут работать при небольших расходах элюента и с высокоэффективными колонками. Однако чувствительность таких детекторов в 50-100 раз ниже чувствительности других типов рефрактометрических детекторов, что, кстати, делает их более пригодными для градиентного элюирования. Так как детектирование происходит на границе раздела жидкости и стекла, для получения стабильной работы детектора необходимо следить за чистотой стекла. Детектор френелевского типа включает в себя источник света, конденсор, дифференциальную ячейку стеклянные стержни, линзу и фотоприемник. В его состав входят также теплообменники и диафрагма для регулирования силы светового потока. Источник света, снабженный инфракрасным блокирующим фильтром, предназначен для создания светового потока в видимой части спектра. Конденсор предназначен для формирования плоского пучка света, падающего на ячейку. Ячейка рефрактометра изготовлена из нержавеющей стали, герметизируется защитными стеклами, призмой и тефлоновыми прокладками. Стеклянные стержни и линза фокусируют прошедшие через ячейки световые потоки на светочувствительные элементы фотоприемника. Фокусировка позволяет устранить перекрывание световых потоков, которое может привести к дифференцированию хроматографических пиков. Работа рефрактометрического детектора третьего типа основана на интерферометрическом принципе сдвига. Лучи света от источника видимой области спектра разделяются делителем на две части, фокусируются линзой и проходят через рабочую и сравнительную ячейки объемом 5 мкл. Лучи света затем объединяются с помощью другой линзы и делителя и попадают на чувствительный элемент. Различие показателей преломления рабочего и сравнительного потока элюента приводит к разнице в длине оптического пути, которая измеряется интерферометрическим детектором как изменение длин волн света. Показания этого типа детектора имеют достаточно широкий диапазон линейности, а чувствительность в 10 раз выше, чем для других рефрактометрических детекторов. При оптимальных рабочих условиях возможно детектирование около 3 мкг/мл растворенного вещества. Детектор фиксирует любой тип анализируемых веществ, не зависимо от структуры, молекулярной массы и других физико-химических свойств. Предел обнаружения для лучших рефрактометрических детекторов достигает 108 единиц показателя преломления. Однако уровень шума в этих детекторах на 2 порядка выше шума УФ детектора. Они оптимальны для применения, когда нет необходимости в высокой чувствительности, например в препаративной ЖХ.  Рисунок 3 - 1. Сахароза 2. Глюкоза 3. Фруктоза 4. Сорбит Хроматограмма яблочного сока. Колонка: Rezex RCM-Monosaccharide 300х7,8 мм 8 мкм, защитная колонка: SecurityGuard Carbo-Ca2+ 4х3 мм, режим разделения: изократический, подвижная фаза: вода, расход: 0,6 мл/мин, температура колонки: 85°С, объем пробы: 20 мкл, детектор: рефрактометрический. 3. Метод определения содержания растворимых сухих веществ рефрактометром в фруктовых и овощных соках (ГОСТ Р 51433-99) .1 Применение, нормативные ссылки и термины 1. Область применения Настоящий стандарт распространяется на фруктовые, овощные соки и подобные им продукты и устанавливает метод определения содержания растворимых сухих веществ рефрактометром в единицах массовой доли в процентах или в градусах Брикса (°Брикса). Диапазон измерения массовой доли растворимых сухих веществ - от 2 до 80% (° Брикса). . Нормативные ссылки В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты: ГОСТ 26313-84 Продукты переработки плодов и овощей. Правила приемки, методы отбора проб 'ОСТ 26671-85 Продукты переработки плодов и овощей, консервы мясные и мясорастительные. Подготовка проб для лабораторных анализов ГОСТ 28498-90 Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний ГОСТ Р 51434-99 Соки фруктовые и овощные. Метод определения титруемой кислотности ИСО 3696-87* Вода для лабораторного анализа. Технические условия и методы испытания . Термины и определения В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями: Градус Brix (Брикс) (символ °Bx) - мера массового отношения растворённой в воде сахарозы к жидкости. Измеряется сахариметром, определяющим удельную массу жидкости, или проще - рефрактометром. Раствор в 25 °Bx - 25 % (вес/вес), означает 25 граммов сахара в 100 граммах жидкости. Или, выражаясь иначе, в 100 граммах раствора находятся 25 граммов сахарозы и 75 граммов воды. ИСО (International Organization for Standardization, ISO) - Международная организация по стандартизации. Международная организация по стандартизации создана в 1946 году двадцатью пятью национальными организациями по стандартизации, на основе двух организаций: ISA (International Federation of the National Standardizing Associations), учреждённой в Нью-Йорке в 1926 году (расформирована в 1942) и UNSCC (United Nations Standards Coordinating Committee), учреждённой в 1944 году. .2 Сущность метода Содержание растворимых сухих веществ определяют помощью рефрактометра: найденное значение выражают в единицах массовой доли сахарозы в водном растворе сахарозы, имеющем в заданных условиях такой же показатель преломления, как и анализируемый раствор, в процентах (°Брикса). Показатель преломления исследуемого продукта зависит от присутствия в нем, помимо сахаров, других растворимых веществ - органических кислот, минеральных веществ, аминокислот и пр. Для цитрусовых и концентрированных цитрусовых соков с высоким содержанием кислот и в других аналогичных случаях в найденное значение 0Брикса вносят поправку (приложение Б). * Действует до введения в действие ГОСТ Р, разработанного на основе стандарта ИСО. ) Средства измерений, лабораторное оборудование, реактивы и материалы. Рефрактометр, шкала которого градуирована в единицах массовой доли сахарозы, с ценой деления не более 0,1 %. Средства для поддержания постоянной температуры призм рефрактометра в диапазоне от 10 до 30°С в пределах ±0,5°С. Термометр ртутный стеклянный лабораторный по ГОСТ 2X498 типа ТЛ-4 4-Б2 или ТЛ-4 4-А2 или другого типа с диапазоном измерений от 0 до 100°С и пределом допускаемой погрешности не более ±0,5°С. Вода для лабораторного анализа по ИСО 3696 не ниже третьей категории качества. ) Отбор и подготовка проб. отбор проб по ГОСТ 26313. подготовка пробы к измерениям - по ГОСТ 26671. Перед проведением измерений пробу продукта тщательно перемешивают. В концентратах соков измерения проводят непосредственно, без разбавления. воду для лабораторного анализа, используемую при калибровке рефрактометра, дегазируют кипячением непосредственно перед использованием. перед каждой серией измерений рефрактометр должен быть откалиброван с использованием стандартных растворов в соответствии с инструкцией. Перед проведением калибровки, также как и перед проведением других измерений, поверхность стеклянных призм рефрактометра очищают водой, остатки влаги удаляют фильтровальной бумагой. массовую долю растворимых сухих веществ в соках определяют при окружающей температуре (20±0,5)°С. Если рефрактометр снабжен средством регулирования температуры, то измерения допускается проводить при температуре от 10 до 30°С, соблюдая инструкцию по эксплуатации прибора. Если рефрактометр не снабжен средством регулирования температуры, то измерения допускается проводить при температуре от 15 до 25°С. В полученное значение вносят температурную поправку, значение которой указано в приложении А. ) Проведение измерений Небольшую порцию пробы продукта помещают на нижнюю призму рефрактометра. Следят за тем, чтобы исследуемый продукт равномерно покрыл стеклянную поверхность, после чего накрывают нижнюю призму верхней призмой. Ждут, пока не будет достигнуто температурное равновесие (примерно 30 с), и затем проводят измерения в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора. Важно, чтобы температура сохранялась постоянной в течение всего процесса измерений. Определяют по шкале прибора массовую долю сахарозы в процентах до первого десятичного знака. Проводят два параллельных определения. ) Обработка и оформление результатов Содержание растворимых сухих веществ выражают в процентах или °Брикса. Значение показателя считывают непосредственно со шкалы прибора. Для цитрусовых соков вносят поправку на содержание кислот. Поправку рассчитывают по формуле .012 + 0,193 m - 0.0004  ,где m- массовая доля кислот, %, при рН = 8,1, в расчете на безводную лимонную кислоту, определяемую по ГОСТ Р 51434. Значения рассчитанных по данной формуле поправок приведены в приложении Б. Расхождение между результатами двух измерений, полученными при анализе одной и той же пробы продукта одним лаборантом на одном и том же оборудовании за возможно минимальный интервал времени, не должно превышать норматива оперативного контроля сходимости 0,15% (°Брикса) при испытаниях соков и напитков и 0,2% (°Брикса) при испытаниях концентрированных соков (Р = 0,95). При соблюдении этого условия за окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, округленное до первого десятичного знака. Расхождение между результатами двух измерений, полученными при анализе одной и той же пробы продукта в двух различных лабораториях, не должно превышать норматива оперативного контроля воспроизводимости 0,42% (°Брикса) при испытаниях соков и напитков и 0,6% (°Брикса) при испытаниях концентрированных соков (Р= 0,95). Пределы абсолютной погрешности определения содержания растворимых сухих веществ при соблюдении всех условий, регламентируемых настоящим стандартом, не превышают для соков и напитков ±0,3% ('Брикса). Для концентрированных соков ±0,4% ("Брикса) (Р = 0,95). В протоколе испытаний указывают: - информацию, необходимую для идентификации исследуемого продукта (вид. происхождение, шифр); - ссылку на настоящий стандарт; - дату и способ отбора проб (по возможности); - дату получения пробы для испытаний; - дату проведения испытаний; - результат испытаний с указанием погрешности и единицы измерений; - соблюдение нормативов контроля сходимости результатов; - особенности проведения испытаний (разведение концентрированного продукта, относительная плотность разведенной пробы и пр.); - отклонения условий проведения испытаний от описанных в стандарте, которые могли повлиять на результат. Заключение Темой данной курсовой работы было применение рефрактометрического метода анализа в пищевой промышленности. Рефрактометрия - метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления (коэффициента рефракции) и некоторых его функций. Этот метод применяется для идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ. Теоретическое исследование проведенное в первой части работы дает основные понятия метода рефрактометрии: показатель преломления - это отношение скоростей света в граничащих средах. Для жидкостей и твердых тел показатель преломления определяют, как правило, относительно воздуха, для газов - относительно вакуума. Значения показателя преломления зависят от длины волны света и температуры. Например, показатель преломления при 20°С для D-линии спектра натрия (589 нм). Часто используют также линии С и F спектра водорода (соответственно 656 и 486 нм). В случае газов необходимо учитывать зависимость показателя преломления от давления (указывать его или приводить данные к нормальному давлению). Анизотропные тела, одно- и двухосные кристаллы характеризуются соответственно двумя экстремальными или тремя значениями показателя преломления. Во второй части данной курсовой работы говориться об использовании метода рефрактометрии и приборах для измерения показателя преломления. А также разновидности рефрактометров и принцип работы на них. Рефрактометрия широко применяется также для определения строения координационных соединений (комплексов молекулярного и хелатного типа), изучения водородной связи, идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ. По работе, проведенной в третьем разделе, можно сделать следующие вывод: показатель преломления исследуемого продукта зависит от присутствия в нем, помимо сахаров, других растворимых веществ - органических кислот, минеральных веществ, аминокислот. В результате исследования и проведения курсовой работы получены знания сущности измерительных физико-химических методов анализа, используемых при оценке качества, проведении различных экспертиз и сертификационных испытаний продовольственных товаров, а также ознакомление с устройством и принципами работы основных лабораторных приборов и технических средств. В результате изучения получены знания об общих сведениях о составе, структуре, свойствах товаров; теоретических основах измерительных методов контроля качества товаров; основных метрологических характеристиках лабораторных приборов и оборудования. В дальнейшем предполагается более углубленное изучение данной темы, подробное исследование других методов. Список использованных источников 1. Барановский В.Ф., Горелкин С.М., Городенцева В.А. Физико-химические методы анализа: М.: Высшая школа, 1972. ISBN . Бацанов С.С. Структурная рефрактометрия [Текст]: учеб. пособие для хим. специальностей ун-тов / С.С. Бацанов .- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1976. - 304 с. : ил.. - Прил.: с. 281-295. - Библиогр.: с. 296-303 . Берцев В.В. Возможности аналитического применения световодной рефрактометрии / В.В. Берцев и [др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2004. - Т. 70, №11. - С. 13-22. - Библиогр.: с. 21-22 (14 назв.). . Вытовтов А.А., Грузинов Е.В., Шлёнская Т.В. Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров: Учебное пособие. - СПб: ГИОРД, 2007. - 176 с. . Евдокимов И.А. Развитие мембранных технологий: рациональность и безотходность / И.А. Евдокимов // Молочная промышленность. - 2010. - №12. - С. 60-65. . Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии [Текст] / Б.В. Иоффе.- 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1983. - 351 с.: ил . Иоффе Б.В. Физические методы определения строения органических молекул [Текст]: [учеб. пособие] / Б.В. Иоффе, Р.Р. Костиков, В.В. Разин; Ленинград. гос. ун-т им. А.А. Жданова. - Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1976. - 344 с.: ил. . Кравченко Э.Ф. Экспресс-методы контроля качества сырья, параметров технологических процессов и готовой продукции в сыроделии / Э.Ф. Кравченко // Молочная река. - 2007. - №24. -С. 15. . Краткий справочник физико-химических величин под редакцией К.П. Мищенко: М.: Химия, 1967 . Криштафович В.И., Ратушный А.С., Колобов С.В. Методы и техническое обеспечение контроля качества продовольственных товаров. Лабораторный практикум. - М.: Московский университет потребительской кооперации, 2003. - 66 с. . Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа, М.: Химия, 1964. . Методические указания. Рефрактометрия. Лабораторная работа №1. Волгоград. Изд-во ВПИ, 1983. - 14 с. . Минкин В.И., Осипов О.А., Жданов Ю.А. Дипольные моменты в органической химии: М.: Химия, 1968. - 246 с. 14. Нечаев А.П. Пищевая химия. - СПб.: ГИОРД, 2001. - 592 с. 15. Открытая база ГОСТов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: Приложения Приложение А  Приложение Б  1 2 |