Рефрактометры в квалиметрии молочной промышленности

Оптические методы исследования
Это методы, основанные на использовании законов оптики, т. е. законов, описывающих природу и механизмы оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.
Это взаимодействие приводит к различным энергетическим переходам, которые регистрируются экспериментально в виде поглощения излучения, отражения и рассеяния электромагнитного излучения.

Рефрактометрия
это метод исследования веществ, основанный на определении показателя (коэффициента) преломления (рефракции) и некоторых его функций.
Приборы для определения показателя преломления (ПП) методами рефрактометрии называют рефрактометрами. Их устройство основано на явлении полного внутреннего отражения на границе раздела двух сред с разными показателями преломления.

Основные законы оптики
Закон прямолинейного распространения света;
Закон независимости световых лучей;
Закон преломления;
Закон отражения.

ɣ

Законы оптики:

Показатель преломления

Факторы, влияющие на показатель преломления
температура;
концентрация раствора;
длина волны падающего света.
Зависимость показателя преломления воды от температуры
Зависимость изменения показателя преломления от концентрации растворенного вещества

В качестве источника света используют:
белый свет,
свет электролампы,
натриевое пламя.
При естественном освещении и свете электролампы вследствие рассеяния лучей света граница светотени получается расплывчатая, радужная. Для устранения этого дефекта применяют компенсатор дисперсии (призмы Амичи), которые устанавливают перед объективом.

Ход лучей в рефрактометре при измерении показателя преломления методом скользящего луча
1-источник света, 2-конденсор,
3-осветительная призма,
4-измерительная призма,
5-призма прямого зрения (Амичи),
6-объектив зрительной трубы,
7-сетка с перекрестием,
8-шкала,
9-окуляр зрительной трубы,
10-поле зрения окуляра.

Применяемые приборы
Наиболее распространены рефрактометры с призменными блоками и компенсаторами дисперсии Аббе, позволяющие определять показатель преломления в «белом» свете по шкале или цифровому индикатору.
Для определения составных частей молока и молочных продуктов используют следующие марки лабораторных (стационарных) рефрактометров:
ИРФ-454,
РЛ-2,
РЛ-3,
рефрактометр Аббе,
поточные рефрактометрические системы (например, К-Patents)

Внешний вид рефрактометров
ИРФ-454
РЛ-2
РЛ-3
Рефрактометр Аббе

Применение рефрактометрического метода
1. Определение физико-химических параметров веществ
содержание сухих веществ (сыворотка, молоко, сгущенное молоко с сахаром и т.д.).
массовую долю белка в молоке;
массовую долю лактозы в молоке;
массовую долю жира в молоке;
СОМО
Коэффициент корреляции между СВ и показателем преломления Nd ≥0,95.
Для молока, обезжиренного молока, пахты, сыворотки, КСБ, смеси для мороженого, сгущенного молока с сахаром, для рассола, раствора хлорида кальция получены уравнения типа:
СВ = А∙Nd + В
Вычисленные по уравнениям регрессии значения СВ вполне совпадают с определенными аналитическим путем.
Погрешность определения СВ - не более 1%

Применение рефрактометрического метода
2. Идентификации химических веществ
например минералов, показатель преломления мелких крупинок (порошков) определяют иммерсионным методом - (погружают крупинки в капли иммерсионных жидкостей с известными показателем преломления и наблюдают в микроскоп момент совпадения показателя преломления при нагревании или изменении длины волны);
обратный вариант иммерсионного метода применяется для идентификации расплавов органических веществ при анализе лекарственных препаратов (с помощью микроскопа и набора стеклянных порошков с известными показателями преломления - метод Кофлера)
3. Количественного и структурного анализа

Применение автоматических рефрактометров:
для непрерывной регистрации показателя преломления жидкостей в потоке при испарении, разделении (кристаллизации) и смешивании жидкостей;
при смешивании молочной основы с фруктовой добавкой для контроля содержания последней в продукте и т.д.
как универсальные детекторы жидкостных хроматографов.

Достоинства метода
высокая точность определения – показателя преломления жидких и твердых тел с точностью до 0,0001, а сухих веществ - (±0,1)%, что значительно лучше, чем обеспечивает плотномер;
простота в обращении;
малые затраты времени на измерение (возможность использования в технологическом процессе);
для определения требуется небольшое количество вещества;
в поточных рефрактометрах –
высокая стабильность работы (нет дрейфа сигнала, нет погрешности, вызываемой налипанием продукта; кристаллы сахара, пузырьки воздуха, мякоть плодов, изменения цвета не влияют на точность измерения);
цифровой принцип – калибровка не меняется со временем (после того как сенсор был откалиброван на определенный диапазон, нет необходимости в калибровке)

Недостатки метода:
на отдельном приборе возможно определение узкого круга веществ, имеющих определенные показатели преломления.

Список литературы