Физико-химические методы анализа

Физико-химические методы анализа

1. Рефрактометрический анализ

основан на измерении показателя преломления (рефракции) веществ, по которому судят о природе веществ, их чистоте или содержании в растворах.

С помощью Рефрактометрии Определяют содержание жира, воды, спирта, сахара, сухих веществ и других соединений. Основывается метод на измерении показателя преломления луча при прохождении его через жидкий продукт. Этот метод применяется при исследовании качества таких продуктов, как пищевые жиры, соки, томат-продукты.

Его широко применяют при исследовании таких пищевых продуктов, как жиры, томатные продукты, варенье, джем. Этим методом пользуются также для количественного определения жиров в пищевых продуктах, влажности, содержания спирта в растворе (в сочетании с пикнометрическим методом), для пофазного контроля в процессе производства пищевых продуктов - кондитерских, напитков, некоторых видов консервов и т. д.

Показатель преломления зависит от температуры, поэтому рефрактометрические измерения принято выполнять при 20°С. При отклонении температуры от 20°С вводят соответствующие температурные поправки.

При работе с раствором следует учитывать, что между показателем преломления и процентным содержанием вещества в растворе не всегда существует прямая зависимость.

Поэтому судить о концентрации вещества в растворе по показателю преломления можно только при наличии кривых, выражающих зависимость между этими двумя величинами. В некоторых случаях по показателю преломления невозможно определить содержание вещества в растворе, так как даже при значительных колебаниях концентрации вещества показатель преломления изменяется очень мало (например, для растворов метилового спирта). При наличии в растворе двух веществ только по показателю преломления нельзя судить о состоянии системы. В этом случае требуется знать какие-либо другие физико-химические величины, например температуру кипения или плавления, плотность вещества.

Большинство рефрактометров устроено так, что исследуемое вещество помещается между двумя призмами (двумя половинами призмы). Свет, пропущенный через призму, преломляясь или отражаясь от границы раздела сред (призма - вещество), освещает только часть шкалы, образуя достаточно резкую границу света и тени. Положение этой границы на шкале зависит от угла полного внутреннего отражения исследуемого вещества. На шкале указаны показатели преломления, соответствующие различным значениям угла полного внутреннего отражения.

В качестве источника света пользуются монохроматическим светом натриевой горелки или обычным белым светом, направляемым специальным зеркалом.

 

ГОСТ Р 51433-99 Группа Н59ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СОКИ ФРУКТОВЫЕ И ОВОЩНЫЕ

Метод определения содержания растворимых сухих веществ рефрактометром

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 градуcax Брикса (° Брикса). Диапазон измерения массовой доли растворимых сухих веществ - от 2 до 80% (° Брикса).

Содержание растворимых сухих веществ по рефрактометру или ° Брикса: Растворимые сухие вещества, измеряемые на рефрактометре и выражаемые в граммах сахарозы на 100 г раствора или в процентах.

Содержание растворимых сухих веществ определяют с 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 ° Брикса вносят поправку (приложение Б).

 

 

Определение сухих веществ рефрактометрическим методом в томатной пасте.

Приборы и оборудование. Технические весы, пипетка, воронка, бумажный фильтр, ложка, марля, фарфоровая чашка, колба 100 мл.

 

Порядок проведения анализа. Среднюю пробу томатной пасты тщательно перемешивают, отбирают ложкой около 100 г продукта, помещают на марлю или другую ткань, отжимают сок в фарфоровую чашку и фильтруют его в колбочку через бумагу.

 

Установив прибор на нуль-пункт, поднимают верхнюю камеру, вытирают соприкасающиеся плоскости призм досуха, сначала фильтровальной бумагой, а затем неворсистой салфеткой. После этого на поверхность измерительной призмы наносят 1-2 капли исследуемого раствора и плавно опускают верхнюю камеру.

Исследование сухих веществ в томатной пасте проводились в соответствии с ГОСТ 3343-89 «Продукты томатные концентрированные. Общие технические условия» (Таблица 2). Наименование томатной пастыМассовая доля сухих веществ, %ФактическаяПо ГОСТ 3343-89По маркировке «Помидорка»21 23-2718-22«Гастрономъ»2525

В результате исследования было установлено, что томатная паста «Гастрономъ» соответствует нормам ГОСТ 3343-89 «Продукты томатные концентрированные. Общие технические условия» и маркировке продукта, а томатная паста «Помидорка» не соответствует нормам ГОСТ 3343-89 «Продукты томатные концентрированные. Общие технические условия» и маркировке.

Поляриметрии,

Основанный на способности некоторых оптически активных веществ поворачивать плоскость поляризованного луча при прохождении через их раствор, можно определить концентрацию самих веществ, например сахара, в растворе

Фотометрические методы

С помощью фотометрических методов (Фотоколориметры, спектрофотометрии люминесцентного анализа) можно определить компоненты химического состава продовольственных и непродовольственных продукции, получить данные о свежести продуктов, их доброкачественности.

Фотоколориметрия

Задача фотоколориметрии - определение содержания вещества в растворе. Фотоколориметрический метод основан на избирательном поглощении исследуемым веществом монохроматического света. Окраска исследуемого растворенного вещества может быть естественной или полученной при взаимодействии его со специфическими реактивами.

Беер установил, что между концентрацией растворенного окрашенного вещества и поглощающей способностью раствора имеется прямая пропорциональная зависимость

k=c,

где - постоянная величина, зависящая от природы растворенного вещества и длины волны светового потока, но не зависящая от его концентрации;

с - концентрация вещества в растворе.

Содержание исследуемого вещества определяют непосредственно в испытуемом растворе или после предварительного отделения его от тех примесей, которые также могут образовывать окрашенные соединения с добавленным реактивом. Интенсивность окраски исследуемого раствора выражают соотношением между величинами падающего светового потока до и после прохождения его через этот раствор.

Натуральный логарифм отношения интенсивности падающего светового потока к интенсивности прошедшего через раствор светового потока называют оптической плотностью или поглощением и обозначают D:

D=ln=kcl.

Спектральный метод

Спектральный метод - метод, основанный на измерении пропускания или поглощения света определенной длины волны различными веществами. В основу спектроскопии положены общие законы, устанавливающие соотношение между величиной поглощения или пропускания и количеством поглощающего или пропускающего вещества.

С помощью абсорбционной спектроскопии можно определить степень окисленности жира в различных жиросодержащих продуктах (молоке, сливочном масле и т. п.), наличие пектиновых и красящих веществ, фенольные соединения (в вине, чае, кофе, плодах и овощах), кофеин, теобромин в чае и кофе, миоглобин в мясе, микроэлементы во всех товарах; можно определять состав и количество макро- и микроэлементов, содержание в пище витаминов А, К, В1, В2, В6, никотиновой кислоты, токоферолов, каротина и др.

Хроматография

Хроматография - динамическое разделение смеси веществ с помощью сорбционных методов. Способ хроматографии охватывает множество методов разделения, но общим для всех них является то, что они основаны на распределении отдельных соединений между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна и омывается другой - подвижной. В роли подвижной фазы может выступать жидкость или газ, а в качестве неподвижной - твердые тела или жидкость.

Хроматография - один из наиболее эффективных методов разделения и анализа сложных смесей веществ. Этот метод был открыт русским ученым М.С.Цветом в 1903 г. В основу метода положен принцип различной сорбируемости компонентов смеси на выбранном сорбенте, т. е. на распределении веществ между двумя не смешивающимися фазами. В настоящее время он широко используется в различных областях химии и биологии.

В зависимости от механизма разделения веществ различают следующие виды хроматографии:

адсорбционная - основана на различной способности отдельных веществ адсорбироваться на тех или иных сорбентах;

ионообменная - основана на различной способности разделяемых веществ к ионному обмену с тем или иным ионитом;

распределительная - основана на различной растворимости отдельных компонентов смеси в двух несмешивающихся жидкостях;

диффузионная - основана на разделении веществ по скорости диффузии внутри сорбента.

Перечень физико-химических показателей качества, которые можно определить с помощью хроматоргафического метода, достаточно широкий:

содержание свободных и связанных аминокислот,

органических кислот, углеводов, ароматических, красящих веществ, жирнокислотный состав липидов, пестицидов, витаминов и др.

Люминесцентный анализ

С помощью Люминесцентного анализа Можно установить природу и состав продовольственных продукции, а также материалов, применяемых при производстве непродовольственных продукции.

Основывается метод на способности многих соединений после их облучения ультрафиолетовыми лучами в темноте излучать видимый свет.

Так, свежая рыба при облучении ультрафиолетовыми лучами излучает свет голубого цвета, а та, которая начала портиться, фиолетового Здоровая картофель дает темную люминесценцию, пораженная грибком фитофторы — голубую, подмороженные — беловатую. Этим методом можно легко обнаружить примеси маргарина к животным жирам, плодово-ягодного вина в виноградных вин т. д.

Кондуктометрический метод

 

Кондуктометрический метод основан на измерении электропроводности материалов.

С помощью этого метода определяют титруемую кислотность темноокрашенных продуктов (виноградных вин, плодово-ягодных соков), так как в момент нейтрализации электропроводность растворов резко снижается или полностью отсутствует. Кондуктометрический метод измерения влажности сыпучих продуктов основан на зависимости между влажностью продукта и его электрическим сопротивлением. Определение влажности кондуктометрическим методом проводится специальными приборами - электровлагомерами и сводится к измерению сопротивления сыпучего материала. Этот метод измерения влажности применяется для таких пищевых продуктов, как зерно, мука, сахар-песок, кофе и др.

 

Микроскопирование

 

Микроскопирование - метод, основанный на использовании микроскопа в качестве измерительного прибора. Применяются обычные биологические и электронные микроскопы, различающиеся кратностью увеличения. Метод предназначен для определения строения тканей, клеток и их органелл, а также видового и количественного составов микроорганизмов. Наиболее широко микроскопирование применяется при определении вида крахмальных зерен, наличия в продуктах примесей и микроорганизмов, микроструктуры различных продовольственных и непродовольственных товаров. При микробиологических исследованиях микроскопирование сочетается с регистрационным методом (подсчет количества микроорганизмов

Микробиологические методы

Используются для установки уровня обсемененности промышленных продукции микроорганизмами, Установка уровня обсемененности микроорганизмами пищевых продуктов проводится с целью выявления в продуктах микроорганизмов, наличие которых может повлечь быстрое порчи продукта или пищевые отравления и заболевания людей.

С помощью микробиологических методов можно определить наличие в пищевых продуктах витаминов, биологически активных веществ и т. п..

Реологические методы –

методы, основанные на измерении различных веществ и материалов. Предназначены для определения структурно-механических свойств товаров (вязкость, упругость, эластичность и прочность), многие из которых характеризуют консистенцию. Применяют в товароведных исследованиях для изучения структурно-механических свойств пищевых продуктов. С их помощью определяют упруго-вязкие характеристики теста, вязкость мясного фарша, твердость плодов и овощей, прочность крахмального клейстера, консистенцию маргарина.

 

Разработаны методы исследования всех видов пищевых продуктов, включающих использование физических, физико-химических, химических методов анализа, органолептическую оценку, микробиологический контроль.

Применение единой методики контроля качества и верная работа всех контрольно измерительных приборов, применяемых в технологическом процессе и в лаборатории, являются важными факторами, которые обеспечивают высокое качество и достоверность полученных испытаний.

 

Испытания лаборатории, осуществляющие контроль качества на производстве должны быть аттестованы. В задачи производственной лаборатории кроме

-анализа сырья, полуфабрикатов, готовой продукции,

-входит проведение санитарно-гигиенических (микробиологических) исследований,

-участие в дегустациях пищевых продуктов, которые выпускает предприятие.

-Физические, химические, физико-химические методы контроля.

Измерительный метод широко используется для установления химического состава, структуры, физико-химических и физических показателей потребительских свойств продукции, но это не значит, что для оценки качества используются все имеющиеся методы исследования. Применяют только те, которые соответствуют цели исследования.

 

Основными видами измерительного метода являются: физические, физико-химические, химические, биохимические, биологические, товароведческо-технологические.

 

- Механические методы Исследования используются для определения таких показателей, как упругость, эластичность, твердость, вязкость, нередко применяются для характеристики потребительских свойств продовольственных и непродовольственных продукции.

- В товароведческой практике нередко применяют такие методы, как оптическая и электронная микроскопия, широко используются для изучения структуры наличия примесей.

Спектральные методы

Среди современных методов физико-химических анализов все большее распространение приобретает спектроскопия, позволяющая получить наиболее полную информацию о важнейших свойствах продукта. Спектральные методы исследования основаны на использовании явления поглощения (или испускания) электромагнитного излучения атомами или молекулами определенного вещества. Спектральный анализ используется для определения разнообразных органических соединений, а также минеральных элементов с концентрацией 10^-2 – 10^-6 моля.

Спектральные методы дают широкие возможности для наблюдения и исследования соответствующих аналитических сигналов в различных областях электромагнитного спектра – рентгеновское излучение, ультрафиолетовое (УФ) излучение, видимый свет; инфракрасное (ИК), а также микро- и радиоволновое излучение.

Спектроскопию условно можно разделить на эмиссионную и абсорбционную.

Эмиссионная спектроскопия исследует излучательную способность вещества. Испускание энергии связано с предварительным термическим и энергетическим возбуждением атомов, когда электроны с основного уровня переходят при поглощении энергии на более высокий энергетический уровень.

Абсорбционная спектроскопия исследует поглощательную способность вещества. При этом анализируемую пробу помещают между источником электромагнитного излучения с определенным диапазоном частот и спектрометром. Спектрометр измеряет интенсивность света, прошедшего через пробу, в сравнении с источником первоначального излучения при заданной длине волны.

Для исследования свойств пищевых продуктов наибольший интерес представляют области: видимая (200-400 нм) со стеклянной оптикой, ультрафиолетовая (400-800 нм) с кварцевой оптикой и инфракрасная (2-15 мкм).

Под воздействием различных излучений происходят электронные переходы в молекулах вещества или свободных атомах исследуемого химического элемента (аналитический сигнал – поглощение или испускание), а также изменения ориентации спинов атомов (аналитический сигнал – ядерный магнитный резонанс) или электронов (аналитический сигнал – электронный парамагнитный резонанс). Аналитические сигналы измеряют различными методами.

В таблице 2.1 приведена классификация спектральных методов.

Таблица 2.1 – Классификация спектральных методов

Спектроскопия	Источник аналитического сигнала	Аналитический сигнал	Метод
Молекулярная	Молекула	Поглощение (абсорбция)     Испускание (люминесценция)	молекулярно-абсорбционную спектрометрию (МАС) Молекулярно-люминесцентную (МЛС), или флуориметрию
Атомная	Атом	Поглощение (абсорбция)   Испускание (эмиссия)	атомно-абсорбционную (ААС) Атомно-эмиссионную (АЭС)
Магнитного резонанса	Ядро атомов (магнитный момент ядра)   Электрон (магнитный момент электрона)	Ядерный магнитный резонанс – ЯМР-спектр Электронный парамагнитный резонанс – ЭПР-спектр	Спектометрия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) Спектрометрия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)
Масс-спектроскопия	Ион	Масс-спектр	Масс-спектрометрия

По источнику и типу аналитического сигнала спектральные методы разделяют на молекулярно-абсорбционную спектрометрию (МАС) и молекулярно-люминесцентную (МЛС), или флуориметрию; на атомно-абсорбционную (ААС) и атомно-эмиссионную (АЭС), а также спектрометрию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Фотометрия

Фотометрический метод количественного анализа основан на способности определяемого вещества, компонента смеси или их окрашенных форм поглощать электромагнитное излучение оптического диапазона. Способность к поглощению зависит от цветности исследуемого вещества. Цветность определяется электронным строением молекулы, обычно ее связывают с наличием в молекуле так называемых хромофорных групп, обусловливающих поглощение электромагнитного излучения веществом в видимой и УФ-областях спектра.

Общая схема выполнения фотометрического определения едина и включает следующие стадии:

подготовку пробы и переведения определяемого вещества или компонента в раствор, в реакционноспособную, в зависимости от химизма аналитической реакции форму;

получение окрашенной аналитической формы определяемого вещества в результате проведения цветной реакции при оптимальных условиях, обеспечивающих ее избирательность и чувствительность;

измерение светопоглощающей способности аналитической формы, т.е. регистрация аналитического сигнала при определенных условиях, отвечающих его локализации и наибольшей интенсивности.

Промышленностью выпускаются различные приборы молекулярно-абсорбционной спектрометрии – колориметры, фотометры, фотоэлектроколориметры, спектрофотометры и т.д., в которых установлены различные комбинации источников света, монохроматизаторов и рецепторов. Приборы можно классифицировать следующим образом:

по способу монохроматизации лучистого потока – спектрофотометры, т.е. приборы с призменным или решеточным монохроматором, позволяющие достигать высокой степени монохроматизации рабочего излучения; фотоэлектроколориметры, т.е. приборы, в которых монохроматизация достигается с помощью светофильтров;

по способу измерения – однолучевые с прямой схемой измерения (прямопоказывающие) и двухлучевые с компенсационной схемой;

по способу регистрации измерений – регистрирующие и неригиструющие.

В настоящее время применение автоматизированного, управляемого микропроцессором фотометра в большей степени расширяет возможности спектрофотометрии: позволяет проводить измерения большого количества образцов при различных длинах волн через различные интервалы времени.

Инфракрасная спектрометрия

Инфракрасная спектроскопия (ИК) представляет собой один из новейших физических методов количественного и качественного анализа пищевых продуктов. Этот метод позволяет получать достаточно полную информацию о строении и составе органических веществ. ИК-излучение применяется для исследования жирнокислого состава молочных продуктов, широко используется для определения пестицидов в различных пищевых продуктах, при анализе пищевых красителей, а также для контроля технологических процессов при переработке растительного и животного сырья.

К настоящему времени изучены и систематизированы инфракрасные спектры более чем 20 000 соединений, что существенно облегчает практическое проведения анализа. Для получения первых ориентировочных данных часто пользуются так называемой картой Колтупа, на которой указаны спектральные области многих характеристических частот. Для окончательных выводов обычно требуется более тщательный анализ спектра. Иногда задача качественного анализа может быть решена простым сопоставлением спектра известного соединения и анализируемого вещества.

Количественный анализ по инфракрасным спектрам основан на применении закона Бугера-Ламберта-Бера. Чаще всего здесь используется метод градуировочного графика.

Применение ИК-спектроскопии чаще оказывается более полезным в качестве дополнительного метода при проведении идентификации чистых веществ после хроматографического разделения сложных компонентов пищевых продуктов. Инфракрасный спектр органического соединения является одним из наиболее однозначных физических свойств вещества. ИК-спектр более точно характеризует вещество, чем температура плавления, показатель преломления или плотность. При этом совсем не обязательно иметь образец известного для сравнения с определенным, а достаточно сопоставить полученный спектр с опубликованными кривыми поглощения. Однако для идентификации вещества необходимо знать, к какому классу органических соединений относится определяемое вещество.

Метод ИК-спектроскопии используется для определения содержания в пищевых продуктах витаминов А, К, В₁, В₂, В₆, С, никотиновой кислоты, токоферолов и каротина. В комбинации с хроматографией ИК-спектроскопию можно применить для исследования ароматических веществ и ряда органических соединений.

Атомная спектроскопия

В атомной спектроскопии вещества исследуют, переводя их в состояние атомного пара – атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) или газообразное состояние – атомно-эмиссионная спектроскопия (АЭС).

В атомно-абсорбционной спектроскопии для возбуждения атомов используют тепловую энергию. Распыляя образец в пламени, соединения переводят в атомный пар (атомизация). Большинство атомов возбуждаясь, переходит на более высокий энергетический уровень. При обратном переходе происходит выделение энергии. В процессе облучения атомов исследуемого элемента, находящихся в состоянии пара, линейчатым излучением того же самого элемента в возбужденном состоянии происходит резонансное поглощение. Этот процесс сопровождается уменьшением интенсивности линейчатого излучения. Измеряемое поглощение является мерой концентрации свободных атомов образца.

В атомно-эмиссионной спектроскопии возбуждения происходят при помощи электрических зарядов. При этом создаются высокие температуры, благодаря которым большинство атомов переходит в возбужденное состояние. Поглощение энергии этими атомами невозможно, поэтому происходит эмиссия (испускание) фотонов возбужденных атомов.

Определение элементов в большинстве случаев – металлов в атомной спектроскопии проводят чувствительным селективным методом при длине волны, характерной для каждого элемента.

Пределы обнаружения элементов методом атомной спектроскопии достигают 10^-12 – 10^{-14 г.}

Метод атомной спектроскопии находит широкое применение в химии, биохимии, экологии и др., а также в анализе различных видов сырья и пищевых продуктов. Метод позволяет определить около 70 различных элементов; используется для одновременного определения большого числа элементов (многоэлементнрый анализ); для серийного анализа, благодаря высокой чувствительности и быстроте.

Масс-спектроскопия

Применение радио- и микроволновой областей электромагнитного спектра в аналитической химии и физико-химических исследованиях основывается на явлениях ядерного магнитного и электронного парамагнитного резонансов.

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) изучает магнитный резонанс, возникающий в результате взаимодействия магнитного момента ядра с внешним магнитным полем. С помощью метода ЯМР можно исследовать ядра с собственным моментом количества движения (спин ядра) и связанным с ним магнитным моментом ядра.

Вещество, исследуемое методом ЯМР, помещают одновременно в два магнитных поля – одно постоянное, а другое радиочастотное. Измерение осуществляют на ЯМР-спектрометре, основными составляющими элементами которого являются: электромагнит (в простых приборах используют постоянный магнит); генератор радиочастотного излучения; датчик, в который помещают пробирку с образцом; электронный усилитель и интегратор; самописец.

Методы ЯМР значительно производительнее по сравнению с базовыми методами анализа и во многих случаях отличаются меньшей погрешностью определения, вместе с тем они требуют использования специально подготовленных образцов сравнения и иногда взвешивания пробы. Данные методы используют в основном для оценки состояния и свойств воды и жира в сырье и готовой продукции.

Масс-спектрометрия занимает особое положение среди спектроскопических методов. В строгом смысле слова этот метод не является спектрометрическим, так как вещество при анализе не подвергается воздействию электромагнитного излучения. Этот метод получил свое название из-за формального сходства и графического изображения масс-спектров со спектрами спектроскопических методов. Масс-спектроскопия основана на изучении тока от фрагментов ионов, полученных из нейтральных молекул вещества путем воздействия на них пучка электронов.

Метод масс-спектрометрии применяют в научно-исследователь-ской практике для идентификации соединений и установления строения неизвестных веществ, точного определения молекулярной массы, определения элементного состава, анализа следовых количеств биологически активных соединений, определения аминокислотной последовательности пептидов, анализа многокомпонентых смесей и т.п.

Рефрактометрия

Если монохроматический луч А проходит через поверхность раздела двух сред, то одна часть света отражается от поверхности раздела, а другая часть В проходит через вторую среду, изменяя при этом направление (рисунок 2.1). Эту часть монохроматического света называют преломленным светом. Преломление луча света описывается законом Снелля:

(2.1)

где α – угол падения, град;

β – угол преломления, град;

n₁, n₂ – показатель преломления 1-й и 2-й сред.

 

Рисунок 2.1 – Схема преломления лучей света

Метод рефрактометрии основан на определении показателя преломления (рефракции). Показатель преломления зависит от температуры и концентрации раствора, а также от длины волны проходящего света.

Так как показатель преломления зависит от такого фактора, как температура, поэтому рефрактометрические измерения принято выполнять при температуре 20⁰С. При отклонении температуры от 20⁰С вводят соответствующие температурные поправки.

Для измерения показателя преломления жидких веществ и растворов применяют приборы, называемые рефрактометрами. Большинство рефрактометров устроено так, что исследуемое вещество помещается между двумя призмами (двумя половинами призмы). Свет, пропущенный через призму, преломляясь или отражаясь от границы раздела сред (призма-вещество), освещает только часть шкалы, образуя достаточно резкую границу света и тени. Положение этой границы на шкале зависит от угла полного внутреннего отражения исследуемого вещества. На шкале указаны показатели преломления, соответствующие различным значениям угла полного внутреннего отражения.

Для определения составных частей сырья и готовой продукции используют различные рефрактометры ИРФ-454, ИРФ-464 и др.

Все измерения проводят в белом свете. Показатель преломления прозрачных сред определяют в проходящем свете, а полупрозрачных – в отраженном.

Рефрактометрию широко применяют при установлении концентрации углеводов в различных продуктах, массовой доли сухих веществ. Этим методом пользуются также для количественного определения жиров в пищевых продуктах, для пофазного контроля в процессе производства пищевых продуктов – кондитерских, напитков, некоторых видов консервов и т.д.

Поляриметрия

Атомы молекул некоторых веществ способны поляризоваться, т.е. приобретать дипольный момент в электрическом поле. Поляризация атомов обусловлена смещением в молекуле атомов разного типа, что связано с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности – ассиметрические атомы. Вещества, содержащие такие атомы, обладают оптической активностью. Они способны вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через исследуемое вещество света. Метод исследования веществ, основанный на измерении величины угла вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества, называется поляриметрией. Величина такого вращения в растворах зависит от их концентрации, поэтому поляриметрию широко применяют для измерения концентрации оптически активных веществ, например сахаров.

Вещества, обладающие свойством изменять направление колебаний при прохождении через них поляризованного света, называются оптически анизотропными, или оптически активными.

Оптическая активность веществ обусловлена особенностями строения кристаллической решетки - в этом случае вещества проявляют оптическую активность только в твердом кристаллическом состоянии, или особенностями строения молекул - оптическая активность таких веществ проявляется только в растворах.

К веществам последней группы относятся главным образом такие органические вещества, как сахароза, фруктоза, глюкоза, винная кислота. Поляриметрический метод разработан для количественного определения веществ именно этой группы.

Оптическая активность вещества характеризуется удельным вращением, под которым понимается угол, на который повернется плоскость поляризации при прохождении поляризованного луча через раствор, в 1 мл которого содержится 1 г растворенного вещества, при толщине слоя раствора (длине поляризационной трубки), равной 1 дм.

Под плоскостью поляризации понимается плоскость, проходящая через поляризованный луч перпендикулярно направлению его колебаний.

Удельное вращение зависит не только от природы вещества, но и от температуры, длины поляризованного света и растворителя, поэтому его принято относить к температуре 20⁰С и желтой линии натрия и обозначать [σ ] с указанием растворителя.

Угол вращения плоскости поляризации [α ] определяют по формуле

α = [σ ] , (2.2)

где l – длина трубки, дм;

с – концентрация вещества, г/100 мл;

σ – удельное вращение, град.

Пользуясь формулой (4), вычисляем количество вещества в граммах, содержащееся в 100 мл раствора, т.е. концентрацию (с).

с = , (2.3)

Исследования методом полярометрии осуществляют с помощью прибора поляриметра или его разновидностью сахариметра, с помощью которого можно определять содержание сахарозы в растворе неизвестной концентрации без предварительного взятия навески.

Хроматография

Хроматографические методы широко применяют при исследовании состава и свойств пищевых продуктов. Они позволяют проводить исследования, не выполнимые другими инструментальными методами.

В основе хроматографических методов лежит широкий круг физико-химических процессов: распределение, адсорбция, ионный обмен, диффузия, комплексообразование и др.

В зависимости от природы процесса, обуславливающего механизм разделения, т.е. от типа взаимодействия между компонентами разделяемой смеси, подвижной и неподвижной фазами различают следующие основные варианты хроматографии: распределительную, адсорбционную, ионообменную и гель-фильтрационную.

Хроматографические методы также принято классифицировать в соответствии с выбранным типом подвижной и неподвижной фаз. Газовая хроматография (ГХ) объединяет те методы, в которых подвижной фазой является газ; жидкостная хроматография (ЖХ) – методы, в которых подвижной фазой служит жидкость.

В зависимости от агрегатного состояния обеих фаз различают следующие виды хроматографии: твердо-жидкостную хроматографию (ТЖХ), жидкость-жидкостную (ЖЖХ), газо-адсорбционную (ГАХ), газо-жидкостную (ГЖХ).

В настоящее время преимущественное развитие получила газовая хроматография (ГХ), чему способствовало создание чувствительных и универсальных газовых хроматографов с автоматическим детектированием. Этот метод предназначен для разделения и анализа летучих (в том числе и летучих при высоких температурах) соединений. На сегодняшний день – это один из наиболее эффективных способов анализа органических компонентов. Применяется при контроле качества, сертификации продукции, технологическом контроле и экологической безопасности.

Метод ГХ хорошо поддается автоматизации, в чем его неоспоримое преимущество перед другими современными физико-химическим исследованиями. Будучи одновременно и качественным и количественным методом анализа сложных смесей различных органических и неорганических соединений, ГХ используется и для комплексного изучения пищевых продуктов.

1234Следующая ⇒

Поделиться: