Анализ структуры и показателей ассортимента однородных групп товаров, торговых предприятий

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.

У поляризованного луча, пропущенного через слой раствора оптически активного вещества, меняется направление колебаний, л плоскость поляризации оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом поворота плоскости поляризации.

Угол поворота плоскости поляризации зависит от природы вещества, концентрации его в растворе, толщины слоя раствора, через который проходит поляризованный луч, а также от длины полны поляризованного луча и температуры.

Оптическая активность веществ характеризуется удельным вращением. Под удельным вращением понимают 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.

Удельное вращение зависит не только от природы вещества но и от температуры, длины волны поляризованного света и растворителя, поэтому его принято относить к температуре 20°С и желтой линии натрия и обозначать с указанием растворителя.

Угол вращения плоскости поляризации определяют по формуле:

ф I а I / с;

где l -- длина трубки, дм;

с - концентрация вещества, г/100 мл.

Пользуясь этой формулой, легко вычислить количество вещества в граммах, содержащееся в 100 мл раствора, т. е. концентрацию с,

Основные рабочие части поляриметра: устройство для поляризации света (поляризатор); устройство для определения угла поворота плоскости поляризации после прохождения поляризованных лучей через исследуемый раствор (анализатор); поляризационная трубка, наполняемая исследуемым раствором и помещаемая между поляризатором и анализатором.

В качестве поляризаторов применяют кристаллы исландского шпата или других минералов, обладающих свойством двойного лучепреломления.

Анализатор в отличие от поляризатора может поворачиваться вокруг оси прибора. Когда главные линии призм анализатора и поляризатора расположены параллельно, свет, проходящий через поляризатор, пройдет и через анализатор (при отсутствии между ними раствора).

Если же главные сечения анализатора и поляризатора взаимно перпендикулярны, лучи через анализатор не пройдут.

При всех промежуточных положениях через анализатор пройдет только часть лучей от призмы поляризатора.

Если поместить между поляризатором и анализатором оптически активное вещество, количество проходящих через анализатор лучей изменится в результате того, что плоскость поляризованных лучей окажется повернутой.

Вращая анализатор, добиваются исходного (до помещения раствора) положения и по углу поворота прибора, соединенного со шкалой, судят о степени вращения плоскости поляризации исследуемым раствором, что позволяет рассчитать количество вещества в растворе.

Различают поляриметры с установкой на полную темноту, полутеневые с двойным и тройным полем зрения.

Наиболее широкое применение получили полутеневые поляриметры.

У поляриметров этого типа с двойным полем зрения поляризатор состоит из двух николей, а у поляриметров с тройным полем зрения -- из трех.

Разновидностью поляриметра является сахариметр, предназначенный для определения содержания сахарозы в растворах. В отличие от поляриметров других видов сахариметр имеет линейную шкалу, градуированную по сахарозе. 100° этой шкалы соответствуют 34, 62 кругового градуса шкалы поляриметра.

Сахариметр показывает 100°, если в трубке длиной 200 мм поляризуют раствор, в 100 мл которого при 20°С содержится точно 26 г химически чистой, абсолютно сухой сахарозы.

Особенность оптической системы сахариметра состоит в том, что анализатор в нем поставлен на полутень по отношению к потру и укреплен неподвижно. Изменение угла поворота плоскости поляризации, вызванное исследуемым раствором, устанавливают клиновым кварцевым компенсатором.

Кварц - оптически активное вещество, обладающее вращательной способностью, близкой к вращательной способности сахарозы, но обратной по направлению. Меняя толщину слоя кварца, можно полностью компенсировать вращение, вызываемое сахарозой.

Существует несколько типов компенсаторов, отличающихся один от другого количеством кварцевых клиньев и пластинок. Но принцип действия их одинаков и основан на том, что относительным перемещением клиньев можно менять толщину кварцевого слоя.

Подвижный клин (или клинья) смещается шестеренкой, соединенной с подвижной горизонтальной шкалой, что позволяет отсчитывать непосредственно концентрацию раствора сахарозы.

Приготовление раствора. На аналитических весах отвешивают точно 26 г сахара-песка или предварительно измельченного в ступке сахара-рафинада.                    Навеску переносят в химический стакан, куда небольшими порциями добавляют теплую дистиллированную воду. Полученный раствор с помощью воронки и стеклянной палочки без потерь переливают в мерную колбу вместимостью 100 мл. Стакан и воронку тщательно ополаскивают и промывные воды также сливают в мерную колбу. Раствор доливают до метки только после того, как температура его и дистиллированной воды достигнет 20°С. После тщательного взбалтывания содержимого колбы раствор фильтруют через бумажный фильтр. В процессе фильтрования во избежание испарения воды и нарушения концентрации раствора воронку необходимо покрыть часовым стеклом. Сразу по окончании фильтрования раствор следует подвергнуть поляриметрии.

Порядок проведения анализа. Трубку сахариметра, только что бывшую в употреблении (не сухую), сначала ополаскивают в дистиллированной воде, а затем двумя-тремя небольшими порциями испытуемого раствора. Торцовые (покрывные) стекла промывают дистиллированной водой и досуха протирают.

При исследовании чистого сахара-песка или рафинада пользуются трубкой длинной 200 мм, для сметок - 100 мм.

Трубку, закрытую с одной стороны, наполняют так, чтобы верхний мениск раствора выступал над ее краями, после чего трубку накрывают стеклышком, а затем уже навинчивают металлическую головку. Далее проверяют, нет ли в трубке пузырьков воздуха. При наличии их головку со стеклом снимают и в трубку добавляют несколько капель раствора. С наружной стороны торцовые стекла должны быть абсолютно сухими, иначе поле зрения окажется затемненным.

Перед тем, как поместить трубку в камеру, окуляр зрительной трубы и лупу шкалы вращением их оправ устанавливают на максимальную резкость изображения так, чтобы были четко видны вертикальная линия, разделяющая поле зрения на две половины, а в поле зрения лупы - щтрихи и цифры шкалы и нониуса.

Перед началом измерений прибор необходимо установить на нуль. Для этого (при отсутствии в камере поляриметрической кюветы) вращением рукоятки кремальерной передачи добиваются полной однородности обеих половин поля зрения, при этом нулевые деления шкалы и нониуса должны совпадать. В противоположном случае посредством ключа перемещают нониус до совмещения его нулевого деления с нулевым делением шкалы, после чего приступают к измерениям.

В камеру прибора вкладывают поляриметрическую кювету с испытуемым раствором, в результате чего изменится однородность обеих половин поля зрения. Вращением рукоятки кремальерной передачи уравнивают их освещенность. После этого, пользуясь нониусом, отсчитывают показания с точностью до 0,50S. Затем проверяют уравнивание освещенностей обеих половин поля зрения и снова отсчитывают показания.

Отсчет производят не менее трех раз; при этом каждый отсчет начинают с возвращения рукоятки в нулевое положение. Записав все три показания (Р1, Р2, Р3), рассчитывают среднее из них (Рср) по формуле,

где Рср - содержание сахарозы в исследуемом продукте, % (при использовании трубки длиной 100 мм результат умножают на 2).

Содержание сахарозы в сахаре принято выражать в пересчете на сухое вещество, поэтому определяют также влажность сахара b.

Зная влажность сахара, содержание сахарозы Х в процентах в пересчете на сухое вещество вычисляют по формуле.

Сахариметром можно определить содержание сахарозы в растворе неизвестной концентрации без предварительного взятия навески. При этом сначала определяют плотность исследуемого вещества (раствора), а затем вычисляют содержание сахарозы в процентах по формуле.

 

 Рефрактометрия.

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

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.

Давление также отражается на результатах рефрактометрических измерений. С повышением его показатели преломления увеличиваются.

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.

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.

В качестве источника света пользуются монохроматическим светом натриевой горелки или обычным белым светом, направляемым специальным зеркалом. Поскольку белый свет состоит из лучей различной длины волн, при прохождении его через призму возникает явление светорассеяния (дисперсии), в результате чего на границе света и тени образуется радужная полоска, затрудняющая отсчет по шкале рефрактометра. Поэтому во всех современных конструкциях рефрактометров предусматриваются так называемые компенсаторы, позволяющие устранить дисперсию света.

Компенсаторы - это оптические системы, представляющие собой совокупность двух или трех призм или линз, изготовленных из стекла разных видов и установленных так, что различные цвета спектра налагаются один на другой, благодаря чему граница света и тени становится отчетливой.

Поскольку световые лучи исходят из всех точек поверхности призмы и в различных направлениях, на пути между призмой и шкалой помещают линзу, собирающую все параллельные лучи в фокус. Таким образом, каждому пучку световых лучей, прошедших через линзу, соответствует световая точка.

Температуру призмы и исследуемого вещества контролируют термометрами, вмонтированными в оправу призм. Для регулирования и поддержания постоянной температуры в полые металлические оправы призм по специальным устройствам подают воду требуемой температуры. При отсутствии этих устройств пользуются таблицами температурных поправок.

Правильность показаний рефрактометров проверяют с помощью нормальной жидкости или дистиллированной воды, показатель преломления которой при 20°С равен 1,333, либо пользуются юстировочной пластинкой, на которой указан показатель преломления. При наложении пластинки на призму рефрактометра показание шкалы должно совпадать с показателем, указанным на пластинке.

Рефрактометр ИРФ-22. Этот прибор применяют для измерения показателей преломления в интервале 1,3--1,7 как жидких, так и твердых продуктов.

Основные рабочие части прибора: две призмы, сложенные гипотенузными сторонами и составляющие вместе с оправами полушаровидной формы измерительную головку, зрительная труба с отсчетным устройством.

В оправах призм имеются камеры, через которые пропускают воду и таким образом регулируют температуру призм и заключенного между ними вещества. Температуру контролируют термометром, ввинченным в оправу призм. Для устранения радужной полоски на границе раздела темной и светлой частей поля зрения предназначен компенсатор. Шкала отсчетного устройства жестко соединена с измерительной головкой и помещена в корпусе прибора.

Рефрактометр снабжен двумя зеркалами: одно служит для тления света через исследуемое вещество и призмы, другое - для освещения шкалы показателей преломления.

Принцип действия рефрактометра. Лучи света, отражаясь от зеркала, проходят через призму, гипотенузная сторона которой матовая, благодаря чему происходит рассеивание света. В исследуемое вещество попадают лучи различных направлений, в том числе и скользящие. Эта призма является осветительной. Пройдя слой жидкости и преломившись на границе жидкость - стекло, лучи войдут во вторую призму (измерительную). Максимальным углом выхода лучей из призмы будет предельный угол, соответствующий скользящим лучам. Таким образом поле зрительной трубы, поставленной на пути лучей, окажется раздельным на две части - темную и светлую. При этом положение границы раздела будет определяться предельным углом, зависящим от природы вещества.