Файл: Общая технология отрасли Часть 1.doc

Рефрактометрирование проводят при температуре 20⁰С. В тех случаях, когда температуру 20⁰С почему-либо поддерживать трудно и определение проведено при другой температуре, в показание рефрактометра вводят поправку.

При рефрактометрировании темноокрашенных продуктов, особенно без разбавления, для получения более четкой линии раздела «тень-свет» рекомендуется применять призму системы В.П. Гарманчука. Эта призма выполнена из белого стекла, все грани ее, кроме рабочих, покрыты светонепроницаемой краской. На малой рабочей грани наклеено красное тонкое покровное стекло. При работе с этой призмой отводят в сторону осветительную призму рефрактометра, а на измерительную призму помещают 1-2 капли исследуемого продукта и накрывают большой гранью так, чтобы малая рабочая грань была обращена к источнику света. Отсчет проводят по резкой линии раздела «тень-свет».

Ход определения. Перед началом работы на рефрактометре проверяют установку нуль-пункта по дистиллированной воде при температуре 20 0,1⁰С.

Для проверки снимают пробку с окна верхней камеры при закрытом окне нижней камеры, открывают и промывают дистиллированной водой или ректификованным спиртом поверхность измерительной и осветительной призмы. Наносят одну-две капли дистиллированной воды и закрывают верхнюю камеру.

Смещая осветитель, луч света направляют в окно верхней камеры и перемещением рукоятки с окуляром вдоль шкалы рефрактометра вверх и вниз вводят в поле зрения границу светотени. Резкость этой границы, штрихов шкалы и перекрестия сетки по глазу наблюдателя устанавливают вращением гайки окуляра. Вращают рукоятку дисперсионного компенсатора и устраняют окрашенность границы светотени. Поворачивая рычаг осветителя и вращая осветитель на оси, добиваются максимально контрастной границы светотени. Перемещают рукоятку и подводят границу светотени к центру перекрытия сетки. При правильной установке прибора граница проходит через деление шкалы, в котором показатель преломления воды равен 1,33299, что соответствует количеству сухих веществ, равному 0. Если этого не наблюдается, то стрелку прибора необходимо установить на нулевое деление шкалы.

После совмещения границы светотени с перекрестием сетки по шкале производят отсчет сухих веществ. Измерение проводят 3 раза и за конечный результат берут среднее арифметическое. Измерение показателя преломления прозрачных жидкостей и определение количества сухих веществ по сахарозе производят аналогично измерению этих показателей в дистиллированной воде при установке нуль-пункта.

По окончании определения открывают верхнюю камеру, промывают и досуха вытирают плоскости верхней и нижней камер и плавно опускают верхнюю камеру прибора; между камерами необходимо положить папиросную бумагу.

Определение содержания сухих веществ в окрашенных и мутных растворах проводят в отраженном свете. Для этого открывают окно нижней камеры, а окно верхней камеры закрывают пробкой. В окно нижней камеры направляют луч света от осветителя.

Измерение содержания сухих веществ в окрашенных и мутных растворах производят так же, как измерение прозрачных растворов.

Таблица 3 – Концентрация сухих веществ в растворах

Вопросы для самопроверки

1 Что называется концентрацией сухих веществ?

2 Что такое истинные и видимые сухие вещества?

3 Что называется плотностью и относительной плотностью вещества?

4 Что представляет собой ареометр и каков принцип его действия?

5 Как осуществляется определение содержания сухих веществ сахаромером?

6 Что представляет собой пикнометр и как им определяется относительная

плотность?

7 Что называется показателем преломления?

8 Каково устройство и принцип работы лабораторного рефрактометра?

Лабораторная работа №3

Исследование содержания крахмала в различных зерновых культурах поляриметрическим методом Эверса

Свет представляет собой электромагнитные колебания, распространяющиеся от источника света во все стороны по прямым линиям (лучам). Различают лучи естественные и поляризованные. Луч, колебания которого происходит во всех плоскостях, перпендикулярных его направлению, называется естественным лучом. Поляризованным лучом называется такой луч, колебания которого происходят только в какой-либо плоскости. Плоскость, в которой происходит колебания луча, называется плоскостью колебаний поляризованного луча, а плоскость, перпендикулярная ей, – плоскостью поляризации.

Способность веществ и растворов изменять (вращать) плоскость поляризации света называется оптической активностью. Вещества, способные вращать плоскость поляризации света, являются оптически активными. В противоположность им вещества, не изменяющие плоскость поляризации света, оптически неактивны. Оптическая активность углеводов обусловлена наличием в их молекуле ассиметрических атомов углерода, т.е. таких, все четыре валентные связи которых соединены с различными атомами или группами атомов. Углеводы, как и другие органические вещества, содержащие ассиметрический углерод, проявляют оптическую активность в растворенном состоянии. На свойстве оптической активности углеводов основан поляриметрический метод их определения.

Различают вещества, изменяющие плоскость поляризации света по часовой стрелке – правовращающие – и изменяющие ее против часовой стрелки – левовращающие. К правовращающим веществам относятся глюкоза, сахароза, раффиноза, крахмал; к левовращающим относится фруктоза.

Если через раствор оптически активного вещества проходит поляризованный луч, то он вращает плоскость поляризации. Плоскость поляризации вышедшего луча оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом вращения плоскости поляризации. Величина этого угла зависит от природы вещества, толщины слоя раствора (длина пути луча), концентрации раствора, длины волны поляризуемого света и температуры. Для сравнения оптической активности различных оптически активных веществ и использование этого явления в аналитической практике введено понятие удельного вращения. Удельным вращением называется угол, на который поворачивается плоскость поляризации под действием раствора, содержащего 100 г вещества в 100 см³ раствора при толщине слоя этого раствора 1 дм (100 мм); условились удельное вращение измерять при температуре 20⁰С в желтом свете натриевого пламени и обозначать индексом  ²⁰_д. Каждое оптически активное вещество характеризуется определенной величиной удельного вращения при растворении его в определенном растворителе. Ниже приведены величины удельного вращения некоторых углеводов  ²⁰_д (в дуговых градусах).

Глюкоза +52,58 Крахмал +200  +205

Фруктоза -91,33 Декстрины +198  +160

Сахароза +66,5 Мальтоза +130,4

Раффиноза +105,2 Инвертный сахар  19,7

(ангидрид)

Знак (+) означает правое вращение, знак (-) – левое. Свежеприготовленные растворы некоторых сахаров не сразу проявляют свойственные им удельное вращение. Вращательная способность таких растворов изменяется на холоду медленно, а при известных условиях (нагревание, незначительное добавление щелочи) – быстро. Это явление постепенного изменения удельного вращения называется мутаротацией и объясняется наличием  и -форм молекул сахаров. Например,  - d – глюкоза имеет удельное вращение  ²⁰_д = +110⁰, а  - d – глюкоза +19⁰. Свежеприготовленный раствор одной из этих форм постепенно изменяет вращение, пока величина его не достигнет среднего значения, соответствующего удельному вращению +52,5⁰, при котором обе глюкозы находятся в равновесии.

Удельное вращение оптически активного вещества в растворе выражается формулой

 ²⁰_д = 100 · а / с · l, (10)

где а – наблюдаемый угол поворота плоскости поляризации;

с – концентрация оптически активного вещества, г/100 см³ раствора;

l – толщина слоя раствора, дм.

Пользуясь указанной формулой, можно по величине угла поворота плоскости поляризации «а» найти концентрацию оптически активного вещества «с».

Прибор, при помощи которого можно измерить угол поворота плоскости поляризации, производимого оптически активным веществом, называется поляриметром.

Главным узлом прибора является система, состоящая из двух призм Николя, изготовленных из исландского шпата (кальцита).

Кальцит обладает свойством двойного лучепреломления. Луч естественного света при входе в природный кристалл кальцита разделяется на два полностью поляризованных луча, имеющих взаимно перпендикулярные плоскости поляризации. Коэффициенты преломления этих лучей разные (n₁=1,654 и n₂=1,483), поэтому они выходят из кристалла под некоторым углом по отношению друг к другу и дают два изображения рассматриваемого предмета. Двупреломляющее свойство кристалла кальцита используют, чтобы освободиться от одного из лучей. Для этого кристалл распиливают пополам и обе половины склеивают канадским бальзамом по месту распила. Для того чтобы луч света попадал на слой бальзама под определенным углом, нижнюю и верхнюю грани кристалла спиливают под некоторым углом, боковые грани покрывают черной краской. Обработанный таким образом кристалл называется призмой Николя.

Ход лучей в призме Николя показан на рисунке 6. Неполяризованный луч света S входит в призму и разделяется на два луча. Луч S₂ с большим коэффициентом преломления претерпевает полное внутреннее отражение в слое бальзама, выходит к боковой грани и там гасится черной краской. Луч S₁ преломляется в слое бальзама и выходит из призмы. Сила выходящего из призмы поляризованного света составляет половину силы света, входящего в призму.

Рисунок 5 - Ход лучей в призме Николя

Призма Николя поляризует свет и пропускает колебания, лежащие в одной определенной плоскости, а колебания, лежащие в перпендикулярной плоскости, она гасит. Следовательно, если поляризованный свет из одной призмы Николя направить в другую призму Николя, то после нее свет появится лишь тогда, когда плоскости поляризации обеих призм будут параллельны друг другу. Если вторую призму повернуть на 90⁰ (поставить накрест), то поляризованный свет из первой призмы будет полностью погашен во второй призме. Вторую призму, позволяющую определить направление колебаний света, называют анализатором, первую, расположенную ближе к источнику света, – поляризатором.

Систему из двух призм Николя, поставленных накрест (на темноту), можно использовать для измерения угла поворота плоскости поляризации оптически активным веществом. Поместим между поляризатором Р и анализатором А оптически активное вещество R (рисунок 6). При прохождении поляризованного света через R плоскость поляризации света повернется на некоторый угол  и под этим углом войдет в анализатор. В анализаторе амплитуда колебаний поляризованного света  разлагается по правилу параллелограмма на две составляющие ₁ и ₂. Колебания с амплитудой ₂ находятся в плоскости поляризации анализатора и выходят из него в виде ослабленного света (катет ₂ всегда меньше гипотенузы ). Чтобы погасить этот свет, нужно повернуть анализатор на тот же угол , но в обратном направлении. Таким образом можно измерить угол поворота плоскости поляризации и определить его направление.

Поляриметр, состоящий из двух призм Николя, называют простейшим, или теневым. Точность измерения угла поворота на таком поляриметре невысокая.

В современных поляриметрах применяется так называемое полутеневое устройство, при котором поле зрения разделено на две равные части. В исходном положении (нулевая точка) обе половины поля зрения одинаково слабо затемнены (анализатор поставлен на полутень), а при повороте анализатора вправо или влево одна половина становится совершенно темной, другая – освещенной. Различие в интенсивности освещения двух рядом лежащих плоскостей легко улавливается глазом, поэтому установка на полутень производится с большей точностью.