Часть 2.

Лабораторный практикум для студентов

специальности 351100 всех форм обучения

УДК 541.18/075.8

ã Грузинов Е.В., Улитина Ю.И. Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров. Часть 2. Лабораторный практикум.-М., МГУТУ, 2004.

Рекомендовано Институтом информатизации образования РАО.

Настоящий лабораторный практикум по дисциплине «Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров», составленный д.х.н., проф. Е.В. Грузиновым и к.т.н., доц. Ю.И. Улитиной является необходимым дополнением теоретического курса дисциплины и должно способствовать лучшему усвоению курса и овладению современными методами исследования физико-химических свойств потребительских товаров и контроля их качества. Краткая вступительная часть и подробное описание хода проведения работы имеют цель - помочь студенту самостоятельно выполнить каждую практическую работу.

Пособие предназначено для студентов специальности 3511 «Товароведение и экспертиза товаров» всех форм обучения.

Автор: Грузинов Евгений Владимирович, Улитина Юлия Игоревна

Рецензенты:

Грицкова И.А. д.х.н., профессор кафедры «Синтез полимеров» Московской академии тонкой химической технологии;

Ливинская С.А. к.т.н., доцент, зав. Кафедрой «Технология жиров и биоорганического синтеза» Московского государственного университета пищевой промышленности.

Редактор: Свешникова Н.И.

ãМосковский государственный университет технологий и управления, 2004.

109004, Москва, Земляной вал, 73.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение_______________________________________________________4

Лабораторная работа №1

Методы определения плотности___________________________________ 6

Лабораторная работа №2

Люминицентный метод анализа___________________________________12

Лабораторная работа №3

Рефрактометрия________________________________________________ 19

Лабораторная работа№4

Поляриметрия__________________________________________________31

Лабораторная работа №5

Фотоколориметрия______________________________________________34

Лабораторная работа №6

Спектрометрия_________________________________________________ 38

Лабораторная работа №7

Инфракрасная спектроскопия_____________________________________41

Лабораторная работа №8

Хроматография_________________________________________________44

Лабораторная работа №9

Дозиметрия____________________________________________________ 46

Литература____________________________________________________ 49

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий лабораторный практикум по дисциплине «Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров» предназначен для студентов, обучающихся по специальности 351100 «Товароведение и экспертиза товаров» 3 и 4 курса очной и заочной форм обучения.

Практические лабораторные занятия являются необходимым дополнением теоретического курса «Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров» и проведение их должно способствовать лучшему усвоению курса и овладению современными методами исследования физико-химических свойств потребительских товаров и контроля их качества.

Краткая вступительная часть и подробное описание хода проведения работы имеют цель - помочь студенту самостоятельно выполнить каждую практическую работу.

Основные требования техники безопасности при работе в лаборатории и оказание первой помощи при несчастных случаях:

1. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются

только после прохождения инструктажа и обучения правилам безопасности и противопожарным правилам, проверки усвоения правил и соответствующего оформления допуска к работе в специальном журнале.

2. При выполнении лабораторных работ следует строго руководствоваться настоящим методическим пособием. Любое отклонение от него возможно только по разрешению преподавателя.

3. К выполнению лабораторной работы студенты допускаются только при наличии защитной одежды – халата.

4. Работая с химическими реактивами, необходимо избегать попадания их на руки, нельзя трогать лицо и глаза руками. После работы следует тщательно мыть руки. Запрещается принимать пищу в лаборатории.

5. Запрещается пробовать химические вещества на вкус; нюхать вещества можно, только направляя к себе пары или газы движением руки и не вдыхая запах полной грудью.

6. Для работы использовать только реактивы, находящиеся в химической посуде, имеющей соответствующие этикетки с названием реактива.

7. Измерение объемов кислот и щелочей, а также других едких и ядовитых жидкостей разрешается только с помощью мерного цилиндра, автоматической пипетки или пипеткой с резиновой грушей.

8. Запрещается наклоняться над сосудом, в который наливается жидкость или в котором она нагревается и кипит, так как брызги жидкости могут попасть в лицо и в глаза; запрещается нагревать жидкости в герметично закрытой посуде.

9. Запрещается работать с легковоспламеняющимися веществами (диэтиловый эфир, ацетон, спирт и другие растворители) вблизи открытых электронагревательных приборов.

10. При работе с электроприборами следует соблюдать все правила, приведенные в описании прибора.

11. Работать в лаборатории одному запрещается.

12. Категорически запрещается оставлять включенные действующие приборы без наблюдения.

13. В случае воспламенения горючих жидкостей или других веществ следует выключить электронагревательные приборы, удалить от огня сосуды с огнеопасными жидкостями и принять меры по ликвидации пожара.

14. При попадании кислот и щелочей на кожу, а также при небольшом ожоге следует немедленно промыть пораженный участок водопроводной водой в течение 10-30 минут.

15. При термических ожогах обоженное место необходимо после обработки водой промыть раствором перманганата калия или этиловым спиртом и смазать мазью от ожогов.

16. При химических ожогах (кислотой) обоженное место необходимо после обработки водой промыть раствором 5%-ного бикарбоната натрия. При ожоге кожи едкой щелочью обоженное место необходимо после обработки водой промыть раствором 5%-ной уксусной кислоты. При обработке пораженного места следует использовать ватный тампон, не допуская растекания жидкости по коже.

Лабораторная работа № 1.

Методы определения плотности.

Цель работы: овладеть методами определения плотности жидких и твердых тел.

Необходимые реактивы, посуда: мерный цилиндр (50 мл, 100 мл), пикнометр, ареометр, дистиллированная вода.

Приборы: весы аналитические, весы гидростатические системы Мор-Вестфаля.

К физическим свойствам относят массу, плотность, относительную плотность, объемную (или насыпную) массу.

Показатели массы продукции широко используют при характеристике и оценке качества таких товаров, как ткани, бумага, обои, картон, спортивные, строительные и т.д. Для некоторых товаров эти показатели нормируются НТД. По показателям массы можно судить о природе материала, особенностях его строения (плотности, пористости), а также о таких свойствах продукции, как водопоглощение, теплопроводность, прочность и т.п.

По массе 1 м2 ткани можно определить расход исходного сырья и назначение ткани. Если масса 1м2 выше нормы, то допущен перерасход сырья, если ниже- то ткань не соответствует требованиям, предъявляемым к качеству, в частности, например, по теплозащитным свойствам.

Массу учитывают при оценке качества кулинарных изделий, например, рыбных: чем меньше размер рыбы, а следовательно и масса, тем ниже выход съедобной массы и хуже органолептические показатели. Ограничивают массы некоторых кондитерских изделий – например, печенья, шоколада и т.д.

При оценке качества используют показатель – масса единицы продукции.

По массе 1м2 характеризуют рулонные, листовые материалы – ткани, кожу, бумагу, картон и т.п. По этому показателю отличают, например, картон от бумаги: продукция массой 250 г – 1м2 относится к бумаге, а более 250 г – к картону. Ткани в зависимости от массы 1м2 имеют разное назначение. Так, масса бельевых тканей от 70 до 190 г, а костюмных от 220 до 400г.

Масса изделия для некоторых товаров является строго нормируемым показателем, например спортивных товаров – масса спортивной гранаты, диска, копья. Показатели массы учитываются при упаковке, транспортировании и хранении потребительских товаров. Массой тела называют физическую величину, являющуюся мерой его инерционных и гравитационных свойств. Масса тела не зависит от скорости его движения, а изолированной системы тел не изменяется при любых происходящих в ней процессах – ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ. Для любого объекта его инертная и гравитационная массы равны друг другу и связаны силой тяжести G этого тела соотношением:

m=G/g,

где : G – вес , сила тяжести, кг;

g – ускорение свободного падения, м/сек2;

m – масса тела, кг.

Весом тела называют силу, с которой это тело действует вследствие тяготения к Земли на опору (или подвес), удерживающий тело от свободного падения. Понятие массы используют в тех случаях, когда имеется в виду свойство тела – инерционность, а также способность создавать гравитационное поле. Понятие веса используется в случаях, когда имеется в виду сила, возникающая вследствие взаимодействия с гравитационным полем.

Вес пропорционален ускорению св.падения и равен G=m*g.

Для ряда товаров определяют объемную массу, т.е. массу в единице объема. Различают насыпную и объемную массу. Они зависят от размера, формы, плотности условно сыпучих продуктов, природы и характера строения вещества и других факторов. Так насыпная масса картофеля – 650-700 кг/м3; зерна пшеницы – 760 кг/м3; яблок – 520-550 кг/м3 и т.д.

Объемная масса (в г/см3) древесины 0,12 – 1,42; ваты – 0,04-0,08; ткани хлопчатобумажной 0,25-0,5; поролона – 0,01-0,03; фарфора – 2,4-2,5. Объемная масса влияет на пористость, прочность, теплопроводность, водопоглощение и другие показатели. Объемная масса непористых материалов и продуктов равна истинной плотности, а пористых – всегда меньше ее. С повышением пористости объемная масса уменьшается.

Пористость продукции в % определяют по уравнению вида:

П=(1-Ро/Рист)*100,

где: П - пористость, %;

Ро – объемная масса, кг/м3;

Рист – истинная плотность, кг/м3.

Пористость хлебобулочных изделий и других пищевых продуктов определяют по уравнению вида:

П=(V-((m/Рист)/V)*100,

где: V – общий объем выемок продукции, часто в см3;

m – масса выемок, г;

Рист – плотность беспористой массы, г/ см3.

Иногда используют понятие – удельный вес единицы объема тела. Он равен отношению веса (силы тяжести) к его объему. Вычисляется удельный вес по формуле вида:

Y=G/V,

Где: Y – удельный вес, н/м3;

G – вес, сила тяжести, Н;

V – объем тела, м3 .

Величина эта переменная и зависит от ускорения силы тяжести. Применяется для определения, например, давления столба жидкости на дно или стенки сосуда.

Объемные измерения. Используются при приготовлении растворов жидкости, растворении твердых веществ, при определении объема твердого тела произвольной геометрической формы с целью определения его плотности.

Для измерения объема используют мерную посуду, которая подразделяется на наливную и выливную, простую и градуированную: пипетка простая с одной меткой, пипетка градуированная, бюретка, колба, цилиндр измерительный, мензурка, мерный стакан. Для точных измерений объема используют измерительные пипетки и бюретки, которыми можно измерить объемы с точностью 0,002 мл.

Одно из основных правил объемных измерений – их необходимо проводить при той температуре, которая указана на мерной посуде. Калибровку мерной посуды производят при 20 градусах Цельсия дистиллированной водой, у которой коэффициент объемного расширения равен 0,182* 10-3 . В тех случаях, когда значение измеряемой величины должно быть достаточно точным, в результате объемного расширения вводят поправку, определяемую выражением вида:

V = p* t,

где: p – разность коэффициентов объемного расширения измеряемой жидкости и дистиллированной воды;

t - разность температур измеряемой жидкости и калибровки посуды, 0С.

Коэффициенты объемного расширения жидкостей приводятся в специальных справочниках. Например: у этилового спирта – 1,12, - уксусной кислоты – 1,0, - ацетона – 1,40, - бензина – 1,50.

Плотность веществ является одним из показателей качества массы. Плотностью физической называют отношение массы тела (m) к его

объему (V):

Qф = m/V

В системе СИ физическая плотность измеряется в кг/м3 или г/см3. Плотность вещества зависит от его природы и химического состава, температуры.

В практике пользуются относительной плотностью, которая показывает отношение плотности данного вещества (св-ва) к плотности дистиллированной воды (SH2О) при определенных условиях. Относительную плотность можно выражать также отношением массы (mв-ва) вещества к массе такого же объема дистиллированной воды (mH2О):

Qотн = Qв-ва/QH2о = mв-ва/ mH2О

Она является величиной безразмерной и выражается в относительных единицах плотности.

Относительная плотность зависит от температуры, поэтому ее обозначают индексами Qt1t2 ,

где: t1 – температура вещества, 0С.

t2 - температура воды, плотность которой взята за единицу сравнения, 0С.

Температура 20 0С. является стандартной для определения плотности вещества, поэтому относительную плотность вещества обозначают Q420 .

Существует несколько методов определения относительной плотности: ареометрической, пикнометрический, гидростатический.

Ареометрический (или денсиметрический) метод основан на применении закона Архимеда: «Тело погружается в жидкость до тех пор, пока масса вытесненной им жидкости не будет равна массе этого тела». Для быстрого определения относительной плотности жидкостей применяют ареометры (денсиметры). Ареометр представляет собой стеклянную трубку, расширяющуюся к низу. Дно трубки заполнено дробью из свинца. На узкой верхней части нанесена шкала с делениями, показывающими непосредственно относительную плотность Q420 исследуемой жидкости. Ареометры дают возможность определить относительную плотность в интервале 0,6-3,8. Шкала одного ареометра охватывает значение относительной плотности в пределах 0,2-0,4. Промежутки между цифрами разделены на мелкие деления, позволяющие определять относительную плотность с точностью до третьегознака после запятой.

Для определения относительной плотности при помощи ареометра исследуемую жидкость наливают в цилиндр. Осторожно погружают ареометр в жидкость, не выпуская его из рук до тех пор, пока он не будет плавать. Ареометр должен находится в центре цилиндра, не касаться стенок и дна. Отсчет показателей производят по нижнему уровню мениска, глаз должен находится на одном уровне с поверхностью жидкости. Отсчет проводят по делениям шкалы. Деление, против которого устанавливается мениск, характеризует величину плотности.

Ареометры градуированы при температуре 200С, поэтому температура исследуемой жидкости должна быть такой же. Ареометр требует осторожного обращения, т.к. его можно легко разбить.

Пикнометрический метод заключается в установлении массы определенного объема дистиллированной воды при 200С и равного объема исследуемой жидкости при такой же температуре в специальной колбе-пикнометре.

Частное от деления массы исследуемой жидкости на массу воды показывает относительную плотность:

Q420 = m1/ m2 = m3 – m0 / m4 – m0

m0 – масса пустого пикнометра, г;

m1 – масса исследуемой жидкости, г;

m2 – масса дистиллированной воды, г;

m3 – масса пикнометра с исследуемой жидкостью, г;

m4 – масса пикнометра с дистиллированной водой, г.

Взвешивание проводят на аналитических весах с точностью до 0,0001.

Плотность воды при 40С равна единице, а при температуре 200С – 0,99823 г\см3.

Пикнометр представляет собой узкогорлую, стеклянную колбу с притертой пробкой с нанесенной на шейке меткой небольшого объема.

Пикнометр с пробкой взвешивают на технических весах, прикидывая массу. Затем на аналитических весах, записывают массу. Заполняют пикнометр дистиллированной водой и, закрыв пробкой, ставят в термостат при температуре 200С. Объем воды доводят до метки, взвешивают. Выливают воду, высушивают пикнометр в сушильном шкафу, охлаждают и заполняют исследуемой жидкостью до метки. Взвешивают пикнометр с исследуемой жидкостью, рассчитывают относительную плотность по формуле.

Гидростатический метод заключается в определении массы исследуемого образца в воздухе и в воде. Разность полученных масс образца численно равна его объему. Применяется метод для определения плотности твердых тел неправильной геометрической формы (клубней картофеля, моркови, свеклы, изделий из стекла, пластмассы).

Испытания проводят на гидростатических весах системы Мор-Вестфаля.

Относительную плотность исследуемого образца рассчитывают по формуле:

Qобр = mобр / Vобр = m обр/mобр – m1

где: mобр – масса образца в воздухе, г;

m1 - масса образца в воде, г;

V – объем образца, м3.

Взвешивание и расчет производят с точностью до второго знака после запятой.

ХОД РАБОТЫ

Работа 1. Денсиметрия

1. Налить исследуемую жидкость в чистый сухой цилиндр (не

более 2/3 объема цилиндра).

2. Осторожно погрузить денсиметр (ареометр) в исследуемую

жидкость, не касаясь стенок цилиндра, осторожно отпуская прибор.

3. Когда движение ареометра прекратится, произвести отсчет

показателей шкалы по нижнему уровню мениска.

Работа 2. Пикнометрия

1. Взвесить пикнометр с пробкой на аналитических весах с

точностью до 4-го знака (m0).

2. Налить в пикнометр дистиллированную воду, довести до

метки, снять, удалить капли жидкости с внутренней поверхности горлышка полоской фильтровальной бумагой.

3. Взвесить пикнометр с дистиллированной водой (m4).

4. Вылить воду, высушить пикнометр.

5. Налить в пикнометр исследуемый образец. Довести до метки,

удалить капли.

6. Взвесить пикнометр с исследуемой жидкостью (m3).

7. Произвести расчет относительной плотности.

Работа 3. Гидростатический метод

1. На чашу грузиков поставить гирю 20 г. Тарировочной гайкой

уравновесить весы (стрелка должна указать на среднюю метку шкалы).

2. Исследуемое твердое вещество (массой не более 20 г)

поместить на погружаемую чашку.

3. Снять гирю 20 г с чашки для грузиков и поставить столько

разновесов, сколько требуется для уравновешивания весов.

4. Вычесть из 20 г сумму гирь, находящихся на чаше для

грузиков. Получаем массу исследуемого образца (mобр).

5. Образец, находящийся на погружаемой чашке, погрузить в

стакан, наполненный дистиллированной водой с температурой 200 С.

Состояние равновесия весов нарушается.

6. Для восстановления равновесия повесить уравновешивающий

грузик, погружаемой чашки, а затем рейтеры.

Цифровое значение, полученное отсчетом положения рейтеров, дает потерю массы испытуемого вещества (m). (Наибольший рейтер показывает порядок 1/10, а следующие 1/100, 1/1000, 1/10000 единиц относительной плотности. Количество единиц равно номеру гнезда, в которое помещен соответствующий рейтер).

7. Рассчитать относительную плотность исследуемого твердого

вещества, разделив значение его общей массы (mобр ) на потерю массы при погружении в жидкость (m).

Если, например, масса испытуемого вещества равна 7,82, а потери массы по рейтерам – 0,92, то относительная плотность его равна 8,5.

Лабораторная работа № 2

Люминесцентный метод анализа

Цель работы: освоить люминесцентный метод анализа для определения качества пищевых продуктов и непродовольственных товаров.

Необходимые химические реактивы и лабораторная посуда: 10% раствор аммиака, дистиллированная вода, пробирки.

Приборы: анализатор люминесцентный, технические весы.

Известно, что поглощенная атомами и молекулами энергия может выделяться в виде лучистой энергии. Однако некоторые вещества обладают способностью светиться, т.е. при некоторых температурах под действием падающей на них лучистой энергии люминесцировать.

В отличие от температурного, люминесцентное свечение является неравномерным и продолжается относительно долгое время после прекращения действия внешнего возбуждающего фактора. Явления люминесценции разнообразны по свойствам и происхождению.

По виду возбуждения различают:

- фотолюминесценцию – свечение, возникающее под действием световых лучей оптического диапазона частот (ультрафиолетовых и видимых лучей); наблюдается в газообразных, жидких и твердых телах;

- катодолюминесценция – свечение, возникающее под действием катодных лучей (быстродвижущимися, под действием электрического поля электродами0;

- электролюминесценция – свечение, возникающее под действием продуктов радиоактивного распада (a-, и b –лучей), а также космичекой радиации;

химилюминесценция – свечение вещества при протекании химической реакции4

- триболюминесценция – свечение, возникающее при трении некоторых веществ;

- кристаллюминесценция – свечение, возникающее при механическом сжатии кристаллов.

По виду свечения различают два вида люминесценции: флуоресценцию и форфоресценцию.

Флуорисценцией называют люминесценцию с длительностью порядка 1-10 с.

Фосфорисценцией называют свечение, продолжающееся заметный промежуток времени после прекращения возбуждения (от 10 секунд и более).

Процесс возникновения люминесценции состоит из трех основных стадий: поглощение возбуждающей энергии, переводящее молекулы вещества в неравновесное состояние; преобразование поглощенной энергии внутри молекул; высвечивание избыточной энергии и возвращение молекул в равновесное состояние.

Все люминесцирующие вещества имеют общее название люминофоры.

Если объект, содержащий люминофор, поставить на пути источника обычного света, то для него можно снять спектральную кривую поглощения. Если же на пути части светового потока, представляющей УФ-лучи поместить исследуемый объект, содержащий люминофоры, то он начнет светиться – люминесцировать характерным для него светом.

Люминесцентным методом анализа можно определять микро примеси – люминофоры в количествах до 10%. Погрешность метода составляет 5-7%.

По характеру задач различают несколько видов люминесцентного анализа:

- сортовой люминесцентный анализ; - люминесцентная микроскопия;

- люминесцентный химический анализ (качественный и количественный).

Люминесценцию широко применяют для определения органических веществ (витамины, лекарства, наркотики). В неорганическом анализе люминесцентный анализ используют в основном для определения редкоземельных элементов, а также малых количеств примесей в полупроводниковых материалах. В оптико-механической промышленности люминесцентный анализ обнаружения используют для маркировки различных сортов стекла, в бумажной – для установления качества целлюлозы. В сельском хозяйстве и пищевой промышленности для определения жизнеспособности семян, анализа пищевых продуктов. По цвету люминесценции можно установить сорт муки: чем больше в ней отрубей, тем интенсивней свечение. Люминесценция позволяет легко обнаружить начальную стадию загнивания различных овощей и фруктов. В случае непродовольственных товаров люминесцентный анализ применяют для оценки качества красителей, оптических отбеливателей, при обнаружении неявных дефектов металлических покрытий, полимерных, лакокрасочных поверхностей, с целью определения природы текстильных материалов и др.

Как у всякого метода, кроме достоинств люминесцентный анализ имеет и недостатки. Самым существенным его ограничением является применимость только к люминесцирующим веществам, поскольку люминесценцией обладает лишь небольшая группа соединений (ароматические и гетероциклические соединения, соли редкоземельных элементов, ураниловые соли, некоторые комплексные соединения тяжелых металлов). Недостатком является также невозможность проводить количественные измерения при наличии в образце нескольких люминесцирующих соединений, когда происходит перекрытие полос их поглощения и люминесценции.

В люминесцентном анализе применяют следующие величины: - длина волны (частота, волновое число) возбуждения и излучения, интенсивность люминесценции, спектр люминесценции, максимум спектра люминесценции, длина волны максимума спектра люминесценции, квантовый выход люминесценции.

Энергия излученного кванта выражается уравнением:

E = h*ν,

где: E – энергия кванта света, лм. Сек.

h - постоянная Планка, = 6,625 Ч 10-34 дж*сек.;

ν – частота излучения, см-1.

Излучение характеризуется длиной волны 1, либо частотой n, которые связаны между собой соотношением:

1/λ = ν /С,

где: С – скорость света в данной среде, м/с,

ν – частота излучения, см-1,

λ – длина волны, нм (нанометры).

Энергию кванта можно выразить так:

Е = h ν = hC/ λ.

Длина волны изображается (λвозб.) – длина волны монохроматического излучения, переводящего частицу вещества в электронно-возбужденное состояние.

Длина волны излучения люминесценции (λизл. люм.) – длина волны монохроматического излучения, испускаемого веществом.

Интенсивность люминесценции при данной длине волны (Jлюм.) – величина пропорциональная числу кванта с длиной волны, испускаемых веществом в единицу времени; выражается в условных единицах.

Спектр люминесценции – табличная или графическая зависимость интенсивности люминесценции от длины волны испускаемого света. Спектр люминесценции можно представить в двух вариантах. В одном строится зависимость величин интенсивности люминесценции в условных единицах (Jлюм.) от длины волны. В другом изображается зависимость от длины волны относительной интенсивности люминесценции (Jлюм./Jmaxлюм.) в относительных единицах, определяемой как отношение интенсивности люминесценции в условных единицах при данной длине волны (Jлюм.) люминесценции (Jmaxлюм). Длина волны максимума спектра люминесценции (Jmaxлюм) – длина волны, соответствующая интенсивности люминесценции в спектре люминесценции.

Электронновозбужденные состояния частиц вещества усложняются за счет взаимодействия атомов, ионов, фрагментов молекул (внутримолекулярное взаимодействие), а также за счет взаимодействия с окружающими частицами (межмолекулярные взаимодействия). Спектры люминесценции, поэтому представляют размытые полосы шириной до 100нм.

Квантовый выход люминесценции (Ф) – это безразмерная величина, определяемая отношением числа испускаемых при люминесценции квантов (n) к числу поглощенных веществом квантов возбужденного света (N):

Ф = n/N.

При рассмотрении люминесценции часто используют закон Стокса-Ломмеля и правило Левшина. Согласно закону Стокса-Ломмеля спектр люминесценции и его максимум смещены в сторону больших длин волн по сравнению со спектром поглощения. Это объясняется энергетическими потерями в системе после поглощения света (рассеяние, нагрев и др.), вследствие чего энергия испущенного кванта меньше энергии поглощенного. Смещение максимума люминесценции относительно максимум поглощения называется стоксовым сдвигом и обычно находится в пределах 50-70 нм.

Согласно правилу Левшина для многих веществ наблюдается симметрия спектров поглощения и люминесценции относительно плоскости, проведенной через точку их пересечения.

Закон Стокса и правило Левшина позволяют представить вид и положение полосы люминесценции вещества, если известен его спектр поглощения и наоборот. Для этого достаточно изобразить зеркальное отображение спектра поглощения или люминесценции с максимумом, отстоящим на 50-70 нм от максимума заданного спектра. Методы, основанные на собственной люминесценции веществ, исключительно селективны. Избирательность люминесцентного анализа можно повысить , варьируя экспериментальные условия (длину волны возбуждения и регистрации сигнала, время наблюдения в фосфоресцентных методах, химические параметры, например: pH раствора, температуру и т.д.).

ХОД РАБОТЫ

Работа 1. Определение качества (свежести) пищевых продуктов люминесцентным методом.

Мясо, рыба и другие пищевые продукты обладают разным люминесцентным свечением, причем интенсивность свечения и оттенки изменяются в зависимости от степени свежести продукта.

Визуальное наблюдение люминесценции дает возможность устанавливать не только степень свежести продукта, но и его сорт, а также принадлежность мышечной ткани к тому или другому виду животного организма. Пользуясь таблицей 1 сделать заключение о качестве продовольственных товаров.

Таблица 1

Определение качества образца по цвету люминесценции

№

п/п Продукт Качество

дефекты Цвет люминесценции

1. Семена Жизнеспособные Желтый

2. Мука пшеничная и ржаная Высший сорт

Доброкачественная

1 сорт

2 сорт

Синий, слабой интенсивности

Синий, средней интенсивности

Синий, сильной интенсивности

Ячневая Доброкачественная Матово-белый

Гороховая Доброкачественная Розовый

Соевая Доброкачественная Сине-зеленый

Оболочки, алейровый слой, зародиш Доброкачественная Синий

Чем ниже сорт муки, тем более яркой флуоресценцией она обладает

3. Картофель Доброкачественный Желтый

Поражен фитофторой Интенсивно-голубой

Подмороженный Белованый

Поражен кольцевой гнилью Зеленоватый

Имеет вирусные заболевания Разноцветный

4. Лук Доброкачественный Бледный

Поражен серой гнилью Желтоватый

5. Лимон, апельсин Доброкачественный Желтый с голубым оттенком

Мандарин Доброкачественный Темно-оранжевый с фиолетом

Поражен голубой плесенью Темно-синий в виде пятен в местах поражения

6. Молоко коровье Доброкачественное Ярко-желтый

Сомнительной свежести Бледно-желтый

С добавками соды или воды Интенсивный бледно-желтый

С наличием бактериальной

группы кишечной палочки Ярко-желтые палочки на желтом фоне

Продолжение таблицы 1

7. Молоко кобылье Доброкачественное Синий, голубой

8. Сыр Доброк. созревший

Доброк. несозревш. Сине-фиолетовый

Желтый

9. Масло коровье Доброкачественное Канареечно-желтый

10. Маргарин Доброкачественный Голубой

11. Топленые животные жиры Не флуорисцируют

12. Яйца с белой скорлупой Доброкачественные

Несвежие Интенсивно красно-коричневые

Голубовато-фиолетовые тона

13. Яйца с темной скорлупой Доброкачественные

Несвежие Интенсивно красный

Голубой

14. Мышечная ткань

Мяса

Говядины

Баранины

Свинины

Любого мяса

Соединительная ткань мяса

Жировая ткань

Экстракт

Говяжьего мяса

Доброкачественное

Доброкачественное

Доброкачественное

Сомнительной свежести

Несвежее

Свежий

Сомнительной свежести

несвежий

Бархат., темное, красное

Темно-коричневое

Светло-коричневое

На фоне появляются зеленые точки

Темно-красный цвет со сплошным зеленым налетом

Яркий, интенсивно-голубой

Светло-желтый

Желто-зеленый

Зелено-голубой

Голубой, молочный

В мясе Присутствие личинок гельминтов Ярко-розовые точки

Качественные и полукачественные измерения (определения) проводят с использованием ртутной лампы, свет от которой падает на исследуемый образец через УФ-светофильтр. Образец помещается непосредственно под лампу и под углом 90 градусов по отношению к падающему свету. Наблюдается свечение образцов.

Работа 2. Определение спектральной области видимого люминесцентного излучения

Таблица 2

Спектральная область видимого люминесцентного излучения

Цвет люминесцентного излучения Спектральная область, нм

Фиолетовый 400-450

Синий, голубой 450-480

Зелено-синий 480-490

Сине-зеленый 490-500

Зеленый 500-560

Желто-зеленый 560-575

Желтый 575-590

Оранжевый 590-625

Результаты работ №1 и №2 оформить в таблицу:

Наименование продукта Спектральная область Цвет люминесценции Качество образца

Работа 3. Определение степени окисленности пищевых жиров (полуколичественная оценка)

В пробирку из нефлуорисцирующего стекла помещают 4 мл исследуемого жира, добавляют такое же количество дистиллированной воды и 4 капли 10%-ного водного раствора аммиака. Интенсивно встряхивают и дают отстоятся, т.е. разлелиться водной и жировой фазам, затем в потоке УФ-лучей наблюдают свечение водного слоя. При содержании окисленных веществ более 1% происходит отчетливое голубое свечение, от 0,5 – 1,0 % - зеленоватое свечение с голубовато-дымчатым оттенком, если содержание окисленных веществ не превышают 0,5%, то появляется зеленая люминесценция.

Работа 4. Определение свежести мяса и рыбы

Мясную ткань измельчают, берут 2 г фарша в пробирку, смешивают с 2 мл дистиллированной воды, встряхивают, дают отстоятся и отделяют верхний водный слой. В УФ-свете наблюдают свечение экстракта. У свежего мяса – свечение экстракта желто-зеленое, сомнительной свежести – зелено-голубое, у несвежего – светло-голубое, молочное. У экстракта свежей рыбы свечение фиолетовое, сомнительной свежести- фиолетово-синее, у несвежей рыбы – синее.

Лабораторная работа №3

Рефрактометрия

Цель работы: освоить методы определения сухих веществ и коэффициента преломления различных веществ и продовольственных товаров методом рефрактометрии.

Необходимые химические реактивы и лабораторная посуда: дистиллированная вода, этиловый спирт (разных концентраций), стеклянные палочки, пробирки с притертыми крышками, градуированные пипетки 10 мл, груша резиновая, конические колбы 100 мл.

Приборы: универсальный лабораторный рефрактометр УРЛ-3, рефрактометр НРФ – 464.

Рефракция: Это явление преломления луча света на границе раздела двух сред, различных по оптической плотности.

Явление лучепреломления, или рефракция луча света, наступает тогда, когда луч света, направленный наклонно к плоскости раздела двух сред, переходит из одной среды в другую (скорость распространения света в этих средах не одинакова).

Рефрактометрия – это измерение преломления света. Количественно рефракцию оценивают по углу или показателю преломления света. Рефрактометрический метод анализа – это метод, основанный на зависимости угла или показателя преломления света от состава системы, так как каждая система отличается определенной оптической плотностью. Рефрактометрия основана на измерении относительных показателей преломления веществ.

Относительным показателем преломления η называют отношение скорости света в воздухе Св и в данной среде Сс, т.е. η = Св/Сс.

При прохождении через какую-либо среду свет, как электромагнитное излучение взаимодействует с молекулами и атомами веществ и изменяет свою скорость.

Наибольшую скорость световой луч имеет в вакууме (С0=3*1018м/с). Воздух обладает большой оптической плотностью по сравнению с вакуумом, и свет имеет, следовательно, меньшую скорость.

Абсолютный Nв (по отношению к вакууму) показатель преломления воздуха равен Nв=С0/Св = 1,000027* η.

Для удобства показатели преломления остальных веществ измеряют относительно воздуха. Абсолютный и относительный показатели преломления связаны зависимостью N=1,00027.

Величину η считают равной N и называют показателем преломления. Показатель преломления отличается для лучей света разной длины волны6 его изменения, названные дисперсией, связаны со строением, составом вещества среды. Кроме того, показатель преломления зависит от природы, плотности и концентрации веществ, типа растворителя, температуры и других факторов.

Каждая «среда» имеет постоянный показатель преломления и, следовательно, отношение «синусов углов» и также является постоянной величиной.

Рис. 2. Угол падения луча

Угол падения луча можно увеличить до его предельно возможного значения – (90), при этом падающий луч пойдет вдоль границы раздела сред и, преломившись, образует предельный угол преломления. Так как Sin 900 = 1, то следовательно ηс = 1/ Sin β.

Если в качестве сред используется не воздух, а любые другие, среды то каждая из них описывается своим показателем и предельным углом преломления.

В этом случае можно записать равенство:

η1 * Sin β1 = η2 * Sin β2. = 1

η1 /η2 = Sin β2 / Sin β1.

Равенство характеризуется преломлением светового луча на границе любых двух сред.

В рефрактометрах для измерения показателя преломления в качестве сред используют раствор вещества и стекло. Известен показатель преломления η2. Луч света, проходя через границу раздела раствор-стекло, преломляется. Задав угол падения луча в растворе, равным 900 (Sin β1 = 1), получим уравнение, позволяющее измерять показатель преломления раствора по значению предельного угла преломления в стекле β2.

η1= η2 * Sin β2.

Показатель преломления при прочих постоянных условиях связан прямой пропорциональной зависимостью с концентрацией в растворе и его измерение широко используется в количественном анализе.

Зависимость показателя преломления от различных факторов.

Показатель преломления зависит от природы вещества, температуры, длины волны падающего света, концентрации (для растворов) и давления (для газов).

Каждое вещество в твердом или растворенном состоянии состоит из определенных частиц (молекул, ионов), которое в различной степени препятствует прохождению света, поэтому при прочих равных условиях показатель преломления для каждого вещества – своя постоянная величина.

С увеличением температуры показатель преломления уменьшается, поэтому для определения показателя преломления при постоянной температуре рефрактометры снабжены устройствами для термостатирования.

Зависимость показателя преломления от длины волны падающего света называют дисперсией. Обычно табличные значения показателя преломления приводят относительно желтой линии (Д) в спектре натрия и обозначаются ηд , λ = 5893 H μ.

Разность показателей преломления, измеренная на двух различных длинах волн, называется частной дисперсией (ηx1 – ηx2). Эта величина используется для идентификации вещества.

Свет при прохождении через любую среду проявляет свойства электромагнитной волны. При прохождении электромагнитной волны через вещество происходит смещение положительных и отрицательных зарядов в молекуле относительно центра тяжести. При этом образуется диполь с наведенным моментом μ: μ=Ie, где, e-заряд частиц;

I-расстояние между частицами, нм.

Это явление называется поляризацией. При поляризации молекулы ориентируются вдоль электромагнитного поля – происходит ориентация (Р0).

При этом расстояние между зарядами увеличивается – происходит поляризация деформации (Рд). Поляризация деформации складывается из смещения электронов – электронная поляризация (Ре) и смещения атомов и атомных групп – атомная поляризация (Ра). Полная поляризация равна:

Р=Р0+Рд=Р0+Ре+Ра

Если молекула не полярна, то полная поляризация равна поляризации деформации.

Молярная рефракция Rn определяется только поляризуемостью молекул и поэтому зависит только от природы вещества. Следовательно, по молярной рефракции можно проводить идентификацию вещества.

Рефракция – это мера поляризуемости молекул, которая складывается из поляризуемости атомов, составляющих молекулы. Следовательно, рефракция есть величина аддитивная и может быть получена как сумма рефракций атомов с учетом их валентного состава и особенности расположения, для чего вводят инкременты двойной и тройной связей:

Rn = Σа + Σi

Rn = [(η2 – 1) / (η2 + 2)* (μ/Q)],

где: η – показатель преломления;

Q – плотность, кг/м3;

μ - наведенный момент.

Порядок работы с рефрактометром

1.1. Перед началом работы необходимо проверить установку

О-пункта рефрактометра. Установка нуль-пункта и измерения на рефроктометре необходимо проводить при одной и той же температуре.

Проверка и установка нуль-пункта проводится по дистиллированной воде. При исследовании дистиллированной воды граница светотени должна находится на делении 1,33299 шкалы ηд и 0% шкалы сухих веществ. Проверка и установка нуль-пункта по дистиллированной воде проводится следующим образом:

- снять пробку с окна верхней камеры, окно нижней камеры должно быть закрыто;

- открыть верхнюю камеру и промыть дистиллированной водой или спиртом поверхности измерительной и осветительной призм и насухо вытереть чистой льняной салфеткой;

- оплавленным концом палочки нанести на плоскость измерительной призмы одну-две капли дистиллированной воды и закрыть верхнюю камеру;

- смещая, осветитель, луч света направить в окно верхней камеры;

- перемещением рукоятки с окуляром (внутри прибора вместе с рукояткой перемещается механизм наведения) вдоль шкалы вверх и вниз в поле зрения границу светотени;

- разность границы светотени, штрихов шкалы и перекрестия сетки по глазу рукоятки дисперсионного компенсатора устранить окрашенность границы светотени;

- поворотом рычага осветителя и вращением осветителя на оси, добиться максимально-контрастной границы светотени;

- границу светотени, перемещая рукоятку, подвести к центру перекрестия сетки (если при совмещении с центром перекрестия сетки она прошла через деление шкалы ηд = 1,33299 и 0% шкалы сухих веществ, нуль-пункт установлен правильно.

Если этого нет, то установка нуль-пункта проводится следующим образом:

- центр перекрестия установить по шкале примерно на одной линии с делениями нуль-пункта;

- снять резиновую заглушку на корпусе прибора;

- ввести в отверстие корпуса ключ, прилагаемый к прибору и, установить его на квадрат винта, находящегося внутри прибора на механизме наведения;

- вращением ключа границу светотени подвести к центру перекрестия сетки к требуемому делению шкалы ηд и шкалы сухих веществ;

- установку нуль-пункта проверить два-три раза путем смещения рукояткой границы светотени и повторной подводкой ее перекрестию сетки.

1.2. Измерение показателя преломления прозрачных жидкостей и процента сухих веществ по сахарозе производится аналогично измерению дистиллированной воды при установке нуль-пункта (см. п. 1.1.):

- после совмещения границы светотени с перекрестием сетки произвести отсчет по шкале показателей преломления и процента сухих веществ по сахарозе. Измерение произвести три раза.

Среднее арифметическое трех остатков является конечным результатом измерений.

Измерение продуктов сахарного производства можно производить при температуре +10 -300 С с учетом поправки на температуру по таблице (таблицу взять у преподавателя).

Например, если измерения производить, при температуре 170С отсчет по шкале равен 37,8% сухих веществ. По таблице находим поправку равную 0,22. Показание рефрактометра будет равно: 37,80-0,22 = 7,58% сухих веществ.

После проведения измерений необходимо открыть верхнюю камеру, промыть, досуха вытереть плоскости верхней и нижней камер и плавно опустить верхнюю камеру прибора.

1.3. Измерение показателя преломления твердых тел.

Измерение показателя преломления твердых тел проводится следующим образом:

- открыть верхнюю камеру, поверхность измерительной призмы и полированную большую поверхность призмы контрольной промыть спиртом и дать просохнуть;

- на большую полированную поверхность образца нанести оплавленным концом палочки 2-3 капли иммерсионной жидкости – монобромнафталина и прикрыть поверхностью измерительной призмы так, чтобы малая полированная поверхность образца была обращена к осветителю. Образец слегка прижать, чтобы жидкость распространялась равномерно по слоям. О равномерности слоя можно судить по интерференционным полосам, которые видны через матовую боковую грань образца. Количество полос не должно быть более трех, направлены они должны быть, параллельно падающему свету. Если полосы наклонены к направлению распространения света, то это значит, жидкость распространилась в виде клина. В этом случае нужно переустановить образец;

- поворотом рычага осветителя и вращением осветителя на оси добиться максимально контрастной границы светотени;

- границу светотени, перемещая рукояткой, подвести к центру перекрестия сетки и по границе светотени произвести отсчет по шкале показателей преломления.

Для вещества, показатель преломления которого не превышает 1,65, в качестве иммерсионной жидкости применяется монобромнафталин (ηд=1,66). Для веществ с более высоким показателем преломления применяется иммерсионная жидкость, у которой ηд=1,710. Жидкость необходимо хранить в закрытом сосуде.

Иммерсионная жидкость ядовита, поэтому обращаться с ней надо очень осторожно.

При измерении показателя преломления стекла колебания температуры в пределах +30С не учитываются.

1.4. Измерение показателя преломления окрашенных или мутных веществ - производится в отраженном свете. Для этого открывается окно нижней камеры, окно верхней камеры должно быть закрыто пробкой. В окно нижней камеры направляется луч света от осветителя.

Измерение показателя преломления окрашенных и мутных веществ производят также, как измерение прозрачных растворов (см.п.1.2.).

Расчет концентраций вещества по показателям преломления раствора ведут следующими методами: по калибровочному графику, по таблицам, по рефрактометрическому фактору, методом добавок.

По калибровочному графику: калибровочный график строят по растворам вещества известной концентрации (концентрация-показатель преломления), в координатах измеряют показатель преломления анализируемого раствора, и на графике по показателю преломления определяют концентрацию.

По таблицам: для многих веществ составлены таблицы, в которых приведены показатели преломления растворов с известной концентрацией.

По рефрактометрическому фактору: если известен рефрактометрический фактор, для расчета концентраций используют формулу:

С = (η1- η0) /F,

где: η1-показатель преломления раствора;

η0-показатель преломления растворителя,

F –рефрактометрический фактор, показывающий увеличение показателя преломления при росте концентрации вещества на 1%.

Фактор определяют экспериментально или по таблицам показателей преломления.

Например, для NaCl фактор F равен разности между показателями преломления 4%-ного раствора η1=1,3397 и 2%-ного раствора η2=1,3364, деленной на разность концентраций, равную 2%:

F=(1,3396-1,3364)/(4-2)=0,00165

Метод добавок: сначала определяют показатель преломления исследуемого раствора в трехкратном повторе, затем к исследуемому раствору добавляют определенные объему стандартного раствора с известной концентрацией, каждый раз снимая показатель преломления в трехкратной повторности.

Сх = ηх * Сдоб/ ηдоб – ηх = ηх * Сдоб/∆ η,

где: ηх – показатель преломления анализируемого раствора;

ηдоб – показатель преломления анализируемого раствора с добавкой стандартного раствора;

Сдоб - концентрация добавок с учетом общего объема,%.

ХОД РАБОТЫ

Работа 1. Определение состава смеси глицерин-вода методом градуировочного графика

В пробирках с притертыми пробками готовят стандартные растворы смеси глицерина и воды в соотношениях, указанных в таблице 3.

Таблица 3

Глицерин, мл 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

Вода, мл 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0

Растворы тщательно перемешивают. Измеряют показатели преломления чистых глицерина и воды, а также каждой смеси. Полученные данные заносят в таблицу 4.

Таблица 4

№ смеси глицерин-вода Содержание глицерина, % Показатель преломления

З1 З2 З3 З4

1 10

2 20

3 30

4 40

5 50

6 60

7 70

8 80

9 90

Строят калибровочный график в координатах глицерин, % - показатель преломления. Измеряют показатель преломления анализируемого раствора и по графику находят состав смеси глицерин-вода.

Работа 2. Определение концентрации глицерина в водном растворе методом добавок

1. Рефрактометр УРЛ юстируют по дистиллированной воде (n=1,3330);

2. Измеряют показатель преломления анализируемого раствора;

3. 5 мл анализируемого раствора переносят пипеткой в пробирку, добавляют 1 мл стандартного раствора глицерина, перемешивают, измеряют показатель преломления;

4. Повторяют эту операцию, добавляют к 5 мл анализируемого раствора соответственно 2,3 мл стандартного раствора глицерина. Каждый раз измеряют показатель преломления на рефрактометре;

5. Концентрация глицерина в анализируемом растовре рассчитывают по формуле:

Сх = ηх * Сдоб/∆η,

где: ηх- показатель преломления анализируемого раствора;

Сдоб – концентрация добавки с учетом общего объема,%;

∆η – разница между показателями преломления анализируемого раствора с добавкой стандартного раствора и анализируемого раствора.

Полученные данные заносят в таблицу 5.

Таблица 5

№ Объем анализи-

руемого раствора Объем стандарт-

ного раствора Показатель преломления Концентрация анализируемого раствора, %

З1 З2 З3 З4

1 5 0

2 5 1

3 5 2

4 5 3

Рассчитывают столько значений Сх, сколько было сделано добавок, а затем считают среднее значение Сх.

Работа 3. Определение содержания этилового спирта в алкогольных напитках и парфюмерно-косметических товарах

Одну каплю исследуемого раствора наносят на нижнюю призму рефрактометра и измеряют показатель преломления. Измеряют три раза и определяют среднее арифметическое значение показателя преломления.

Содержание этилового спирта находят по таблице 6, причем, если показатель преломления определили при температуре отличной от 200С, то его приводят к 200С по формуле:

ηд20 = ηдt +∆η\∆t,

где: ∆η\∆t – изменение показателя преломления при изменении температуры на 10С;

ηд20 – показатель преломления, при 200С;

t - температура опыта, 0С.

Таблица 6

масс, % ηд20 масс, % ηд20

0 1,3330 35 1,3559

5 1,3362 40 1,3560

10 1,3396 45 1,3597

15 1,3433 50 1,3612

20 1,3470 55 1,3623

25 1,3504 60 1,3633

30 1,3535 65 1,3640

Работа 4. Определение содержания сахарозы в водных растворах

Одну каплю исследуемого раствора нанести на нижнюю призму рефрактометра и измерить показатель преломления. Измерения производят три раза и рассчитывают среднее арифметическое значение показателя преломления. Содержание сахарозы находят по специальной таблице (таблицу взять у преподавателя).

Работа 5. Определение содержания глицерина в ликерах и парфюмерно-косметических товарах

Одну каплю исследуемого раствора наносят на нижнюю призму рефрактометра и измеряют показатель преломления. Измерения производят три раза и рассчитывают среднеарифметическое значение показателя преломления. Содержание глицерина находят по таблице 7.

Таблица 7

масс,% ηд20 масс,% ηд20 масс,% ηд20

0 1,3330 35 1,3774 70 1,4279

5 1,3388 40 1,3841 75 1,4353

10 1,3448 45 1,3909 80 1,4429

15 1,3511 50 1,3981 85 1,4508

20 1,3575 55 1,4055 90 1,4584

25 1,3640 60 1,4130 95 1,4660

30 1,3707 65 1,4204 100 1,4740

Работа 6. Определение влажности меда

Показатель преломления меда зависит от содержания в нем воды. Для исследования используют жидкий мед. Закристаллизовавшийся мед (1 мл) помещают в пробирку, плотно закрывают резиновой пробкой и нагревают на водяной бане при 600с до полного растворения кристаллов и охлаждают до комнатной температуры.

Воду, сконцентрировавшуюся на внутренней поверхности стенок пробирки, и массу меда тщательно перемешивают стеклянной палочкой.

Одну каплю меда наносят на нижнюю призму рефрактометра и измеряют показатель преломления. Измерение проводят не менее трех раз и рассчитывают среднее значение.

Показатель преломления меда на рефрактометре пересчитывают на его значение при 200С по формуле:

ηд20 = ηtд + 0,00023 (t – 20),

где: ηд20- показатель преломления при 200 С;

ηtд - показатель преломления при температуре образца;

t - температура, при которой проводили исследования, 0 С,

0,00023 – температурный коэффициент показателя преломления.

Содержание в меде воды в процентах вычисляют по формуле:

W = 400 (1,538 – η20д),

где: 400 и 1,538 – постоянные коэффициенты.

Допустимые расхождения между результатами контрольных испытаний не должны превышать 0,1%.

Работа 7. Определение качества растительных жиров и олифы

Показатель преломления, наряду с другими физико-химическими показателями, может служить для определения степени окисленности жира, что позволяет судить о его качестве. При наличии оксигруппы показатель преломления возрастает.

Пробу исследуемого жира после длительного хранения хорошо перемешивают и фильтруют через складчатый фильтр. На призму рефрактометра наносят 2-3 капли масла и измеряют показатель преломления. Если показатель преломления определяли при температуре, отличной от 200 С, то его приводят к 200 С по формуле:

η20д= ηt д+0,00035 (t-20),

где: η20д- показатель преломления при 200С;

ηt д – показатель преломления при температуре опыта;

t - температура опыта,0С;

0,00035 – температурный коэффициент показателя преломления свежего жира.

Сопоставьте величины показателей преломления двух жиров и сделайте соответствующий вывод.

Работа 8. Определение процентного содержания белка в молоке.

Показатель преломления Пд молока состоит из суммы Пд воды и Пд растворенных в ней белков, молочного сахара, азотистых небелковых веществ и солей.

Азотистые небелковые вещества, молочный сахар и соли находятся в молоке в виде истинного раствора, белки – в виде коллоидного.

Жир в молоке находится в виде эмульсии и на суммарный показатель преломления не влияет.

Содержание белков (сумму казеина, альбумина, глобулина) в молоке определяют по разности показателей по шкале «БЕЛОК» молока и без белковой сыворотки при одинаковых условиях производимых измерений.

Для получения без белковой сыворотки отмерить пипеткой в пробирку (или флакон) 5 мл исследуемого молока и добавить в нее 5-6 капель 4% раствора хлористого кальция. (40 г. CaCl2 в одном литре дистиллированной воды).

Пробирку закрыть пробкой и слегка взболтать содержимое. Одновременно приготовить две или три параллельных пробы (пробирку или флаконы должны быть пронумерованы).

Пробирки (или флаконы) поместить в бачок, налить в него воду до половины высоты пробирок (или флаконов), закрыть крышкой.

Воду в бачке кипятить в течение 10 мин. Затем горячую воду заменить холодной. Пробирки (или флаконы) охладить в течение двух минут.

Пробирки (или флаконы) вынуть из бачка, встряхнуть так, чтобы сгусток разрушился, и выделившаяся сыворотка смешалась с конденсатом.

Сыворотку для анализа отбирать стеклянной трубкой с оплавленным концом или пипеткой через ватный тампон. Сняв тампон, нанести одну или две капли сыворотки на измерительную призму и плавно закрыть ее осветительной.

Наблюдая в окуляр, убрать окрашенность границы светотени. Для улучшения резкости границы измерение необходимо производить через 0,5÷1 мин. Т.е. за это время из пробы удаляется воздух и лучше смачивается поверхность осветительной призмы.

По шкале «БЕЛОК» снять показания для сыворотки. Измерение следует повторить три или четыре раза и подсчитать среднеарифметическое значение Бс.

Удалив сыворотку с обеих призм, их тщательно промывают водой и вытирают чистой салфеткой или ватой.

Затем 1-2 капли исследуемого молока нанести на измерительную призму. Провести измерения по шкале «БЕЛОК» в таком же порядке, как на сыворотке. Так как резкость границы у молока несколько хуже, чем у сыворотки и воды, измерения следует повторить четыре или пять раз и подсчитать среднеарифметическое значение Бм.

Содержание белков в молоке определяют по формуле:

Бмол.%=Бм-Бс

Общий белок (белки и небелковые азотистые вещества) определяют по формуле:

Бо.б.%=(Бм-Бс) •1,0855

По шкале «БЕЛОК» также можно определить содержание казеина, сывороточных белков (альбумин и глобулин) в молоке.

Содержание казеина в молоке определяют по формуле:

К%=(Бм-Бк.с.) • 1,012, где Бк.с – показание на шкале «БЕЛОК» для бесказеиновой сыворотки.

Для получения бесказеиновой сыворотки в пробирку (или флакон) с молоком (5 мл) добавить десять капель 10% раствора уксусной кислоты.

Содержание сывороточных белков определяют по формуле:

СБ%=Бм-К.

Работа 9. Измерение температуры воды.

Для измерения температуры воды с помощью прибора «ЭКОТЕСТ – 2000» кнопками «←» и «→» установите режим «Термометр».

На дисплее прибора появится надпись:

Выбор режима ← →

Термометр

Нажмите кнопку «Изм». На дисплее появится результат измерения температуры воды и отсчет времени измерения, например,

Термометр 0:02

20,460С

Отметьте в лабораторном журнале установившееся значение температуры.

Выход из режима измерений осуществляется нажатием кнопки «ОТМ».

Лабораторная работа № 4

Поляриметрия.

Цель работы: овладеть методом поляриметрического анализа для качественного и количественного определения оптически активных веществ в потребительских товарах.

Необходимые реактивы, лабораторная посуда: стеклянные палочки, мерные стаканы (100 мл), колбы мерные (100 мл), колбы конические (100 мл), сульфат цинка (0,5 Н), NaOH (1Н), дистиллированная вода, набор углеводов.

Приборы: сахариметр СУ-3, водяная баня, весы технические, электрическая плитка.

Поляриметрией называют метод, основанный на определении оптического вращения. Оптическое вращение – вращение плоскости поляризации света раствором оптически активного вещества. Оптическому вращению подвергается поляризованный свет. Поляризованный свет отличается тем, что колебания световых волн в нем происходят только в одной плоскости, а в неполяризованном – во всех плоскостях. Плоскость, в которой происходят колебания волн поляризованного света, называют плоскостью поляризации. Отклонение плоскости поляризации в угловых градусах называют углом вращения плоскости поляризации. Угол вращения зависит от природы вещества, его концентрации, толщины слоя, длины волны, температуры. При измерении угла вращения одного и того же вещества в специальных кюветах при постоянной температуре его значение зависит только от концентрации.

Способность вещества вращать плоскость поляризации характеризуют удельным вращением – вращением плоскости поляризации в правую или левую сторону, происходящим при прохождении поляризованного света через слой раствора в 1 дм., имеющего концентрацию 1 г/см3 (кг/дм3). Удельное вращение обозначают [αД20], индекс Д указывает на используемую при измерениях длину волны света линии Д в спектре натриевой лампы, а индекс 20 обозначает температуру раствора, обычно равную 200С и обозначают [α]Д20.

Правое удельное вращение обозначают знаком «+», левое – знаком

«-».

Удельное вращение определяют по формуле:

Для жидкости: [α]Д20 = α/ ι*ρ

Для растворов: [α]Д20 = α*100/ с* ι,

где α – угол вращения, град.;

ι – толщина слоя жидкости, дм;

с – концентрация р-ра, %;

ρ – плотность жидкости, кг/дм3.

Измерение угла вращения проводят на специальных приборах – поляриметрах. Удельное вращение является константой, используемой для идентификации веществ.

Таблица 1

Значения удельного вращения [α]Д20 некоторых веществ в воде

Вещество [α]Д20 Вещество [α]Д20

Глюкоза +53,1 Молочный сахар +53,5

Сахароза +66,4 Миндальная кислота +156,0

Фруктоза -93,0 Никотин -164,0

Аскораиновая кислота +23,0

Расчет концентрации оптически активных веществ в растворе, если известно, его удельное вращение, производят по формуле:

С = а• 100/[а]Д20 ·1,

где: а – угол вращения, град.;

1- толщина слоя жидкости, дм; С- концентрация р-ра, %;

[а]Д20- удельное вращение, град.

Поляриметрию применяют для определения концентрации оптически

активных веществ, их идентификации и обнаружения фальсификации продовольственных товаров.

Порядок работы на поляриметре

1.Установка нуль-пункта.

Закрыть крышку кюветного отделения без установки в нем кюветы.

Уровнять яркость сравнения вращением рукоятки клинового компенсатора.

Если нулевое деление нониуса не совмещается с нулевым делением шкалы, обратится к преподавателю.

Повторить уравнение яркостей полей сравнения, при этом нулевое деление нониуса должно совместиться с нулевым делением шкалы порядка шести раз.

2.Установка кювет.

При установке кювет следует:

- поместить кювету с раствором в кюветное отделение;

- установить кювету, вращая ее вокруг оси, в такое положение, чтобы линия раздела полей сравнения делила поля сравнения на две равные части.

3.Проведение измерения.

Уравнять яркость полей сравнения вращением рукоятки клинового компенсатора.

Произвести отсчет показателей по шкале и нониусу.

Повторить уравнение яркостей полей сравнения и отсчет по шкале и нониусу не менее шести раз.

ХОД РАБОТЫ

Задание 1. Идентификация оптически активного вещества.

Идентификация вещества основана на определении удельного вращения плоскости поляризации плоско поляризованного света растворов одинаковой концентрации и сравнении их с удельным вращением анализируемого раствора.

Готовят стандартные растворы оптически активных веществ с концентрацией 0,05 г/мл в мерной колбе вместимостью 100мл. Анализируемое вещество переводят в раствор с концентрацией 0,05 г/мл. Устанавливают нулевую точку прибора. Измеряют угол вращения для каждого раствора, включая анализируемый. Рассчитывают значение удельного вращения плоскости поляризации для всех известных имеющихся в наличии оптически активных веществ, сравнивают с анализируемым образцом, тем самым устанавливают его природу.

Задание 2. Определение содержания оптически активного вещества в исследуемых растворах с учетом влажности или плотности.

Необходимо определить содержание сахарозы в сахаре в пересчете на сухое вещество.

А. С учетом влажности. Взять навеску сухого вещества (сахар) и определить содержание влаги в %, если это неизвестно. Далее берут навеску сухого исследуемого вещества 26,26 г с точностью до 0,01 г и растворяют в мерной колбе на 100 мл дистиллированной водой. Полученным раствором заполняют кювету, которую подвергают поляризации. Снимают не менее 3-х показателей и рассчитывают среднее.

Расчет производят по формуле:

С=(Р20∙ 100)/(100 – В),

где: С – концентрация вещества, %;

Р – массовая доля сахарозы, %;

В – влажность вещества (продукта), %.

Массовую долю сахарозы (Р20) вычисляют по формуле:

Р=αt (1+0,000611·(t-20)),

где: αt- среднее арифметическое отсчетов по шкале поляриметра,0С;

t- температура р-ра при опыте, 0С.

В. С учетом плотности. Берут навеску сухого вещества 26,26 г с точностью до 0,01 г., растворяют в мерной колбе на 100 мл дистиллированной водой. Определяют плотность раствора ареометром. Заполняют поляриметрическую трубку исследуемым раствором и подвергают поляризации. Снимают показания не менее 3-х раз, рассчитывают среднее.

Расчет производят по формуле:

С= 0,26 / р,

где р – относительная плотность (при длине кюветы 200,00 мм), кг/м3.

Задание 3. Определение массовой доли сахарозы в кондитерских изделиях в мерную колбу на 100 мл.

1. 6,5 г исследуемого образца (шоколада, конфет, глазури и т.д.) поместить в мерную колбу на 100 мл.

2. Добавить к навеске образца 50 мл дистиллированной воды (60-700С).

3. Колбу поместить на водяную баню на 15 минут.

4. После этого в колбу добавить 20 мл гидрокиси натрия и 20 мл сульфата цинка.

5. Колбу с содержимым охладить до 200С.

6. Довести до метки дистиллированной водой и профильтровать.

7. Полученный фильтрат (прозрачный, без осадка) помещают в кювету (2 дм) для сахариметра.

8. Кювету помещают в кюветный отсек сахариметра и определяют по шкале угол вращения плоскости поляризации.

9. Рассчитывают массовую долю сахарозы в образце по формуле:

С = 4· α · К,

где α – угол вращения плоскости поляризации, град.;

К – поправочный коэффициент (для натурального шоколада К=0,99);

4 – поправка на нормальную навеску сахарозы.

Лабораторная работа 5.

Фотоколориметрия

Цель работы: овладеть методом фото колориметрии и научиться применять его на практике для оценки качества потребительских товаров.

Необходимые реактивы, лабораторная посуда: стеклянные палочки, мерные стаканы (100 мл), колбы мерные (50 мл), аскорбиновая кислота, дистиллированная вода.

Приборы: Фотоколориметр КФК-3, весы аналитические.

В фото колориметрии измерения интенсивности световых потоков проводят с помощью фотоэлементов.

Фотоколориметрический анализ отличается достаточно высокой чувствительностью до 1 · 10-12 моль/л, воспроизводим остью, избирательностью, простотой выполнения, дешевизной аппаратуры, благодаря чему получил широкое распространение.

На пути светового потока в фотоколориметрах ставятся светофильтры, которые пропускают определенную часть спектра. Светофильтры имеют узкую полосу пропускания и применяются для выделения области спектра, максимально поглощаемой веществом. Этим уменьшаются ошибки и повышается избирательность определений. Светофильтры подбирают опытным путем или по табличным данным.

Кюветы, применяемые в фотоколориметрии, готовят из кварца или специальных сортов стекла, они имеют определенную толщину, которая учитывается при расчетах.

Определение концентрации растворов на фотоколориметрах проводят обычно с помощью калибровочного графика, методом добавок, методом сравнения, реже другими методами.

Измерение оптической плотности растворов проводят на фотометре электрическом марки КФК-3.

Он предназначен для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности прозрачных жидкостных растворов, скорости изменения оптической плотности, концентрации вещества в растворе. Спектральный диапазон работы фотометра от 315 до 990 нм. Пределы измерения: а) коэффициента пропускания – 0,1 – 100%; б) оптической плотности 0-3.

Источник излучения лампа галогенная. Приемник излучения – фотодиод. Рабочая длина кювет 10,20,30 мм, объем кювет соответственно 5,9,14 мл. Микропроцессорная система обеспечивает выполнение семи задач:

нуль – измерение и учет сигнала при неосвещаемом фотоприемнике4

Г – градуировка фотометра;

Е – измерение оптической плотности;

П – измерение коэффициента пропускания;

С – измерение концентрации;

А – измерение скорости изменения оптической плотности;

F – ввод коэффициента факторизации.

Принцип действия фотометра основан на сравнении светового потока Ф0, прошедшего через растворитель или контрольный раствор и, светового потока Ф, прошедшего через исследуемую среду.

Световые потоки Ф0 и Ф фотоприемником преобразуются в электрические сигналы, которые обрабатываются микро-ЭВМ фотометра и представляются на цифровом табло в виде коэффициента пропускания, оптической плотности, концентрации.

ХОД РАБОТЫ

Задание 1. Определение содержания витамина С (аскорбиновой кислоты) в продуктах методом добавок.

1. Готовят раствор стандартной добавки с известной

концентрацией. Ампулу с 5%-ным раствором витамина С объемом 1 мл переносят в мерный цилиндр известного объема (например 10мл). Доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают. Рассчитывают концентрацию раствора стандартной добавки по формуле вида:

Сст.доб.=Сст. · Vст. / Vцилиндра,

где: Сст. – концентрация стандартного раствора витамина С, мг/%;

Vст - объем витамина С взятого для приготовления стандартного раствора добавки, мл;

Vцилиндра - объем цилиндра, в котором готовят раствор стандартной добавки, мл.

2. При необходимости экстрагируют витамин С из продукта

теплой дистиллированной водой. Водный раствор (экстракт) исследуемого объекта заливают в кювету и помещают в кюветную камеру фотоколориметра (КФК-3 или ФЭК-56М).

3. Подбирают необходимую длину волны для проведения

определения. Для этого снимают значения оптической плотности при разных светофильтрах при работе ФЭКе или при разных значениях длины волны при работе на КФКе в его рабочем диапазоне, начиная с min и заканчивая max, изменяя длину волны на величину выбранного шага (5, 10, 15 или 20 нм).

4. Выбирают светофильтр или длину волны, при которых

значение оптической плотности максимально.

5. Максимальное значение оптической плотности исследуемого

раствора записывают.

6. Исследуемый раствор заливают в три пробирки по 5 мл, и в

них вносят 2, 3 и 5 мл (или другие удобные для определения объемы) раствора стандартной добавки и рассчитывают концентрацию витамина С после разбавления в исследуемом растворе по формуле:

Сi доб.= Сст. доб. · Vдоб./Vдоб.+Vиссл.,

где Сст.доб. – концентрация взятого стандартного раствора добавки витамина С, мг%;

Vдоб. – объем взятого ратвора стандартной добавки, мл;

Vиссл. – объем исследуемого раствора, в который вводится раствор стандартной добавки, мл.

7. Последовательно снимают значения оптической плотности

у исследуемого раствора с разным объемом внесенного раствора стандартной добавки. Значение оптической плотности записывают в таблицу 2.

8. Рассчитывают содержание витамина С в исследуемом

растворе при разных объемах внесенного раствора стандартной добавки по формуле:

Сх,I=Еиссл. · Сi,доб. / Еиссл.+i,доб. - Еиссл.,

где: Еиссл. – оптическая плотность исследуемого раствора;

Сi,доб – концентрация раствора стандартной добавки после разбавления в исследуемом растворе, %;

Еиссл.+i,доб – оптическая плотность исследуемого раствора с добавкой стандартного раствора.

9. Рассчитывают среднее по полученным результатам Сх,I и

делают вывод.

Таблица 2

Значения оптической плотности

Еиссл. Еиссл.+доб.1 Еиссл.+доб.2 Еиссл.+доб.3

Продолжение таблицы 2

Сх доб. 1 Сх доб. 2 Сх доб. 3

Свит. с доб. 1 Свит. с доб. 2 Свит. с доб. 3

Задание 2. Определение содержания красителя в растворе методом стандартов.

1.Готовят несколько стандартных растворов красителя. Для

этого берут навеску красителя с точностью минимум три знака после запятой и переносят в мерную колбу с известным объемом. Рассчитывают концентрацию стандартного раствора.

2.Каждый полученный стандартный раствор наливают в кювету

и снимают значения оптической плотности несколько раз. Определяют средние значения оптической плотности приготовленных стандартных растворов.

3.В эту же кювету наливают исследуемый раствор, снимают

несколько раз значение оптической плотности и рассчитывают среднее значение.

4.Рассчитывают концентрацию красителя в исследуемом

растворе по формуле:

Сх,I= Сст.I · Еиссл. /Ест.I,

где: Сст.i – концентрация I-го стандарта, %;

Еиссл. – среднее значение оптической плотности исследуемого раствора;

Ест.i – средняя оптическая плотность i-го стандарта.

5.В зависимости от числа стандартных растворов рассчитывают

несколько значений концентраций исследуемого раствора и берут среднее арифметическое (Сх).

Задание 3. Определение содержания каротиноидов, хлорофиллов и феофитинов в растительных маслах.

1.Снять оптическую плотность (D) масла на фотоколориметре в

интервале 400-500 нм (толщина слоя масла в кювете 1 см; шаг длины волны – 10 нм).

2.Построить график зависимости оптической плотности (D) от

длины волны (λ). По оси Хорошо откладывают длины волн, а по оси Y – оптическую плотность масла.

3.Определить максимальное значение оптической плотности

масла (Dмах).

4.Вычислить содержание каротиноидов в граммах в 100 мл

масла в пересчете на β-каротин по формуле:

Х = а · Dмах / 10d · К,

где Dмах – максимальное значение оптической плотности;

d – толщина слоя, см;

К – 250 – коэффициент поглощения чистого β-каротина;

А – разведение (для чистого масла а = 1).

5.Сине-зеленый хлорофилл а (С55Н72О5N4Mg) и желто-зеленый

хлорофилл b (С55Н72О6N4Mg) находятся в соотношении Ха:Хв = 3:1. При действии низкомолекулярных органических кислот атом магния в хлорофилле замещается на два атома водорода. Полученные продукты распада хлорофилла называются феофетин а и b.

Чтобы определить их концентрации в растительном масле, необходимо снять оптическую плотность (D) растительного масла при аналитических длинах волн, характерных для поглощения излучения этими веществами в видимой области спектра:

Ха=663,8 нм; Хb=645,5 нм; Фа=668,0 нм; Фb=665,8 нм.

6.Вычислить содержание вышеуказанных веществ в 1 г масла в

микро граммах:

Ха= 0,38 D645,5 – 23,76 D655,8 + 72,50 D633,8 – 52,34 D6684

Хb= 34.75 D645,5 – 28,83 D655,8 + 18.20 D633,8 – 9,33 D668;

Фа= 3,96 D645,5 – 0,12D655,8 + 59,46 D633,8 + 67,00 D668;

Фb= -40,52 D645,5 + 92,71 D655,8 – 81,78 D633,8 + 38,10 D668

Лабораторная работа 6.

Спектрометрия

Цель работы: научиться применять спектральные методы

анализа в видимой и ультрафиолетовой областях для оценки качества потребительских товаров.

Необходимые реактивы, лабораторная посуда: стеклянные палочки, мерные стаканы (100 мл), колбы мерные (50 мл), воронка делительная, пробирки, ступки фарфоровые, пипетки мерные 10 мл, дистиллированная вода, хлороформ.

Приборы: спектрофотометр СФ-26, весы аналитические, плитка электрическая.

Для спектрофотометрических измерений в ультрафиолетовой (УФ) и видимой (В) областях применяются два типа приборов – не регистрирующие и регистрирующие спектрофотометры. На неригистрирующих спектрофотометрах результат наблюдают на шкале прибора визуально.

При работе на спектрофотометре в кюветную камеру помещают кювету с раствором сравнения и кювету с раствором вещества. Устанавливают нужную длину волны. Сначала в световой поток помещают кювету с раствором сравнения и устанавливают нуль на измерительном приборе. Затем в световой поток помещают кювету с анализируемом раствором и с помощью от счетного потенциометра приводят измерительный прибор к нулю. Со шкалы от счетного потенциометра снимают показания поглощения излучения веществом.

Расчет концентраций веществ по данным поглощения, полученным на спектрофотометре, производят с помощью калибровочных графиков, методом стандартов, методом добавок или расчетным путем по закону БУГЕРА (если известна величина молярного или удельного поглощения).

При расчете по закону БУГЕРА применяют следующие формулы:

если известна величина удельного поглощения Е:

С = А · Р/а · Е · ι,

если известна величина молярного поглощения е:

С = А · Р · М/а · е · ι ·10,

где М – молярная масса вещества;

Р – коэффициент разведения;

ι – ширина кюветы;

а – масса навески, кг.

Электронные спектры выражают в виде графической зависимости оптической плотности (А), или пропускания (Т), или молярного коэффициента поглощения (е) от длины волны поглощения света (?).

ХОД РАБОТЫ

Задание 1. Определение массовой доли кофеина в пищевых продуктах.

Вариант а.

1. Готовят ряд растворов кофеина в хлороформе с

концентрацией в интервале от 2*10 – 6*10 г/л.

2. Измеряют оптическую плотность полученных растворов в

максимуме поглощения кофеина при 250 нм и строят калибровочную кривую в координатах А (оптическая плотность)/С (концентрация вещества), г/л.

3. Извлекают кофеин хлороформом из водного экстракта чая или

кофе.

4. Измеряют оптическую плотность полученного хлороформного

экстракта при длине волны равной 275 нм.

5. Находят концентрацию кофеина по калибровочной кривой А/С в г/л.

Вариант в.

1.Готовят стандартные растворы кофеина с известной

концентрацией, которые используют в качестве стандартных добавок.

Концентрацию стандартных растворов используют в качестве добавок и рассчитывают по формуле:

Сст.доб = Сст. · Uст.· / Uколбы ,

где Сст. – концентрация стандартного раствора кофеина, г/л.

Uст – объем добавленного стандартного раствора кофеина для получения стандартной добавки, мл.

Uколбы – объем колбы, в которой получают стандартную добавку, мл.

2.Извлекают кофеин хлороформом из водного экстракта продукта

3.Измеряют оптическую плотность полученного хлороформного

экстракта при длине волны равной 275 нм.

4.Измеряют оптическую плотность стандартного раствора при

длине волны равной 275 нм.

5.Вводят к 20 мл анализируемого раствора последовательно 5 мл,

7,5 мл и 10 мл стандартного раствора добавки.

6.Рассчитывают концентрацию стандартного раствора кофеина

после введения в анализируемый раствор (экстракт) по формуле:

С = Сст.доб. · Uдоб./Uобщ.,

где Сст.доб - концентрация раствора стандартной добавки, г/л;

Uдоб. – объем раствора стандартной добавки, введенной а анализируемый экстракт, мл;

Uобщ. – общий объем анализируемого экстракта и добавленного раствора стандартной добавки,мл.

7.Рассчитывают концентрацию кофеина в анализируемом

растворе по формуле:

Сх = Аиссл. · Сдоб./Аиссл. + доб. – Аиссл..

где: Сдоб. - концентрация стандартного раствора кофеина после разбавления его в анализируемом экстракте;

Аиссл - оптическая плотность анализируемого раствора;

Аиссл. + доб – оптическая плотность анализируемого раствора с введенной в него стандартной добавкой.

8.Рассчитывают столько значений Сх, сколько было сделано добавок, а затем считают среднее значение Сх.

Задание 2. Построение спектральных кривых.

1.Настраивают прибор. Устанавливают необходимую

минимальную длину волны.

2.В кюветную камеру помещают кювету с анализируемым

раствором. Снимают значение оптической плотности (при необходимости значения коэффициента пропускания).

3.Меняют длину волны на величину необходимого шага (5, 10, 15,

20 и т.д.).

4.Снимают значения оптической плотности.

5.Полученные данные заносят в таблицу 3.

6.Строят спектральную кривую в координатах, оптическая

плотность (А) (или коэффициент пропускания (Т)) и длина волны (λ) (рис.2).

7.Определяют максимумы и минимумы построенной

спектральной кривой.

Таблица 3

№ п/п Длина волны, нм Значение оптической плотности Коэффициент пропускания, %

1. 185

2. 190

3. 195

…..

Лабораторная работа 7.

ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

Цель работы: освоить метод ИК-спектроскопии и научиться применять его на практике для контроля качества потребительских товаров.

Приборы: ИК – спектрофотометр (средняя ИК-область)

Инфракрасным излучением называют электромагнитные колебания с длинами волн от 0,75-200 мкм, область которых расположена между видимой частью спектра и микроволновым диапазоном радиочастот (табл 4). Различают ближнюю, среднюю и дальнюю ИК-области спектра.

Излучение характеризуется длиной волны (λ), 1 мкм=10-6 или волновым числом (ν), равным числу длин волн, укладывающихся в 1 см и имеющим размерность см-1. Длина волны связана с волновым числом следующим соотношением:

ν = 1/ λ · 10-2

Таблица 4

Области и виды излучения

Ультрафиолетовое излучение Видимое излучение Инфракрасное излучение Микроволновое излучение

Ближняя область Средняя область Дальняя область

200 нм 400 нм 750 нм 2500 нм 25000 нм 200 мкм

50000 см-1 25000 см-1 13333 см-1 4000 см-1 400 см-1 50 см-1

Источником ИК-излучения является любое нагретое тело, но энергия, отдаваемая им в каждом спектральном диапазоне, зависит от характеристик излучения. Стандартным источником служит абсолютно черное тело.

Проходя через вещество, ИК-излучения ослабляется. Практически нет вещества, которое одинаково ослабляло бы излучение во всем ИК-диапазоне. Некоторые длины волн ослабляются особенно сильно, образуя полосы поглощения. Совокупность всех полос поглощения составляет спектр поглощения вещества. Спектр поглощения самым тесным образом связан с молекулярным строением вещества и является его очень тонкой и однозначной характеристикой.

Энергия, полученная молекулой, может быть потрачена на изменение или электронного состояния входящих в ее состав атомов, или колебательной и вращательной энергии молекулы.

Элементам каждой химической группы соответствуют определенные частоты колебаний, т.е. полосы поглощения в ИК-спектре. Эти полосы называются характеристическими. Зная характеристические полосы поглощения и спектр вещества, можно идентифицировать группы, входящие в состав вещества, а также само вещество (табл. 5).

Длина волны в максимуме поглощения (λ, мкм) либо волновое число (υ, см-1) определяют положение полосы в спектре. Кроме того, каждая полоса в спектре характеризуется интенсивностью и полушириной (1/2). Интенсивность полосы характеризует концентрацию данных химических групп, поглощающих свет с волновым числом (υ), а также молекулярную структуру вещества. Наиболее важные и надежно интерпретируемые характеристические полосы поглощения располагаются в коротковолновой области спектра валентных колебаний молекулы от 4000 до 1500 см-1.

Многочисленные ИК-спектры молекул обобщены в таблицы характеристических групповых частот, некоторое из них приведены в табл. 5.

Таблица 5

Группа ОН NH SH S=O C=C Трансизомеры С=С -СН3

Область поглощения, см-1 3670-3230 3500

3300

2590

2550 1725

1700 1680

1620

970-960 2100

2400 2975

2860

Наряду с качественным определением строения вещества ИК-спектроскопия дает возможность проводить и количественный анализ. Значение оптической плоьтности в максимуме поглощения, соответствующей изучаемой функциональной группе, определяется методом базовой линии. Базовой линией называют касательную к минимуму измеряемой полосы поглощения. Так, для полосы Тх процент пропускания может быть рассчитан по формуле:

Тх=(Iх / I0) · 100%,

где Iх и I0 – соответственно интенсивность падающего и прошедшего через кювету ИК-излучения, см.

Для расчета оптической плотности используют выражение:

А = -ιgТ = ιg (I0 / Iх).

По вычислительному значению А определяют содержание функциональных групп в веществе. На практике обычно определяют отношение интенсивности монохроматического света, прошедшего через исследуемое вещество и раствор сравнения (растворитель). В качестве растворителей используют хлороформ, четыреххлористый углерод, сероуглерод, хлористый метилен, циклогексан, бензол. При этом используются два вида кювет: постоянной и переменной толщины. Окошки кювет изготавливаются из прозрачного для ИК-излучения материала: NaCl, КВr, СаF2. Такие окошки очень гигроскопичны и боятся воды и водных растворов. Образцы твердых веществ готовят в виде паст, пленок, таблеток. Таблетки готовят растиранием порошка бромида калия с определенным количеством исследуемого вещества до образования однородной смеси с последующим вакуумированием и прессованием под давлением. Пасту готовят путем растирания вещества с вазелиновым маслом или с гексахлорбутадиеном.

ХОД РАБОТЫ

Задание 1. Оценка степени окисленности липидов методом ИК-спектроскопии. Определение массы карбонильных групп в липидах ( на примере подсолнечного масла) по значениям оптической плотности в максимуме поглощения карбонила. Берут 2 образца подсолнечного масла (свежее и после длительного хранения) и снимают спектр в ИК-средней области (4000-400 см-1). Максимум поглощения карбонильных соединений лежит в интервале 1650-1750 см-1. Для расчета массовой доли карбонильных групп используют формулу:

Мсо=К · А1720/ι,

где: К =0,04333 – постоянный коэффициент;

А1720 = оптическая плотность образца в максимуме, отвечающей карбонильной группе;

ι = 0,016 см – толщина слоя образца.

Значение оптической плотности в максимуме поглощения, сооответсвующем карбонильным соединениям, определяется методом базовой линии.

Задание 2. Идентификация вещества по ИК – спектру и определение его структуры.

1.Снять на ИК-спектрофотометре ИК-спектр неизвестного

вещества;

2.Идентифицировать вещество, пользуясь сборниками и

альбомами готовых ИК-спектров.

3.Идентифицировать функциональные группы по

характеристическим полосам спектра, пользуясь специальными таблицами.

Лабораторная работа 8.

Хроматография.

Цель работы: Освоить метод хроматографического анализа

продовольственных товаров.

Приборы: Хроматограф «Цвет-500», весы аналитические.

Обозначения блоков на рис. 3.: 1.Источник газа-носителя (баллон); 2.Блок подготовки газов (поддержание постоянного давления на входе в колонку); 3.Блок управления (управление термостатами хроматографа и индикация текущих значений температур т расходов газов); 4.Испаритель (место ввода пробы); 5. Термостат колонок с термостатированной колонкой (разделение сложной смеси на индивидуальные компоненты); 6. Детектор (непрерывно измеряет и преобразует в электрический сигнал концентрацию компонентов на выходе их из хроматографической колонки); 7.Блок ионизационного детектирования (усилитель, преобразующий малый ток детектора в пропорциональное напряжение); 8.Регистрирующее устройство (самописец с диаграммной лентой – производит запись результатов хроматографического анализа); 9.Система автоматизации анализа (автоматическое управление узлами хроматографа и автоматическая обработка сигналов с детектора, выдача результатов анализа на печатающее устройство); 10. Устройство вывода информации.

Условия хроматографического анализа.

1.Хроматограф «Цвет-500»;

2.Детектор – ионизационно-пламенный;

3.Режим – изотермический;

4.Температура термостата колонок – 700С;

5.Температура испарителя – 210С;

6.Скорость потока газа –носителя (азот особой чистоты) – 30 см3/мин;

7.Скорость потока водорода – 30 см3/мин;

8.Скорость потока воздуха – 300 см3/мин;

9.Колонка стеклянная спиральная, заполненная насадкой – 3%

метил силиконового эластомера SЕ-30 на хроматоне N-SUPER, фракция 0,25-0,315 мм;

10. Шкала электрометра – 16*1010 см;

11. Количественная оценка – по абсолютной градуировке;

12. Скорость протяжки диаграммной ленты – 240 мм/ч.

ХОД РАБОТЫ

Задание 1. Качественный и количественный

газохроматографический анализ исследуемого вещества.

1. Ввести 1 см3 неизвестной смеси. Определить время

удерживания веществ (время от момента ввода пробы до выхода максимума пика);

2. Ввести 1 см3 известных веществ (стандартов).

Сравнением времен удерживания неизвестных компонентов и стандартов провести идентификацию первых;

3. Определить площади пиков компонентов смеси по

методу расчета произведения высоты пика на ширину на половине его высоты, с учетом поправочных коэффициентов. Умножить площадь пика на весовой поправочный коэффициент . Поправочные коэффициенты для разных соединений различны, т.е. площади пиков компонентов не прямо пропорциональны процентному содержанию.

4. На основании вычисленных площадей пиков

определить количественный состав смеси по формуле:

С = 100 · S/Σ ,

где: С – содержание компонентов, %;

S – площадь пика компонента, см2;

S – общая сумма площади всех пиков, см2.

Результаты представить в виде таблицы 6.

Таблица 6

Содержание этилового спирта

Компонент Время удерживания, сек. Поправочный коэффициент Площадь пика, см2 Концентрация

Бензол

Циклогексанол

Примечания:

1.Величина времени удерживания может быть использована для идентификации неизвестных компонентов;

2.Для измерения площадей пиков может быть использовано несколько методов: а) вырезание и взвешивание; б) планиметрирование;

в) расчет по площади треугольника; г) расчет по произведению высоты пика на его высоту на половине высоты.

Лабораторная работа 9.

Дозиметрия

Цель работы: освоить метод определения радиоактивных частиц в потребительских товарах с помощью радиометра-дозиметра.

Приборы: Дозиметр ДБГ-07Б «Эксперт»

Открытие радиоактивности относится к 1896 г., когда А.Беккерель обнаружил, что уран самопроизвольно испускает излучение, названное им радиактивным (от лат. Radio – излучаю и actiwas – действенный).

Радиоактивное излучение возникает при самопроизвольном распаде атомного ядра. Известно несколько типов радиоактивного распада и радиоактивного излучения:

α – распад – это распад ядра с выделением частиц, которые являются ядрами атомов гелия;

β – распад делят на три вида: электронный бета-распад, позитронный бета-распад и К-захват;

γ – излучение – это электромагнитные колебания с очень короткой длиной волны. Гамма-излучение испускают возбужденные атомы, получившиеся в результате радиоактивного распада (альфа или бета).

Альфа-лучи поглощаются листом бумаги. Бета-лучи могут поглощаться алюминиевой пластинкой, гамма лучи поглощаются бетоном или свинцом. Проникновение альфа-, бета- или гамма-частиц внутрь организма смертельно опасно.

Величины и единицы:

ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА – ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ – 1 Гр (грей).

1 Гр = 100 рад.

Эквивалентная доза – это величина поглощенной дозы (грей или рад.), умноженная на средний коэффициент качества излучения в данной точке ткани.

МОЩНОСТЬ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗЫ – это приращение эквивалентной дозы за малый промежуток времени, деленное на этот промежуток времени. Единица измерения – 1 Зв/час; 1 бэр/час – внесистемная единица. 13в (зиверт) – в системе СИ; 1 бэр – внесистемная единица (биологический эквивалент рентгена), 100 бэр = 1 Зв.

ФЛЮЕНС – число частиц, проникающих в сферу малого сечения, деленное на это сечение. Единица измерения – част./см2.

ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА ЧАСТИЦ –флюенс частиц за малый промежуток времени, деленный на этот промежуток.. Единица измерения – част./см2* мин.

АКТИВНОСТЬ – это число распадов в секунду в радиактивном образце. Единица измерения 1 Бк (беккерель). Внесистемная единица измерения – Кu (кюри).

Удельная активность – это число распадов в секунду в радиоактивном образце на единицу массы образца. Единица измерения – 1Бк/кг или 1 Бк/л.

ХОД РАБОТЫ

Задание 1. Определение радиоактивности потребительских товаров.

Для того, чтобы подготовить дозиметр к работе, Вы должны:

- установить переключатель в положение «ВЫКЛ»,

- снять крышку отсека питания,

- установить, соблюдая полярность, элемент питания.

- установить и закрепить винтами заднюю крышку.

После этого прибор готов к работе.

Проведение измерений. Оценка мощности эквивалентной дозы. Для того, чтобы оценить уровень мощности эквивалентной дозы необходимо:

- установить режим работы «Р»,

- установить диапазон «1»,

- закрыть рабочую поверхность детектора экраном,

- включить индикатор,

- провести 3-4 измерения,

- вычислить среднее арифметическое значение Nф.

Если при первом измерении сработает сигнализация о превышении

верхнего предела диапазона, то необходимо повторить измерение на диапазоне «10».

Оценка плотности потока бета-измерения от поверхностей. Для того, чтобы оценить плотность потока бета-излучения от исследуемой поверхности необходимо:

- установить режим «К»,

- установить диапазон «1»,

- закрыть экраном рабочую поверхность детектора,

- разместить дозиметр на расстоянии 5 мм от исследуемой поверхности;

- включить дозиметр и провести серию измерений (10-15), вычислить среднее арифметическое значение Nф,

- открыть рабочую поверхность детектора,

- повторить операции измерения и вычислить среднее N0,

- определить уровень загрязнения (N0 – Nф),

Литература

1. Коленко Я.А. Технология лабораторного эксперимента: Справочник:

СПб.: Политехника, 1994.

2. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Физико-химические свойства и методы контроля качества товаров», ч. Ι и ч. Ι Ι. СПб. 2002.

3. Рефрактометр ИРФ-464. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. АЭП.34.15.058 ТО.

4. Анализаторы жидкости многопараметрические «ЭКОТЕСТ-200». Руководство по эксплуатации КДУТ 414310. 005 РЭ.

5. Дозиметр бытовой ДБГ-07Б «Эксперт». Инструкция по эксплуатации.

Для замечаний

ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА И МЕТОДЫ

КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОВАРОВ