Глава 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

ЗНАЧЕНИЕ, СУЩНОСТЬ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОЧНОСТЬ

Физико-химические методы анализа позволяют достаточно точно и быстро определить состав сырья, полупродуктов» изделий.

Использование современных приборов обеспечивает точность, воспроизводимость и объективность результатов, позволяет сократить продолжительность анализа. Важным является также и то, что для физико-химических методов анализа требуется небольшой объем исследуемой пробы.

Физико-химические методы анализа используются для оценки качества ферментных препаратов, крахмалистого сырья, солода, мелассы, спирта, ликеро-водочных изделий, пива, безалкогольных напитков и др. Они позволяют глубже изучить химический состав технологических сред и разработать эффективную технологию. Так, с помощью методов хроматографии исследован качественный и количественный состав углеводов, аминокислот, органических кислот, эфиров, альдегидов, высших спиртов и усовершенствованы процессы брожения, культивирования кормовых дрожжей, браго- ректификации, а также получены новые виды напитков.

С использованием физико-химических методов значительно возросла чувствительность и точность количественного анализа химических соединений, формирующих аромат и вкуо изделий. Появилась возможность определять ароматические компоненты с очень низким содержанием —10"7 %, а также одновременно исследовать количественно и качественно десятки компонентов, что значительно сокращает продолжительность анализов.

Сущность физико-химических методов анализа заключается в изучении соотношений между составом и свойствами химических систем. Изменения физических свойств системы (преломление света, электрическая проводимость, поглощение света и др.), происходящие в результате химических или электрохимических реакций, зависят от концентрации определяемого компонента.

Различают прямые и косвенные физико-химические методы анализа.

При прямых методах измеряемое свойство (сигнал) зависит , от концентрации определяемого компонента непосредственно.

Например, концентрацию ионов водорода определяют путем измерения потенциала стеклянного электрода в водном растворе.

В косвенных методах изменение свойств системы используется для определения момента завершения реакции между

1. Классификация некоторых физико-химических методов анализа

Метод анализа

Используемое физическое явление

Измеряемая физическая величина

Оптический: рефрактомет-

Преломление света веществом

Показатель пре-

рия интерферомет-

Интерференция света

ломления

Разность показа-

рия

поляриметрия

Вращение плоскости поляризации

телей преломления Удельное враще-

Фотометрический: спектрофото-

света веществом

Поглощение молекулами и ио-

ние

Интенсивность

метрия

нами, находящимися в растворе,

светового потока,

фотоколоримет-

монохроматического излучения

Поглощение раствором окрашен.

прошедшего через раствор Интенсивность 1

рия

ного вещества полихроматичес-

светового потока,

фотонефеломет-

кого излучения

Рассеяние и отражение светового

прошедшего через раствор Интенсивность

рия

потока суспензией или коллоид-

светового потока,

фототурбиди-

ным раствором

Рассеяние и отражение светового

рассеянного суспензией вещества

Интенсивность

метрия

потока суспензией или коллоид-

светового потока,

Электрометрический: потен циомет-

ным раствором

Изменение электродных потенци-

прошедшего через слой суспензии

Электродный по-

рия

алов системы в ходе химической

тенциал

кондуктомет-

реакции

Изменение электрической прово-

Электрическая

рия

димости раствора в процессе

проводимость,

полярография

химической реакции

Поляризация электрода

электросопротивление

Сила тока, напря-

Хроматографический:

газовая

Избирательная адсорбция

жение

Показатель разде-

бумажная

То же

ления веществ (хроматографи

ческий пик)

Коэффициент раз-

тонкослойная

»

деления веществ

То же

определяемым веществом и реагентом (нахождение конечной точки титрования).

Иногда физико-химические методы анализа называют инструментальными, так как для измерения сигналов использу

ется аппаратура.

Рис. 1. Методы фотометрических определений:7 — колориметрия; 2 — фотоколориметрия; 3 —• турбидометрия; 4 — нефелометрия}6 =• спектрофотометрия; Л-—поглощение; С — концентрация; Х= длина волны.Рис. 1. Методы фотометрических определений:7 — колориметрия; 2 — фотоколориметрия; 3 —• турбидометрия; 4 — нефелометрия}6 =• спектрофотометрия; Л-—поглощение; С — концентрация; Х= длина волны.Физико-химическими методами анализа определяют оптические или электрические свойства, которые зависят от концентрации искомого вещества в растворе. Классификация некоторых физико-химических методов анализа приведена в табл. 1.

Рис. 1. Методы фотометрических определений:

7 — колориметрия; 2 — фотоколориметрия; 3 —• турбидометрия; 4 — нефелометрия}

6 =• спектрофотометрия; Л-—поглощение; С — концентрация; Х= длина волны.

Рис. 1. Методы фотометрических определений:

7 — колориметрия; 2 — фотоколориметрия; 3 —• турбидометрия; 4 — нефелометрия}

6 =• спектрофотометрия; Л-—поглощение; С — концентрация; Х= длина волны.

Фотометрические методы основаны на определении концентрации веществ путем измерения взаимодействия электромагнитного излучения с анализируемым веществом. Они подразделяются в зависимости от длины волны, способа измерений и ширины полосы измеряемого излучения (рис. 1).

2. Рабочая область спектра фотометрических методов анализа

Метод анализа

Рабочая область спектра

Монохроматор

Способ регистрации светопогло- щения

Фотоколориметрия

Фотонефелометрия Спектрофотометрия

Видимая

» Видимая, ультрафиолетовая, инфракрасная

Светофильтры

Монохроматоры Дифракционная решетка, призма

Фотоэлектрический

То же

»

Рабочая область спектра фотометрических методов анализа приведена в табл 2. Характеристика электромагнитного спектра приведена в табл. 3.

3. Характеристика электромагнитного спектра

X, см -10“^ю-4

X, нм 100200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

УФ-область

Видимая область

ИК-область

Дальняя (вакуумная)

Ближняя

Видимые спектральные цвета

Ближняя

Фундаментальная

Дальняя

v 105 5 • 1042,5 • 1041,3- 1041G4 Э-ЮЗсм-1

Электронные спектрыКолебательные Вращательные

спектрыспектры

Для практических целей используется ультрафиолетовая область спектра (УФ) в интервале 200—380 нм; видимая область спектра (В) — область электромагнитного спектра, видимая человеческим глазом, интервал 380—780 нм; инфракрасная область спектра (ИК) — область электромагнитного измерения от 800 нм до 20 мкм.

В зависимости от длины волны различают спектрофотометрию в В-, УФ- и ИК- областях спектра. ИК —спектрофотометрия, нефелометрия и турбидиметрия еще не получили распространения в контроле бродильных производств.

Хроматографические методы разделения смесей веществ основаны на распределении их между двумя фазами, из которых одна является подвижной, а вторая — неподвижной. Разделение веществ при помощи методов хроматографии происходит потому, что компоненты смесей вместе с подвижной фазой перемещаются через слой неподвижной фазы со скоростью, зависящей от сил взаимодействия каждого компонента с одной и другой фазами. Различие в величинах этих взаимодействий приводит к разности в скоростях движения компонентов через слой неподвижной фазы, в результате чего достигается их разделение.

В настоящее время известно несколько классификаций методов хроматографии.

В зависимости от механизма процесса распределения компонентов смеси между подвижной и неподвижной фазами хроматография делится на: адсорбционную, основанную на различии в адсорбируемости компонентов смеси на данном сорбенте; распределительную хроматографию, основанную на 8

различии в растворимости компонентов смеси в подвижной и неподвижной фазах или на различии в стабильности образующихся комплексов; ионообменную хроматографию, основанную на различии констант ионообменного равновесия; осадочную хроматографию, основанную на различной растворимости осадков в подвижной фазе; гель-проникающую хроматографию, основанную на различии в проницаемости разделяемых веществ в неподвижную фазу — гель и обусловленную размерами их молекул.

В зависимости от способа выполнения процесса хроматография делится на: хроматографию на бумаге, процесс проводят на специальной бумаге; тонкослойную хроматографию — процесс проводят в тонком слое сорбента, нанесенного на пластинку из стекла или другого материала; колоночную хроматографию — процесс проводят в колонке; капиллярную хроматографию — процесс проводят в капиллярной колонке.

В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси в колонке: проявительная хроматография — периодическое введение анализируемой смеси в поток подвижной фазы, после чего колонку промывают растворителем или газом-носителем.

Фронтальная хроматография представляет собой пропускание через колонку с сорбентом непрерывным потоком анализируемого раствора или газовой смеси.

Вытеснительная хроматография — введение в колонку после анализируемого раствора «вытеснителя», который сорбируется сильнее, чем компоненты исследуемой смеси.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз хроматография может быть жидкостной (подвижная фаза — жидкость) и газовой (подвижная фаза — газ).

В контроле бродильных производств в настоящее время нашли применение газовая, распределительная на бумаге и тонкослойная хроматография.

Физико-химические методы анализа обладают значительно большей специфичностью и чувствительностью по сравнению с химическими. Чем меньшее количество вещества вступает в реакцию с данным реактивом, тем более специфична данная реакция.

Чувствительность физико-химических методов определяется двумя факторами: интенсивностью измеряемого физического свойства и чувствительностью детекторов сигнала в приборе. К малоинтенсивным свойствам относится, например, ряд оптических свойств — преломление светового луча и вращение плоскости поляризации света, вследствие чего рефрактометрия и поляриметрия имеют низкую чувствительность и применяются при анализе сравнительно концентрированных растворов веществ.

Порог чувствительности некоторых физико-химических методов анализа приведен ниже.

Метод анализаПредел обна

ружения, г

ФотоКолоримет.рия . .1G~§

УФ-спектрофотометрия. . . Ю~а

Полярография 10-9

Тонкослойная хроматография 10~7

Газовая хроматография. Хроматографы с детекторами: пламенно-ионизационным 10~10

электронно-захватным• 10~13

Чувствительность и точность физико-химических методов анализа систематически повышается, так как регистрирующая .аппаратура совершенствуется.

Результаты измерений на аналитических приборах наблюдают визуально (по отсчетной шкале) или прибор регистрирует их автоматически (на ленте самописца). Различают нерегистрирующие и регистрирующие аналитические приборы. К нерегистрирующим относятся, например, фото колориметры, отсчет показаний у которых производят визуально по шкале измерительного барабана, а к регистрирующим — газовые хроматографы, выдающие результаты на ленте самописца.

Точность большинства физико-химических методов анализа, применяемых в контроле бродильных производств, составляет ±2— 5отн. %, что, в основном, отвечает требованиям технологии.

На точность этих методов , помимо общих аналитических причин, влияют химические реакции, используемые в методе, и способ регистрации результатов измерений.

При выполнении любого анализа требуется высокая точность и аккуратность проведения всех операций. От техники работы, умения ее выполнить зависят результаты анализа и правильная оценка качества веществ и материалов.

Своевременное получение результатов анализа позволяет при необходимости изменить ход процесса, устранить выпуск брака, перерасход сырья и др.

Точность полученных результатов анализа зависит от многих факторов. В физико-химических методах таких факторов больше, чем в химических, что связано с использованием сложной аппаратуры и методов расчета результатов анализа. Ошибки, физико-химических методов анализа складываются из большого числа частных ошибок, в которые входят: ошибки взвешивания, измерения объемов, приготовления растворов, построения градуировочных графиков, работы прибора, коэффициента разведения исследуемых растворов, расче- 10

та результатов анализа и др. Поэтому при выполнении физико-химических методов анализа требования к технике лабораторных работ особенно возрастают.

АНАЛИЗ ОШИБОК

При выполнении физико-химических методов малейшая неточность в работе значительно искажает результаты анализа. В процессе анализа, как правило, используются растворы, разведенные многократно, или исследуются низкие концентрации веществ, поэтому при вычислениях ошибка многократно возрастает.

Точность анализа зависит от соблюдения правил при отборе проб, хранении, подготовке их к анализу; чистоты химических соединений, используемых в качестве реактивов и стандартных растворов; изменения свойств и чистоты реактивов при хранении и др.

Источником ошибок могут быть разнообразные факторы: неравномерность образца, неоднородность, негомогенность пробы; нарушение техники анализа; неточность измерений объемов растворов — объемная ошибка, капельная ошибка (часто при анализе не учитывают последние капли, истекающие из пипеток, бюреток. Объем капли обычно равен 0,02—0,03 см3, поэтому капельная ошибка значительно влияет на результаты анализа); изменение свойств реактивов при хранении; неправильный коэффициент разведения растворов; неполнота протекания химической или биохимической реакции; нарушение условий выполнения анализа — температуры, pH, концентрации растворов (наиболее часто температурная ошибка); изменение объема измерительной посуды в результате длительной эксплуатации (использование пипеток с отбитым носиком); неправильное построение градуированного графика; неустойчивость работы прибора, которая в некоторых случаях может быть вызвана наличием переменного магнитного поля от расположенных вблизи электродвигателей и другого электрооборудования; неправильная калибровка и настройка прибора; нарушение стабильности работы прибора из-за изменения напряжения электропитания; нарушение правил работы на приборах; неправильная установка шкалы на нуль и градуировка прибора; вращающаяся стрелка измерительной шкалы прибора; неправильный отсчет по шкале прибора; ошибки в вычислениях.

Для получения точных результатов на приборе обычно рекомендуют проводить не менее 2—3 измерений, затем их обработать и принять средний результат.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

Для получения точных и воспроизводимых результатов анализа необходимо строго соблюдать определенные правила.

Правила работы с приборами

Приборы должны быть установлены стационарно, на специальных лабораторных столах или полках, жестко вмонтированных с помощью металлических кронштейнов в капитальные стены. При этом стене не должны передаваться колебания от двигателей большой мощности, электродвигателей и др.

Запрещается размещать приборы вблизи отопительных батарей и источников освещения. Нельзя допускать, чтобы на приборы падал прямой солнечный свет. На оптические и электрические схемы, настройку шкал приборов оказывают вредное влияние механические колебания, резкие изменения температуры, загрязненность воздуха парами кислот, хлора, сероводорода, а также вибрация, толчки и пыль. Рекомендуется устанавливать приборы в изолированной комнате, защищенной от проникновения паров, газа, пыли и не подверженной большим механическим колебаниям с температурой воздуха 10—35 °C и относительной влажностью не более 80 %. Воздух не должен содержать вредные примеси.

Не допускается разбирать приборы и чистить оптические детали. Перед проведением измерений аналитические приборы (рефрактометры, поляриметры, фотоколориметры, рН-мет- ры и др.) надо настроить. Калибровка и настройка проводятся специальными приемами с помощью стандартов с известными эталонами (pH, оптическое поглощение, концентрация и др.).

Организация лабораторных работ

Прежде чем приступить к анализу, следует организовать рабочее место, ознакомиться с характеристикой приборов, изучить правила работы на них, провести инструктаж по технике безопасности.

Перед началом, работы готовят необходимые для анализа реактивы и посуду. Склянки с реактивами должны находиться на постоянных местах, не рекомендуется переносить их с одного стола на другой.

Мерная посуда должна быть чистой. Вода должна стекать со стенок ровно, нигде не оставляя капель. Появление капель 32

указывает на то, что стекло загрязнено жировыми веществами, при этом мениск получается искаженным и при выливании жидкости часть ее останется на стенках.

Анализы следует выполнять в строгом соответствии с действующими стандартами и инструкциями, т. е. применять оборудование, материалы, реактивы и лабораторную посуду, отвечающие требованиям нормативно-технической документации.

Запрещается оставлять действующий прибор или установку без надзора, а также пользоваться неисправными электроприборами. По окончании работы надо выключить электроприборы, перекрыть газ и водопроводные краны и убрать рабочее место.

Результаты количественного определения подвергают математической обработке, устанавливая воспроизводимость и правильность анализа, после чего их записывают в лабораторный журнал (рабочую тетрадь).

От правильной организации труда в лаборатории зависит точность результатов анализа. Следует так спланировать свою работу, чтобы была возможность совмещать однотипные операции. Для этого полезно составить график выполнения отдельных аналитических операций.

Отбор проб

Так как для проведения анализа используется малый объем вещества, то требования к правилам отбора проб повышенные.

Сам способ отбора зависит от агрегатного состояния и степени однородности вещества. Трудно отбирать пробы гетерогенных (неоднородных), крупнозернистых и вязких материалов.

Сырье и полупродукты бродильных производств (зерно, меласса, осахаривающие материалы, замес, сусло, бражка) неоднородны по составу. Для^того чтобы проба максимально соответствовала контролируемой партии, ее отбирают в соответствии со стандартами, химико-технологическими инструкциями.

Специальные требования предъявляются к отбору проб зерна, мелассы, что отражено в соответствующих стандартах.

В зависимости от назначения в аналитической практике пробы подразделяются на индивидуальные, средние и контрольные.

Индивидуальная (разовая, точечная) проба характеризует качество продукта в одном месте (емкость, мешок, бочка и т. д.) или на определенном уровне. Индивидуальную пробу отбирают в один прием.

Средняя проба состоит из нескольких индивидуальных проб, отобранных на различных уровнях в одной или нескольких емкостях. Она определяет среднее количество материала в одной или нескольких партиях и соответствует физическому и химическому составу основной массы вещества. Для приготовления средней пробы взятые индивидуальные пробы хорошо перемешивают в сосуде емкостью в 1,5—2 раза большей, чем общий объем средней пробы. После перемешивания среднюю пробу поровну переносят в два чистых и сухих сосуда,приготовляя таким образом контрольную и арбитражную пробы.

Контрольная проба является частью индивидуальной или средней пробы и предназначена для контрольного анализа. Контрольную пробу, хранящуюся на случай арбитражного анализа, называют арбитражной. Такую пробу опечатывают или пломбируют и хранят в кладовой ОТК на случай арбитражного анализа в течение срока годности.

Поверка приборов

Точность измерений зависит от соблюдения правил эксплуатации, выполнения графиков поверок и технического надзора, осуществляемого на предприятии.

Поверка приборов — важнейшее организационно-техническое мероприятие метрологического обеспечения достоверности результатов анализа. Правила проведения поверок средств измерений устанавливает ГОСТ 8.513—84.

Госстандарт периодически издает перечни конкретной номенклатуры рабочих средств измерений, подлежащих обязательной государственной поверке, которую проводят территориальные органы Госстандарта.

Поверка средств измерений органами Госстандарта может осуществляться в поверочных лабораториях или непосредственно на предприятиях госповерителем, командируемым на предприятие по его заявке.

Обработка результатов анализа, классификация ошибок

Согласно ГОСТ 16263—70 «Метрология. Термины и определения», точность результатов анализа должна оцениваться сходимостью, воспроизводимостью и правильностью измерений, т. е. основными метрологическими характеристиками химико-аналитического процесса, определяющими точность, единство и качество измерений.

Сходимость измерений — качество, отражающее близкие по значению результаты измерений, выполненных в одинаковых условиях.

Воспроизводимость измерений — качество, отражающее близкие значения результатов измерений, выполненных в различных условиях (в разное время в различных местах, различными лицами и средствами). Правильность измерений — качество, отражающее значения систематических ошибок, близких к нулю.

Ошибки по характеру возникновения подразделяются на случайные , систематические и грубые или промахи.

Случайные ошибки возникают в результате нестабильности реагентов, нарушения чувствительности прибора и техники анализа: добавлена лишняя капля раствора, неточно взята навеска вещества, неправильно установлена температура и др.

Для выравнивания отдельных случайных отклонений от истинного значения определяемой величины, результаты анализа обрабатывают, используя методы математической статистики.

Систематические ошибки — это постоянные или закономерные ошибки для данной серии определений. Возникают они из-за неправильной работы измерительных приборов, погрешностей мерной посуды, весов, неправильно составленной методики и др.

Например, при использовании прибора с неточно отградуированной шкалой или раствора с неправильно установленным титром все результаты анализа будут содержать одну и ту же систематическую ошибку. Систематические ошибки обычно имеют один знак, т. е. при всех измерениях получаются результаты,отклоняющиеся от истинного значения в одну сторону.

Грубые ошибки или промахи возникают в результате небрежного выполнения анализа, неверных отсчетов, неправильных записей и др. При грубых ошибках полученный результат резко отличается от величины параллельных определений.

При обработке экспериментальных данных результаты с грубыми ошибками следует выявлять и отбрасывать.

Случайные ошибки влияют на воспроизводимость результатов, а систематические — на правильность анализа. Воспроизводимость и правильность измерений в совокупности определяют точность анализа.

Точность анализа зависит не только от методики, но и от числа параллельных определений. Для получения точных результатов требуется провести определенное число параллельных анализов.

По степени и виду отклонения полученного результата от истинного различают ошибки абсолютные, относительные и средние квадратичные.

Абсолютная ошибка — это разность между результатом наблюдения или измерения (xj и истинной (а) или средней (х) величиной:

до = Х1 — х.

Относительная ошибка — это отношение абсолютной ошибки к истинному или среднему результату»

Д = (Д0/а) 100 %, или Л = (Д0/х) 100 %.

Средние квадратичные ошибки подразделяются на дисперсию, стандартное отклонение отдельного результата и стандартное отклонение среднего результата.

Средние квадратичные ошибки используют для оценки аналитического метода с помощью математической обработки результатов анализа.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА

При выполнении параллельных анализов получают результаты, отличающиеся друг от друга по величине. Разность между наибольшим и наименьшим результатом дает представление о качестве выполненных анализов. Любой полученный результат не является истинным, так как он обязательно включает в себя ошибки измерений. Фактически определяют не истинное значение величины, а те пределы, в которых оно должно находиться с данной степенью точности.

Отношение определенного значения (х) к общему числу возможных результатов (/г) является мерой вероятности: Р = = х!п. Вероятности значений в большинстве случаев неодинаковы, а сумма вероятностей всех возможных значений случайной величины всегда равна 1.

По мере приближения 1 достоверность получения того или иного результата возрастает, закон распределения результатов характеризует связь между значениями случайной величины и вероятностями этих значений, т. е. совокупности значений общего числа возможных результатов и вероятности.

Для большинства исследований существенна две вероят- ностй — 0,95 и 0,99, которые называют доверительными, т. е. такими, значения которых можно доверять и уверенно ими пользоваться, которые также принято выражать в процентах.

Определенным значениям вероятности соответствуют так называемые уровни значимости (вероятность ошибки). Вероятности 0,95 (95 %) соответствует уровень значимости 0,05 (5 %), а вероятности 0,99 (99 %) — уровень значимости 0,01 (1 %). С помощью уровня значимости можно установить, в каком проценте случаев возможна ошибка в результатах. Напри- 16

мер, уровень значимости, равный 5 %, указывает, что в силу случайности возможна ошибка в 5 % случаев наблюдения. Выбор уровня вероятности зависит от поставленных целей. При статистической обработке результатов в большинстве случаев можно принять низкий уровень вероятности (0,95) и соответственно уровень значимости 0,05.

Интервал значений, в который попадает измеряемая величина, называют доверительным интервалом. Вероятность попадания нового результата в доверительный интервал называют доверительной вероятностью, надежностью или коэффициентом надежности.

Надежность найденного результата — 95 % в обычной аналитической работе считается достаточной, при этом допустимые расхождения должны составлять не более 5 %.

Для обработки результатов анализа используют формулы, рассматриваемые в курсе математической статистики.

Методы математической обработки результатов анализа подробно изложены в литературе, в том числе и для контроля бродильных производств.

Методы математической статистики позволяют оценить точность аналитического метода; вычислить воспроизводимость анализа; сравнить точность двух и более методов анализа, а также определить промахи.

Для количественной оценки точности физико-химических методов на основании данных параллельных анализов находят среднее значение случайной величины (среднее арифметическое):

X = 2 х^п,

где х{— значение каждого измерения; п — число измерений. Среднюю квадратичную ошибку единичного определения находят по формуле

Г (п—1)

и выражают в относительных процентах (S/x) 100 %.

Из классической теории вероятности известно, что погрешность отдельного измерения может быть больше средней квадратичной. В 5 % всех случаев (что соответствует уровню надежности 0,95) погрешность отдельного измерения может быть больше 2S. На практике часто приходится пользоваться результатами единичного определения. Поэтому необходимо указать границы интервальных значений измеряемой величины (доверительный интервал) и вероятную относительную ошибку единичного определения. В эти расчеты входят: средняя квадратичная ошибка среднего значения случайной вели-

чины S„ = SjVn; доверительный интервал Nx = tSx и результат х ± Ах.

Здесь t — коэффициенты нормированных отклонений (для малого числа наблюдений), который находят по табл. 4.

4. Коэффициенты нормированных отклонений (для малого числа наблюдений)

п

При до веритель но il вероятности

п

При доверительной вероятности

•0,9

0,95

0,99

0,999

0,9

0,95

0,99

0,999

2

6,3

12,71

63,66

636,62

7

1,9

2,45

3,71

5,96

3

2,9

4,30

9,93

31,60

8

1,9

2,37

3,50

5,41

4

2,4

3,18

5,84

12,94

9

1,9

2,31

3,36

5,04

5

2,1

2,78

4,60

8,61

10

1,8

2,26

3,25

4,8

6

2,0

2,57

4,03

6,86

Полученные параллельные определения одного и того же образца используют не только для проверки полученного результата (исключения грубых ошибок),но и для увеличения точности определений, так как среднее арифметическое, полученное от нескольких цифр ближе к истине. Параллельные определения должны быть близкие по значению. Если результаты двух-трех определений сильно различаются, то ни одному из этих результатов верить нельзя. Надо найти источник погрешностей, устранить их и повторить определения до получения удовлетворительной сходимости. Хорошая сходимость параллельных определений не является показателем того, что результаты совпадают с истинным содержанием компонента. Она указывает лишь на отсутствие грубых случайных погрешностей и на то, что систематическая погрешность во всех случаях была почти одинаковой.

Практически более 5—6 параллельных определений делать не следует. Рекомендуется для практических анализов проводить два-три тщательных определения. При хорошей сходимости принимают среднее значение.

Все вычисления результатов анализа проводите точностью, соответствующей точности выполненного анализа. В результатах вычислений должно быть столько значащих цифр, чтобы только последняя из них могла быть недостоверной. Точность всех вычислений не может быть выше точности наименее точного из чисел, входящих в данное вычисление.

Пример. Проведено пять определений крахмальности зерна, %: хх= 57,38; х2= 57,27; х3= 57,33; х4= 57,39; х5= 57,24,

Вычисляем среднее арифметическое из числа параллельных оп ределений:

57,38 + 57,27 + 57,33 + 57,39 + 57,24

X —- ■——————— _ о I2

О

Вычисляем отклонение для каждого определения и квадраты этих отклонений:

(^ — х)а0,0360,0250,0010,0490,064(^ — х)а0,0360,0250,0010,0490,064X/ —X

(^ — х)а0,0360,0250,0010,0490,064

(^ — х)а0,0360,0250,0010,0490,064

57,38 — 57,32 = 0,06

57,27 —57,32 = —0,05

57,33 —57,32 = 0,01

57,39 —57,32 =0,0 7

57,24 —57,32 = —0,0,8

5=0,175

Вычисляем среднюю квадратичную ошибку (или стандартное отклонение) отдельного результата

8х - у Ц^ = 0,209.

Вычисляем среднюю квадратичную ошибку (или стандартное отклонение) среднего арифметического

= 2^ = 0,0935.

15

Вычисляем ошибку среднего результата. Из табл. 4 находим значение коэффициента, которое при р = 0,95 и п = 5 составляет 2,78, т. е. с вероятностью 95 % можно заключить

Дх = 0,0935 • 2,78 = 0,029.

Доверительный интервал значений крахмалистости зерна лежит в пределах (57,32 ± 0,26)%.

Все результаты удобно свести в одну таблицу.

Глава 2

РЕФРАКТОМЕТРИЯ

Рефрактометрия широко применяется в контроле бродильных производств. Преимуществами данного метода являются быстрота и простота измерений, достаточная точность (0,01 %), малый расход исследуемого вещества, возможность автоматизации контроля производства.

Рефрактометрический метод применяется для анализа растворов (водных, спиртовых, эфирных и др.) с концентрацией более 1 %. Анализ растворов меньшей концентрации приводит к большим ошибкам.

Измеряют рефракцию с помощью показателя преломления (рис.2). Показатель преломления — отношение синуса угла падения а к синусу угла преломления р:

п = sin a/sin р.

Показателем преломления также называют отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения света в испытуемом веществе (растворе). Он является важной константой, характеризующей химическую природу вещества, степень его чистоты и концентрацию раствора. Используют его для определения концентрации веществ и установления их чистоты. Чистые химические вещества имеют определенный показатель преломления, который изменяет сопутствующие примеси. Поэтому показатель пре- \|, ломления может характеризовать чистоту ве-

\ ^\ереЗа1 щества.

Рефрактометрический метод основан на ^/////////Ж""'"'"' определении концентрации веществ по пока- зателю преломления.

\ Рис. 2. Преломление луча света; a — угол падения;

I \ Р — угол преломления.

' Показатель преломления, найденный по отношению к воздуху, т. е. при падении света на преломляющую среду из воздуха (к пустоте), называют абсолютным. Зависит он от длины волны падающего света. Зависимость показателя преломления света в веществе от длины волны света называют дисперсией или рефракционной дисперсией. Показатель преломления вещества определяют в монохроматическом свете, дающем излучение с определенной длиной волны (при помощи натриевой, ртутной или водородной ламп). Зависимость показателя преломления воды от длины волны света приведена в табл. 5.

В обозначение показателя преломления вводят индекс, показывающий при какой длине волны света выполнялось измерение: например tip, nD или пс.

Величина показателя преломления каждого вещества зависит от температуры и в его обозначение вводят надстрочным показателем температуру в момент измерения, например п о.

Таким образом, индекс D обозначает желтую линию в спектре натрия (589,3 нм), так как в рефрактометрах источником света обычно служит натриевая лампа.

Рефрактометры откалиброваны для выражения показателя преломления в безразмерных единицах при длине волны 589,4 нм и 20 °C. Показатели преломления определяют на реф- 20

среды используют стеклянные призмы с известным значениемсреды используют стеклянные призмы с известным значениемРис. 3. Полное внутреннее отражение света:Рис. 3. Полное внутреннее отражение света:а— луч света, падающий под углом а и преломляющийся под углом р, входит в среду Г, b — луч света падающий под предельным углом и преломляющийся под углом 90°; с — луч света, падающий под углом ббльшим, чем предельный, и не входящий в среду I.а— луч света, падающий под углом а и преломляющийся под углом р, входит в среду Г, b — луч света падающий под предельным углом и преломляющийся под углом 90°; с — луч света, падающий под углом ббльшим, чем предельный, и не входящий в среду I.ГО JQ Я Ч со О Д о 5 я ? с яV (V о :г sЦвет линииДлина волны, нмПоказатель преломления при 20 °CFГолубой486,11,3371DЖелтый589,31,3330СКрасный656,31,3311ГО JQ Я Ч со О Д о 5 я ? с яV (V о :г sЦвет линииДлина волны, нмПоказатель преломления при 20 °CFГолубой486,11,3371DЖелтый589,31,3330СКрасный656,31,33115. Зависимость показателя преломления воды от длины волны света5. Зависимость показателя преломления воды от длины волны света

среды используют стеклянные призмы с известным значением

среды используют стеклянные призмы с известным значением

Рис. 3. Полное внутреннее отражение света:

Рис. 3. Полное внутреннее отражение света:

а— луч света, падающий под углом а и преломляющийся под углом р, входит в среду Г, b — луч света падающий под предельным углом и преломляющийся под углом 90°; с — луч света, падающий под углом ббльшим, чем предельный, и не входящий в среду I.

а— луч света, падающий под углом а и преломляющийся под углом р, входит в среду Г, b — луч света падающий под предельным углом и преломляющийся под углом 90°; с — луч света, падающий под углом ббльшим, чем предельный, и не входящий в среду I.

ГО JQ Я Ч со О Д о 5 я ? с я

V (V о :г s

Цвет линии

Длина волны, нм

Показатель преломления при 20 °C

F

Голубой

486,1

1,3371

D

Желтый

589,3

1,3330

С

Красный

656,3

1,3311

ГО JQ Я Ч со О Д о 5 я ? с я

V (V о :г s

Цвет линии

Длина волны, нм

Показатель преломления при 20 °C

F

Голубой

486,1

1,3371

D

Желтый

589,3

1,3330

С

Красный

656,3

1,3311

5. Зависимость показателя преломления воды от длины волны света

5. Зависимость показателя преломления воды от длины волны света

рактометрах, работающих на принципе измерения предельного угла преломления (рис. 3). Если угол падения луча равен 90°, то луч света, преломляясь в другую фазу, образует предельный угол преломления. При этом существует зависимость:

п = пг sin р.

Если известен показатель преломления для одной среды ^п^, то для другой его легко определить, измерив предельный угол преломления р. Последний определяют по границе света и тени, наблюдаемой в рефрактометре. В качестве одной

п2, другой средой служит раствор, показатель преломления которого необходимо измерить.

Таким образом, показатель преломления зависит от природы и плотности вещества, его концентрации, температуры, давления среды и длины волны падающего света. При прочих постоянных условиях показатель преломления пропорционален только концентрации вещества.

Влияние температуры в рефрактометрии исключают, термостатируя призменные блоки, имеющие водяные рубашки. Влияние температуры, которая незначительно отличается от 20 °C, учитывают по специальным таблицам или по формуле п^ = п^ + (20 — /) 0,0002, где nlD — показатель преломления при температуре измерения t; п^ — показатель преломления при 20 °C.

ХАРАКТЕРИСТИКА РЕФРАКТОМЕТРОВ

Для измерения показателей преломления растворов применяют рефрактометры типа Аббе или Пульфриха, которые работают на принципе измерения предельного угла преломления.

6. Техническая характеристика рефрактометров

Тип и назначение

Шкала измерений

Погрешность измерений

Применение

Показатель преломления

Сахароза, мае. %

Показатель преломления

Сахароза, мае. %

УРЛ-1 (модель I)

УРЛ-П (модель II)

1,2—1,7

0—95

±1 • 10-4

±0,1

Для измерения показателя преломления и средней дисперсии жидкостей и твердых тел; концентрацию (сухие вещества) растворов определяют по сахарозе

1,65—2,1

±Ы0-4

Для измерения показателя преломления и средней дисперсии жидкостей и твердых тел; концентрацию (сухие вещества) растворов находят по табли-

цам согласно установлен-

ному значению Пц

ИРФ-22

1,3—1,7

—

±2-10-4

*—

Для измерения показателя

(в про-

преломления и средней

ходящем

дисперсии жидкостей и

свете)

1,3—1,57

твердых тел; концентрацию (сухие вещества) рас-

(в отра-

творов находят по табли-

жен ном

цам согласно установлен-

ИРФ-23

ному значению п^

1,3—1,78

—

±1.10-4

—

Для измерения показателя

преломления и средней дисперсии жидкостей и

твердых тел при разных длинах волн. Шкала реф-

рактометра градуирована в углах, которые пересчитывают на показатель преломления по специальным

ИРФ-454А (модель А)

1,2—2,0

—

±2.10-4

—

таблицам

Для измерения показателя преломления и средней

454Б (модель Б)

1,2—1,7

—

±2.10-4

—

дисперсии неагрессивных жидкостей и твердых тел;

концентрацию (сухие вещества ) растворов находят по таблицам согласно

установленному значению Яд, Температура измеряемой жидкости 10— 60 °C

Продолжение табл. 6

Тип и назначение

Шкала измерений

Погрешность измерений

Применение

Показатель преломления

Сахароза, мао. %

Показатель преломления

Сахароза, мае. %

ИРФ-451

1,325—

1,647

—

±2-10~5

Для измерения показателя преломления водных, водно-спиртовых и эфир-

ИРФ-1

1,325—

1,366

±2.10-5

ных растворов (погружной рефрактометр); концентрацию (сухие вещества, спирт) находят по специальным таблицам согласно найденному значению условной шкалы и „20

РДУ

1,3—1,7

0—95

±2.10-4

±0,25

Для измерения показателя преломления и средней дисперсии жидкостей и твердых тел; концентрацию (сухие вещества) растворов находят по сахарозе

РПЛ-3

1,3—1,54

0—50;

50—95

±2.10*4

±0,2 ±0,1

Для измерения показателя преломления и концентрации (сухих веществ) растворов по сахарозе

РПЛ-2

1,333—

1,381

0—30

±2-10-6

±0,03

Для измерения показателя преломления и концентрации (сухие вещества) растворов по сахарозе. Шкала прибора разделена на 100 условных делений с точностью отсчета ±0,1 деления шкалы

РЛУ

[1,3—1,7

±2-10-4

Для измерения показателя преломления. Концентрацию (сухие вещества) растворов определяют по таблицам согласно установленному значению

Наиболее простыми и распространенными рефрактометрами для измерения показателя преломления до 1 ! 10*3 считаются приборы с измерительной призмой Аббе.

Для более точных измерений показателей преломления жидкостей используют рефрактометр типа Пульфриха и так называемые прецизионные рефрактометры, в которых углы преломления монохроматического света измеряют особыми

прецизионными гониометрами, достигая точности определения 1 • 10"5 показателя преломления. В СССР выпускается рефрактометр типа Пульфриха ИРФ-23.

К рефрактометрам типа Аббе относятся УРЛ, РЛУ, РДУ, ИРФ-22, ИРФ-454 и др. Принцип действия их одинаков, но различаются они диапазоном измерений показателей преломления и концентрации сухих веществ, источниками света, устройством шкалы, расположением призм, влияющим на технику измерений. Техническая характеристика рефрактометров приведена в табл. 6.

Преломление лучей в рефрактометрах типа Аббе показано на рис. 4. Лучи от источника света входят в осветительную призму, преломляются в ней, проходят слой анализируемой жидкости, попадают под разными углами на поверхность измерительной призмы, снова преломляются и направляются в зрительную трубу. При этом в окуляре зри-

Рис. 4. Преломление лучей в призмах рефрактометров типа Аббе:

— осветительная призма; 2— слой анализируемой жидкости;

— поле зрения в измерительной трубе; 4 — измерительная призма.

тельной трубы видно, что правая часть выходной грани приз* мы освещена, а левая — затемнена.

У некоторых рефрактометров шкала градуирована по показателю преломления и сахарозе (имеет два ряда делений), что дает возможность определять концентрацию сахарозы или сухих веществ в растворах. Если раствор содержит несколько различных веществ, рефрактометр покажет их суммарный показатель преломления и общую концентрацию сухих веществ по показателю преломления сахарозы.

Рефрактометры могут быть и со шкалой, градуированной только по показателю преломления, или условной, разделенной на определенное число делений. В таком случае показатель преломления, концентрацию сахарозы и спирта находят по специальным таблицам.

Более совершенная и удобная система измерений в рефрактометрах УРЛ, ИРФ-454, ИРФ-22. В рефрактометре ИРФ-22 одновременно наблюдают граничную линию, крест, деления шкалы и визирный штрих шкалы, что упрощает отсчет. Целые, десятые, сотые и тысячные доли значения показателя преломления отсчитывают по шкале, а десятичные — на глаз с точностью до десятитысячных (0,0002).

Пределы измерений, возможности применения, техника анализа для рефрактометра ИРФ-22 аналогичны и для рефрактометра УРЛ.

Рефрактометр УРЛ характеризуется достаточной точностью, позволяет определять в широком диапазоне величину показателя преломления и концентрацию сухих веществ по сахарозе, удобен в эксплуатации.

Оптическая схема рефрактометра УРЛ показана на рис. 5. От источника света 1 конденсорами 2 и 3 луч света направ-

Рис. 6. Общий вид рефрактометра типа УРЛ:

1 — корпус; 2— окуляр; 3 — дисперсионный компенсатор; 4 — осветитель;

5 — термометр; 6 — верхняя призма; 7 — выключатель.

ляется на входную грань осветительной призмы 4, затем проходит через исследуемое вещество и измерительную призму 5,. Далее луч, выйдя из измерительной призмы и пройдя через призмы дисперсионного компенсатора 6 в преломляющую призму 7 , фокусируются объективом 8 зрительной трубы в ее поле зрения, образуя границу светотени. Грань осветительной призмы матирована, рассеянный на ней свет переходит в жидкость под всевозможными углами (от 0 до 90°).

Если показатель преломления жидкости меньше показателя преломления материала призмы, то лучи преломляются под углами от нуля до предельного. В окуляре зрительной трубы И при этом наблюдаются граница светотени, перекрестие сетки 9 и шкалы 10. Положение границы светотени зависит от величины предельного угла преломления, который в свою очередь зависит от показателя преломления анализируемой жидкости. Это дает возможность проградуировать

шкалу рефрактометра по показателям преломления или, соответственно, по концентрации раствора.

Отсчет по шкале проводится после устранения спектральной окраски границы светотени в положение пересечения границей светотени центра перекрестия сетки.

Рефрактометр УРЛ (рис. 6) состоит из двух основных частей’ верхней — корпуса и нижней — основания. К корпусу крепятся камеры: верхняя и нижняя. В верхней камере находится осветительная призма, которая соединена шарниром о нижней и может поворачиваться относительно нее, в нижней — измерительная призма,которая жестко закреплена на корпусе.

Обе камеры имеют окна, закрывающиеся пробкой, и штуцера для подвода и вывода воды для термостатирования. При помощи резиновых трубок штуцера соединяются с каналами, расположенными внутри камер. На штуцере нижней камеры подвижно укреплен осветитель, свет от которого может быть направлен в одно из окон камеры.

Температуру измеряемого вещества измеряют термометром, укрепленным на штуцере нижней камеры с помощью накидной гайки. Со стороны передней крышки корпуса видна шкала рефрактометра.

На оси прибора укреплены окуляр для наблюдения границы светотени и рукоятка для совмещения ее с перекрестием сетки; дисперсионный компенсатор для устранения окрашенности границы светотени; механизм наведения (находится внутри корпуса), который вместе с рукояткой может поворачиваться вдоль шкалы.

На корпусе предусмотрено отверстие, закрытое пробкой, для ввода юстировочного ключа и установки нулевой точки.

Внутри основания находятся трансформатор и предохранитель, на корпусе — выключатель.

"Рефрактометр И Р Ф • 4 5 4 также является современной моделью. Измерение показателя преломления осуществляется с помощью двух измерительных призм. !

Конструкция рефрактометра приведена на рис. 7,а и б. Основные узлы прибора смонтированы в металлическом .корпусе. Рефрактометрический блок съемный и на прибор устанавливается с помощью направляющих (рис. 7,6). С этой целью его подают по направляющим до упора и фиксируют юстировочным ключом.

Рефрактометрический блок состоит из двух частей; верхней и нижней. Нижняя часть неподвижная и является измерительной, а верхняя — осветительной призмой. Осветительную призму с помощью рукоятки откидывают на угол ~100°.

В верхней части корпуса размещен окуляр. Корпус закрыт крышкой, на которой смонтированы светофильтр для окрас-

Рис. 7. Рефрактометр типа ИРФ-454:Рис. 7. Рефрактометр типа ИРФ-454:а—1, 3—маховики; 2— заглушка; 4— термометр; б—/ — крышка; 2, 12 — зеркала; 3, 15 — направляющие; 4— рефрактометрический блок; 5, 9, //, 14 — штуцеры; 6 — крючок; 7 ^—шкала; 8—нониус; 10—«рукоятка; 13 —а—1, 3—маховики; 2— заглушка; 4— термометр; б—/ — крышка; 2, 12 — зеркала; 3, 15 — направляющие; 4— рефрактометрический блок; 5, 9, //, 14 — штуцеры; 6 — крючок; 7 ^—шкала; 8—нониус; 10—«рукоятка; 13 —шарнир.шарнир.Рис. 8. Схема погружаемого рефрактометра: /—погружаемая призма; 2 — компенсатор; 3 — объектив; 4—накатное кольцо компенсатора; 5 — носитель шкалы; 6—микрометрический винт; 7 — окуля р.Рис. 8. Схема погружаемого рефрактометра: /—погружаемая призма; 2 — компенсатор; 3 — объектив; 4—накатное кольцо компенсатора; 5 — носитель шкалы; 6—микрометрический винт; 7 — окуля р.

Рис. 7. Рефрактометр типа ИРФ-454:

Рис. 7. Рефрактометр типа ИРФ-454:

а—1, 3—маховики; 2— заглушка; 4— термометр; б—/ — крышка; 2, 12 — зеркала; 3, 15 — направляющие; 4— рефрактометрический блок; 5, 9, //, 14 — штуцеры; 6 — крючок; 7 ^—шкала; 8—нониус; 10—«рукоятка; 13 —

а—1, 3—маховики; 2— заглушка; 4— термометр; б—/ — крышка; 2, 12 — зеркала; 3, 15 — направляющие; 4— рефрактометрический блок; 5, 9, //, 14 — штуцеры; 6 — крючок; 7 ^—шкала; 8—нониус; 10—«рукоятка; 13 —

шарнир.

шарнир.

Рис. 8. Схема погружаемого рефрактометра: /—погружаемая призма; 2 — компенсатор; 3 — объектив; 4—накатное кольцо компенсатора; 5 — носитель шкалы; 6—микрометрический винт; 7 — окуля р.

Рис. 8. Схема погружаемого рефрактометра: /—погружаемая призма; 2 — компенсатор; 3 — объектив; 4—накатное кольцо компенсатора; 5 — носитель шкалы; 6—микрометрический винт; 7 — окуля р.

Рис. 9. Термостат для погружаемого рефрактометра:

J —сливное отверстие; 2 -■ съемная трубка с краном; 3—держатель термометра; 4 — Термометр; 5— устройство для смены проб со стек* данными стаканчиками; 6 — держатель рефрактометра с зеркалом; 7 •*

Сосуд для термостатирования.

ки поля зрения и зеркала для подсветки шкалы при работе в проходящем и отраженном свете. В оправах призм имеются камеры для термостатирования, в которые подают воду и отводят ее с помощью шлангов, соединенных с штуцерами.

Рефрактометр с погружаемой призмой (рис. 8) применяется в спиртовой, пивоваренной и ликеро-водочной промышленности для анализа водных, спиртовых и эфирных растворов.

Показатель преломления измеряют с помощью погружаемых измерительных призм. Свет, отражаясь от зеркала, направляется в исследуемую жидкость и преломляется в ней. Пройдя жидкость свет направляется на входную грань измерительной призмы, проходит компенсатор дисперсии, объектив и попадает на шкалу прибора. Через окуляр наблюдают положение границы светотени на шкале.

Измерительную призму погружают непосредственно в исследуемую жидкость. Пробы жидкости помещают в стеклянные стаканчики и устанавливают их в термостат с дистиллированной водой (рис. 9).

Шкала прибора разделена на 105 условных делений. Десятичные доли деления отсчитывают с помощью микрометрического винта, а сотые определяют на глаз по шкале этого же винта. Показания шкалы погруженного рефрактометра пересчитывают по таблице на показатель преломления. Затем о20

по найденному значению по определяют содержание сухих веществ или спирта в растворе (см. прил. 4).

ОБЩИЕ ПРАВИЛА РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Рефрактометрическим методом определяют концентрацию сухих веществ и спирта в растворах. С помощью рефрактометрии можно анализировать чистые водно-спиртовые растворы.

Для определения концентрации водно-спиртовых растворов по показателю преломления используют прецизионные рефрактометры, позволяющие определить этот показатель с точностью ±2 • 10-5, а концентрацию растворов с точностью до 0,03—0,05 мае. %. При работе с другими рефрактометрами по находят с меньшей точностью (± 2 • 10~4), что увеличивает абсолютную ошибку при определении спирта в области низких его концентраций до ±0,3 и средних концентраций — До ±0,6 мае. %.

Более точные результаты получают при проведении анализа водно-спиртовых растворов с помощью погружного рефрактометра, без разведения дистиллятов, в пределах кон-

центраций, обусловленных градуировкой шкалы прибора и содержании спирта более 1 мае. %.

Для получения точных и воспроизводительных результатов необходимо строго соблюдать технику анализа. Этиловый спирт летуч, поэтому измерения необходимо проводить быстро, осторожно и сразу после окончания перегонки. Водно-спиртовые растворы в зависимости от температуры резко изменяют показатель преломления, поэтому необходимо ее строго контролировать.

При работе с рефрактометром следует строго соблюдать определенные правила. Специальное оптическое стекло, идущее на изготовление призм рефрактометра, отличается мягкостью и легко повреждается. Особой осторожности требует обращение с хорошо отполированной поверхностью измерительной призмы. Поэтому призмы рефрактометра можно протирать только салфетками из мягкой ткани.

Анализируемый раствор на рабочую поверхность призмы следует наносить пипеткой или стеклянной палочкой с оплавленным концом. Запрещается концом палочки или пипетки касаться поверхности призмы.

Все измерения следует проводить при постоянной температуре 20 °C , которую устанавливают путем термостатирования призменного блока.

Нулевую точку шкалы рефрактометра проверяют по жидкостям с известными показателями преломления (юстировочным). Чаще всего используют для этого дистиллированную воду, у которой величина «о = 1,3329. Проверяют нулевую точку перед каждой серией измерений при температуре 20± ± 0,1 °C.

При выполнении измерения следует стремиться к тому, чтобы в окуляре зрительной трубы появилась четкая граница светотени, разделяющая поле зрения пополам. После этого отсчитывают величину показателя преломления жидкости по шкале прибора. Если рефрактометр исправлен, то при 20 °C он покажет величину 1,3329, что отвечает 0 % содержания сахарозы в растворе.

Отсчет показаний рефрактометра при каждом определении повторяют несколько раз. Поэтому, смещая границу светотени попеременно вверх или вниз по шкале, повторяют отсчеты показателя преломления. Светорассеяние на границе светотени устраняют с помощью дисперсионного компенсатора.

Для измерений с точностью до четвертого десятичного знака жидкие образцы необходимо термостатировать с точностью ±0,2 °C. При температуре, отличающейся от стандартной (20 °C), в результаты измерений вносят температурные

поправки.

Для большей части жидкостей, показатель преломления уменьшается примерно на 0,00015 при увеличении температуры на 1 °C.

Проверяют рефрактометр с погружаемой призмой по дистиллированной воде. При температуре воды 20 °C граница раздела светотени должна проходить через контрольное деление шкалы, указанное в инструкции к прибору. При отклонении границы от указанного значения на величину более чем 0,05 делений шкалы рефрактометр юстируют заново с помощью микрометрического винта.

При анализе водно-спиртовых растворов необходимо особенно строго соблюдать температуру измерений (20 ± 0,1 °C), так как показатель преломления спирта резко изменяется в зависимости от температуры.

Необходимо пользоваться только прозрачными фильтрованными растворами. Растворы, содержащие взвешенные частицы, рассеивают свет, в результате чего граница светотени становится нечеткой, особенно для окрашенных растворов. Анализируют прозрачные растворы в проходящем свете (свет направляется в окно верхней камеры), но иногда и в отраженном. Направление света может быть установлено опытным путем.

Анализ окрашенных и темных растворов проводят в отраженном свете (свет направляется в окно нижней камеры). По окончании измерений открывают камеру с призмами, промывают их дистиллированной водой или ректификованным спир-' том, насухо протирают призмы, закладывают между ними кусочек папиросной бумаги и закрывают прибор чехлом. После промывки рефрактометрический блок оставляют на несколько минут открытым для просушивания.

При работе на рефрактометре с погружаемой призмой пробы наливают до нижнего края матового пояса стаканчика. После измерения показателя преломления одного образца рефрактометр вынимают из термостата, осторожно вытирают призму и помещают в другую пробу.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Рефрактометр устанавливают в удобное для измерений положение, укрепляют термометр и присоединяют камеру к термостатирующей установке так, чтобы вода поступала в верхнюю часть камеры и выходила из штуцера, в котором установлен термометр.

При измерениях в поле зрения окуляра установочной лупы наблюдается светлое и темное поля. Линия раздела между обоими полями соответствует углу полного внутреннего отраже-

ния. При измерении в проходящем свете достигается большая контрастность светлого и темного полей; при измерении в отраженном свете оба поля менее контрастны. При освещении белым светом линия раздела сначала получается с цветной каемкой. Если пограничная линия размыта и окрашена в разные радужные цвета, отсчет по шкале прибора проводить нельзя. С помощью дисперсионного компенсатора добиваются четкой границы раздела между светлой и темной частью полей зрения. Затем полученную четкую линию устанавливают на точку пересечения крестовины.

Проверка нулевой точки. В рефрактометре типа УРЛ-1 нулевую точку устанавливают по дистиллированной воде. Для этого открывают камеру, промывают дистиллированной водой или спиртом поверхности призм и насухо вытирают их салфеткой. Затем оплавленным концом стеклянной палочки наносят на плоскость измерительной призмы 2—3 капли' дистиллированной воды, закрывают камеру и, смещая осветитель, направляют луч света в окно верхней камеры. После чего, перемещая рукоятку с окуляром вдоль шкалы вверх и вниз, вводят в поле зрения границу светотени.

Резкость границы светотени, штрихов шкалы и перекрестия сетки по глазу наблюдателя устанавливают вращением гайки окуляра. Окрашенность границы светотени устанавливают вращением рукоятки дисперсионного компенсатора.

Границу светотени подводят к центру перекрестия сетки. При этом она должна находиться на делении 1,3329 шкалы п^ и 0 % шкалы сухих веществ. Если граница светотени не совпадает со значениями, приведенными выше, то нулевую точку устанавливают следующим образом: центр перекрестия устанавливают по шкале на деление нулевой точки, отвинчивают гайку на корпусе прибора и вращением ключа, прилагаемого к прибору, подводят границу светотени к центру перекрестия сетки, т. е. к нужному делению шкалы. Устанавливать нулевую точку следует 2—3 раза путем смещения рукояткой границы светотени и вновь подвести ее к перекрестию сетки.

В рефрактометре типа УРЛ-П нулевую точку устанавливают при помощи контрольной призмы, прилагаемой к прибору. Для этого на большую полированную грань призмы наносят 2—3 капли иммерсионной жидкости (монобромнафталина; п™ = 1,6600) и при помощи этой грани ее устанавливают на измерительную призму камеры так, чтобы малая полированная грань была обращена к освётителю и чтобы жидкость растекалась равномерно по толщине слоя. После установки призмы верхнюю часть камеры закрывают до упора на пружину. Затем перемещают осветитель и одновременно наблюдают в окуляр

за границей светотени к центру перекрестия сетки; если при этом граница пройдет через деление шкалы, соответствующее показателю преломления контрольной призмы, то нулевая точка установлена правильно.

Модель типа УРЛ-I для темных сред снабжена красным сфетофильтром, который надевают на осветитель взамен диафрагмы. Для измерения вязких темных растворов в модели предусмотрена призма, на входящую грань которой наносят исследуемый раствор. Этой гранью призму устанавливают на измерительную призму прибора таким образом, чтобы большая полированная грань была обращена к осветителю. Верхнюю камеру закрывают, осветитель и окуляр устанавливают в нужное положение и проводят отсчет.

Измерение показателя преломления с помощью рефрактометра с погружаемой призмой. Нулевую точку рефрактометра устанавливают по дистиллированной воде. Для этого стаканчик с дистиллированной водой и измерительную призму рефрактометра устанавливают в термостат и выдерживают в водяной бане при 20 ± 0,1 °C в течение 10—15 мин. Затем призму рефрактометра вытирают насухо полотенцем, погружают в стаканчик с дистиллированной водой и проводят отсчет. Нулевая линия раздела (14,5 деления) должна четко проходить на границе светотени. Если линия раздела не соответствует нулевой точке, то последнюю корректируют.

Анализируемый раствор наливают в стаканчик, выдерживают в термостате при 20 ± 0,1 °C в течение 10—15 мин, затем погружают в него призму рефрактометра и устанавливают резкую видимость шкалы и линии раздела. Приводят микрометрический винт в нулевое положение и проводят отсчет целых делений по шкале окуляра, десятые доли отсчитывают по барабану микрометрического винта, поворачивая его от себя до тех пор, пока линия раздела не совпадет с делением, отсчитанным по шкале окуляра.

Растворы наливают в стаканчик до нижнего края матового пояска. После измерения показателя преломления одного образца, рефрактометр вынимают из термостата, промывают дистиллированной водой, насухо вытирают полотенцем и помещают в следующую пробу.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СУХИХ

ВЕЩЕСТВ МЕЛАССЫ

Содержание сухих веществ в мелассе определяют в соответствии с ОСТ 18-395—82.

Отбор проб. Пробы отбирают периодически, равными порциями с помощью пробоотборника, не менее трех раз во время 32

налива или слива цистерны из крана, установленного на нагне

тательной коммуникации.

В зимнее время, в случае подогрева мелассы, пробы отбирают пробоотборником непосредственно из цистерны до подогрева. Отобранные пробы сливают в одну емкость, тщательно перемешивают, не допуская образования пены, и из полученной общей пробы отбирают среднюю массой 1,5 кг.

При одновременном наливе или сливе нескольких цистерн допускается составлять одну среднюю пробу. Среднюю пробу перемешивают и делят на три равные части массой 0,5 кг каждая: одна часть пробы поступает в лабора

торию для анализа, две другие — для хранения на случай возникновения разногласий в оценке качества мелассы между потребителем и изготовителем. Срок хранения этих проб — 3 мес. Пробы помещают в чистую сухую стеклянную тару, обеспечивающую герметичность закупорки.

Рис, 10. Сосуды для разбавления сахарных продуктов методом 1:1: а — общий вид; б—наружный сосуд; в — внутренний сосуд и зажим.

Пробы, отобранные на случай разногласий в оценке качества мелассы, должны быть плотно закупорены пробками, залиты парафином по ГОСТ 23682—79, сургучом или стеарином по действующей нормативно-технической документации, опечатаны печатью или опломбированы.

На стеклянную тару с пробами, направленными на хранение, должны быть наклеены этикетки с указанием: наименования продукции; завода-изготовителя; получателя; массы и номера партии; обозначения действующего стандарта; даты и места отбора проб; подписи лиц, проводивших анализы.

Аппаратура, материалы, реактивы: рефрактометр; стаканы стеклянные лабораторные; весы лабораторные технические; водяная баня; вода дистиллированная; сосуды для разбавления сахарных продуктов методом 1 • 1 (рис. 10).

Сосуды состоят из двух цилиндров. Высота наружного сосуда 75 мм, диаметр 58 мм. К внутренней стороне крышки сосуда припаивают сосуд высотой 45 мм и диаметром 40 мм. Масса обоих сосудов должна быть одинаковой. Если масса сосудов разная, то используют специальную гирьку для их уравновешивания. Сосуд с крышкой вставляют в наружный и уплотняют резиновой прокладкой, затем прижимают скобкой с винтом.

S3S32 6-144

S3

S3

При отсутствии сосудов мелассу разбавляют в отношении 1 ■ 1 в стеклянных химических стаканах.

Испытание с применением сосудов для разбавления мелассы. На чашки весов помещают внутренний и наружный сосуды. В том случае, если масса их разная, то уравновешивание со* судов на весах достигается специальной гирькой. Сосуды и гирьки должны быть пронумерованы. Затем во внутренний сосуд помещают около 50 г мелассы, а в наружный добавляют воду до тех пор, пока.не будет достигнуто равновесие. После этого снимают сосуды с весов, и уравновешивающую гирьку опускают в наружный сосуд для перемешивания. Затем внутренний сосуд осторожно опускают в наружный, герметически завинчивают крышку, и прибор в собранном виде помещают в водяную баню, нагретую до 80 °C. Прибор периодически надо встряхивать до полного растворения содержимого и равномерного перемешивания.

Сосуд с раствором мелассы охлаждают в струе холодной воды до 20 °C и определяют рефрактометром содержание сухих веществ.

Испытание с применением химических стаканов для разбавления мелассы. На весах тарируют стакан со стеклянной палочкой и взвешивают в нем 50 г исследуемой мелассы. К навеске добавляют 30—35 см3 горячей дистиллированной воды и тщательно перемешивают. Смесь охлаждают до 20 °C, доводят дистиллированной водой до двойной массы мелассы — 100 г, снова перемешивают и определяют рефрактометром содержание сухих веществ при 20 °C.

Если при снятии показаний рефрактометра температура раствора отличалась от 20 °C ,то в полученное значение вводят поправку на температуру.

Обработка результатов. Удвоенное содержание сухих веществ, показанное рефрактометром, равно величине массовой концентрации сухих веществ в процентах.

За окончательный результат принимается среднее арифметическое двух определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать =±=0,4 %.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СПИРТА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДРОЖЖАХ И БРАЖКЕ

Для определения содержания спирта в производственных дрожжах и бражке отгоняют их дистилляты.

Аппаратура, материалы, реактивы: погружаемый рефрактометр; установка для отгонки спирта; мерные колбы на 200см3; термометр; 1 н. раствор гидроксида натрия; индикаторная бумага.

Проведение испытания. Спирт из анализируемого образца отгоняют в одном из аппаратов (рис. 11,а, б\ При установке прибора для перегонки его проверяют на герметичность. Для

Рис. 11. Установка для отгонки спирта:

а —с прямоточным холодильником; б— с шариковым холодильником; в — для быстрой отгонки; 1 — плоскодонная перегонная колба; 2 — каплеуловитель Кьельдаля; 3— прямоточный холодильник; 4—форштос; 5 — приемная мерная колба; 6— баня со льдом; 7 — шариковый холодильник; 8— приемная колба с воздушной трубкой; 9— отводная трубка.

этого 200 см3 стандартного водно-спиртового раствора перегоняют 3 раза. Расхождения в показаниях между стандартным водно-спиртовым раствором и параллельными анализами дистиллятов не должны превышать 0,1 об. %.г

Фильтрат дрожжей или бражки в количестве 200 см® отмеривают мерной колбой при 20 °C и переводят в перегонную колбу, ополаскивают первую 2—3 раза дистиллированной водой (по 10—12 см3) и сливают ее в перегонную колбу. Туда же опускают полоску индикаторной бумаги и нейтрализуют кислоты Гн. раствором гидроксида натрия. Дистиллят собирают в ту же мерную колбу, которой отмеривали пробу, наливают 10—15 см3 дистиллированной воды и помещают в нее конец отводной трубки холодильника. Во избежание потерь спирта из первых порций дистиллята приемную колбу устанавливают в ледяную баню. Перегонку ведут до тех пор, пока колба не наполнится на 1/2 объема. Затем конец трубки холодильника вынимают из дистиллята, ополаскивают его 5 см3 дистиллированной воды и продолжают перегонку до тех пор, пока колба наполнится на 3/4 объема. Дистиллят тщательно перемешивают, а затем доводят объем до метки дистиллированной водой при 20 °C. После чего дистиллят наливают в стаканчики погружного рефрактометра и проводят измерения. Снимают 2 отсчета и по среднему значению показаний условной шкалы находят содержание спирта в объемных процентах по специальным таблицам.

Допустимая погрешность при параллельных анализах — 0,1 деления условной шкалы рефрактометра.

Глава 3

ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ

Интерферометрический метод отличается высокой чувствительностью, точностью, простотощ экспрессностью, требует незначительного количества исследуемого вещества и считается одним из перспективных методов анализа.

Интерферометрия применяется для сравнительной характеристики степени чистоты веществ и количественного анализа жидкостей, а также анализа растворов различных химических соединений.

В контроле бродильных производств интерферометрия применяется для определения содержания эфирного масла в эфирномасличном сырье и ароматных спиртах, сухого остатка водопроводной и умягченной воды, концентрации спирта в производственных дрожжах и бражке, спиртованных соках и морсах.

Интерферометрия основана на измерении сдвига интерференции световых лучей, проходящих через кюветы с раствором вещества и растворителем и через щели коллиматора. Вслед-

ствие разности хода лучей, возникающей при этом, на матовом экране окуляра прибора образуются интерференционные полосы (рис. 12), которые смещены относительно оптической оси интерферометра. Смещение полос связано с показателем преломления анализируемого раствора уравнением: лр— п0=з = NX/1, где Пр — показатель преломления раствора; п»— показатель преломления растворителя; N — смещение интерференционных полос; X — длина световой волны; I — длина

кювет с раствором и растворителем.

Рис. 12. Интерферационные полосы:

а, б — при п + пг; в — при пг = п,.

ХАРАКТЕРИСТИКА ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ

Для анализа газов применяют интерферометры типа системы Рэлея ЛИР-1 и ИТР-1, а для жидких сред — типа ЛИР-2 и ИТР-2. Принципиальная схема интерферометра Рэлея по*

Рис. 13. Принципиальная схема интерферометра Рэлея;Рис. 13. Принципиальная схема интерферометра Рэлея;/ — щель; 2 — объектив; 3 — диафрагма; 4, 5 -^ кюветы; 6 — объектив зрительной трубы; 7 —окуляр./ — щель; 2 — объектив; 3 — диафрагма; 4, 5 -^ кюветы; 6 — объектив зрительной трубы; 7 —окуляр.

Рис. 13. Принципиальная схема интерферометра Рэлея;

Рис. 13. Принципиальная схема интерферометра Рэлея;

/ — щель; 2 — объектив; 3 — диафрагма; 4, 5 -^ кюветы; 6 — объектив зрительной трубы; 7 —окуляр.

/ — щель; 2 — объектив; 3 — диафрагма; 4, 5 -^ кюветы; 6 — объектив зрительной трубы; 7 —окуляр.

казана на рис. 13. Интерферометры имеют высокую точность измерений (Алд от 2,5 • 10-7 до 4 • 10~6) и позволяют определять разность показателей преломления растворов, содержащих 0,01—0,02 % вещества.

В контроле бродильных производств нашел применение ин • терферометр типа ИТР-2. Прибор предназначен для измерения малых разностей показателей преломления жидкостей Ал х

X (0,00063—0,01). Разность показателей преломления определяется относительно эталонного вещества с известным показателем преломления. Его применяют и для оценки сравнительной характеристики степени чистоты и вещества и количественного анализа жидкостей. Прибор очень прост в обращении, каждое измерение требует незначительного количества пробы и занимает 3—5 мин.

Общий вид интерферометра типа ИТР-2 показан на рис. 14. Свет от источника направляют через конденсор и зеркало

Рис. 14. Интерферометр типа ИТР-2:

/ — микрометрическое устройство; 2— зрительная труба с автоколлима- циониым окуляром; 3—термометр; 4— рукоятка мешалки; 5— кожух с двойной стенкой; 6— кран для удаления жидкости из камеры; 7— кюветы; 8 —крышка прибора; 9— подставка; 10—рукоятка; 11— трансформатор.

на призму полного внутреннего отражения. Пучок света из щели проходит объектив и вторичную щель. Далее одна часть лучей проходит через кюветы, а другая — под кюветами. После отражения от зеркала, отклоненного от вертикали на 20°, лучи света, диафрагмируемые двойной щелевой диафрагмой, возвращаются в виде двух когерентных пучков света, проходят через камеры кюветы с эталонной и испытуемой жидкостью и под ними. Нижние пучки света образуют нижнюю неподвижную систему интерференционных полос, а верхние, проходящие сквозь растворы в камерах кюветы, образуют верхнюю подвижную систему полос. В фокальной плоскости цилиндрического окуляра зрительной трубы фиксируются две интерференционные полосы, расположенные одна над другой. Цилиндрический окуляр снабжен устройством для настройки резкости по глазу наблюдателя.

Компенсационное устройство включает пластины. Нижняя плоскопараллельная пластина образует вместе с верхними линию раздела между подвижной 'и неподвижной системами интерференционных полос. Совмещение нулевых полос подвижной интерференционной системы с неподвижной осуществляется поворотом пластины на некоторую величину при помощи микрометрического винта, связанного с пластиной специальным рычагом. Одна пластина вводится в пучок света, проходящий через испытуемый раствор.

Микрометрический винт имеет две шкалы, из которых одна — неподвижная — разделена на 30 делений, а вторая — вращающаяся — на 100 делений. Таким образом, вся шкала компенсации имеет 3000 делений. Шкала компенсации неравномерная. При нулевом положении барабана цена одного деления соответствует 1/15 ширины нулевой полосы, а при положении барабана около 3000 делений — 1/24 полосы. Следовательно, наиболее точные результаты анализа получаются при отсчетах барабана от нулевого до 1500 делений шкалы.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Для анализа окрашенных и мутных растворов интерферометрию применять нельзя. Применяется она для анализа сред при определенной разности показателей преломления исследуемого и эталонного раствора (для ИТР-2 — kn равна 0,01). Анализ проводят при постоянной температуре, которую устанавливают с помощью термокамеры прибора.

В интерферометрии применяют кюветы на 5, 10, 20, 40 и 80 мм. Кюветы выбирают в зависимости от концентрации анализируемого вещества и необходимой разности показателей преломления, которую можно измерить на данном приборе.

Чувствительность прибора и точность измерения зависят от длины кюветы: чем она длиннее, тем выше точность измерения, но длина уменьшает интервал значений разности показателей преломления, которые можно измерять. Так, в кювете длиной 5 мм можно определить Ап сравниваемых жидкостей до 0,01 , а в кювете длиной 80 мм — только до 0,00063. Поэтому для сохранения достаточной точности измерений и интервала значений Ап выбирают оптимальную для каждого случая длину кюветы или используют известные рекомендации для анализа данного вещества.

Перед проведением анализа кюветы тщательно промывают дистиллированной водой, затем спиртом и высушивают. По окончании работы из кювет выливают исследуемую жидкость, промывают их и высушивают.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Измерение на приборе проводят путем совмещения верхней (подвижной) и нижней (неподвижной) интерференционных полос.

Перед началом работы проверяют совпадение интерференционных полос при пустой термокамере, а потом — при заполненной на 2/3 дистиллированной водой. Все измерения желательно проводить при постоянной температуре, близкой к комнатной.

После проверки совпадения интерференционных полос проверяют нуль кюветы. Для этого обе камеры кюветы заполняют дистиллированной водой на 2/3 объема, закрывают стеклянными пластинками и кювету помещают в термокамеру, в которую также на 2/3 объема налита вода. Затем через окуляр зрительной трубы наблюдают интерференционную картину. При этом, если имеется некоторая разность температур растворов в кювете и в термокамере прибора, интерференционная картина искажается, становится нечеткой и полосы верхней подвижной полосы приобретают наклонное положение.

Для выравнивания температур воду в термокамере перемешивают. Примерно через 2—3 мин она выравнивается и интерференционная картина становится четкой: полосы верхней системы принимают строго вертикальное положение. Нижняя и верхняя полосы должны совпадать и отсчет по шкале барабана должен быть равным нулю или быть близким к нему. Если при совмещении верхних и нижних полос отсчет не равен нулю, то делают поправку и в дальнейшем все отсчеты относят к нулю кюветы.

Например, если полосы верхней и нижней интерференционных картин совпадают при пяти делениях барабана, то при отсчете 453 делений величиной смещения считают: 453 — 5 = = 448 делений; величину смещения обозначают буквой т.

После установления нуля дистиллированную воду из левой камеры кюветы выливают и заполняют ее исследуемым раствором, предварительно ополоснув им камеру 2—3 раза. Затем камеру закрывают стеклянной пластинкой и кювету помещают в термокамеру.

Вследствие разности показателей преломления исследуемой жидкости и растворителя, через которые проходят лучи света, последние приобретают добавочную разность хода, верхняя интерференционная картина смещается и при большом смещении может выйти из поля зрения. Вращением барабана прибора разность хода лучей компенсируется.

После выравнивания температуры жидкостей интерференционная картина становится четкой и полосы верхней системы 40

приобретают вертикальное положение. Наблюдая через окуляр зрительной трубы, добиваются совмещения интерференционных картин по нулевой полосе, которую опознают по отсутствию хроматизма (цветных каемок). Нулевая полоса имеет ярко выраженный черный цвет. Соседние полосы имеют цветные каемки, которые увеличиваются по мере увеличения номера полосы, отсчитываемой от нулевой. Совмещение полос проводят несколько раз до получения устойчивого отсчета в пределах одного-двух делений по шкале прибора. Получают значение величины смещения полос, которое пропорционально разности показателей преломления исследуемой жидкости и растворителя. По этому значению и определяют содержание исследуемого вещества в растворе.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СПИРТА

В БРАЖКЕ (МЕТОД ВНИИПрБ)

Концентрацию спирта в бражном дистилляте определяют с помощью интерферометра типа ИТР-2. Для анализа используют 5 см3 бражки. Метод отличается быстротой и высокой точностью ±0,01 —0,02 об. %.

Аппаратура, материалы, реактивы: установка для перегонки бражки; мерная колба на 25 см3; мерные пипетки на 5 и 10 см3; интерферометр типа ИТР-2; термометр с ценой деления 0,1 °C; 0,1 н. раствор NaOH.

Проведение испытания. Бражку из крахмалистого сырья быстро перемешивают и фильтруют через складчатый фильтр, мелассную бражку не фильтруют.

Для работы с интерферометром используют водно-спиртовые растворы, содержащие примерно 2 об. % спирта, поэтому пробы с повышенным содержанием спирта, в том числе дистиллят бражки или фильтрат, перед интерферометрированием разбавляют дистиллированной водой. Кратность разведения водно-спиртовых растворов приведена в табл. 7.

При содержании в бражке примерно 8—12 об. % спирта поступают следующим образом. Бражку в количестве 5 см3 или ее фильтрат при 20 °C переносят в перегонную колбу установки для отгонки спирта (см. рис. 10,в). Объем пробы в перегонной колбе должен быть 7,5—12 см3 в зависимости от крепости исходной пробы. Поэтому в колбу добавляют 2,5—7 см3 дистиллированной воды, а для нейтрализации кислот бражки— 2—3 капли 0,1 н. раствора гидроксида натрия. Содержимое колбы перемешивают медленным вращением. Перегонную колбу закрывают притертой пробкой, присоединяют к ней отводную трубку, холодильник и приемную мерную колбу 5 объемом 25 см3, что позволяет разбавить дистиллят в 5 раз.

7. Кратность разведения водно-спиртовых раствэ ров

Ct О

X

83

ГО

а£5

с •

Aq ф

О о

О К

Го го

ч о сх

о 03

о S т ° S . ч я о 2 Щ §

X ГО50

® S

о

Ч О Ч R ю s ч 5 н и о о я X «а о о ш . Я Н 5 Я о § О

S ° А Ч ,- <0 3 о = * я m

ч о

X

о

сх

S

S

О

<3

X

03

го сх

X

X я X

ГО О

о X

X 03 го ^

и \о о °

X X У ГО О

Ei aS О о и Я

X го

ч

\о о сх с

о

X • е ГО

3 го к §

ГО

А’§5

1« ч н я 5 У ч-

4 О Я о £ - я а «£

to 2

3

ч о X

о

сх

S

2

о

<3

X X X си к( и X го

сх

X

'О*

о

го

2—3

25

25

19—22

5

5

50

10

8—12

5

2,5

25

5

23—30

7

4

100

14,29

12—14

8

4

50

6,25

31—35

6

5

100

16,66

15—18

6

5

50

8,33

35 и бо-

5

5

100

20

лее

П р и м е ч ан и е. Коэффициент разведения определяют следующим образом? «объем мерной колбы делят на количество проб анализа и получают значение коэффициента разведения. Например, 25:5 = 5.

Жидкость в перегонной колбе нагревают до кипения. Отгонку водно-спиртовых паров ведут очень осторожно во избежание пригорания сухих веществ бражки. Спустя 5—6 мин, после перегонки 2/3 жидкости, нагревание прекращают, холодильник через верхнее отверстие промывают из пипетки 5— 8 см3 дистиллированной водой и ополоски собирают в приемную колбу 5. Осторожно разбирают прибор и доводят водой содержимое колбы при 20 °C до метки. В хорошо перемешанном разбавленном дистилляте определяют содержание спирта на интерферометре типа ИТР-2.

Для интерферометрического анализа спирта пригоден также дистиллят бражки, полученный при перегонке 200—250 см3 исходного продукта и затем разбавленный водой в 5 раз.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕПОСТИ ЛИКЕРО-ВОДОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Метод основан на быстрой отгонке спирта из испытуемого изделия в специальном приборе с последующим определением крепости спирта на интерферометре по разности показателей преломления дистиллированной воды и спирта. Погрешность метода — (±1,0 %).

Аппаратура, материалы, реактивы: интерферометр; прибор для отгонки спирта; кристаллизатор; водяная баня; колбы 4—50—2*, 4—100—2; пипетки 7—1—5, 7—1—10; пикно-

метр; электроплитка или газовая горелка; цилиндры для ареометров; термометр ртутный стеклянный с ценой деления 0,1 и 0,5 °C; вода дистиллированная.

Подготовка к испытанию. Определение поправочного коэффициента. Концентрацию спирта рассчитывают по уравнению с учетом коэффициента пропорциональности Кс (отношение концентрации спирта в испытуемом растворе к показанию интерферометра для данного раствора). Его устанавливают экспериментально для каждого интерферометра и проверяют в процессе эксплуатации.

Для определения коэффициента пропорциональности готовят водно-спиртовой раствор с концентрацией этилового спирта 20 об. %. Концентрацию спирта в растворе определяют пикнометрическим методом. Из полученного раствора готовят три-четыре рабочих раствора с концентрацией спирта 2 об. %. Для этого 5 см3 основного раствора переносят в мерные колбы вместимостью 50 см3 и доводят объем до метки дистиллированной водой при температуре 20 °C. Определение проводят в кювете с длиной грани 20 мм. Левую камеру кюветы заполняют водно-спиртовым раствором, правую — дистиллированной водой.

Растворы тщательно перемешивают и определяют три-четыре раза показания прибора, из которых вычисляют среднее арифметическое:

°ср ~ (°i + °2 + аз)/з.

где аг, а2, а3 — показания приборов.

По полученным значениям находят коэффициент пропорциональности:

Кс = С/аср,

где С — концентрация спирта, об. %; аср — среднее значение показаний прибора, деления.

Проведение испытания. Спирт из ликеро-водочных изделий отгоняют на приборе, предназначенном для отгонки (рис. 15). Для этого исследуемое изделие тщательно перемешивают в бутылке, отбирают необходимое количество для испытания и помещают в перегонную колбу. Затем добавляют необходимый объем дистиллированной воды, как указано в табл. 8, и перемешивают.

Содержимое перегонной колбы нагревают до кипения и спирт отгоняют. Дистиллят собирают в приемную колбу вместимостью 50 см3, в которую предварительно наливают 10 см3 дистиллированной воды, и помещают в водяную баню со льдом или холодную воду.

После отгонки 2/3 объема жидкости, что занимает 5—6 мин, нагрев прекращают. Холодильник через верхнее отверстие промывают дистиллированной водой, которую собирают в приемную колбу. Содержимое приемной колбы доводят до метки дистиллированной водой при температуре 20 °C,перемешивают

и определяют концентрацию спирта в водно-спиртовом раст

воре.

Разность показателей преломления испытуемого водноспиртового раствора и дистиллированной воды определяют

Рис. 15. Прибор для отгонки спирта из ликеро-водоч ных изделий:Рис. 15. Прибор для отгонки спирта из ликеро-водоч ных изделий:J — перегонная колба на 30см8; 2 — отводная трубка; 3 — прямоточный холодильник; 4 — приемная колба на 50 см3.J — перегонная колба на 30см8; 2 — отводная трубка; 3 — прямоточный холодильник; 4 — приемная колба на 50 см3.на интерферометре в кювете с длиной грани 20 мм.

Рис. 15. Прибор для отгонки спирта из ликеро-водоч ных изделий:

Рис. 15. Прибор для отгонки спирта из ликеро-водоч ных изделий:

J — перегонная колба на 30см8; 2 — отводная трубка; 3 — прямоточный холодильник; 4 — приемная колба на 50 см3.

J — перегонная колба на 30см8; 2 — отводная трубка; 3 — прямоточный холодильник; 4 — приемная колба на 50 см3.

Левую камеру кюветы на 2/3 заполняют испытуемым дистиллятом, правую — дистиллированной

S ' X5 и ч S с ч g у чЙ s у • «оноКЧ « О у з . ^ 2 д 2 s s « к а 3 О л s у 5 Oxgу оh те 8 = 2 О Ч о6 X2 °2 3зО ан 351 =12—1584506,2516—1865508,3319—25555010,0026—307410014,2931—356510016,6736—435510020,00S ' X5 и ч S с ч g у чЙ s у • «оноКЧ « О у з . ^ 2 д 2 s s « к а 3 О л s у 5 Oxgу оh те 8 = 2 О Ч о6 X2 °2 3зО ан 351 =12—1584506,2516—1865508,3319—25555010,0026—307410014,2931—356510016,6736—435510020,008. Разведение ликеро-водочных изделий8. Разведение ликеро-водочных изделийПримечание. Коэффициент разведения определяют из следующего расчета. Объем мерной колбы делят на объем изделия, необходимый для испытания. Так, 50 : 8 = 6,25.Примечание. Коэффициент разведения определяют из следующего расчета. Объем мерной колбы делят на объем изделия, необходимый для испытания. Так, 50 : 8 = 6,25.водой и закрывают стеклянными пластинками. Затем два-три раза определяют показания прибора (а), из которых подсчитывают среднее арифметическое значение.

S ' X

5 и ч S с ч g у ч

Й s у • «оно

К

Ч « О у з . ^ 2 д 2 s s « к а 3 О л s у 5 Oxg

у о

h те 8 = 2 О Ч о

6 X

2 °

2 3

з

О а

н 35

1 =

12—15

8

4

50

6,25

16—18

6

5

50

8,33

19—25

5

5

50

10,00

26—30

7

4

100

14,29

31—35

6

5

100

16,67

36—43

5

5

100

20,00

S ' X

5 и ч S с ч g у ч

Й s у • «оно

К

Ч « О у з . ^ 2 д 2 s s « к а 3 О л s у 5 Oxg

у о

h те 8 = 2 О Ч о

6 X

2 °

2 3

з

О а

н 35

1 =

12—15

8

4

50

6,25

16—18

6

5

50

8,33

19—25

5

5

50

10,00

26—30

7

4

100

14,29

31—35

6

5

100

16,67

36—43

5

5

100

20,00

8. Разведение ликеро-водочных изделий

8. Разведение ликеро-водочных изделий

Примечание. Коэффициент разведения определяют из следующего расчета. Объем мерной колбы делят на объем изделия, необходимый для испытания. Так, 50 : 8 = 6,25.

Примечание. Коэффициент разведения определяют из следующего расчета. Объем мерной колбы делят на объем изделия, необходимый для испытания. Так, 50 : 8 = 6,25.

Обработка результатов. Концентрацию спирта, об. %, вычисляют по формуле

С = Ксасрп,

где Кс— коэффициент пропорциональности, который определяют экспериментально для используемого интерферометра; аср— среднее арифметическое значение показаний интерферометра, деления; п — коэффициент разведения.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО ЭКСТРАКТА В ЛИКЕРО-ВОДОЧНЫХ ИЗДЕЛИЯХ

Метод основан на определении концентрации общего экстракта в разбавленном остатке, полученном после отгонки спирта из изделия по ГОСТ 4828—83. Концентрацию общего экстракта определяют по разности показателей преломления экстракта и дистиллированной воды на интерферометре любой марки. Погрешность метода ± 1,5 %.

Аппаратура, материалы, реактивы: весы лабораторные технические; интерферометр; прибор для отгонки спирта; электроплитка или газовая горелка; колба 2—50—2, 2—100— 2; термометр ртутный стеклянный лабораторный с ценой деления 0,1 и 0,5 °C; пипетки 2—1—10, 2—1—5; воронки; стаканчик для взвешивания (бюкса); сахароза; вода дистиллированная.

Подготовка к испытанию. Концентрацию общего экстракта рассчитывают по уравнению, в которое входит коэффициент пропорциональности.

Для каждого интерферометра коэффициент пропорциональности различен, а поэтому его устанавливают экспериментально следующим образом. Взвешивают в бюксе 400 мг сахарозы с погрешностью не более 0,1 мг и переводят в мерную колбу вместимостью ЮЭ см3. Бюксу ополаскивают дистиллированной водой, которую сливают в ту же колбу. Раствор в колбе доводят дистиллированной водой до метки при температуре 20 °C и тщательно перемешивают.

В приготовленном растворе сахарозы на интерферометре в кюзеге с длиной грани 20 мм два-три раза определяют разность показателей преломления растворов сахарозы и дистиллированной воды (а), и подсчитывают среднее значение аср = — (^Ч- а2+ а3)/3.

По полученным значениям определяют коэффициент пропорциональности:

Кэс = Cjacp,

где Cv—массовая концентрация сахарозы, г/100 см3; аср — среднее значение показаний прибора, деления. 1

Проведение испытания. К содержимому перегонной колбы, оставшемуся после отгонки спирта, добавляют 20—25 см3 дистиллированной воды, перемешивают и переносят в мерную колбу вместимостью 100 см3. Затем перегонную колбу несколько раз ополаскивают 10—15 см3 дистиллированной водой, перемешивают и ополоски переносят в ту же колбу.

Раствор в колбе доводят до метки дистиллированной водой при температуре 20 °C. Затем отбирают пипеткой 10 см3

испытуемого раствора и переносят в мерную колбу вместимостью 50 см3, доводят до метки дистиллированной водой. В полученном растворе определяют показание интерферометра в кювете с длиной грани 20 мм.

Обработка результатов. Концентрацию общего экстракта в изделиях, г/100 см3, вычисляют по формуле

С^ = (^ап)/Ю00,

где Кс—коэффициент пропорциональности, полученный экспериментально для интерферометра; п, — коэффициент разведения; а — показания интерферометра; 1000 — коэффициент перевода миллиграммов в граммы.

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны, превышать ±3 %.

Глава 4

ПОЛЯРИМЕТРИЯ

Поляриметрия — один из важнейших методов контроля бродильных производств. Применяется для оценки качества крахмалистого сырья, мелассы, солода, ферментных препаратов, полупродуктов и др.

Поляриметрический метод отличается точностью, простотой, возможностью автоматизации поляриметрических измерений. Используют его для изучения химического строения и пространственной конфигурации органических соедине- , ний, исследования механизмов некоторых реакций, анализа углеводов, ферментов и др. Основан метод на определении вращения плоскости линейно-поляризованного света оптически активными веществами. Метод позволяет определять от 1 до 100 г/дм3 оптически активных веществ.

Оптическому вращению подвергается только поляризованный свет, который отличается тем, что колебания световых волн в нем происходят только в одной плоскости, а в неполя- ризованном — вовсех(рис. 16). Плоскость, в которой происходят колебания волн поляризованного света, называют плоскостью поляризации. Свет поляризуется при прохождении через призму Николя, состоящую из двух склеенных призм из исландского шпата и пропускающую только поляризованный луч.i

Все вещества по отношению к поляризованному свету подразделяются на оптически активные и оптически неактив- 46

ные. Первые способны изменять плоскость поляризации света, а вторые — неспособны.

Оптическая активность органических соединений обусловлена асимметрией молекул, а твердых кристаллических веществ — асимметрией структуры кристаллических решеток.

Оптически активные вещества могут быть двух модификаций: право- и левовращающие. Правовращающие вращают плоскость поляризации света вправо (вращение почасовой стрелке), их обозначают знаком «+>* или D. Левовращающие

Рис. 16. Принципиальная схема поляриметра:Рис. 16. Принципиальная схема поляриметра:1—неполяризованный луч; 2— поляризованный луч; 3 — вращение плоскости луча; 4 — шкала; 5 — компеноация вращения; 6 «=■ окуляр; 7 — ана лизатор и щкала; S — кювета; 9—поляризатор; 10 —• объектив; 11 —лампа1—неполяризованный луч; 2— поляризованный луч; 3 — вращение плоскости луча; 4 — шкала; 5 — компеноация вращения; 6 «=■ окуляр; 7 — ана лизатор и щкала; S — кювета; 9—поляризатор; 10 —• объектив; 11 —лампа

Рис. 16. Принципиальная схема поляриметра:

Рис. 16. Принципиальная схема поляриметра:

1—неполяризованный луч; 2— поляризованный луч; 3 — вращение плоскости луча; 4 — шкала; 5 — компеноация вращения; 6 «=■ окуляр; 7 — ана лизатор и щкала; S — кювета; 9—поляризатор; 10 —• объектив; 11 —лампа

1—неполяризованный луч; 2— поляризованный луч; 3 — вращение плоскости луча; 4 — шкала; 5 — компеноация вращения; 6 «=■ окуляр; 7 — ана лизатор и щкала; S — кювета; 9—поляризатор; 10 —• объектив; 11 —лампа

вращают плоскость поляризации влево (вращение против часовой стрелки), их обозначают знаком «—» или а.

Если через слой оптически активного вещества или его раствор пропускать поляризованный луч света,то плоскость поляризации выходящего луча поворачивается на некоторый угол, называемый углом вращения плоскости поляризации, или углом вращения а. Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, его концентрации, толщины слоя вещества, через который проходит свет, температуры и длины волны света.

Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации вычисляют удельное вращение плоскости поляризации монохроматического света, вызванное слоем раствора толщиной в 1 дм, при температуре и концентрации активного вещества 1 г/см3. Обычно определение удельного вращения проводят при 20 °C и длине волны линии D спектра натрия (589,3 мм) и обозначают [а!^0.

Удельное вращение определяют по формулам: для жидких веществ [а]20 = a)Id, где а — измеренный угол вращения, °; I — толщина слоя жидкости, дм; d— относительная плотность жидкости; для растворов [а]2о = а. Ю0//С, где С — концентрация раствора, г, растворенного активного вещества в 100 см4 раствора.

Удельное вращение зависит от природы растворителя и концентрации раствора. При замене растворителя может изменяться не только величина угла вращения, но и его направление. Во многих случаях удельное вращение постоянно лишь в определенном интервале концентраций.

В интервале концентраций, в котором удельное вращение постоянно, можно по углу вращения рассчитать концентрацию вещества в растворе:

С = а ■ 100/[а]^°.

Если используется не вода, а другой растворитель или удельное вращение соединения неизвестно, то концентрацию вещества в растворе можно определить по калибровочному графику, используя серию растворов с известными концентрациями.

Зависимость удельного вращения от длины волны света называется вращательной дисперсией. В этом случае угол вращения измеряют в монохроматическом свете или с применением светофильтров.

В настоящее время получил применение новый поляриметрический метод анализа — спектрополяриметрия. В спект- рополяриметрии измеряют зависимость угла вращения плоскости поляризации от длины волны света, проходящего через поляриметр.

Иногда удельное вращение изменяется во времени. Это явление называется мутаротацией и связано с переходом вещества из одной оптической формы в другую.

Ниже приведена величина удельного вращения для некоторых соединений в водном растворе.

Вещество Глюкоза Фруктоза Сахароза Мальтоза РафинозаВещество Глюкоза Фруктоза Сахароза Мальтоза РафинозаИнвертный сахар Декстрины Крахмал Аскорбиновая кислота О-винная кислотаИнвертный сахар Декстрины Крахмал Аскорбиновая кислота О-винная кислотаМл

Вещество Глюкоза Фруктоза Сахароза Мальтоза Рафиноза

Вещество Глюкоза Фруктоза Сахароза Мальтоза Рафиноза

Инвертный сахар Декстрины Крахмал Аскорбиновая кислота О-винная кислота

Инвертный сахар Декстрины Крахмал Аскорбиновая кислота О-винная кислота

+52,5

—92,5

+66,4

+ 130,4

+ 105,2

— 19 7

(+198)-(+160)(+200) — (+205)

+23,0

+ 12,0

Явление мутаротации наблюдается у свежеприготовленных растворов редуцирующих сахаров. Так, глюкоза существует в трех взаимопревращающихся формах с удельным вращением: а - D - глюкоза + ИЗ0 и Р - D - глюкоза + 19°. При растворении в воде удельное вращение каждой из форм изменяется, пока не достигается равновесие, при котором величина [а]д составляет +52,5. Угол вращения измеряют на специальных приборах — поляриметрах.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛЯРИМЕТРОВ

Общая характеристика поляриметров приведена в табл. 9. Основными узлами поляриметров являются поляризатор- источник поляризованных лучей и анализатор—призма для исследования этих лучей.

9. Характеристика поляриметров

Тип и назначение

Шкала измерений

Погрешность измерений

Длина поляриметрических кювет, мм

Применение

СУ-4 (универсальный)

—40 °S

+ 120 °S

±0,05° S

100; 200; 400

Для определения концентрации сахарозы при X = 589,3 нм

СУ-3

—40 °S

+ 100 °S

±0,1 °s

100; 200;

400

То же

А1-ЕПО-01

—25

±0,01

100; 50;

Для автоматического

(автоматический)

4-25 (градусы круговые)

(градусы круговые)

25

измерения и регистрации угла вращения плоскости поляризации растворов оптически активных веществ при % = 589,3 нм и при X = 546,1 нм для марки А1-ЕПО

АЬЕПН

—25

+0,002

100; 50;

Для автоматического

(фотоэлектрический высокой точности)

+25 (градусы круговые)

(градусы круговые)

25

измерения угла вращения плоскости поляризации растворов оптически активных веществ

г Луч от источника света проходит последовательно через систему двух призм, т. е. неподвижного поляризатора и вращаемого анализатора,угол вращения которого отсчитывают в градусах. В ходе измерения сначала находят положение минимальной освещенности (погасания) без оптически активного вещества, а затем положение освещенности с анализируемым

оптически активным веществом, помещенным в поляриметрическую кювету.

Наиболее распространены и удобны в работе полутеневые поляриметры, у которых угол вращения находят по достижении равномерной слабой освещенности оптического поля (полутени). Точность обычных полутеневых поляриметров составляет 0,05°, а современных фотоэлектрических — 0,002°.

В поляриметрах общего назначения для измерения удельного вращения применяется круговая шкала, градуированная в угловых градусах. У поляриметров-сахариметров на шкале вместо углов вращения показана непосредственно концентрация сахарозы, а у поляриметров-глюкозиметров — кон-

Рис. 17. Общий вид сахариметра:

1—лупа; 2 — измерительная головка; 3= механизм установки нониуса; 4 — клин; 5 —кюветное отделение; 6 — траверса; 7 — поляризатор; 8—поворотная обойма: 9— осветительный узел; 10— регулировочный винт; 11 — винт заземления; 12 — вилка разъема; 13 — предохранитель; 14 — крышка; 15 — кнопка, 16 — ручка резистора; /7 — стойка; 78—основание; 19—рукоятка клинового компенсатора; 20 •— зрительная труба.

центрация глюкозы. Шкала сахариметров градуирована в градусах Международной сахарной шкалы (°S). Один градус сахарной шкалы соответствует 0,26 г сахарозы в 100 см3 раствора, если измерение проводится в поляриметрической кювете длиной 200 мм при 20 °C. Сто градусов сахарной шкалы (100 °S) соответствует 34,62° угловым, a 1°S = 0,3462°, что является коэффициентом для перевода градусов сахарной шкалы в угловые.

Сахариметр отличается от других поляриметров также и тем, что анализатор в нем установлен неподвижно и для уравнения освещенности полей зрения используют кварцевый клиновый компенсатор, соответственно положению которого по шкале отсчитывают значение угла вращения.

Сахариметр универсальный СУ-4 является усовершенствованной моделью СУ-3. Конструкция сахариметра СУ-4 представлена на рис. 17. Основными узлами сахариметра являются: узел измерительной головки и осветительный узел, соединенные между собой траверсой. Последняя крепится через стойку к основанию. На траверсе укреплены кюветное отделение для поляриметрических кювет и оправа с поляризатором и полутеневой пластиной.

С передней стороны измерительной головки расположены лупа для отсчета показаний по шкале и зрительная труба. С тыльной стороны находится винт механизма установки нониуса, служащий для совмещения нулевого деления нониуса с нулевым делением шкалы с помощью съемного ключа.

В нижней части измерительной головки находится рукоятка клинового компенсатора, вращая которую перемещают подвижный кварцевый клин и связанную с ним шкалу. В осветительный узел входят: патрон с лампой, который устанавливают тремя винтами и поворотная обойма со светофильтром и диафрагмой.

На основании установки находятся колонка для включения осветителя и ручка резистора для регулирования яркости поля зрения. Внутри основания вмонтирован понижающий трансформатор. На тыльной стороне основания находятся винт заземления, вилка разъема для подключения осветителя сахариметра к трансформатору и предохранитель.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Перед началом анализа необходимо установить нуль прибора. За нулевой отсчет принимают среднее арифметическое 6 определений. Если нулевой отсчет отличается от нуля не более чем на одно деление нониуса, то нуль прибора считается установленным правильно.

Кюветы для анализа необходимо тщательно вымыть и просушить или 2—3 раза ополоснуть исследуемым раствором. Покровные стекла перед анализом протирают до блеска фильтровальной бумагой. Раствор для анализа должен быть прозрачным и профильтрованным. В кювете, заполненной раствором для анализа, не должно быть пузырьков воздуха.

Кювету заполняют дистиллированной водой, помещают в камеру прибора установленного на нуль, и, наблюдая за полем зрения, вращают ее вокруг своей оси. Если поле зрения при этом не изменится, то покровные стекла считаются пригодными. При завинчивании кювет нельзя сильно прижимать покровные стекла, так как в результате этого в стекле возникает дополнительное вращение плоскости поляризации, что влияет на точность результатов измерений.

Если поляриметр имеет кожух для термостатирования поляриметрической кюветы, то перед началом измерений через него необходимо в течение 10 мин пропускать воду из термостата при температуре 20 * 0,1 °C. В случае отсутствия кожуха следует работать в помещении при 20 л 3°С. При определении удельного вращения индивидуальной жидкости ее выдерживают в термостате при 20 ^ 0,1 °C в течение 30 мин.

При анализе растворов инвертного сахара и фруктозы,вращательная способность которых значительно зависит от температуры, пользуются кюветами с кожухом.

Периодически необходимо проверять поляриметр по контрольной кювете с двумя нормальными кварцевыми пластинами на —40 °S и + 100°S, которые прилагаются к прибору. Штуцера с пластинами ввинчивают с обоих концов кюветы. При проверке деления + 100 °S отсоединяют штуцер с пластиной —40 °S и наоборот. Для кювет с двумя пластинками можно проверить деление +60 °S (как алгебраическую сумму +100+ + (—40) = +60).

Точность показаний поляриметра проверяют при 20 °C. При проверке при другой температуре делают пересчет пофор-

0,05*3№ 15 50 25 -0^25 50 75100jiuip piiiih^'iWi'i'iVu^^^i|mi|iuii40 20 10 -0* 10 20 30 100Рис. 18. Шкала и нониус сахариметра.0,05*3№ 15 50 25 -0^25 50 75100jiuip piiiih^'iWi'i'iVu^^^i|mi|iuii40 20 10 -0* 10 20 30 100Рис. 18. Шкала и нониус сахариметра.0,05*30,05*3100 75 50 25 0- 25 50 75 100Ю ' -о-102030Рис. 19. Положение шкалы и нониуса сахариметра при +11,85° S.100 75 50 25 0- 25 50 75 100Ю ' -о-102030Рис. 19. Положение шкалы и нониуса сахариметра при +11,85° S.

0,05*3

№ 15 50 25 -0^25 50 75100

jiuip piiiih^'iWi'i'iVu^^^i|mi|iuii

40 20 10 -0* 10 20 30 100

Рис. 18. Шкала и нониус сахариметра.

0,05*3

№ 15 50 25 -0^25 50 75100

jiuip piiiih^'iWi'i'iVu^^^i|mi|iuii

40 20 10 -0* 10 20 30 100

Рис. 18. Шкала и нониус сахариметра.

0,05*3

0,05*3

100 75 50 25 0- 25 50 75 100

Ю ' -о-102030

Рис. 19. Положение шкалы и нониуса сахариметра при +11,85° S.

100 75 50 25 0- 25 50 75 100

Ю ' -о-102030

Рис. 19. Положение шкалы и нониуса сахариметра при +11,85° S.

муле оц = се2о [1 + 0,000143 (/ — 20)1, где а/ и а30— вращательная способность кварцевой пластинки при температуре измерения t и 20 °C соответственно °S.

Разница в показаниях прибора и контрольной кюветы при проверенной нулевой точке является погрешностью данного прибора. Для сахариметра разница показаний не должна превышать ±0,1 °S. Сходимость показаний не более 0,01 °S, чувствительность 0,05 °S.

Поляриметрические кюветы имеют номинальную длину 100, 200 и 400 мм. На кювету наносят ее действительную длину, измеренную при температуре 20 °C, с погрешностью не более ±0,01 %. Если отклонение измеренной длины от номинальной не превышает ±0,01 %, что соответствует 100 ± ± 0,01; 200 ± 0,02 и 400± 0,04 мм, маркировку на кюветы не наносят.

Поляриметрические кюветы подлежат ежегодной проверке, так как износ торцов и изгиб трубок влияет на точность измерений. Пределы минимальных размеров поляриметрических кювет с номинальной длиной, мм: 100; 200 и 400 соответственно 99,95; 199, 95 и 400. Поляриметрические кюветы, длина которых превышает указанные пределы, не пригодны к употреблению.

Кюветы длиной 100 мм применяют для анализа окрашенных растворов и при расчете результатов показания поляриметра умножают на 2. Кюветы длиной 400 мм применяют для анали- 52

за растворов низкой концентрации и при расчете результатов показания поляриметра делят на 2.

Навеска.26 г и кювета длиной 200 мм называются нормальными. Если на анализ берут нормальную навеску материала или раствора,содержащих сахарозу, и поляриметрируют в нормальной кювете, то шкала сахариметра показывает содержание сахарозы в анализируемом образце *в процентах.

Пример. На анализ взяли 26 г мелассы и поместили ее в колбу на 100 см3, измерение вращения проводили в кювете длиной 200 мм. Показание шкалы равно 48,2 °8, следовательно, в навеске содержалось 48,2 • 0,26гсахарозы, ав 100 г мелассы 48,2 • 0,26 • 100 : 26 = 48,2 % сахарозы.

Работать с нормальной навеской или с кратным ей количеством сахарозосодержащего вещества очень удобно.

После окончания работы поляриметр необходимо протереть мягкой, неворсистой салфеткой, на прибор надеть чехол, а кюветы уложить в футляр, чтобы не допустить их изгиба, так как это влияет на точность анализа. Покровные стекла чистят влажным тампоном, соблюдая при этом осторожность, чтобы не поцарапать полированные поверхности стекол.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения проводят в следующей последовательности. Устанавливают сахариметр на нуль. Для этого закрывают крышкой кюветное отделение без кюветы. Затем вращением рукоятки клинового компенсатора уравнивают яркость полей сравнения. При этом нулевое деление шкалы и нониуса должны совпадать (рис. 18); если совмещения нет, переместить нониус ключом. После проверки нулевой точки проводят измерения.

Наполняют поляриметрическую кювету исследуемым раствором, отвинтив крышку с одного конца, ставят кювету на стол в вертикальном положении приливают раствор до появления в.верхнем конце выпуклого мениска. Затем сбоку надвигают покровное стекло и «срезают» мениск, накладывают резиновую прокладку и завинчивают крышку. При этом необходимо следить, за тем, чтобы в трубке не оставалось пузырьков воздуха. Если сразу не удается избежать попадания воздуха под стекло, его снимают, насухо вытирают, доливают раствор до появления мениска, снова закрывают стеклом и навинчивают гайку. В заполненной кювете протирают до блекса покровные стекла и просматривают ее на свет, проверяя прозрачность и отсутствие пузырьков воздуха.

После чего вкладывают наполненную кювету в поляриметр и закрывают кюветное отделение крышкой. При этом изменяется однородность освещения обеих половин поля зрения. Уравнивают яркость полей сравнения вращением рукоятки

клинового компенсатора, отсчитывают показания по шкале и нониусу с точностью 0,05—0,1 °S. Если при измерении вращения бесцветных или слабоокрашенных растворов при установке на полутень оттенки обеих половинок одинаковы, то работают с матовым стеклом, ставя поворотную обойму в положение обозначенное буквой «М». Если же при этом окраски половинок поля зрения несколько различаются (имеют слегка желтоватый или голубоватый оттенки), то в оптическую систему вводят желтый светофильтр, ставя поворотную обойму в положение, обозначенное буквой «С». При работе с тем- ноокрашенными растворами обойму ставят в положение без обозначения, соответствующее максимальной освещенности

поля зрения.

Отсчет показаний при помощи нониуса приведен на рис. 19.

На рисунке показано положение нониуса и шкалы, соответствующее отсчету 11,85 °S. Нуль но- о.05*5ниуса расположен правее нуля

100 75 50 25 ‘0+ 25 50 15 100

Рис. 20. Положение шкалы и нониуса сахариметра при —3,25°S.

шкалы на 11 полных делений и в правой части нониуса с одним из делений шкалы совмещается его семнадцатое деление.

Положение шкалы и нониуса, соответствующее отсчету —3,25 °S, показано на рис. 20. Нуль нониуса расположен левее нуля шкалы на три полных деления и в левой части нониуса с одним из делений шкалы совмещается его пятое деление.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММЫ

СБРАЖИВАЕМЫХ САХАРОВ МЕЛАССЫ

Сумму сбраживаемых сахаров рассчитывают по специальной формуле с учетом результатов определения прямой поляризации, инверсионной поляризации и содержания инвертного сахара в исследуемой мелассе в соответствии с ОСТ 18- 395—82.

Аппаратура, материалы, реактивы: сахариметр; весы аналитические; ультратермостат; шкаф сушильный лабораторный; термометр; воронки стеклянные; капельницы лабораторные; колбы вместимостью 100, 250, 500 и 1000 см3; цилиндры на 10, 50, 100 и 1000 см3; бюретки вместимостью 50 см3 с ценой деления 0,1 см3 и с форбаллонами вместимостью 1 дм3; пипетки вместимостью 2; 5; 20 и 50 см3; пробки резиновые конусные; стаканы вместимостью 100 и 500 см3; колбы конические вме-

стимостью 150 и 250 см3; аммиак водный; аммония дигидро ортофосфат (NH4H2PO4), вода дистиллированная; йод 0,0323 н- раствор; калия дихромат (К2Сг2О7) 0,0323 н. раствор; калия— натрия тартрат (КООС (СНОН) COONa • 4Н2О); калия йодид (KJ); кислота азотная; кислота серная, раствор 1 : 4; кислота соляная 1 н. раствор; кислота уксусная; крахмал растворимый 0,5 %-ный раствор; натрия гидроксид; натрия карбонат безводный (Na2CO3); натрия гидрофосфат (Na2HPO4 х X 12Н2О); 0,0323 н. раствор; (Na2S2O4) натрия гидросульфит (NaHSOa); сульфат меди (CuSO4X 5Н2О); ртути II йoдид(HgI4); свинца нитрат (Pb(NO3)a); тальк; фенолфталеин; эфир этиловый.

Подготовка к испытанию. Приготовление реактива Герлеса. Реактив состоит из двух растворов — Гер лес I и Г ер лес 11.

Для приготовления раствора Герлеса I 340 г нитрата свинца, взвешенного в стакане вместимостью 100 см3, растворяют дистиллированной водой, затем переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят дистиллированной водой!до метки.

Для приготовления раствора Герлесае| II навеску 32 г гидроксида натрия, взвешенную в стакане вместимостью 500 см3, растворяют дистиллированной водой, затем переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят дистиллированной водой до метки.

Приготовление раствора соляной кислоты. 100 м3 соляной кислоты удельной массы 1,19, отмеренной градуированным цилиндром, растворяют в 500 см3 дистиллированной воды.

Приготовление реактива Офнера . Навеску 5 г перекристаллизованного сульфата меди, взвешенной в стакане вместимостью 100 см3, растворяют в 50—60 см3 дистиллированной воды, затем переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3.

В отдельном стакане смешивают навески 300 г мелкокристаллического тартрата калия—натрия, 10 г безводного карбоната натрия и 50 г гидрофосфата натрия, приливают 500 см3 дистиллированной воды .подогретой до 50 °C, и перемешивают содержимое стакана стеклянной палочкой для ускорения растворения смеси солей. Полученный раствор переводят в мерную колбу с раствором сульфата меди, перемешивают и фильтруют через двойной фильтр. Раствор должен быть совершенно прозрачным. Хранят его в стеклянной посуде из темного стекла с притертой пробкой.

Приготовление 0,0 3 2 3 н. раствора дихромата калия. Навеску 1, 5839 г перекристаллизованного и высушенного при 130—150°C дихромата калия, взвешеного в стеклянном стакане, переводят дистиллированной

водой в мерную колбу вместимостью 1 дм3, доводят содержимое колбы до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Приготовление 0, 5 % -но г о раствора крахмала. 0,5 г растворимого крахмала, взвешенного в стакане вместимостью 50 см3, растворяют небольшим количеством воды, затем, помешивая стеклянной палочкой, переводят в коническую колбу вместимостью 150 см3, содержащую 100 см3 кипящей воды (после удаления горелки).

Приготовление 0, 0 3 2 3 н.раствора тиосу л ь фат а натрия. Навеску 25 г кристаллического тиосульфата натрия, взвешенного в стеклянном стакане, переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 свежепроки- пяченной охлажденной до 20 °C дистиллированной водой, добавляют 0,1 г безводного карбоната натрия, доводят содержимое колбы до метки той же водой и оставляют в покое на 6—7 дней в темном месте. Затем из этого раствора отбирают 323 см3 и переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм3, доводят до метки свежепрокипяченной дистиллированной водой при 20 °C, перемешивают и устанавливают титр по 0,0323 н. раствору дихромата калия.

В коническую колбу вместимостью 250 см3 с притертой пробкой отмеряют из бюретки точно 20 см3 0,0323 н. раствора дихромата калия, прибавляют 0,5 г йодида калия, предварительно растворенного в 5 см3 воды, и 5 см3 раствора серной кислоты (1 г 4). Колбу закрывают пробкой, смоченной раствором иодида калия, и оставляют в темном месте на 10 мин. Затем прибавляют 50—60 см3 дистиллированной воды, пробку ополаскивают водой и титруют приготовленным раствором тиосульфата натрия до зеленовато-желтого окрашивания, прибавляют 2 см3 0,5 %-ного растворимого крахмала и продолжают титровать до перехода синей окраски в светло- зеленую. Если на 20 см3 0,0323 н. раствора дихромата калия расходуется точно 20 см3 приготовленного раствора тиосульфата, то последний считается точно 0,0323 н. раствора, если количество раствора тиосульфата, затраченное на титрование, отклоняется от 20 см3, то вычисляют поправочный коэффициент по формуле

К, = 20/^,

где Vi— объем раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование 20 см3 0,0323 н. раствора дихромата калия, см3.

На этот коэффициент умножают объем тиосульфата, пошедший на титрование при определении редуцирующих веществ.

Приготовление 0 ,0 3 2 3 н. раствора йода. 0,0323 н. раствор йода готовят из заранее приготов- 56

ленного приблизительно 0,1 н. раствора йода. Для этого навеску 25 г йодида калия, взвешенного в стеклянном стакане, растворяют в 50—60 см3 дистиллированной воды. В другом стакане взвешивают 12,7 г кристаллического йода и переводят в стакан с раствором йодида калия. Полученный раствор йода в йодиде калия переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят содержимое колбы до метки свежепрокипяченной и охлажденной до 20 °C дистиллированной водой. Раствор перемешивают и переводят в стеклянную посуду с хорошо закрывающейся притертой пробкой.

С помощью мерного цилиндра отбирают 323 см3 полученного раствора и переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм3, содержимое колбы доводят до метки при 20 °C свежепрокипяченной дистиллированной водой, перемешивают и проверяют титр по титрованному 0,0323 н. раствору тиосульфата натрия.

В коническую колбу вместимостью 250 см3переводят 20 см3 раствора йода и титруют раствором тиосульфата натрия от первоначального бурого до соломенно-желтого цвета. Затем прибавляют 5 см3 0,5 %-ного раствора крахмала и дотитровы- вают до обесцвечивания. Поправочный коэффициент раствора йода вычисляют по формуле

^и = (^т)/20,

где и2— количество тиосульфата натрия, пошедшее на титрование 20 см3 раствора йода, см3; Кт — поправочный коэффициент для раствора тиосульфата натрия.

Приготовление! % - ного раствора фенолфталеина. Навеску 1 г фенолфталеина переводят 90 %-ным этиловым спиртом в мерную колбу вместимостью 100 см3 и доводят содержимое колбы до метки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЯМОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Проведение испытания. Взвешивают 65 г мелассы, с помощью теплой дистиллированной воды переводят в мерную колбу вместимостью 250 см3, где вместе с ополосками должно быть около 150 см3 смеси.

Полученный раствор охлаждают до 20 °C и осветляют растворами Гер леса Пи Гер леса И.

На осветление расходуют по 30 —50 см3 каждого из растворов. Для лучшего эффекта осветления и большей точности результатов анализа осветляющие реактивы должны вводиться по частям в 4—6 приемов. Процесс осветления осуществляют следующим образом: в колбу с раствором мелассы добавляют 5—10 см3 раствора Гер леса I и через 15—20 с — 5—10 см3 раст-

вора Гер леса II, смесь перемешивают легким вращением колбы в течение 1,5—2 мин, затем опять в указанном порядке задают осветлители; так повторяют несколько раз в зависимости от эффекта осветления.

Содержимое колбы доводят дистиллированной водой почти до метки, удаляют пену каплей эфира и доливают водой точно до метки’при температуре 20 °C. Приставшие к шейке колбы капельки воды вытирают фильтровальной бумагой,после чего взбалтывают содержимое и фильтруют через сухой бумажный фильтр, вставленный в сухую воронку, которую покрывают сверху часовым стеклом. Фильтрат собирают в сухую коническую колбу. Первые 15 см3 фильтрата выливают. Если фильтрат мутный, то его возвращают на фильтрование и фильтруют до тех пор, пока не получится совершенно прозрачный раствор.

Для удаления избытка свинца на каждые 100 см3 полученного фильтрата в колбу прибавляют 0,9 г сухого измельченного порошка дигидроортофосфата аммония. После чего жидкость энергично взбалтывают и прибавляют на каждые 100 см3 фильтрата по 0,2 г тиосульфата или гидросульфита натрия. Затем раствор перемешивают и оставляют на 20 мин, снова взбалтывают и фильтруют согласно предыдущим указаниям.

Осветленный раствор наливают в кювету длиной 200 мм и поляризуют в сахариметре при температуре 20 °C.

Показание прибора равно величине прямой поляризации в процентах. За окончательный результат принимается среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не превышают ±0,4 %.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНВЕРСИОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Метод основан на кислотном гидролизе сахарозы мелассы, сопровождающемся изменением направления вращения плоскости поляризации.

Проведение испытания. С помощью пипетки отбирают 50 см3 фильтрата (соответствующие 13 г мелассы), полученного при определении прямой поляризации, переводят в мерную колбу вместимостью 100 см3, наливают туда же 30 см3 раствора соляной кислоты (1 : 5) и перемешивают содержимое вращательным движением колбы. В колбу опускают термометр и помещают ее в водяную баню, предварительно нагретую до 75 °C. Колбу устанавливают не на дно бани, а на фарфоровую или металлическую вставку с круглыми вырезами.

Температуру воды в бане поддерживают в пределах 70— 72 °C, нагревая содержимое колбы в течение 2,5—3 мин до 67—69 °C, и поддерживают эту температуру 5 мин.

По истечении 5 мин колбу вынимают из бани и быстро (в течение 2,5 мин) охлаждают под краном до 20 °C. Весь процесс инверсии должет быть проведен в течение 10 мин. Затем ополаскивают водой термометр, содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой, тщательно взбалтывают, фильтруют и поляризуют в кювете длиной 200 мм точно при 20 °C. Целесообразно для этих целей применять поляриметрическую кювету с кожухом, через который пропускается вода температурой 20 °C.

Удвоенное показание сахариметра является величиной инверсионной поляризации, выраженной в процентах. В случае отклонения температуры поляризации от 20 °C вводится поправка на температуру по формуле

И20 = Ht — 0,0038 (/7 + И^ (20 — 0,

где И — инверсионная поляризация, %; П— прямая поляризация, %; t— температура, °C.

За результат принимают среднее арифметическое двух определений, допускаемые расхождения между которыми не превышают ^0,2 %.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ИНВЕРТНОГО САХАРА

Для определения содержания инвертного сахара используется метод Офнера, основанный на окислении инвертного сахара щелочным раствором соединения меди (при этом сахароза не окисляется) и йодометрическим определением количества образовавшейся закиси меди. Количество инвертного сахара определяется по количеству йода, вступившего в реакцию.

Проведение испытания. Из осветленного раствора, оставшегося после определения прямой поляризации, отбирают пипеткой 10 см3 (соответствующие 2,6 г мелассы), переводят в мерную колбу на 100 см3, доводят при 20°С до метки дистиллированной водой, перемешивают и получают таким образом исходный раствор. После чего отбирают пипеткой 25 см3 исходного раствора (соответствующие 0,65 г мелассы), переводят в коническую колбу вместимостью 150 см3 и вливают 25 см3 реактива Офнера.

В смешанный раствор добавляют на кончике ножа немного талька в порошке или грубоизмельченной пемзы. Колбу ставят на асбестовую сетку с вырезанным в центре отверстием диаметром около 6,5 см и нагревают в течение 4—5 мин до начала кипения, затем поддерживают умеренное кипение точно 7 мин, по истечении которых содержимое колбы охлаждают до 20 °C в холодной воде, не взбалтывая, во избежание

окисления осадка. При нагреве на электрической плитке кипение регулируют, включая и выключая плитку.

После кипения раствор должен иметь голубоватую или зеленоватую окраску. Наличие желто-оранжевой окраски свидетельствует о недостаточном количестве реактива Офнера. В этом случае определение повторяют с раствором, разбавленным в 5, 10 или 20 раз. Для этого 5, 10 или 20 см3 исходного раствора переводят в колбу вместимостью 100 см3, доливают дистиллированной водой до метки и перемешивают. Отбирают пипеткой 25 см3 разбавленного таким образом исходного раствора, содержащего соответственно 0,13; 0,065 или 0,0325 г мелассы, переводят в коническую колбу вместимостью 150 см3 и прибавляют 25 см3 реактива Офнера.

Затем 7,5 см3 1 н. раствора соляной кислоты, отмеренного градуированным цилиндром, осторожно прибавляют по стенкам колбы в охлажденный раствор, имеющий голубоватую или зеленоватую окраску, чтобы растворить находящийся на стенках осадок, и сразу же после добавления кислоты прибавляют к испытуемому раствору из бюретки 20 см3 0,0323 н. раствора йода.

Колбу закрывают пробкой и оставляют на 2 мин, периодически перемешивая содержимое вращением. Точно через 2 мин оттитровывают избыток йода в колбе 0,0323 н. раствором тиосульфата. В конце титрования^ когда раствор станет светло- желтым, в него добавляют 2,5 см3 0,5 %-ного крахмального раствора и титруют до перехода окраски от синей в зеленую или бронзовую.

Одновременно проводят контрольный опыт (с тем же количеством раствора мелассы, реактивов и йода, что и в основном опыте без кипячения) для установления поправки на окисля- емость йодом находящихся в растворе веществ.

По разности между объемом тиосульфата натрия, пошедшим на титрование в рабочем и контрольном опытах, устанавливают количество связывающегося йода. Содержание инвертного сахара определяют из расчета, что 1 см3 0,0323 н.раствора йода эквивалентен 1 мг инвертного сахара по формуле

(У,-^) юо

1000 • Н ’

где Ис— содержание инвертного сахара к массе мелассы, %; Ух— объем 0,0323 н. раствора тиосульфата натрия в контрольном опыте, см3; 1/2— объем 0,0323 н. раствора тиосульфата натрия в рабочем опыте, см3; /7 —фактическая навеска мелассы с учетом (если это имело место) дополнительного разбавления исходного раствора.

За результат принимают среднее арифметическое двух определений, допускаемые расхождения между которыми не превышают ±0,1 %.

Обработка результатов. Сумму сбраживаемых сахаров в свекловичной мелассе рассчитывают по формуле

Ссбр = 0,68/7 +0,96/7 +0,80/7с,

где Ссбр — сумма сбраживаемых сахаров, %; П и И — абсолютные значения прямой и инверсионной поляризаций, %, определенные выше; Яс — содержание инвертного сахара, %.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать ±0,7 %.

Пример. На определение инвертного сахара взяли 25 см9 раствора, полученного разведением в 10 раз (10 : 100) раствора, подготовленного для поляризации, что соответствует 0,65 г мелассы. Прибавили 20 см3 0,0323 н. раствора йода. На титрование избытка йода затратили 13 см3 0,0323 и. раствора тиосульфата натрия. На то же количество йода в контрольном опыте израсходовали 16,8 см3 тиосульфата натрия. Следовательно, количество йода, вступившего в реакцию, составило 16,8 — 13 = 3,8 см3, или на 0,65 г мелассы соответственно 3,8 мг, что в процентах по массе мелассы составит:

„ (16,8—13)100

Яс - 1000 . 0,65 =0,58 0%.

Пример. При анализе мелассы установлено, что прямая поляризация составляет 48 %, инверсионная— 14,5 %, температура 20 °C, содержание инвертного сахара — 1 %.

Сумма сбраживаемых сахаров в мелассе:

Ссбр = 0,68 /7 + 0,96 И + 0,80 Ис = 0,68 - 48,0 + 0,96 . 14,5 ++ 0,80-1,0 = 47,36 %. ■

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВНОЙ КРАХМАЛИСТОСТИ СЫРЬЯ СПИРТОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Условную крахмалистость зерна, предназначенного для переработки в спиртовой промышленности, определяют по ОСТ 18-416—83, а отбор проб выполняют в соответствии с ГОСТ 135-86. 3—83.

Условную крахмалистость ячменя, овса, риса, проса, ржи, кукурузы, чумизы, сорго, гаояна, гречихи, вики, гороха и чечевицы определяют методом, основанным на переводе крахмала в растворимое состояние с применением соляной кислоты, а пшеницы с использованием хлорида кальция.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОЙ КРАХМАЛИСТОСТИ ЗЕРНА С ПРИМЕНЕНИЕМ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Аппаратура, материалы и реактивы: сушильный шкаф типа СЭШ-1 или СЭШ-ЗМ; весы лабораторные; мельница лабораторная; сита № 1 и 05; сахариметр; плитка электрическая нагревательная или газовая горелка; воронка В-75-110ХС или другие типа В; бумага фильтровальная; колба для определения содержания сахара вместимостью 100 см3 или колбы 1—100—2; Кн—1 —100; пипетки 6—1—25; 7—1—10; кислота соляная, раствор соляной кислоты 1,124 %; раствор цинка сульфат; 30 %-ный раствор; калия гексацианоферрат (II) | (K4[Fe (CN6)]|, 15 %-ный раствор; вода дистиллированная; аммония молибдат ((NH4)6MO7O24 • 4Н2О), 2,5 %-ный раствор; натрия молибдат, 2,5 %-ный раствор; этиловый эфир.

Подготовка к испытанию. Из объединенной пробы на делителе или вручную способом, указанным в ГОСТ 10839—64, выделяют 30—50 г неочищенного зерна, подсушивают его в сушильном шкафу, если оно содержит более 16 % влаги, размалывают на лабораторной мельнице так, чтобы размолотое зерно прошло через сито с диаметром отверстий 1 мм (для кукурузы —0,5 мм). Остаток вновь размалывают и просеивают до тех пор, пока весь помол не пройдет через сито.

Размолотое зерно переносят на ровную поверхность смешивают и разравнивают, затем придавливают его стеклом так, чтобы слой размолотого зерна получился не более 3—5 мм. Удалив стекло, отбирают не менее чем из 10 различных мест слоя две навески массой по 5 г каждая и взвешивают с погрешностью не более ±0,01 г.

Одновременно берут навеску полученного размолотого зерна для определения влажности методом высушивания в сушильном шкафу при 130 °C по ГОСТ 3040—55.

Проведение испытания. Навеску размолотого зерна переносят в сухую колбу вместимостью 100 см3. Сюда же в два приема по 25 см3 вливают 50 см3 раствора соляной кислоты. После добавления первой порции кислоты содержимое колбы взбалтывают до полного смачивания продукта и исчезновения комочков.

Следующей порцией кислоты (25 см3) смывают частицы муки со стенок горлышка колбы, смесь осторожно перемешивают и помещают колбу в кипящую водяную баню на 15 мин. В течение первых 3 мин, не вынимая колбы из бани, размешивают ее содержимое плавными круговыми движениями. Необходимо, чтобы вода в бане была выше уровня жидкости в колбе и непрерывно кипела.

По истечении 15 мин колбу вынимают из бани, вливают в нее 25—30 см3 холодной дистиллированной воды, взбалтывают и охлаждают раствор до температуры 20 °C. Затем для осаждения белков и осветления раствора в колбу приливают 1 см3 раствора сульфата цинка и после перемешивания добавляют 1 см3 раствора гексацианоферрата калия. Снова перемешивают содержимое колбы. Взамен обоих указанных реактивов, в случае их отсутствия, в колбу приливают 6 см3 раствора молибдата натрия или молибдата аммония.

При использовании молибдатов в качестве осадителей белков рекомендуется избегать попадания прямых солнечных лучей на реактивы. Если после добавления осадителей образуется пена, то ее погашают добавлением 1—2 капель этилового эфира.

Объем жидкости в колбе доводят дистиллированной водой до метки, соответствующей 100 см3. После тщательного перемешивания раствор фильтруют через сухой складчатый бумажный фильтр в чистую сухую колбу. Первые 20 см3 фильтрата отбрасывают. Остальной фильтрат после перемешивания используют для анализа с помощью сахариметра в кювете длиной 200 мм при температуре 20 °C.

Фильтратом наполняют поляризационную кювету, помещают в прибор и сразу же делают первый отсчет по шкале прибора. Заполняя кювету новой порцией фильтрата, делают следующий отсчет. Всего должно быть сделано не менее 3 отсчетов. Расхождение между результатами отсчетов не должно превышать 0,1° шкалы. В противном случае делают дополнительно 3 отсчета с новой порцией фильтрата. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов 3 отсчетов, значения которых не превышают допускаемое расхождение.

При анализе всех видов зерна, кроме овса, определение проводят в кювете длиной 200 мм. Для овса применяют кювету длиной 100 мм и полученные результаты удваивают.

Обработка результатов Условную крахмалистость в каждой навеске зерна, %, вычисляют по формуле

х^кп.

В пересчете на абсолютно сухое вещество:

X = да100)/100— W,

где К — расчетный коэффициент, равный для ячменя — 1,912; овса — 1,914; ржи — 1,957; кукурузы — 1,849; риса — 1,866; проса и чумизы— 1,818; сорго и гаоляна— 1,865; гречихи — 1,805; вики, гороха, чечевицы — 1,747; П — показание сахариметра, °S; W — влажность размолотого зерна %.

. За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,5 % при длине кюветы 200 мм и 1 % при длине кюветы 100 мм. В противном случае анализ повторяют.

Для контрольных определений допустимая норма расхождений 0,5 % при длине кюветы 200 мм и 1 % при длине кюветы 100 мм.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОЙ КРАХМАЛИСТОСТИ ПШЕНИЦЫ О ПРИМЕНЕНИЕМ ХЛОРИДА КАЛЬЦИЯ

Метод основан на том, что при обработке помола зерна насыщенным раствором хлорида кальция крахмал переходит в растворимое состояние и вместе с другими углеводами зерна дает оптически активные растворы.

Аппаратура, материалы и реактивы: кальция хлорид двуводный или кальций хлорид, насыщенный раствор плотностью 1300 кг/м3; уксусная кислота, 1,6 %-ный раствор калия гексацианоферрат (II), 15 %-ный раствор.

Подготовка к испытанию. Помол зерна и взятие навесок дтя анализа и определения влажности осуществляют как указано выше. Отличие состоит в том, что из размолотого зерна отбирают две навески по 2 г каждая.

Проведение испытания. Навеску размолотого зерна пшеницы переносят в сухую круглодонную широкогорлую колбу вместимостью 100 см3 (допускается применение колбы для определения содержания сахара), наливают 5 см3 дистиллированной воды и размешивают стеклянной палочкой до исчезновения комочков. Затем приливают 60 см3 насыщенного раствора хлорида кальция и 2 см3 уксусной кислоты. Если будет обнаружено, что растворы плохо фильтруются, в последующих анализах количество раствора уксусной кислоты увеличивают до 3 см3.

Содержимое колбы тщательно перемешивают, колбу закрепляют в штативе на некотором расстоянии от источника нагрева (электроплитки, газовой горелки, пламя которой прикрыто асбестовой сеткой) и нагревают до кипения в течение 5—6 мин. При более быстром нагреве может произойти силь- ное.вспенивание и выбрасывание массы из колбы. Не рекомендуется также проводить нагрев до кипения более 5—6 мин, так как в этом случае возможна частичная клейстеризация крахмала, способствующая образованию комков и пригоранию их. Во время нагрева содержимое колбы перемешивают стеклянной палочкой.

Кипячение проводят в течение 15 мин. Кипение должно быть умеренным. При бурном кипении необходимо уменьшить нагрев (отодвинуть плитку, уменьшить пламя горелки, поднять колбу и т. д.), но так, чтобы кипение не прекращалось. Время от времени палочкой снимают частицы смеси со стенок колбы. После кипячения реакционную смесь в горячем состоянии переносят в мерную колбу вместимостью 100 см3 и охлаждают до 20 °C. Реакционную колбу ополаскивают дистиллированной водой, сливая ее в ту же мерную колбу, добавляют 1 см3 раствора сульфата цинка и после энергичного перемешивания 1 см3 раствора гексацианоферрата калия.Объем жидкости доводят при температуре 20 °C до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр в сухую колбу. Первые 20 см3 фильтрата отбрасывают. Остальной фильтрат после перемешивания используют тотчас же для поляризации с помощью сахариметра в кювете длиной 200 мм и при температуре 20 °C.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов трех отсчетов, значение которых не превышает допустимое расхождение — 0,1 °S.

Обработка результатов. Условную крахмалистость, %, в каждой навеске зерна вычисляют по следующим формулам: при данной влажности поступившего зерна

Х = 4,271 . П

в пересчете на абсолютно сухое вещество

X = (4,271 • П • 100)/( 100 — W\

где 4,271 — расчетный коэффициент для пшеницы; П — показание сахариметра, °S; U7 — влажность размолотого зерна, °/о.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,6 %. В противном случае анализ повторяют. При контрольных определениях допустимая норма расхождений 0,6 %.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАХАРИВАЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ СОЛОДА (МЕТОД ВНИИПрБ)

Метод применяется для контроля качества солода, сусла и бражки в производстве спирта из крахмалистого сырья. Активность ферментов в осахаривающих материалах влияет на эффективность процессов осахаривания, брожения и величину производственных потерь сырья. Для контроля активности амилолитических ферментов в процессах технологии

10. Нормативы амилолитических ферментов в осахаривающих материалах

Материал

Активность

Материал

Активность

амилолитическая

осахаривающая

амилолитическая

осахаривающая

из Ч го 2 S S к X 2 х

К > Я s 5 га 4 2 2

ч го

2 X

х к

s го - 2 х

к , го X X и из го 4 2 S

из Ч го 2

к х

2 =

1 « S Я

X ч 2 2

л ч го

2 X

X к

X Го 2 х

к 1 ^ S х и из го 4 2 2

Солод:

Ед/г

Ед/ЮС

см3

ячменный

203546,5

Осахаренное

20

354,58

овсяный

152523

сусло

ржаной

18202,5 5

Бражка

2

80,32

просяной

8120,8 1,5

производства спирта ВНИИПрБ рекомендует нормативные величины, приведенные в табл. 10.

Метод основан на определении поляризации субстрата, гидролизованного ферментами исследуемого солода, в сравнении с контролем.

Осахаривающая активность (ОА) характеризует степень гидролиза крахмала под действием ферментов до мальтозы и глюкозы. Мальтоза является конечным продуктом гидролиза крахмала растительными а - и р-амилазами. Таким образом, ОА отражает действие одного или нескольких ферментов на данный субстрат. Выражают ОА числом единиц, содержащихся в 1 г, 1 см3 или 100 см3 осахаривающего материала.

За единицу ОА принимают такое количество фермента, которое гидролизует при 50 °C в течение 30 мин при pH 4,7— 4,9 до низкомолекулярных углеводов 1 г крахмала субстрата, составляющего 10 % от введенного в реакцию.

Аппаратура, материалы, реактивы; сахаримет]р; ультратермостат; субстрат — 2 %-ный раствор растворимого картофельного крахмала; 30 %-ный раствор сульфата цинка; 15 %-ный раствор гексацианоферрата (II) калия; 1 н. раствор соляной кислоты; фосфатный буферный раствор с pH 4,8—4,9.

Подготовка к испытанию. Приготовление фосфатного буферного раствора (pH 4,8 — 4,9). Для приготовления раствора отвешивают 11,876 г гидроортофосфата натрия и 9,079 г ди гидрофосфата калия. Навески солей растворяют раздельно в дистиллированной воде в колбах на 1дм3, доводят содержимое до метки и получают растворы солей I и II. Для получения буферного раствора с pH 4,85 перед анализом растворы смешивают в соотношении 1:1; 0,1 н. раствор НС1.

Приготовление 2 %-н ого раствора крахмала. Для приготовления субстрата необходимо взять такое количество воздушно-сухого растворимого картофельного крахмала, которое содержало бы 2 г сухого вещества. При известной влажности воздушно-сухого крахмала величину его навески определяют из соотношения 2 • 100 • (100 — 1^) г. Навеску переводят в мерную колбу на 100 см3, добавляют к ней 25 см3 воды и перемешивают. Затем добавляют еще 25 см3 воды и колбу помещают в кипящую водяную баню на 20 мин, непрерывно перемешивая содержимое до полного растворения крахмала. После чего колбу охлаждают и добавляют 10 см3 фосфатного буферного раствора (pH 4,8—4,9). Раствор доводят дистиллированной водой до метки, перемешивают и используют для проведения анализа. Готовить его надо в день проведения анализа.

Допускается хранить субстрат в холодильнике и применять его в течение 5—10 дней после приготовления. В этом случае каждый раз субстрат кипятят в течение 5—7 мин для растворения студня,а затем охлаждают и используют.

Приготовление вытяжки ферментов из солода. При работе с солодом применяют фосфатный буферный раствор. Для анализа используют рабочие растворы ферментов.

Для этого готовят основной (I) и рабочий (И) растворы. Для приготовления основного раствора навеску измельченного свежепроросшего солода (просяного — 10 г; ячменного, овсяного или ржаного — по 5 г) переносят в коническую колбу на 200 —250 см3, добавляют 10 см3 фосфатного буфера и 90 см3 дистиллированной воды. Смесь выдерживают 1 ч при

11. Приготовление рабочего раствора ферментов солода

Ожидаемая активность солода, ед./г

S 1 и О

д я я ^ ОЙ

о , яО о Я 2 о О.

5 я

Я о

я сх

Kt о

О Л сх 5

о — я

2 СХ

£ о

о О 2

К о

д’ ^

5 Я Я О \о сх

Ожидаемая активность солода, ед./г

° 6 ю «

д л л ^

О у

° О

и ™ 2 о О-

ЛЛ

Я сх о И

я а

Kt о

о £ 3

А о я я

Q. у

s СХ

£ о

О о*2 _ к и

х^ Й X Я Я

О о сх

Просяной солод

Ячменный, овеяны й.

5—10

30

6

100

ржаной солод

10—15

30

4

100

15—20

20

4

50

15—20

10

2

100

20—30

10

2

. 50

15—20

20

4

50

30—50

7,5

3

100

температуре 30 °C при периодическом помешивании стеклянной палочкой, затем ее фильтруют через складчатый фильтр. Фильтрат представляет собой основной раствор (I). Рабочий раствор ферментов солода (II) готовят из основного раствора (I), разбавляя его водой так, чтобы в растворе, введенном в реакцию, содержалось количество ферментов, обеспечивающих гидролиз крахмала в принятых условиях на 20—70 % (табл. 11).

Проведение испытания. В две пробирки (d = 18 мм, / = = 180 мм) наливают по 20 см3 субстрата и инкубируют его в ультратермостате при температуре 50 °C в течение 5—10 мин. Затем к содержимому одной пробирки добавляют 10 см3 рабочего раствора ферментов, перемешивают и выдерживают в термостате при 500,2 °C точно (по секундомеру) 30 мин. Фермен

ты быстро инактивируют добавлением 1 см3 1 н. раствора соляной кислоты и осаждают оптически активные несахара двойным осадителем. Для этого приливают в пробирку 1 см3 сульфата цинка и после перемешивания 1см3 раствора гексацианоферрата калия содержимое пробирки охлаждают до 20 °C. Одновременно в другой пробирке готовят контрольный раствор, в который входят 10 см3 раствора фермента, 1 см3 1 н. раствора НС1, 1 см3 осадителей и 20 см3 субстрата.

Содержимое пробирок перемешивают при 20 °C и фильтруют через складчатый фильтр. Испытуемый и контрольный фильтраты поляризуют в кювете длиной 200 мм. Определив поляризацию контрольного (/7к) и опытного(/7о) растворов, вычисляют разность угла вращения А77 плоскости поляризации этих растворов: А/7 = ПК — По. Значение А/7 на поляриметре типа СУ-3 должно быть не менее 0,2°.

При анализе солодов для расчета О А применяют уравнение

ОА = (0,050ДЯ+0,0114) • 103: Н, где 0,050 и 0,0114 — коэффициенты, найденные опытным путем; Н — количество солода в реакционной среде, мг.

Пример. Определить ОА ячменного солода влажностью 42 %, если на приготовление 100 см3 основного раствора ферментов израсходовали 5 г солода.

Основной раствор разбавлен в 20 раз (5 см3: 100 см3). Следовательно, в реакцию введено: Я = 5 • 5 • 1000 : (100 • 100) = 25 мг солода.

При поляризации фильтратов субстрата на поляриметре типа СУ-3 получены такие данные: Як= 14,1°, Яо= 12,6° и ДЯ = 14,1 — — 12,6 = 1,5°.

Тогда осахаривающая активность влажного солода ОА = = (0,050 • 1,5 + 0,0114) • 103: 25 = 3,45 ед./г, или в пересчете на абсолютно сухое вещество ОА = 3,45 • 100 (100 — 42) = 5,95 ед./г.

Ячменный солод с ОА = 3,45 ед./г относится к солодам среднего качества.

Поляриметрический метод, предусматривающий гидролиз при высокой температуре (50 °C), позволяет достаточно точно установить за 30 мин изменение состава субстрата по его поляризации. Метод достаточно быстрый и простой. Точность метода составляет ^=5—7 отн. %.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛЮКОАМИЛАЗНОЙ

АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

(МЕТОД ВНИИПрБ)

Метод предназначен для определения активности фермента глюкоамилазы в любых ее продуцентах микробного происхождения, выпускаемых ферментными цехами спиртовых заводов, заводами Главмикробиопромы, а также зарубежными фирмами.

Метод основан на определении скорости гидролиза мальтозы глюкоамилазой, которая измеряется поляриметрически по изменению угла вращения плоскости поляризации до и после действия фермента на субстрат.

Мальтоза не атакуется а-амилазой, поэтому она не мешает определению глюкоамилазы. Единственным продуктом действия глюкоамилазы на мальтозу является глюкоза. Удельный угол вращения плоскости поляризации мальтозы составляет + 130,4°, а глюкозы — (+52,5°), что положено в основу поляриметрического метода определения активности глюкоамилазы.

Изменение угла вращения плоскости поляризации реакционной среды, после действия фермента, пропорционально количеству образующейся глюкозы, следовательно, пропорционально количеству глюкоамилазы, находящейся в растворе, и времени ее действия. За единицу активности глюкоамилазы принимают такое количество фермента, которое катализирует гидролиз I мкмоля мальтозы при 50 °C в течение 1 мин и pH 4,7.

Результаты определения активности глюкоамилазы поляриметрическим экспресс-методом по мальтозе можно также выражать в единицах стандартного глюкозооксидазного метода. В этом случае за единицу активности глюкоамилазы принимают такое количество фермента, которое за 1 мин при 30 °C и pH 4,7 образует 1 мкмоль глюкозы из крахмала.

Аппаратура, материалы, реактивы: весы лабораторные аналитические; сахариметр; ультратермостат или водяная баня на 50°С_+ 0,1 °C; pH-метр; термометр с ценой деления

0,1 °C; стаканы стеклянные лабораторные вместимостью 30 и 150 см3; колбы конические вместимостью 250 см3; колбы стеклянные мерные вместимостью 25, 50, 100, 250 и 1000 см3; воронки стеклянные; пробирки стеклянные размером 25 X X 200 мм; пипетки градуированные на 5 и 25 см3; пипетки Мора на 5, 10, 20 и 100 см3; бумага фильтровальная; ацетат натрия; кислота уксусная; кислота соляная; мальтоза перекристаллизованная; сульфат цинка; гексациано-феррат (II) калия.

Подготовка к испытанию. Перекристаллизация мальтозы. Смешивают 20 см3 дистиллированной воды и 100 см3 ректификованного спирта крепостью 96 об. %.

Полученную смесь нагревают на кипящей водяной бане и вносят в нее 24 г мальтозы, тщательно перемешивают, добиваясь полного растворения кристаллов мальтозы. Раствор оставляют на 8—10 ч при температуре 30 + 1 сС для осаждения примесей. Затем верхний, прозрачный раствор мальтозы осторожно декантируют, закрывают крышкой и оставляют в холодном месте для выпадения кристаллов мальтозы, которое происходит в течение 2—3 сут .Затем раствор над кристаллами декантируют, а кристаллы мальтозы промывают несколькими порциями ректификованного спирта (5—6 раз) и ацетона (2—3 раза). Выход мальтозы составляет 60—70 %.

Приготовление раствора ацетата концетрацией 1 мо л ь / дм'3. Берут 136 г ацетата натрия и помещают его в мерную колбу вместимостью 1 дм 3, доводят объем до метки дистиллированной водой.

Приготовление раствора уксусной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм3. Берут 58 см3 ледяной уксусной кислоты, наливают ее в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят объем дистиллированной водой до метки.

Приготовление ацетатного буферного раствора с pH 4, 7. Смешивают равные объемы уксусной кислоты концентрацией 1 моль/дм3 и ацетата натрия концентрацией 1 моль/дм3. Величину pH проверяют на потенциометре.

Приготовление раствора соляной кислоты концентрацией 5 моль/дм3. Берут 430 см3 соляной кислоты и разбавляют до 1 дм3 дистиллированной водой.

Приготовление раствора сульфата цинка концентрацией 3 0 0 г/д м 3. Берут 30 г сульфата цинка и помещают его в мерную колбу вместимостью 100 см3, перемешивают до полного растворения соли и доводят до метки дистиллированной водой.

Приготовление раствора гексациано- феррата*!! калия концентрацией 150 г / д м 3. Берут 15 г гексациано-феррата-11- калия, помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, перемешивают до полного растворения соли и доводят до метки дистиллированной водой.

Приготовление раствора субстрата. Концентрация мальтозы в растворе должна составлять 20 г/дм3. Для этого 20 г перекристаллизованной мальтозы растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 100 см3 ацетатного буферного раствора с pH 4,7, доводят до метки дистиллированной водой и фильтруют. Раствор готовят не менее чем за сутки до его использования, чтобы в нем прошла мутаротация и хранят при температуре 4—6 °C. Если при хранении раствор мальтозы помутнеет, пользоваться им нельзя.

Приготовление испытуемых растворов ферментных препаратов. Пробы ферментных препаратов отбирают по ГОСТ 20264. 0—74*. Разовые средние пробы объемом не менее 500 см3 фильтруют через бумажный фильтр (или двойной полотняный мешок), возвращая первые порции обратно, до получения прозрачного раствора.

Испытуемые растворы глюкоамилазы должны обеспечивать величину АЛ в пределах от 0,5 до 2°S.

Глюкаваморин Гх-466. Отбирают 5—10 см3 (в зависимости от ожидаемой активности) прозрачного раствора и помещают в мерную колбу вместимостью 100 см3, доводят до метки дистиллированной водой.

Глюкаваморин Г Юх. Отбирают 0,1 г препарата фермента и взвешивают в стаканчике вместимостью 10—20 см3, тщательно растирают стеклянной палочкой с небольшим количеством дистиллированной воды, переносят в мерную колбу вместимостью 50 или 100 см3, доводят дистиллированной водой до метки и фильтруют через бумажный фильтр.

Глюкаваморин Пх. Отбирают 5 г препарата, помещают в фарфоровую ступку, тщательно растирают пестиком, туда же пипеткой вносят 100 см3 дистиллированной воды и экстрагируют фермент в течение 60 мин при температуре 30 °C, периодически помешивая смесь пестиком. Затем раствор фермента фильтруют через бумажный фильтр.

Глюкаваморин Г18х-466. Отбирают 5 см3 прозрачного раствора, пипетку снаружи протирают фильтровальной бумагой, а раствор вносят в мерную колбу вместимостью 250—500 см3, частично заполненную дистиллированной водой. Снова промывают пипетку несколько раз этой водой и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой.

Проведение испытания. В две пробирки размером 25 X X 200 мм пипеткой отмеривают по 25 см3 раствора субстрата (мальтозы) концентрацией 20 г/дм.3 Пробирки с раствором нагревают в течение 5—10 мин до 50 ^ 0,1 °C в ультратермостате или на водяной бане. Пользоваться воздушным термостатом не рекомендуется. Затем доливают 5 см3 раствора фермента, быстро перемешивают и выдерживают смесь 15 мин (5 с)в ультратермостате или на водяной бане при температуре 50 ± 0,1 °C. После чего ферментативную реакцию прекращают добавлением 1 см3 раствора соляной кислоты концентрацией 5 моль/дм3 и охлаждают растворы до температуры 20 °C.

Одновременно проводят контрольный анализ. Для этого к 25 см3 раствора субстрата приливат сначала 1 см3 раствора соляной кислоты концентрацией 5 моль/дм3, а затем вносят 5 см3 раствора фермента. Если опытные и контрольные гидролизаты были мутными, их следует осветлить. Для осветления приливают по 1 см3 раствора сульфата цинка концентрацией 300 г/дм3. Затем добавляют по 1 см3 раствора гексацианоферрата калия концентрацией 150 г/дм3, содержимое пробирок перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр.

После чего в опытных и контрольных растворах определяют угол вращения плоскости поляризации на сахариметре или автоматическом поляриметре, имеющих нормальную сахарную шкалу в кювете на 200 мм. Можно пользоваться также поляриметрами с круговой шкалой типа А1-ЕПЛ и А1-ЕПО. В этом случае измеренные величины надо умножить на коэффициент 2,8885 для перевода круговых градусов в градусы нормальной сахарной шкалы.

Расчет активности глюкоамилазы. Расчет проводят по формуле

-0,00243 . ЗЫ06Д/7 - 13.94Д/715. 2. 180,16а ~ а

где ГлАп— глюкоамил азная активность, определенная по мальтозе поляриметрическим методом и выраженная в единицах поляриметрического метода в расчете на 1 г или 1 см3 препарата фермента, ед./см3 или ед./г; 0,00243 — количество глюкозы, образующейся в условиях определения из мальтозы, в 1 см3 реакционной смеси и соответствующее АЛ = 1 °S, г; 31 — объем реакционной смеси, см3; 106 — коэффициент перевода г в мкг; 15 — время действия фермента глюкоамилазы; 2 — коэффициент, учитывающий, что при гидролизе 1 молекулы мальтозы образуется 2 молекулы глюкозы; 180, 16 — молекулярная масса глюкозы, г (перевод из мкг в мкмоли); а — количество фермента в инкубационной смеси, г или см3; АЛ — изменение угла вращения плоскости поляризации

в опытном образце по сравнению с контрольным, о. получаемые результаты выражены в единицах поляриметрического метода.

В случае применения осветления в расчете следует учесть изменение объема реакционной среды на 2 см3 за счет осветлителей. Конечный результат умножают на коэффициент 1,06 (33 : 31).

Перевод в единицы стандартного глюкозооксидазного метода осуществляется по формуле

ГлАп = ГлАп К,

где ГлАп — активность глюкоамилазы в единицах стандартного глюкооксидазного метода, ед./см3 или ед./г; К — коэффициент для пересчета ферментного препарата глюкава- морин Гх-466, полученного на регламентной среде, он равен 1 ?760,11; глюкаваморина Пх— 1,51 i 0,11; глюконигри-

на — 1,58 ± 0,11. При изменении условий культивирования продуцента глюкоамилазы значение коэффициента следует уточнять. Коэффициент определяют путем сравнительного анализа активности глюкоамилазы стандартным глюкоокси- дазным и поляриметрическим методом. Анализ проводят на пяти пробах, полученных при разных ферментациях.

Коэффициент рассчитывают по формуле

К = ГлА/ГлАп.

Пример 1. Глюкоамилазная активность препарата глюкава- морин Гх, определенная стандартным методом, равна 167,03 ед./см®; глюкоамилазная активность по поляриметрическому методу (мальтозе) равна 91,51 ед./см3, откуда К = 167,03/91,51 = 1,83.

Пример 2. Отбирают 5 см3 профильтрованного препарата глюкаваморина Гх-466 и помещают в мерную колбу вместимостью 400 см3, доводят объем до метки дистиллированной водой. На анализ берут 5 см3 разведенногофаствора фермента. Объем исходного ферментного препарата в реакционной среде:

а = (5 • 5)/100 — 0,25 см3.

При анализе получили значение поляризации: контрольного раствора Пк = 12,27 °S, опытного По= 10,63 °S; откуда

Д/7 = 12,27 — 10,63 = 1,64°.

Активность глюкоамилазы в препарате глюкаваморина Гх-466 составила:

Гл Ап = (13,94 • 1,64)/0,25 = 91,44 ед./см3.

Активность в единицах стандартного метода:

Гл А = 91,44 • 1,83 = 167,85 ед./см3.

Глава 5

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЯ

Фотоколориметрия применяется для анализа органических и неорганических соединений в различных продуктах бродильных производств. Этот метод не требует больших затрат времени на подготовку и проведение анализа, используется сравнительно несложная аппаратура, которая обеспечивает хорошую точность (±2—3 ?^).

Фотоколориметрический метод основан на измерении интенсивности света, прошедшего через окрашенный раствор, с помощью специальных оптических приборов с фотоэлементом — фотоколориметров.

Поглощение света в растворах характеризуется двумя параметрами — интенсивностью поглощения светового потока и длиной волны поглощенного света. Интенсивность поглощения определяется специфическими свойствами вещества, его концентрацией и толщиной слоя.

По основному закону фотометрии Бугера—Ламберта—Бера зависимость между интенсивностью окраски раствора и содержанием окрашенного вещества выражается уравнением: / = = /0 • 10"бС/, где / — интенсивность потока света, прошедшего через раствор; /0— то же, падающего на раствор; е — молярный коэффициент светопоглощения — постоянная величина, зависящая ют природы растворенного вещества; С — молярная концентрация окрашенного вещества в растворе / — толщина слоя светопоглощающего раствора, см. Физический смысл этого закона состоит в том, что растворы одного и того же окрашенного вещества при одинаковой его концентрации и толщине слоя (а также при прочих равных условиях) поглощают одну и ту же долю падающего на них света. Светопоглощение таких растворов одинаково.

Логарифмируя уравнение и меняя знаки на обратные, получаем выражение lg/0// = еС/.

Степень ослабления интенсивности света, прошедшего через раствор вещества, характеризуется поглощением или пропусканием.

Величину поглощения lg/0// называют оптической плотностью раствора и обозначают через D. Оптическая плотность может иметь любые положительные значения, однако современные приборы позволяют определять оптическую плотность, не превышающую 2—3 ед. Отношение lg///0 характеризует пропускание или прозрачность раствора и обозначают через Т. Величина пропускания может измеряться от 1—0 или

100—0 %. Величину пропускания, отнесенную к толщине слоя равному 1 см, называют коэффициентом пропускания.

Оптическая плотность и коэффициент пропускания связаны между собой соотношением D = 2—IgT (если Т выражено в процентах). При соблюдении основного закона светог оглоще- ния оптическая плотность раствора прямо пропорциональна молярному коэффициенту поглощения, концентрации поглощающего вещества и толщине слоя раствора: D = ex CL

При графическом изображении зависимости оптической плотности от концентрации (при постоянной толщине слоя) получается прямая линия, которая проходит через начало координат при отсутствии поглощения света растворителем и систематических погрешностей.

Для того чтобы вещество определить фотометрически, проводят цветную реакцию и получают окрашенный раствор. Чувствительность метода зависит от химической реакции.

Цветные реакции, используемые в фотометрии, должны удовлетворять определенным требованиям, которые учитывают при разработке методов . Так, реакция получения окрашенного раствора должна протекать с большой скоростью, а полученное окрашенное соединение должно иметь интенсивную окраску (чем она интенсивнее, тем чувствительнее метод анализа).

Окраска должна быть устойчивой во времени и малочувствительной к свету. Интенсивность окраски не должна меняться с изменением температуры и pH раствора. Если изменение pH раствора оказывает заметное влияние на интенсивность окраски, то цветную реакцию следует проводить при строго определенной величине pH.

Интенсивность окраски должна быть прямо пропорциональна концентрации окрашенного соединения. Раствор данного окрашенного соединения должен подчиняться закону Бугера—Ламберта—Бера. Поэтому необходимо работать в оптимальных условиях, выбрав подходящий реагент и способ приготовления окрашенных испытуемого и стандартного растворов.

Продукт фотометрической реакции должен иметь постоянный состав. Для его стабилизации, например, комплексных соединений подбирают условия среды, избыток реагента, оптимальное время проведения реакций. Фотометрическая реакция должна быть избирательной и проходить, по возможности; только с определенным компонентом. Кюветы дляанали- за берут такие, чтобы измеряемые величины укладывались в интервале .0,1—1, а для наиболее точных измерений— в пределах 0,200—0,500. Для сильноокрашенных растворов используют кюветы с длиной рабочей грани 1—5 мм, для слабо- окрашенных — 30—50 мм.

vu juc^idkj увсдиченин ючиисги и чуьсюительниити метода измерение оптической плотности раствора должно проводиться при. длине волны максимального поглощения света.

Максимум поглощения света в определенной спектральной области является важной оптической характеристикой вещества, а весь спектр поглощения характеризует его качественную индивидуальность. Минимальная относительная ошибка определения концентрации раствора получается в оптимальном интервале 0,2—0,5 и составляет 0,5 %.

Правильно подобранный светофильтр способствует повышению чувствительности и точности метода. Наиболее точно светофильтры подбирают экспериментально или в соответствии с данными табл. 12. Так, для фотометрирования желтых растворов применяют синие или фиолетовые, а для синих — желтые или красные светофильтры.

12. Метод подбора светофильтров для фотометрии

Анализируемый раствор

Светофильтр

Анализируемый раствор

Светофильтр

Цвет

Поглощаемая часть спектра, нм

Цвет

Цвет

Поглощаемая часть спектра, нм

Цвет

Желто-зеленый Желтый Оранжевый

Красный

400—450

450—480 480—490

450—500

Фиолетовый

Синий Зелено-синий Сине-зеленый

Пурпурный Фиолетовый

Синий

Зелено-синий Сине-зеленый

500—560

560—575

575—590

590—625

625—750

Зеленый Желто- зеленый Желтый Оранжевый Красный

Концентрацию растворов определяют по калибровочному графику, который строят по серии стандартных растворов веществ, концентрации которых охватывают область возможных изменений концентрации исследуемого раствора. Затем измеряют величины их оптических плотностей и строят график зависимости оптической плотности раствора от концентрации растворенного вещества в координатах/) = / (С). Построенную кривую называют градуировочным или калибровочным графиком. Для построения калибровочного графика обычно используют 5—8 точек со значениями концентраций, отличающимися не менее чем на 30 %. При соблюдении основного закона светопоглощения концентрации стандартных растворов выбирают такими, чтобы величина оптической плотности исследуемого раствора находилась примерно в середине калибровочного графика. Последний должен подчиняться закону Бера, 76

Т. е. ВЫраЖИТЬ Прими ирипирцпипалип j iv ^иии vn-.^v . и ^.^^^.^j концентрацией вещества и оптической плотностью раствора. При подчинении закону Бера калибровочный график имеет вид прямой линии, закон Бера нарушается при очень малых (£)<0,1) и очень больших (D >1,5) концентрациях веществ, что приводит к изгибанию графика. При количественном анализе пользуются только прямолинейным участком калибровочного графика (рис. 21).

кого графика изменяют путем подбора кювет. При использовании кювет с большой рабочей длиной (толщиной слоя жид- графика к оси абсциского графика изменяют путем подбора кювет. При использовании кювет с большой рабочей длиной (толщиной слоя жид- графика к оси абсцисЖелательно, чтобы калибровочный график имел угол наклона к оси абсцисс, близкий к 45°. Угол наклона калибровоч-

кого графика изменяют путем подбора кювет. При использовании кювет с большой рабочей длиной (толщиной слоя жид- графика к оси абсцис

кого графика изменяют путем подбора кювет. При использовании кювет с большой рабочей длиной (толщиной слоя жид- графика к оси абсцис

0.930.93At 0,8. 0.6 А* 0,4 0,2At 0,8. 0.6 А* 0,4 0,2кости) угол наклона калибровочного увеличивается, с меньшей длиной— уменьшается. Иногда калибровочный график почти на всем участке представляет собой кривую, а не

0.93

0.93

At 0,8. 0.6 А* 0,4 0,2

At 0,8. 0.6 А* 0,4 0,2

Рис. 21. Калибровочный график фотометрического определения: А — поглощение раствора; С — концентрация вещества.

прямую линию. Это наблюдается в тех случаях, когда полосы поглощения реактива и продукта взаимодействия этого реактива с исследуемым веществом значительно перекрываются.

Кюветы подбирают в зависимости от интенсивности окрашенного раствора. Для построения калибровочного графика готовят серию эталонных растворов, содержащих разные количества определяемого вещества. Сначала готовят стандартный раствор, содержащий строго определенное количество исследуемого вещества. Затем в мерные колбы вместимостью 100 см3 добавляют из бюретки различные, точно измеренные объемы этого стандартного раствора и реактивов, образующих окрашенные соединения с определяемым веществом. Содержимое каждой мерной колбы разбавляют дистиллированной водой и доводят объем раствора до метки.

Для построения калибровочного графика на миллиметровой бумаге откладывают по оси абсцисс значения концентрации эталонных растворов, а по оси ординат — значения их оптических плотностей. Затем из точек, найденных на осях, восстанавливают перпендикуляры, и точки их пересечения соединяют одной линией.

Концентрацию испытуемого раствора определяют путем измерения его светопоглощения и нахождения соответствующего ему значения концентрации по калибровочному графику.

В фотоколориметре фотоэлемент преобразует световую энергию, прошедшую через раствор, в электрический ток (фототок), силу которого измеряют гальванометром. Сила возникающего фототока (общая чувствительность фотоэлемента) зависит от длины волны падающего на фотоэлемент света и от температуры.

В фотоколориметрии используется не моно-, а полихроматический свет с интервалом длины волн 20—100 нм, который выделяют при помощи соответствующего светофильтра. Последний выбирают таким, у которого спектральная область максимального пропускания лучей (минимум поглощения) совпадает с областью максимального поглощения раствора определяемого вещества.

Сила тока прямо пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света. Пользуясь предварительно построенным градуировочным графиком, определяют концентрацию окрашенного соединения в растворе.

ХАРАКТЕРИСТИКА ФОТОКОЛОРИМЕТРОВ

По принципу действия фотоколориметры бывают двух типов: с одним фотоэлементом (однолучевые) — прямого действия; с двумя фотоэлементами (двухлучевые) — дифференциальные. В практике большое распространение получили дифференциальные фотоколориметры (рис.22).

Свет от лампы накаливания (или ртутно-кварцевой) двумя зеркалами делится на два параллельных световых потока одинаковой интенсивности, которые проходят через светофильтры, кюветы с раствором анализируемого вещества и растворителем (раствором сравнения) и попадают на фотоэлементы. Электрический ток, вырабатываемый фотоэлементами, поступает на измерительный прибор, где фиксируется разность. электрических токов. Интенсивность световых потоков уравнивают с помощью оптических клиньев, связанных с отсчетным барабаном. В момент равенства световых потоков измерительный прибор устанавливают на нуль и по шкале отсчетного барабана отсчитывают величину поглощения раствора.

В аналитической практике используется несколько марок фотоколориметров. Характеристика фотоколориметров приведена в табл. 13. С помощью приборов типа ФЭК определяют оптическую плотность в пределах 0—2 ед. или коэффициент светопропускания в пределах 100—0 %. Принципиальные схемы их одинаковы, но марки отличаются типом фотоэлементов, способом измерения тока, количеством светофильтров, лампами светового излучения, длиной волны света и др.

Выпускаются специализированные фотоколориметры, которые также могут применяться в любом анализе, если позволяет область спектра, длина кювет, "точность измерений. К ним относятся фотоколориметры (рис. 23): КФК-2; А1-ЕЦ2-С (400—720 нм); КМФЦ-2 (300—650 нм); ФК-100 и др.

Важнейшими деталями фотоколориметров являются фото-

элементы, светофильтры иэлементы, светофильтры иРис." 22. Принципиальные схемы дифференциального фотоколориметра:/ — индикатор нуля; 2—фотоэлементы; 3—фотометрический клин; 4— отсчетный барабан; 5 — светофильтры; 6 — зеркала; 7 — конденсоры; 8— лампа; 9— кюветы; 10— отсчетный барабан; 11— диафрагма.Рис." 22. Принципиальные схемы дифференциального фотоколориметра:/ — индикатор нуля; 2—фотоэлементы; 3—фотометрический клин; 4— отсчетный барабан; 5 — светофильтры; 6 — зеркала; 7 — конденсоры; 8— лампа; 9— кюветы; 10— отсчетный барабан; 11— диафрагма.кюветы.

элементы, светофильтры и

элементы, светофильтры и

Рис." 22. Принципиальные схемы дифференциального фотоколориметра:

/ — индикатор нуля; 2—фотоэлементы; 3—фотометрический клин; 4— отсчетный барабан; 5 — светофильтры; 6 — зеркала; 7 — конденсоры; 8— лампа; 9— кюветы; 10— отсчетный барабан; 11— диафрагма.

Рис." 22. Принципиальные схемы дифференциального фотоколориметра:

/ — индикатор нуля; 2—фотоэлементы; 3—фотометрический клин; 4— отсчетный барабан; 5 — светофильтры; 6 — зеркала; 7 — конденсоры; 8— лампа; 9— кюветы; 10— отсчетный барабан; 11— диафрагма.

Фотоэлементы применяются селеновые, сернис- то-кадмиевые,сурьмяно-цезие- вые и сернисто-серебряные.

Чувствительность селеновых фотоэлементов близка к

Рис. 23. Фотоколориметр типаРис. 23. Фотоколориметр типаКФК-2:1 — регистрирующий микроамперметр; 2 — кюветное отделение; 3 — измерительные переключатели; 4 —< переключатель кювет; 5 —, переключатель светофильтров.КФК-2:1 — регистрирующий микроамперметр; 2 — кюветное отделение; 3 — измерительные переключатели; 4 —< переключатель кювет; 5 —, переключатель светофильтров.чувствительности глаз и составляет 400—700 нм (видимая область спектра). Сурьмяно-цезиевый фотоэлемент применяется в областях длин волн 360—600 нм, а кислородно-цезиевый и сернисто-серебряный — в области 600—1000 нм.

Рис. 23. Фотоколориметр типа

Рис. 23. Фотоколориметр типа

КФК-2:

1 — регистрирующий микроамперметр; 2 — кюветное отделение; 3 — измерительные переключатели; 4 —< переключатель кювет; 5 —, переключатель светофильтров.

КФК-2:

1 — регистрирующий микроамперметр; 2 — кюветное отделение; 3 — измерительные переключатели; 4 —< переключатель кювет; 5 —, переключатель светофильтров.

Селеновые фотоэлементы пригодны только для видимой части спектра, обладают высокой чувствительностью и при их использовании не требуется усиливать возникающий фототок, измерить который можно обычным стрелочным гальванометром. Селеновые фотоэлементы нельзя применять для измерения в узких частях спектра, так как используемые в этих случаях узкополосные светофильтры значительно ослабляют световые потоки.

13. Характеристика фотоколориметров

Тип и назначение

Рабочая область спектра, нм

Шкала измерений

О

G- g- о 5

Применение и рабочая характеристика

<'Д-

ФЭК-60 (двухлучевой, нефелометр)

360—980

0—2

100—0

±1

Длина измерения оптической плотности исвето- пропускания растворов, светорассеяние взвесей, эмульсий и коллоидных растворов.

Число светофильтров—9, из них: 2—для УФ, 2 — для ИК, 5 — для видимой области спектра. Лампа накаливания СЦ-61 (источник освещения).

Приемниками световой энергии служат два фотоэлемента: сурьмяно-цезие- вый (СЦВ-4) для области спектра 350—600 нм и кислородно-цезиевый для участка 600—980 нм

ФЭК-Н-57 (двухлучевой, нефелометр)

360—656

0—2

100—0

±1

Для измерения оптической плотности и свето- пропускания растворов, светорассеяние взвесе й, эмульсий и коллоидных растворов.

Число светофильтров — 11, из них: 1—для УФ и 10 — для видимой области спектра.

Точные измерения получают при использовании светофильтров № 1—8.

Светофильтры № 9—11 имеют широкие полосы пропускания, что снижает точность анализа.

Приемниками световой энергии служат два сурь- мяно-цезиевых фотоэлемента типа Ф-4

ФЭК-56-2 (двухлучевой, нефелометр)

315—630

0—2

100—0

±1

Для измерения оптической плотности и свето- пропускания растворов, светорассеяния взвесей, эмульсий и коллоидных растворов.

Продолжение табл. 13

Тип и назначение

Рабочая область спектра, нм

Шкала измерений

г и *

О

S £

о S

Применение и рабочая характеристика

ед.

0 ' . 0

ФЭК-56-2 (двухлучевой, нефелометр)

1 315—630

0—2

100—0

± 1

Число светофильтров — 9 из них: 2 — для УФ и 7— для видимой области спектра.

Источником излучения для УФ области является ртутно-кварцевая лампа СВД-120А, для видимой— лампа накаливания СП-98 пли ртутная.

Приемниками световой энергии служат 2 сурь- мяно-цезиевых фотоэлемента типа Ф-4

ФЭК-56-М (двухлучевой, нефелометр)

315—630

0—2

100—0

±1

Для измерения оптической плотности и свето- пропускания растворов, светорассеяния взвесей, эмульсий и коллоидных растворов.

Число светофильтров — 9, из них: 2 — для УФ и 7— для видимой области спектра.

Источником излучения является для видимой области лампа накаливания СЦ-98, для УФ — ртутно- кварпевая СВД-120.

Приемниками световой энергии служат 2 сурь- Мяно-цезиевых фотоэлемента типа Ф-4

ФЭК-М (двухлучевой, нефелометр)

450—600

0—2

100—0

±1

Для измерения оптической плотности и свето- пропускания растворов. Источником излучения является вольфрамовая лампа накаливания.

Число светофильтров —4, с шириной пропускания 80—100 нм, поэтому точность в этой области низкая, анализ ограничен.

Пригоден для анализа растворов с большой величиной оптической плотности, не требующих высокой точности измерений.

П родолжение табл. 13

Тип и назначение

Рабочая область спектра, нм

Шкала

ед.

измерений

%

о >= х ~

£ S Q. О.

С х

Примечание и рабочая характеристика

ФЭК-М (двухлучевой, нефелометр)

ЛМФ-72М (лабораторный малогабаритный фотометр)

ЛМФ-69 (лабораторный фотоэлектрический адсорб- циометрне- фелометр)

КФО (фотоэлектрический, однолучевой)

450—600

356—790

450—630

450—680

0—2

0—0,5

0—1

0—1,3

0—2

100—0

100—0

100—5

100—0

±1

±1

±2,5

±1,5

Приемниками световой энергии служат 2 селеновых фотоэлемента. Источником излучения является вольфрамовая лампа накаливания

Для измерения оптической плотности, коэффициента светопропускания, а также интенсивности светорассеяния и люми- нисценции.

Число светофильтров — 12, из них с погрешностью светопропускания: № 3; 6 ± 2 нм; № 2; 4; 5; 7; 8; 9; 10 нм; № 11± ±5 нм; № 1; 12 ± 10 нм Для измерения оптической плотности или светопропускания растворов и светорассеяния взвесей, эмульсий и коллоидных растворов.

Участок шкалы 0—5 % светопропусканиядля

ориентировочных измерений.

Число светофильтров — 5, с погрешностью светопропускания ±10 нм. Источником излучения является лампа накаливания типа А-12-21.

Приемниками световой энергии служат 2 селеновых фотоэлемента типа Ф-52С.

Используют кюветы на 10, 20, 30 мм и проточная кювета на 10 и 20 мм Для измерения оптической плотности или светопропускания растворов. Отсчет проводят по шкале, имеющей 50—100 делений.

_ Продолжение табл. 13

Тип и назначение

Рабочая область спектра, нм

Шкала измерений ед. |%

с в к X 3 ®

° m

Применение и рабочая характеристика

КФО (фотоэлектрический, однолучевой)

КФК-2 (фотоэлектрический концентрационный)

А1-ЕЦ2 (фотоэлектрический цветометр)

450—680

315—980

400—720

0—2

0—1,3

0—1,3

100—0

100—5

100—5

± 1,5

±1

±1

Приемником световой энергии является один селеновый фотоэлемент. Наблюдается плохая воспроизводимость результатов анализа, так как точность прибора зависит от стабильности освещения, качества фотоэлементов, стабильностиработы

гальванометра и др. Используют кюветы на 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50 мм Для измерения оптической плотности или светопропускания растворов.

Приемниками излучения являются фотоэлемент типа Ф-4 и фотодиод типа ФД-7

Для измерения оптической плотности или светопропускания растворов.

Число светофильтров—11 с погрешностью светопропускания ±5 нм.

Источником света является лампа накаливания тпиа СГ-2.

Приемниками световой энергии являются два фотоэлемента типа Ф-4 для участка спектра 400 — 560 нм и типа Ф-5 для области 600—750 нм. Используют кюветы на 10, 20, 30, 50 мм

Сурьмяно-цезиевые кислородно-цезиевые фотоэлементы обладают небольшой чувствительностью, поэтому возникающие фототоки необходимо усиливать. Сурьмяно-цезиевые фотоэлементы применяют в УФ и В областях спектра, кислородно-цезиевые в В и ближней ИК областях спектра.

Светофильтры — окрашенные оптические стекла, пленки, иногда диспергирующие призмы, которые характеризуются более высокой степенью монохроматизации. При помо-

щи светофильтров, устанавливаемых на пути световых потоков перед поглощающими растворами, выделяют область максимального поглощения света в фотоколориметрах (табл. 14).

14. Максимумы светопропускания светофильтров фотоколориметрэв, нм

Тип

Номер светофильтра

S к

4

й

S е

04

О иО

m

о

О

е

5

4

2 ^

4 ч

сч

е ^

и и Щ

<

1

364

360

315

315

315

365

450

315

400

2

390

413

364

364

364

400

500

364

420

3

450

453

400

400

400

420

540

400

440

4

520

508

440

434

440

490

610

440

480

5

590

536

490

490

490

540

650

490

506

6

670

584

540

540

540

560

—

540

540

7

750

610

582

582

582

600

—

590

560

8

870

656

610

597

610

620

—

670

600

9

980

630

630

—

670

—

750

650

10

—

—

720

—

870

690

11

—

—

—

—

750

—

980

720

790

-

Ширина пропускания определенного спектрального участка (линейная дисперсия) для светофильтров колеблется в пределах 20—100 нм; в призменных и дифракционных приборах в пределах 0,5—2 нм.

У фотоколориметров типа ФЭК-Н-57 светофильтры № 9,10 и 11 имеют широкие полосы пропускания, поэтому непригодны для количественного анализа. При нефелометрических измерениях используют светофильтр № 10. У фотоколориметра типа ФЭК-М светофильтры имеют очень широкую полосу светопропускания порядка 80—100 нм, что отрицательно влияет на точность количественного анализа. Так, длина волны для синего светофильтра составляет 400—480 нм, для зелёного — 500—560, желтого — 580—650 и красного 650—750.

Кюветы — прямоугольные или цилиндрические сосуды из стекла или кварца с определенным расстоянием между стенками (у прямоугольных кювет) или между крышками (у цилиндрических). Стеклянные кюветы пропускают все лучи видимого спектра; кварцевые — не только В, но и УФ и частично ИК лучи.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Для получения надежных результатов измерений необходимо прежде всего обеспечить правильную установку фотоколориметров. В процессе работы необходимо следить, чтобы

все оптические детали прибора (линзы, зеркала, лампы) не были запыленными.

Фотоколориметры должны быть снабжены двумя комплектами кювет, в каждом из них по семь пар кювет с расстояниями между рабочими гранями (толщина слоя раствора) от 1 да50 мм. Некоторые предприятия комплектуют приборы наборами кювет № 1—3. Набор № 1 содержит кюветы с рабочей длиной 1, 3, 5, 10, 20 мм; № 2 — 5, 10, 20, 30, 50 мм; №3 — 20, 30,50, 100 мм. По требованию заказчика предприятие-изготовитель может поставить нужный набор.

Кюветами с малой длиной рабочей грани (1—5 мм) пользуются, когда раствор интенсивно окрашен, кюветы с большой рабочей длиной (10—50 мм) — при анализе слабоокра- шенных растворов. С кюветами необходимо обращаться осторожно, чтобы не поцарапать их грани. Они должны быть абсолютно чистыми внутри и снаружи. Капли раствора и загрязнения на стенках кюветы приводят к получению неверных результатов определений. Моют кюветы концентрированной соляной кислотой, затем водопроводной и несколько раз ополаскивают дистиллированной водой и сушат или ополаскивают испытуемым раствором и насухо вытирают снаружи. Не разрешается трогать руками рабочие грани кювет (рабочими называют грани, через которые проходит свет; на них обычно стоит цифра, указывающая толщину рабочего слоя раствора или метки — штрих), перед каждым измерением их необходимо тщательно протирать. f

Заполняют кюветы до метки, чтобы свет проходил через слой раствора. Чистые кюветы устанавливают в кюветном отделении прибора в строго определенном положении, чтобы избежать ошибок, связанных с отражением и рассеянием излучения. При проведении анализа рекомендуется закрывать кюветы крышками, чтобы предотвратить проливание жидкости во внутрь прибора. При работе с летучими растворами кюветы следует обязательно закрывать.

Все фотометрические измерения следует проводить в абсолютно одинаковых условиях, а необходимые реактивы добавлять как в анализируемый, так и в контрольный раствор в одной и той же последовательности, при одинаковых объемах и температурах растворов (20 =ь 3 °C).

Измерения проводят в течение небольшого интервала времени. Интенсивность окрасок исследуемого и контрольного растворов сравнивают в одинаковых кюветах. Анализировать растворы и измерять их оптическую плотность начинают с раствора, имеющего самую низкую концентрацию. Наименьшая ошибка измерения получается при D = 0,15—0,5 (по шкале светопропускания 70—30 %). #

Градуировочный график действителен только для тех условий работы прибора и светофильтра, при которых он был построен, так как всякие изменения условий анализа отражаются на характере кривой. Не реже 1—2 раза в год график проверяют по 2—3 свежеприготовленным стандартным растворам. Если наблюдаются расхождения, график следует построить заново.

После ремонта фотоколориметра, замены осветительной лампы или смены фотоэлементов градуировочный график строят заново. Оптическую плотность растворов измеряют при помощи правого и левого отсчетных барабанов. Правый барабан обеспечивает более высокую точность измерений. С помощью левого барабана можно измерять растворы с D более 0,5. Закончив измерение, проверяют, закрыта ли шторка, и ставят отсчетные барабаны на нуль. Раствор выливают из кюветы, а ее моют и ставят в перевернутом виде на чистую фильтровальную бумагу.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Фотоколориметр включают за 25—30 мин до начала работы, так как первые показания не постоянны, то система должна прогреться. При этом шторка должна быть закрыта.

На левом и правом отсчетном барабане прибора типа ФЭК нанесены по две шкалы: шкала оптической плотности (красная) и шкала светопропускания (черная). Щкала левого барабана градуирована от0,00 до 2 (100—0% светопропускания), шкала правого барабана имеет пределы измерений 0,00—0,52, причем точность измерений на участке шкалы 0,15—0,52 (70—30 % пропускания) выше, чем при измерении на левом барабане.

Оба отсчетных барабана устанавливают на нуль по красной шкале (£) = 0 и Т = 100 %), после чего устанавливают нужный светофильтр,затем проверяют «электрический нуль» прибора: стрелка миллиамперметра должна стоять на нуле (при закрытых шторках). Если стрелка отклоняется, специальной рукояткой подводят стрелку миллиамперметра к нулю. Потом берут 3 одинаковых кюветы, 2 из них заполняют растворителем, а I — исследуемым раствором.

Измерения проводят в следующем порядке. В левый кю- ветодержатель ставят кювету с растворителем, а в правый — в одно гнездо кювету с испытуемым раствором, а в другое — кювету с растворителем. В правый пучок света помещают кювету с испытуемым раствором.

Открывают шторку, при этом стрелка микроамперметра отклоняется от нуля. Вращая левый отсчетный барабан от

себя, подводят стрелку микроамперметра к нулю, потом закрывают шторку.

Рукояткой кюветодержателя перемещают кюветы в правом кюветодержателе, так чтобы в правом пучке света оказалась кювета с растворителем. Открывают шторку, стрелка микроамперметра снова отклоняется от нулевого положения.Вращая правый отсчетный барабан от себя, возвращают стрелку микроамперметра к нулю. Закрывают шторку и снимают показания прибора по красной шкале правого отсчетного барабана.

Для исключения случайных ошибок повторяют измерение еще два раза. Для расчетов можно брать повторяющиеся результаты с незначительным расхождением. По градуировочной кривой или таблице находят количество определяемого вещества.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМИЛОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СОЛОДА (МЕТОД ВНИИПрБ)

Фотоколориметрический метод определения амилолитической (декстриногенной) активности солода применяется для контроля осахаривающих материалов в производстве спирта из крахмалистого сырья, может также применяться для оценки качества ферментных препаратов. В этом случае ферментативная реакция гидролиза крахмала проводится с использованием ацетатного буферного раствора.

Определение амилолитической активности основано на зависимости степени гидролиза крахмала от количества единиц активности фермента, взятых для проведения реакции. Количество прогидролизованного субстрата устанавливают по изменению йодной окраски крахмала при действии а - амилазы.

За единицу амилолитической активности (АА) принимают такое количество фермента, которое катализирует 1 г крахмала до декстринов за 60 мин при температуре 30 °C и pH 4,8—4,9.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; ультратермостат; йод; йодид калия; 0,1 н. раствор НС1;фос- фатный буферный раствор с pH 4,7—4,9; 1 %-ный раствор растворимого крахмала и ферментная вытяжка, которые готовят точно таким же способом, как и для определения осахаривающей активности.

Подготовка к испытанию. Готовят раствор йода для йодкрахмальной реакции. Вначале готовят основной раствор йода, для этого 0,5 г кристаллического йода и 5 г йодида калия растворяют в боксе с притертой крышкой в небольшом количестве воды. Полученный раствор количественно переносят в мерную колбу с пробкой на 200 см3 и доводят водой до метки.

Раствор перемешивают и оставляют на хранение в темном месте. По мере необходимости из него готовят рабочий раствор путем разбавления 2 см3 исходного раствора 0,1 н. раствором НС1 в мерной колбе на 100 см3. При этом определяют оптическую плотность рабочего раствора при длине волны 453 нм в кювете с длиной рабочей грани 1см. Она должна быть 0,1600,01 (ФЭК-Н-57, ФЭК-М) и 0,220 ± 0,01 (ФЭК-60,

ФЭК-56).

При использовании фотоколориметров марки КФО, КФК-2, А1-ЕЦ-2С оптическую плотность рабочего раствора йода измеряют в зависимости от длины волны.

Марка фэтоколориметраДлина волны света, нм

КФО415

КФК-2415

А1-ЕЦ-2С440

Оптическая плотность рабочего раствора йода при этом должна составлять 0,220 ± 0,01. При отклонении от этого значения ее доводят добавлением нескольких капель кислоты или основного раствора йода, который хранят не более 30 сут.

Качество полученного субстрата контролируют по реакции с йодом. Для проверки плотности субстрата в пробирку наливают 10 см3 1 %-ного раствора крахмала и добавляют 5 см3 дистиллированной воды, смесь хорошо перемешивают. Затем в коническую колбу наливают 50 см3 рабочего раствора йода и 0,5 см3 смеси. Полученный окрашенный раствор колориметрируют на ФЭК при X = 656 нм в кювете с длиной рабочей грани 1 см по сравнению с водой. Плотность раствора должна быть не менее 0,70.

Проведение испытания. В две пробирки диаметром 2 см и высотой 18 см наливают по 10 см3 субстрата и помещают их в ультратермостат или водяную баню с температурой 30 ± + 0,2 °C на 10 мин. Затем, не вынимая пробирок из термостата, в первую добавляют 5 см3 дистиллированной воды (контрольная проба), а во вторую — 5 см3 рабочего раствора фермента II (испытуемая проба). Смеси быстро перемешивают и выдерживают при 30 °C в течение 10 мин, отмечая время по секундомеру. Через 10 мин пробирки вынимают из термостата и из каждой отбирают по 0,5 см3 прогидролизованного раствора раздельно в две колбы, в которые предварительно наливали по 50 см3 рабочего раствора йода, содержащего соляную кислоту. Содержимое колб перемешивают. Соляная кислота сразу прерывает действие ферментов. Полученные растворы приобретают различную окраскуз контрольный — синий цвет, а опытный — фиолетовый цвет различной степени интенсивности в зависимости от количества прогидролизованного крахмала.

Затем определяют оптическую плотность растворов исходного и прогидролизованного крахмала по отношению к дистиллированной воде. Для работы используют кюветы с длиной рабочей грани 1 см и красный светофильтр (X = 656 нм). Плотность раствора должна быть не менее 0,69.

При использовании фотоколориметров марок КФО, КФК-2, А1-ЕЦ-2С оптическую плотность исследуемых растворов измеряют в зависимости от длины волны.

Марка фотоколориметраДлина волны света, нм

КФО630

КФК-2670

А1-ЕЦ-2С670

Формула для расчета амилолитической активности при этом остается без изменений.

Количество прогидролизованного крахмала (С) определяют из соотношения 0,1 : С = Dy : фу — Я2), откуда С = = 0,1 фг — D^ : Dy, где 0,1 — количество исходного крахмала, введенного в ферментативную реакцию, г; Dy—оптическая плотность контрольного раствора (раствор крахмала и воды); D2— оптическая плотность опытного раствора с ферментом. Если количество прогидролизованного крахмала окажется меньшим 0,02 или большим 0,07 г, то опыт повторяют с большим или меньшим количеством основного раствора фермента I. Если же соблюдается условие 0,02 с С < 0,07, то амилолитическую активность свежепроросшего солода, ед./г, вычисляют по формуле

АА = (6,889 • С — 0,029388) 1000 : Н,

где 6,889 и 0,029388 — коэффициенты рабочего уравнения, математически описывающего прямолинейную зависимость количества прогидролизованного крахмала от количества ферментов солода, взятого на анализ. В коэффициенты введен множитель для пересчета на 1 ч действия фермента; 1000 — коэффициент пересчета в г; Я — количество исходного солода, участвующего в ферментативной реакции, мг.

Для расчета АА в международных стандартных единицах принимают условно, что молекулярная масса крахмала соответствует молекулярной массе остатка глюкозы, т. е. 180—12 = 168. В этом случае за единицу активности принимают такое количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля крахмала за 1 мин в условиях опыта. Пересчет одной условной единицы активности на стандартные международные единицы осуществляется следующим образом: 1 ед./г = 106: 162 • 60 = 103 мкмоль/(мин • г), где 106— коэффициент перевода граммов в микрограммы; 162 — моле-

действия фермента в минуты. Из расчетов видно, что условная единица активности равна 103 стандартным международным единицам.

Пример. Определить АА ячменного солода среднего качества влажностью 40 %, если Dx= 0,725, О2~ 0,500, а расход основного раствора ферментов солода 1 для приготовления рабочего раствора II составил 2 см3.

Прежде всего проверяют по формуле, удовлетворяет ли величина прогидролизованного крахмала условиям эксперимента: С = (0,725 — — 0,500) • 0,1: 0,725 = 0,031, т. е. 0,02 < С < 0,07.

Определяют количество солода, участвующего в реакции: // = = 5 • 2 • 5 • 1000 : (100 • 50) = 10 мг, а затем амилолитическую ак- тивость исследуемого солода: АА = (6,889 • 0,031 — 0,029388) X X 1000 : 10 = 18,42 ед./г. В пересчете на абсолютно сухое вещество АА = 30,7 ед./ч.

Значение АА, полученное фотоколориметрическим методом, в 5 раз превышает значение этого показателя, найденное визуально. Относительная ошибка метода для солода составляет 7—8,5 %.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛЮКО АМИ Л АЗНОЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

Глюкоамилазную активность определяют в соответствии с ГОСТ 20264.4—74. Метод основан на количественном определении глюкозы, образующейся при гидролизе растворимого крахмала ферментом глюкоамилазой. Глюкоамилазная активность (ГлА) характеризует способность ферментов катализировать расщепление растворимого крахмала до глюкозы и выражается числом единиц активности в 1 г препарата. За единицу ГлА принято такое количество фермента, которое гидролизуя растворимый крахмал при температуре 30 °C и pH 4,7 в течение 1 мин освобождает 1 мкмоль глюкозы.

Фермент глюкозооксидаза катализирует окисление d-глюкозы кислородом воздуха до. глюконовой кислоты. Вторым продуктом реакции является пероксид водорода. Оба конечных продукта образуются в количествах, эквимолярных окисленной глюкозе. Пероксид водорода под влиянием фермента пероксидазы окисляет гексационоферрат калия, который переходит в ферроцианид калия, окрашенный в лимонно-желтый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна количеству образующейся глюкозы.

Аппаратура, материалы, реактивы: весы аналитические; фотоколориметр; ультратермостат; 1 %-ный раствор крахмала (субстрат, употребляемый для анализа должен иметь pH 4,7, что достигается добавлением ацетатного буфера с pH 4,7);

i jvi фиорашыи иуц^ерныи раетсир с рп / ,и, насыщенная иен- зойная кислота; 0,1 %-ный раствор глюкозы в бензойной кислоте; рабочие растворы ферментных препаратов.

Подготовка к испытанию. Приготовление 1 М буферного раствора с pH 7, 5. Смешивают равные объемы КН2РО4 (136 г безводного КН2РО4 в 1 дм3 дистиллированной воды) и КОН (56 г КОН в 1 дм3 дистиллированной воды).

Приготовление насыщенного раствора бензойной кислоты. Берут 2,7 г бензойной кислоты, растворяют в дистиллированной воде и вливают в мерную колбу на 1 дм 3.

Приготовление рабочих растворов ферментных препаратов. Смешивают равные объемы раствора А (0,1 г гексацианоферрата II калия растворяют в воде в мерной колбе вместимостью 100 см3; раствор готовят непосредственно перед определением) и раствора Б (5,6 мг глюкозооксидазы, соответствующие 500—600 ед./г ферментативной активности при активности глюкозооксидазы 10000 ед./г, растворяют в 1 М фосфатном буфере с pH 7,5 в мерной колбе на 50 см3, затем добавляют 2 мг пероксидазы. Объем доводят до метки 1 М фосфатным буфером). Полученный раствор хранят в темной склянке в холодильнике в течение 2—3 сут.

Проведение испытания. К 5 см3 исследуемого раствора ферментного препарата, нагретого до 30 °C, приливают 10 см3 1 %-ного раствора крахмала, нагретого до этой же температуры и выдерживают 10 мин в ультратермостате при 30 °C. Точно через 10 мин отбирают 1 см3 гидролизата, переносят его в маленькую пробирку, которую помещают в кипящую водяную баню, инактивируют фермент в течение 2 мин и затем охлаждают холодной водой.

Для определения содержания глюкозы в каждую пробирку с охлажденным гидролизатом вносят по 3 см3 рабочего раствора С, перемешивают и оставляют на 45 мин при комнатной температуре.

Одновременно с исследуемой пробой готовят контрольную. Для этого 5 см3 раствора ферментного препарата кипятят на водяной бане в течение 10 мин (для инактивации фермента), затем раствор охлаждают и добавляют 10 см3 1 %-ного раствора крахмала.

Все последующие операции с контрольными пробами проводят так же как с опытными. Кроме указанной контрольной пробы на инактивированный фермент, проводят контрольную пробу на рабочий раствор С. Для этого к 3 см3 рабочего раствора приливают 1 см3 дистиллированной воды.

Интенсивность окраски полученных растворов определяют на фотоколориметрах марки ФЭК-56, пользуясь светофильтром с X = 400 нм, и марки ФЭК-60 — при X — 390 и 418 нм в кюветах с толщиной поглощающего свет слоя 10 мм.

Для построения градуировочного графика используют стандартные растворы глюкозы, содержащие в 1 см3— 50, 100 и 150 мгк глюкозы. К 1 см3 раствора глюкозы добавляют 3 см3 рабочего раствора С. Окраска проявляется в течение 45 мин, после чего измеряют оптическую плотность растворов на фотоколориметре. По полученным значениям строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс количество глюкозы, по оси ординат — соответствующую оптическую плотность. Рабочая зона градуировочного графика лежит в области 10—150 мкг.

Если контрольные пробы на инактивированный фермент имеют окраску, исследуемый раствор колориметрируют, взяв в качестве раствора сравнения рабочий раствор. Величина оптической плотности должна лежать в рабочей зоне градуировочного графика, т. е. в пределах оптической плотностщ соответствующей количеству глюкозы от 10 до 150 мкг.

Если при измерении интенсивности окраски исследуемой пробы полученные значения не укладываются в градуировочный график, опыт повторяют с меньшим количеством исследуемого ферментного препарата. По полученным значениям экстинкций исследуемой пробы находят количество глюкозы, образовавшейся в результате действия фермента.

Глюкоамилазную активность (в единицах на грамм или единицах на сантиметр кубический) определяют по формуле

ГлА = аЦЬ . 180 • 10),

где а — количество глюкозы, образовавшейся в 1 см3 гидролизата за счет действия фермента, мкг; b — количество фермента в 1 см3 гидролизата, г или см3; 180 — молекулярная масса глюкозы (пересчет микрограммов в микромоли); 10 —• время гидролиза, мин.

Пример. В колбе вместимостью 100 см8 растворяют 100 мг препарата и доводят объем до метки дистиллированной водой. Затем 15 см3 приготовленного раствора вносят в мерную колбу вместимостью 100 см3 и доводят объем до метки дистиллированной водой. Для определения берут 5 см3 исследуемого раствора; объем реакционной смеси 15 см3. Определяют по приведенной формуле количество фермента в гидролизате в соответствии с разведением: 0,1 • 15 • 5,0 : (100 X X ЮО . 15) = 0,00005 г.

В результате колориметрирования этого раствора получают величину D = 0,173. По калибровочному графику эта величина соответствует 87 мкг глюкозы. Подставляя ее в формулу, определяют значение глюкоамилазной активности:

Гл А = 87 : (0,00005 . 180 • 10) = 967 ед. г.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

В соответствии с ГОСТ 20264.4—74 протеолитическую активность микробных ферментных препаратов (ФП) определяют модифицированным методом Ансона. Метод основан на гидролизе белка казеината натрия ферментами исследуемого ФП с последующим колориметрическим определением продуктов гидролиза после осаждения негидролизованного белка и высокомолекулярных соединений трихлоруксусной кислотой (ТХУ).

Протеолитическая активность характеризует способность ферментов гидролизовать белки до пептидов и аминокислот и выражается числом единиц активности протеазы в 1 г ферментного препарата.

За единицу протеолитической активности (ПА) принимают такое количество фермента, которое за 1 мин при 30 °C превращает в неосаждаемое ТХУ состояние казеинат натрия в количестве, соответствующем 1 мкмоль тирозина (1 мкмоль тирозина соответствует 0,181 мг). Активность выражается в международных единицах.

Активность мицелиальных и бактериальных протеаз определяют при различных значениях pH: кислые протеазы анализируют при pH 2,5 0,2; слабокислые —при pH 5,5 * 0,2. Зная продуцент протеаз, выбирают оптимум pH при определении протеолитической активности ФП.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; рН- метр; магнитная мешалка; весы аналитические; ультратермостат; колба круглодонная вместимостью 2 дм3 с обратным холодильником; колба Эрленмейера; трубка Аллина; колбы мерные вместимостью 1 дм3, 100 см3; термометр; 0,1 н. раствор соляной кислоты; 0,1 М универсальный буферный раствор с pH 5,5; тирозин; 0,1 М раствор уксусной кислоты; 1 н. раствор гидроксида натрия; 0,3 М раствор трихлоруксусной кислоты; 0,5 М раствор карбоната натрия; вольфрамат натрия; 85 %-ная фторфосфорная кислота; сульфат лития; бром; фенолфталеин.

Подготовка к испытанию Приготовление 0,1 М раствора уксусной кислоты. Берут 5,7 см3 ледяной уксусной кислоты (СН3 СООН), доводят ее дистиллированной водой до метки в мерной колбе до 1 дм3.

Приготовление 0,1 М раствора фосфорной кислоты. Берут 6,45 см3 кислоты и разбавляют ее дистиллированной водой до метки в мерной колбе 1 дм3.

Приготовление 0,1 М раствора ор т о - борной кислоты. Берут 6,18 г ортоборной кислоты, до-

водят ее до метки дистиллированной водой в мерной колбе! дм3.

Приготовление 0,3 М раствора трихлоруксусной кислоты. Берут 50 г трихлоруксусной кислоты и доводят ее до метки дистиллированной водой в мерной колбе 1 дм3, затем фильтруют.

Приготовление 0,5 М раствора карбоната натрия. Берут 53 г соли, переносят в мерную колбу, доводят до 1 дм3.

Приготовление 0,1 М универсального буферного раствора р Н 5, 5. Смешивают в равных количествах 0,1 М раствор уксусной, фосфорной и ортоборной кислот и получают буферную смесь с pH 1,8. После чего путем постепенного добавления 1 М раствора гидроксида натрия доводят смесь до pH 5,5.

г^ Приготовление 1 %- но г о раствора казеината натрия. Берут 2 г воздушно-сухого казеината натрия и растворяют в 90 см3 0,1 М универсального буферного раствора с pH 5,5, после чего раствор доводят точно до pH 5,5 несколькими каплями 0,1 н. раствора соляной кислоты. Затем раствор переносят в мерную колбу на 100 см3 и доводят объем до метки буферным раствором.

Приготовление реактива Фолина. Берут 100 г вольфрамата натрия и 25 г молибдата натрия вносят в круглодонную колбу на 2 дм3 с пришлифованным обратным холодильником, добавляют 700 см3 дистиллированной воды, 50 см3 85 %-ной фторофосфорной кислоты плотностью 1,869 и 100 см3 концентрированной кислоты. Смесь кипятят на слабом огне на асбестовой сетке в течение 10 ч. Затем содержимое колбы охлаждают и переносят в колбу Эрленмейера. Стенки холодильника и колбы ополаскивают 50 см3 воды, к содержимому колбы добавляют 150 г сульфата лития и 5 капель брома. Открытую колбу нагревают и кипятят содержимое под тягой на слабом огне 15—20 мин для удаления паров брома. Раствор должет иметь желтую окраску. Если раствор зеленый, обработку бромом повторяют. После охлаждения раствор доводят в мерной колбе водой до 1 дм3, перемешивают и фильтруют через трубку Аллина, заполненную стеклянной ватой. Концентрацию кислоты проверяют титрованием разбавленного в 10 раз реактива Фолина 0,1 н. раствором NaOH по фенолфталеину. Реактив используют в течение 1—2мес. После длительного хранения в реактив добавляют 1—2 капли брома и кипятят 1—2 мин. Рабочий раствор готовят разведением основного раствора водой в 2 раза.

Проведение испытания. Готовят раствор ферментного препарата (ФП), содержащего протеазу. Для этого 0,1 г ФП взвешивают на аналитических весах, растирают в стеклянном

стаканчике стеклянной палочкой с небольшим количеством 0,1 М универсального буферного раствора с pH 5,5. Затем раствор переносят в колбу на 100 см3 и доводят объем тем же универсальным буферным раствором. Далее готовят рабочий раствор фермента разбавлением 5—40 см3 основного раствора в 50 см3 буферного с таким расчетом, чтобы в сфере реакции находилось 0,5—5 мг нативного ФП.

Для определения активности ФП в две пробирки наливают по 2 см3 субстрата (1 %-ного раствора казеината натрия) и содержимое термостатируют 10 мин при 30 °C. Отдельно термостатируют ферментный раствор при 30 °C. Затем в каждую пробирку наливают по 2 см3 раствора фермента, смеси перемешивают и инкубируют при 30 °C точно 10 мин. Через 10 мин прерывают протеолиз добавлением 4 см3 0,3 М ТХУ. При этом осаждается белок. Смеси быстро перемешивают и для полного осаждения белка пробирки выдерживают еще 20 мин при 30 °C. Затем растворы фильтруют через складчатые фильтры. В сухие пробирки вносят по 1 см3 фильтрата, добавляют по 5 см3 0,5 М раствора карбоната натрия, содержимое перемешивают и к нему быстро при перемешивании добавляют по 1см3 рабочего раствора реактива Фолина. Через 20 мин растворы приобретают голубую окраску.

Окрашенный раствор колориметрируют в кюветах с длиной рабочей грани 10 мм при X = 656—670 нм. Контрольный опыт проводят, добавляя реактивы в обратной последовательности. Так, к 2 см3 ферментного раствора добавляют 4 см3 ТХУ и смесь выдерживают 10 мин при 30 °C, затем вносят 2 см3 субстрата. Через 20 мин раствор фильтруют и проводят колориметрическую реакцию с реактивом Фолина.

Определив оптическую плотность рабочего раствора, рассчитывают протеолитическую активность в единицах на грамм по формуле: ПА = D • 4 • 1000 : (ТЭ • 10 М), где 4 — соотношение объемов реакционной смеси и раствора фермента после добавления ТХУ; 1000 — коэффициент пересчета на 1 г ФП; ТЭ — тирозиновый эквивалент, характеризующийся оптической плотностью 1 мкмоля тирозина в 1 см3 стандартного раствора, определяемый по градуировочному графику для каждой партии реактива Фолина и каждого фото колориметра; 10 — время протеолиза субстрата, мин; М — количество ФП, взятого на протеолиз, мг на 1 см3 раствора.

Количество фермента рассчитывают и подбирают так, чтобы в реакционной среде был большой избыток субстрата и чтобы измеряемая величина плотности находилась в области 0,10—0,45.

Построение градуировочного графика. Готовят раствор тирозина концентрацией 0,001 М. Для этого 181,19 мг чистого

тирозина растворяют в 0,2 М растворе НС1 в колбе на 1 дм3. Из исходного раствора готовят рабочие растворы тирозина методом разбавления в 0,2 н. НС1. Получают серию растворов тирозина концентрацией от 0,02 до 0,3 мкмоль/см3 для этого раздельно вносят в колбу на 500 см3 по 1; 2; 4; 5; 7,5; 10; 15 см3 исходного раствора тирозина концентрацией 0,001 М. Таким образом, готовят серию разбавленных растворов, содержащих 0,2 • 10~4М;0,4 • 10“4М; 0,8 • 10“4М; 1 • 10-4М; 1,5 • 10-4М; 2 • 10~4М; 3 • 10~4М тирозина. В пересчете на микромоль на кубический сантиметр это соответственно составит 0,02; 0,04; 0,08; 0,1; 0,15; 0,20; и 0,30.

Затем вносят в пробирки по 1 см3 раствора тирозина различной концентрации, после чего при перемешивании добавляют по 5 см3 0,5 М раствора карбоната натрия и 1 см3 рабочего раствора Фолина. Контрольный опыт готовят так же, но вместо раствора тирозина берут 1 см3 воды. Смеси колориметрируют спустя 20 мин, как описано выше. После чего строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс количество тирозина (в мкмоль/см3), а по оси ординат—соответствующее значение оптической плотности. Для приготовленных растворов тирозина оптическая плотность возрастает с увеличением количества тирозина следующим образом: 0,037; 0,07; 0,127; 0,151; 0,220; 0,310; 0,500. Концентрации тирозина, равной 1 • 10-4М, или 0,10 мкмоль/см3, соответствует D = 0,151, поэтому ТЭ = 1,51.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТНОСТИ МЕЛАССЫ (МЕТОД УкрНИИСП)

Цветность мелассы выражают в процентах коэффициента светопропускания в сравнении с дистиллированной водой.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; технические лабораторные весы; мерная колба на 100 см3; стакан химический на 50 см3; воронка; фильтровальная бумага.

Проведение испытания. Взвешивают 10 г хорошо перемешанной мелассы, переводят еетеплой дистиллированной водой в мерную колбу на 100 см3, охлаждают до 20 °C, доводят объем до метки и тщательно перемешивают. Полученный раствор фильтруют через бумажный складчатый фильтр. Измеряют коэффициент светопропускания на фотоколориметре в кювете с толщиной границ 5 мм при длине световой волны 500 нм в сравнении с дистиллированной водой. Полученная величина коэффициента светопропускания характеризует цветность мелассы.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ САХАРА

В СПИРТОВАННЫХ СОКАХ И МОРСАХ (МЕТОД ВНИИПрБ)

Метод определения сахара в полуфабрикатах основан на колометрической реакции редуцирующих сахаров с пикриновой кислотой. Образовавшаяся аминопикриновая кислота окрашивает раствор в коричневый цвет. Интенсивность этой окраски пропорциональна содержанию сахара в растворе. Измеряя оптическую плотность раствора, определяют количество сахара в полуфабрикатах.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; весы аналитические; пикриновая кислота; натрия гидроксид; вода дистиллированная; сульфат цинка; гексацианоферрат (II) калия; колбы мерные на 100 см3; бумага фильтровальная; колбы типа КН-200; палочки стеклянные; пробирки типа ПП- 45-КШ; стаканчик для взвешивания (бюкс); штатив для пробирок; секундомер.

Подготовка к испытанию. Приготовление 1,2 % - но г о раствора пикриновой кислоты. Отбирают 1,2 г пикриновой кислоты и взвешивают ее на весах с точностью до 0,01 г, переносят в мерную колбу объемомЧОО см3. Добавляют 50—60 см3 дистиллированной воды, перемешивают, растворяют и доводят до метки дистиллированной водой при 20 °C. Раствор хранят в темном месте при комнатной температуре. Срок хранения 30 сут.

Приготовление 30 % - но г о раствора сульфата цинка. Отвешивают 30 г сульфата цинка с точностью до 0,1 г и переносят его в мерную колбу объемом 100 см3. Добавляют 50—70 см3 дистиллированной воды, перемешивают и доводят до метки при 20 °C.

Приготовление 15 % - н о г о раствора гексацианоферрата (II) калия. Отвешивают 15 г гексацианоферрата калия с точностью до 0,1 г и переносят в мерную колбу объемом 100 см3. Добавляют 50—70 см3 дистиллированной воды, перемешивают и доводят до метки при 20 °C.

Приготовление раствора гидроксида натрия концентрацией 0 , 75 мо ль/дм 3. Отвешивают 30 г гидроксида натрия с точностью до 0,1 г и переносят в мерную колбу объемом 100 см3. Добавляют 50—60 см3 дистиллированной воды, перемешивают и доводят до метки при 20 °C.

Подготовка исследуемых проЗ. Концентрацию сахара в сброженных и спиртованных соках и морсах определяют в осветленных растворах.

При определении содержания сахара в сброженных соках на анализ берут 50 см3 сброженного и 10 см3 спиртованного соков. Затем сок переносят в мерную колбу на 100 см3 и добавляют по 2 см3 сульфата цинка и гексацианоферрата (II) калия, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и фильтруют. Полученные растворы используют для анализа.

Проведение испытания. В две пробирки вносят по 5 см3 раствора пикриновой кислоты, добавляют по 10 см3 раствора гидроксида натрия и перемешивают.

В одну пробирку добавляют 0,5 см3 полученного фильтрата испытуемого раствора, в другую — такое же количество дистиллированной воды. Содержимое данной пробирки служит эталоном сравнения (контроль) при колориметрировании. Пробирки закрывают пришлифованными пробками, перемешивают и помещают в кипящую водяную баню на 5 мин для проведения колориметрической реакции.

По истечении этого времени содержимое пробирок охлаждают и измеряют на фотоколориметре оптическую плотность' образовавшегося окрашенного раствора. При определении содержания сахара в сброженных соках используют кювету с расстоянием между гранями 20 мм, в спиртованных соках — кювету с расстоянием между гранями 3 мм и длиной световой волны 434 нм.

Массовую концентрацию сахара рассчитывают по формуле

C = DKn,

где С — содержание сахаров, г/100 см3; D — оптическая плотность испытуемого раствора; К — коэффициент пропорциональности, установленный экспериментально для колориметра; п — коэффициент разбавления.

Фотоколориметры имеют светофильтры с различными длинами волн, поэтому каждый прибор имеет свой коэффициент пропорциональности. Определяют этот коэффициент на модельных растворах глюкозы. Для этого 1,041 г глюкозы растворяют в воде в мерной колбе на 100 см3. В 1 см3 этого раствора содержится 10 мг сахара.

При определении содержания сахара в сброженных соках в мерные колбы на 50 см3 отмеривают 5 и 10 см3 раствора глюкозы. При определении содержания сахара в спиртованных соках в колбы отмеривают по 15 и 20 см3 раствора глюкозы. Объем колб доводят до метки дистиллированной водой. Концентрация полученных растворов будет соответствовать 0,1 и 0,2 и соответственно 0,3 и 0,4 г глюкозы в 100 см3 глюкозы.

С полученными растворами проводят колориметрическую реакцию. Измеряют оптические плотности окрашенных растворов.

Коэффициент пропорциональности рассчитывают по формуле

К = С ]D, где С — концентрация глюкозы в растворе; D — показания фотоколор и метра.

Пример 1. При колориметрировании растворов глюкозы концентрацией 0,3 г/100 см3 оптическая плотность их составила: 0,399; 0,400; 0,398. Определяют среднее значение: 0,399 4- 0,400 + 0,398/ 3 = 0,399.

При колориметрировании растворов глюкозы концентрацией 0,4 г/100 см’ оптическая плотность составила:

(0,533 + 0,535 + 0,531)/3 = 0,5 33.

Коэффициент пропорциональности будет: в первом случае — К = 0,3/0,399 = 0,751; во втором — ^ = 0,4/0,533 = 0,750; ^ср = = (0,751 + = 750)/2 = 0,750, т. е.

С = 0,750-Dn, г/100 см3.

Пример 2. На анализ поступил спиртованный абрикосовый сок, который развели в 10 раз, провели колориметрическую реакцию и измеряли оптическую плотность полученного окрашенного раствора на фотоколориметре. При этом оптическая плотность составила 0,420. Подставляя полученную величину в расчетную формулу, определяют содержание сахара в исследуемом изделии:

С = 0,420 • 0,750 • 10 = 3,15 г/100 см3.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ СПИРТОВАННЫХ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ СОКОВ (МЕТОД ВНИИПрБ)

В спиртованных соках и морсах содержание взвешенных веществ, обусловливающих их мутность, не должно превышать 0,05 %. Во ВНИИПрБ разработан метод, по которому нормальная прозрачность сока характеризуется пределами оптической плотности, измеренной в кювете с толщиной слоя жидкости, установленной для каждого вида сока (табл. 15). В качестве раствора сравнения используют тот же сок, но отфильтрованный. Допустимые пределы оптических плотностей, характеризующие удовлетворительное качество соков по прозрачности, установлены на приборе марки ФЭК-Н-57, который принят за эталон. В приборах других марок светофильтры могут отличаться от светофильтров эталона. Поэтому для каждого прибора определяют поправочный коэффициент.

Поправочный коэффициент определяют по 0,001 н. раствору йода, приготовленному из фиксанала 0,01 н. раствора йода. Оптическую плотность полученного раствора определяют в кювете с толщиной слоя 5 мм при X = 430 мм. Оптическая плотность 0,001 н. раствора йода при определении наэта-

15. Пределы оптической плотности, характеризующие нормальную прозрачность соков

Сок

°* Я 3 я о-н я (- Е

С <Е о

Зг §

го * и н о о

H'S £ ч ф Ост

Сок

го s 2

ГО 3 го о. £ 5 S о cl я 5

го * и 5 у

У и ф

S 2 ч к ~ о

Q Ч 1)

О в я

Яблочный

20

0,120

Калиновый

5

0,260

Абрикосовый

3

0,130

Вишневый

1

0,150

Рябиновый

20

0,140

Малиновый

10

0,120

Сливовый

5

0,150

Черносмородине-

3

0,200

Алычевый

5

0,130

вый

Айвовый

5

0,100

Кизиловый

1

0,460

Облепиховый

10

0,260

Черничный

5

0,200

Морс кураги

10

0,100

лонном приборе равна 0,475. Поправочный коэффициет К = = 0,475 : Dv Приведенное значение оптической плотности Dnp = Do К, где Do— оптическая плотность сока,измеренная на используемом приборе.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; 0,001 н. раствор йода; стеклянный фильтр №2; колба Бунзена.

Проведение испытания. В стеклянный фильтр № 2 укладывают двойной слой картона марки Т или слой тонкого асбеста, фильтр вставляют в сухую колбу Бунзена и под разряжением отфильтровывают 20—25 см3 анализируемого сока, до полной его прозрачности .Затем по табл. 15 находят соответствующий наименованию сока размер кюветы. Одну кювету заполняют нефильтрованным соком, а две другие — прозрачным фильтратом. Оптическую плотность сока определяют

16. Длина волны света и расчетные формулы для определения содержания несброженных углеводов

Марка фото- колориметра

Длина волны света, нм

Расчетные формулы (С, г/100 см3)

ФЭК-56

2)1 = 610

Da = 440

(17,23/)!— 14,362)2) п • Ю-з

ФЭК-56М

Dx = 597

D2 = 434

16,9(7)! —D2) п • IO"3

КФО

Dx = 600

£>2 = 415

(18,56Di— 16,15D2) п • Ю"3

КФК-2

Dx = 590

Da = 440

19,53(2)1 —2)2) п • Ю-з

А1-ЕЦ-2С

Dx = 600

Da = 440

(36,472)1 —29,41/)2) л • Ю-з

с помощью синего светофильтра. Полученное значение оптической плотности сравнивают с табличным.

Пример. Для анализа взят яблочный сок, оптическую плотность которого в соответствии с данными табл. 16 нужно измерять в кювете с длиной рабочей грани 20 мм. Измерение проводили на фотоколориметре марки ФЭК-Н-54. Оптическая плотность 0,001 н. раствора йода, измеренная на этом приборе, равна 0,450. Поправочный коэффициент К = 0,475 : 0,450 = 1,06. Оптическая плотность анализируемого сока = 0,100, приведенная оптическая плотность сока Z)np — = 0,100 • 1,06 = 0,106. Предел оптической плотности яблочного сока должен быть не более 0,120, следовательно, анализируемый сок пригоден для производства.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НЕСБРОЖЕННЫХ САХАРОВ В МЕЛАССНОЙ БРАЖКЕ (МЕТОД УкрНИИСП)

К несброженным сахарам мелассной бражки относятся сахароза и продукты ее распада — глюкоза и фруктоза. Кроме этих сахаров в бражке содержатся такие редуцирующие но несбраживаемые сахара, как пентоза и мелибиоза (продукт распада трисахарида рафинозы), содержание которых составляет 50 % и выше от общего количества сахаров в бражке^ Поэтому для определения действительных потерь сбраживаемых сахаров в производстве спирта из мелассы методы анализа» основанные на использовании редуцирующей способности сахаров, непригодны, так как дают завышенные результаты. Более точные данные получаются фотоколориметрическим методом.

Мелассная бражка имеет темно-коричневый цвет и содержит коллоидные вещества, что затрудняет измерение оптической плотности раствора. Осветляют бражку нейтральным ацетатом свинца и пиросульфитом натрия.Для создания кислой среды при колориметрической реакции применяют концентрированную соляную кислоту с добавкой сульфата аммония— железа (///).

Аппаратура, материалы, реактивы: мерные колбы на 100 и 200 см3; бюретка на 50 см3; пробирки из тугоплавкого стекла (диаметр пробирки 2,5, высота 18 см) со шлифами для воздушных холодильников длиной 20—25 см; пипетки на 10 см3 с делениями; водяная баня со штативом для пробирок; воронки; химические стаканы на 50 и 150 см3; 0,6 %-ный раствор резорцина (1,2 г С6Н6О2 растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе на 200 см3. Раствор хранят в темной склянке до15сут; соляная кислота плотностью 1,19 с добавкой сульфата аммония — железа (///)(в мерный цилиндр на 1 дм5 с притертой пробкой отвешивают 0,02 г соли, растворяют ее в большом количестве кислоты, затем объем доводят до метки

той же кислотой); 25 %-ный раствор ацетата свинца; 3 %- ный раствор пиросульфита натрия (3 г Na2S2O5 растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе на 100 см3); сахароза химически чистая.

Построение калибровочного графика. Для приготовления стандартного раствора отвешивают на аналитических весах в стаканчик 0,0300 г сахарозы, навеску без потерь переносят в мерную колбу на 200 см3. Содержимое колбы доводят водой до метки, перемешивают и фильтруют. Первые 15—20 см3 фильтрата отбрасывают.

Из фильтрата, содержащего 150 мкг сахарозы в 1 см3, готовят растворы для колориметрирования следующих концентраций, мкг/см3: 3,75; 7,50; 15,00; 22,50; 30,00; 37,50; 45,00; 52,50. Для этого в мерные колбы на 100 см3 из бюретки отмеривают 2,5; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0; 30,0 и 35 см3 стандартного раствора, доливают дистиллированную воду до метки и перемешивают.

Из каждой колбы отбирают по 4 см3 раствора сахарозы в сухие пробирки для проведения реакции образования комплекса. В одной из пробирок готовят «холостую» пробу, в которой вместо раствора сахарозы используют 4 см3 дистиллированной воды. Таким образом, в приготовленной серии растворов содержание сахарозы составляет 15, 30, 60, 90, 120, 150,180 и 210 мкг. Потом в каждую пробирку добавляют по 0,5 см3 раствора резорцина и 5,5 см3 соляной кислоты. Содержимое всех пробирок быстро перемешивают энергичным вращением, пробирки закрывают пробками, соединенными с воздушными холодильниками, устанавливают в штатив и погру- ж'ают в кипящую водяную баню, уровень воды в которой должен быть на 1—2 см выше уровня жидкости в пробирках. При погружении пробирок кипение воды должно возобновиться через 30 с. Через 5 мин от начала погружения штатив с пробирками вынимают и быстро охлаждают под струей воды до 20 °C. Растворы в пробирках приобретают розовый цвет.

При измерении оптической плотности полученных растворов пользуются кюветами с длиной рабочей грани 1 см и светофильтром с максимумом поглощения при длине волны 432 нм. В качестве раствора сравнения служит «холостая» проба. Колориметрическую реакцию для каждого раствора повторяют не менее трех раз, причем отклонение в величинах оптической плотности не должно превышать 0,003—0,004 D. За оптическую плотность раствора принимают среднеарифметическое значение из повторных измерений.

Калибровочный график строят на миллиметровой бумаге, откладывая по оси абсцисс содержание сахарозы в анализиру- $02

емой пробе, а по оси ординат — величины оптической плотности.

Удобным является масштаб, когда отрезок на осях в 10 мм соответствует 10 мкг сахарозы и 0,02 величины оптической плотности.

Проведение испытания. Для анализа пипеткой отбирают 2 см3 бражки и помещают ее в мерную колбу на 100 см3, последовательно добавляют 3 см3 ацетата свинца и 150 мг пиросульфита натрия. Содержимое колбы перемешивают, выдерживают в течение 3—5 мин, затем доводят до метки водой, снова перемешивают и фильтруют через сухой фильтр в сухой стакан, удаляя первые 15—20 см3 фильтрата.

Для проведения колориметрической реакции в пробирку отбирают 4 см3 фильтрата, добавляют 0,5 см3 раствора резорцина и 5,5 см3 соляной кислоты. Затем ведут реакцию образования комплексона и измеряют оптическую плотность полученного раствора. Если значение оптической плотности раствора ниже 0,050, определение повторяют, но на анализ берут не 2, а 4 см3 бражки. При величине оптической плотности больше 0,300 фильтрат разбавляют вдвое и на анализ берут 4 см3 разбавленного фильтрата.

По величине оптической плотности на калибровочном графике находят содержание сахарозы во взятом на колориметрирование объеме осветленной бражки. Содержание несброжен- ного сахара в бражке, г. на 100 см3, определяют по уравнению

х = 1000^6/(10000006//) = g6/[6//10000],

где а — количество сахара, найденное по калибровочному графику , мкг; b — общий объем осветленного раствора бражки, см3; 100 — пересчет на 100 см3 бражки; В — объем осветленной бражки, взятый на колориметрирование, см3; Н — количество бражки, взятое на анализ, см3; 1 000 000 — коэффициент перевода микрограммов в граммы.

Пример. На анализ взято 2 см3 бражки, которая после осветления разбавлена до 100 см3. На колориметрирование взято 4 см5 осветленного раствора бражки.

Оптическая плотность раствора составляет 0,302, что соответствует 136 мкг сахарозы. Содержание несброженного сахара в бражке, определяют по уравнению х = (136- 100)/(2 • 4- 100 000) = 0,17 г/100 см3»

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕВОДОВ В ПОЛУПРОДУКТАХ ИЗ КРАХМАЛИСТОГО СЫРЬЯ (МЕТОД ВНИИПрБ)

Антроновым методом рекомендуется определять содержание углеводов в бражке, барде, в полупродуктах, в производстве ферментных препаратов. Содержание углеводов в разбав-

ленном анализируемом растворе должно составлять 3—12 мг/ 100 см3.

В бражке определяют антроновым методом содержание несброженных углеводов, нерастворенного крахмала, декстринов и сахаров. Такой анализ необходимо проводить при нарушениях технологического процесса для выяснения причин повышенных потерь.

Аппаратура, материалы и реактивы: фотоколориметр; весы аналитические; термометр; фильтровальная бумага; мерные колбы на 50; 100; 200; 1000 см3; мерные пипетки на 1; 2; 10; 20 см3; мерный цилиндр на 200 см3; воронка; антрон химически чистый; серная кислота, выдерживающая пробу Савалля или химически чистая; этиловый спирт.

Подготовка к испытанию. Приготовление 0,2 % - н о г о раствора антрона. Берут 0,9175 г антрона и помещают его в мерную колбу на 250 см3. Добавляют 100— —150 см3 серной кислоты и смесь перемешивают до полного растворения антрона. Затем объем жидкости в колбе доводят серной кислотой до метки, перемешивают, приготовленный раствор выдерживают при комнатной температуре в течение 4 ч в темном месте. Раствор антрона можно использовать для анализа в течение 12—15 сут с серной кислотой, выдерживающей пробу Савалля, и в течение 2 сут при использовании химически чистой серной кислоты.

Приготовление 0 , 4 % - и 0,5 % - но г о растворов серной кислоты. В мерную колбу на 1 дм3 наливают 500 см3 дистиллированной воды и осторожно приливают 2,4 см3 серной кислоты для приготовления 0,4 %- ного раствора и 3,2 см3 серной кислоты для приготовления 0,53 %-го раствора, перемешивают, охлаждают и объем жидкости в колбе доводят дистиллированной водой до метки при 20 °C. Концентрацию кислоты в полученном растворе проверяют путем титрования 10 см3 раствора 0,1 н. раствором гидроксида натрия. При правильной концентрации кислоты на титрование 0,4 %-ного раствора должно пойти 8,5 см3 и на титрование 0,53 %-ного раствора 11,26 см3 гидроксида натрия.

Проведение испытания. В пробирку из тугоплавкого стекла с притертой пробкой на 15—20 см3 приливают при помощи автоматической пипетки или бюретки с краном 5 см3 антронового реактива, осторожно по стенке доливают 2,5 см3 разбавленного фильтрата так, чтобы жидкости не смешивались, а образовывали два слоя. Затем пробирку закрывают притертой пробкой. Параллельно готовят холостую пробу, добавляя к 5 см3 реактива 2,5 см3 дистиллированной воды.

Содержание пробирок энергично перемешивают в течение 10 с, ставят в штатив и погружают в бурно кипящую водяную 104

баню. После прекращения кипения оно должно возобновиться через 0,5 мин с момента погружения пробирок. Замечают начало кипения, раствор выдерживают в кипящей бане в течение 5,5 мин. Общее время выдержки должно быть 6 мин. Затем пробирки вынимают, помещают в баню с проточной водой и содержимое пробирок охлаждают до 20 °C.

Раствор после реакции приобретает синевато-зеленую окраску, его оптическую плотность определяют, используя кюветы с шириной рабочей грани 3 мм при длине световой волны 610 и 413 мм, после чего находят величину оптической плотности, соответственно Dx и D^.

С = 18,9 (2?! — D^n • 10-3, где 18,9 — коэффициент экстинции, определенный экспериментальным путем; п — коэффициент разведения раствора.

При использовании фотоколориметров, имеющих другую длину волны света, применяют длины волн и формулы, приведенные в табл. 16.

Определение несброженных углеводов в бражке

Содержание несброженных углеводов в бражке является технологическим показателем, характеризующим степень сбраживания сусла. Показатель несброженных углеводов характеризует содержание растворимых . сбраживаемых углеводов в бражке.

Проведение испытания. Бражку фильтруют через складчатый бумажный фильтр, отбирают 1—2 см3 фильтрата,помещают в мерную колбу на 100 см3, куда предварительно наливают около 50 см3 дистиллированной воды. Жидкость перемешивают и добавляют дистиллированную воду при температуре 20 °C до метки. В растворе определяют несброженные углеводы по прописи, указанной выше.

Пример. На анализ взято 2 см3 фильтрата бражки и получено 100 см3 разбавленного раствора (л =50). После колориметрирования получены такие значения оптической плотности: Dx = 0,570 и Da= = 0,185 при длине волн 610 и 413 нм. Откуда содержание растворимы* сбраживаемых углеводов в бражке:

ср у = IWMto-^js^so = 0>364 г/100 см3

Определение суммарного содержания сбраживаемых углеводов

Для определения суммарного содержания сбраживаемых углеводов в бражке или других полупродуктах вначале гидро* лизуют крахмал путем нагрева его в 0,4 %-ном растворе сер-

ной кислоты в гечение 15 мин, после чего определяют общее содержание сбраживаемых углеводов (СОбщ).

Проведение испытания. В стаканчик помещают навеску — 25 г полупродукта — и переводят ее в мерную колбу на 200см3 с помощью 75 см3 0,53 %-ного раствора серной кислоты. Получают 100 см3 смеси, в которой содержится 0,4 % серной кислоты. Колбу с реакционной смесью помещают в кипящую водяную баню и выдерживают для гидролиза крахмала в течение 15 мин. Затем колбу вынимают из бани, содержимое ее охлаждают до комнатной температуры, объем жидкости доводят до метки и фильтруют. Первые порции фильтрата (20 см3) удаляют, а в последующих определяют общее содержание углеводов как описано выше. Одновременно в другой навеске бражки определяют растворимые углеводы (Ср,у). Для этого 25 г бражки переводят в колбу на 200 см3, доливают до метки дистиллированной водой температурой 20 °C, перемешивают, фильтруют и в фильтрате определяют углеводы.

Определяют содержание нерастворенного крахмала по формуле

Скр = 0,9(Соб1Ц-Сру).

Пример. Содержание крахмала в бражке определяют по формуле п = (200 • 100)/(10 • 25) = 80. Запишем величины оптических плотностей, полученные после реакции растворимых углеводов с антроном: Dx= 0,450; О2= 0,150 (данные получены на колориметре марки -ФЭК при длине волн 610 и 413 нм):

СС18,9(0,450 — 0,150) 80 п _. п/

С

С

юоо— = 0'454 %-

При реакции общих углеводов с антроном получены значения Dv= = 0,610 и Da= 0,180, откуда

- 0,650 о/о.- 0,650 о/о.с _ 18,9(0,610 —0,180) 80

- 0,650 о/о.

- 0,650 о/о.

°бщ-1000

Содержание нерастворенного крахмала (по разности) составит Скр = 0,9 (0,650 — 0,454) = 0,176 %.

Определение спирторастворимых сахаров и декстринов

Для определения спирторастворимых сахаров их отделяют от других углеводов путем растворения в спирте концентрацией 92,6 об. % и определяют в спиртовом растворе.

Поскольку в спиртовых растворах чувствительность реакции сахаров с антроном повышается, то повышаются и молярные коэффициенты погашения глюкозы и арабинозы. Поэтому уравнение, составленное для расчета данных анализа в водных растворах, неприменимо для определения в спирто-

вых растворах. Для этого используют специальное уравнение, составленное аналогичным образом, но с применением спиртовых модельных растворов сахаров.

Вследствие того, что коэффициент погашения зависит от концентрации спирта и уменьшается с понижением концентрации спирта в водно-спиртовом растворе, при определении содержания сахаров в экстракте необходимо строго следить за тем, чтобы применяемый для осаждения декстринов спирт был точно определенной концентрации. Так, в разбавленном исследуемом экстракте и в контрольном растворе содержание спирта не должно оставаться постоянным, т. е. 92 об. %.

Проведение испытания. Исследуемый полупродукт фильтруют через бумажный складчатый фильтр и отбирают в мерную колбу на 50 см3 от 0,5 до 2 см3 фильтрата в зависимости от предполагаемого содержания углеводов. Если фильтрата было взято менее 2 см3, например 1 см3, то добавляют дистиллированную воду до 2 см3. Это делают для того, чтобы при осаждении декстринов и последующем определении сахаров в спиртовом экстракте содержание алкоголя в растворе было 92,6 об.%.

К раствору приливают до метки этиловый спирт концентрацией 96, 4 % об. При этом декстрины выпадают в осадок. Содержимое колбы тщательно перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр. В спиртовом экстракте определяют сахар по описанной выше' методике.

Затем в пробирку наливают 10 см3 антронового реактива> добавляют 5 см3 полученного экстракта и перемешивают. Параллельно готовят контрольную пробу. Для этого вначале готовят спирт концентрацией 92,6 об. %, приливая к 2^см дистиллированной воды 48 ci^3спирта концентрацией 96,4 об /о» %. Для контрольной пробы берут также 10 см3 антронового реактива и приливают к нему 5 см3 полученного разбавленного спирта.

Составление реакционных сред необходимо проводить с соблюдением тех же мер предосторожностей, что и при анализе водных растворов. Таким же образом нагревают смеси и проводят колориметрирование окрашенных растворов при двух светофильтрах на фотоколориметре в кювете с длиной рабочей грани 5 мм.

В результате анализа получают два значения оптической плотности Dx и D2 и определяют содержание сахаров в исследуемом полупродукте по формуле

Со= (14,28^ —20,77D2)/1000.

Содержание декстринов в бражке определяют по формуле сд = °>9(ср.у-се)-

Пример. Для анализа взята зрелая бражка. Фильтрат ее разбавлен в 50 раз (п = 50) и в разбавленном растворе определено общее содержание растворимых сбраживаемых углеводов.

При колориметрировании на колориметре марки ФЭК при длине волны 610 и 413 нм получены значения оптических плотностей DL= == 0,425 и D2 = 0,158.

Содержание растворимых углеводов:

Ср у = [18,9 (0,425 — 0,1 58) 50]/1000 = 0,252 г/100 см3.

Для определения спирторастворимых углеводов используют 1 см3 фильтрата, который помещают в мерную колбу на 50 см3, добавляют 1 см3 дистиллированной воды и объем доводят до метки этиловым спиртом концентрацией 96,4 об. %. В данном случае разбавление фильтрата 1 : 50 и п = 50.

В результате анализа получены значения оптических плотностей £>!= 0,750 и £>2= 0,450.

гп (14,28.0,750 — 20,77-0,450) 50

Содержание сахаров: CQ = foOO"— =

==0,06.7 г/100 см3.

Содержание декстринов: Сд= 0,9 (0,2 52—0,067) = 0,166 г/100 см3.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГЛИЦЕРИНА В ПОЛУПРОДУКТАХ СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА (МЕТОД УкрНИИСП)

Метод основан на окислении глицерина йодной кислотой при нагревании в приборе типа «Эбулиостат», отгонке образовавшегося формальдегида с водяным паром, проведении колориметрической реакции формальдегида с хромотроповым реагентом и фотометрическом измерении величины оптической плотности цветного комплекса. Колориметрическую реакцию формальдегида проводят с хромотроповой кислотой в 90 %- ном растворе серной кислоты. Количество глицерина определяют по градуировочному графику, построенному по растворам окисленного глицерина.

В связи с тем что в полупродуктах спиртового производства содержатся сахара, которые также обладают способностью окисляться йодной кислотой, их удаляют с помощью гидроксида бария, используя при этом в качестве растворителя этиловый спирт, ускоряющий процесс образования осадка сахаратов бария.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; весы технические и аналитические; эбулиостат (рис. 24), термометр; холодильник шариковый; колбы мерные на 50, 100, 200 см3; цилиндры измерительные на 1, 2, 5, 10, 20 см3; бюретка на 25 см3; воронка; стаканы химические; колбы конические широкогорлые на 750—1000 см3; колбы конические на 50 и 100 см3; часы песочные; баня водяная электрическая; гидроксид бария, химически чистый; глицерин; перйодат ка-

лия; спирт этиловый; 1 н. раствор серной кислоты; серная кислота плотностью 1,835; хромотроповая кислота, динат- риевая соль.

Подготовка к испытанию. Приготовление раствора перйодата калия. Растворяют 0,15 г перйодата калия в дистиллированной воде в мерной колбе на 100 см3, приливают пипеткой 2,5 см3 1 н. H2SO4, доводят водой до метки при 20 °C, перемешивают и переливают в колбу из темного стекла. Раствор перйодата калия хранить не рекомендуется, его следует применять в свежеприготовленном виде.

Рис. 24. Эбулиостат;

/ — сосуд для анализируемого раствора; 2— трубка для водяного пара; 3— крепление паровой трубки; 4— пробка; 5 — трубка, соединяющая паровое пространство с атмосферой; 6 — трубка для ввода анализируемого раствора.

Рис. 25. Прибор для отгонки формальдегида:Рис. 25. Прибор для отгонки формальдегида:1 — электрическая плитка; 2 — щирокогорлая коническая колба; 3 — эбулиостат; 4 — пробка эбулиостата; 5,6 — пробки соединительной трубки; 7 — соединительная трубка; 8 — шариковый холодильник; 9— приемник дистиллята.1 — электрическая плитка; 2 — щирокогорлая коническая колба; 3 — эбулиостат; 4 — пробка эбулиостата; 5,6 — пробки соединительной трубки; 7 — соединительная трубка; 8 — шариковый холодильник; 9— приемник дистиллята.Приготовление раствора хромотроповой кислоты в 9 0 % - н о й серной кислоте. Берут 0,2005 г динатриевой соли хромотроповой кислоты, переводят навеску в мерную колбу на 50 см3, растворяют в дистиллированной воде, доводят водой до метки при 20 °C, перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр. Отбирают пипеткой 25 см3 фильтрата в химический стакан или коническую колбу, осторожно приливают из мерного цилиндра 178 см3 серной кислоты плотностью 1,835 г/см3 и смесь тщательно перемешивают. Раствор хромотроповой кислоты хранят в колбе из темного стекла в защищенном от света месте не более 10 дней.

Рис. 25. Прибор для отгонки формальдегида:

Рис. 25. Прибор для отгонки формальдегида:

1 — электрическая плитка; 2 — щирокогорлая коническая колба; 3 — эбулиостат; 4 — пробка эбулиостата; 5,6 — пробки соединительной трубки; 7 — соединительная трубка; 8 — шариковый холодильник; 9— приемник дистиллята.

1 — электрическая плитка; 2 — щирокогорлая коническая колба; 3 — эбулиостат; 4 — пробка эбулиостата; 5,6 — пробки соединительной трубки; 7 — соединительная трубка; 8 — шариковый холодильник; 9— приемник дистиллята.

Построение калибровочного графика. Для количественного определения содержания глицерина в сбраживаемых растворах строят график зависимости между количеством окисленного глицерина, взятым на колориметрическую реакцию, и значением оптической плотности раствора.

Основной раствор глицерина готовят концентрацией 250 мкг/см3. Для этого на аналитических весах отвешивают 1 г химически чистого глицерина, количественно переводят его в мерную колбу на 100 см3, доводят дистиллированной водой до метки при 20 °C и перемешивают. Отбирают пипеткой 5 см3 раствора и разбавляют водой в мерной колбе на 200 см3. Полученный раствор является основным для построения калибровочного графика. ■

Окисление глицерина и отгонку образовавшегося формальдегида проводят на специальном приборе (рис. 25). Сначала наполняют бюретку основным раствором глицерина и последовательно отмеривают в эбулиостат 0,5; 1; 2; 3; 4 и 5 см3, доводят каждый объем дистиллированной водой до 5 см3, смывая при этом стенки эбулиостата, и приливают пипеткой 10 см3 0,15 %-ного раствора перйодата калия. Общий объем смеси составляет 15 см3. Закрывают эбулиостат пробкой со вставленной в нее соединительной трубкой, погружают в коническую колбу с кипящей дистиллированной водой, плотно соединяют его посредством пробок с горлышком конической колбы и шариковым холодильником. Уровень кипящей воды в колбе должен быть выше уровня раствора в эбулиостате и ниже входного отверстия для водяного пара.

Носик холодильника погружают в мерную колбу на 50 см3, в которую предварительно набирают 5 см3 дистиллированной воды для улавливания первых более концентрированных пор- ций'дистиллята, содержащего формальдегид. Носик оставляют погруженным до тех пор, пока объем дистиллята не составит 15 см3, затем вынимают его из раствора, чтобы жидкость не засасывало в холодильник, и смывают небольшим количеством дистиллированной воды. Общий объем дистиллята должен составлять 40—45 см3. По окончании перегонки дистиллят доводят водой до объема 50 см3 при 20 °C, перемешивают и выполняют колориметрическую реакцию.

Реакцию формальдегида с хромотроповым реагентом осуществляют в мерных или обычных плоскодонных колбах на 50 см3 с высотой горлышка 10—12 см. Раствор на анализ отбирают одной и той же микропипеткой на 1 см3, начиная с более слабых концентраций, при 4—5-кратном ополаскивании пипетки очередным раствором. В реакционной смеси должно содержаться 2,5; 5; 10; 15; 20; 25 мкг окисленного глицерина.

Затем в 1 см3 анализируемого дистиллята добавляют из мерного цилиндра 10 см3 раствора хромотроповой кислоты, содержащейся в 90 %-ной серной кислоте. Общий объем смеси составляет 11 см3. Жидкость в колбе быстро перемешивают, погружают в водяную баню с температурой 62 °C и выдерживают при 60 °C точно 3 мин. По истечении это- 110

го времени раствор охлаждают до 20 °C холодной водой и фо- тометрируют в кюветах с толщиной рабочих граней 5 мм при длине световой волны 490 или 540 нм. В другие кюветы такой же вместимости наливают контрольный раствор и измеряют оптическую плотность на фотоколориметре. В качестве контроля служит раствор хромотроповой кислоты (10 см3), дополненный до 11 см3 дистиллированной водой и выдержанный в течение 3 мин при 60 °C.

на оси ординат, а количество глицерина, взятое на анализ,— на оси абсцисс (рис. 26). Полученные точки соединяют в виде миллиметровой бумаге).на оси ординат, а количество глицерина, взятое на анализ,— на оси абсцисс (рис. 26). Полученные точки соединяют в виде миллиметровой бумаге).Найденные значения оптических плотностей откладывают

на оси ординат, а количество глицерина, взятое на анализ,— на оси абсцисс (рис. 26). Полученные точки соединяют в виде миллиметровой бумаге).

на оси ординат, а количество глицерина, взятое на анализ,— на оси абсцисс (рис. 26). Полученные точки соединяют в виде миллиметровой бумаге).

прямой линии (график строят на Для построения калибровочного графика процесс окисления глицерина и колориметрическую реакцию в каждом испытуемом растворе повторяют не менее трех раз. Отклонения между определениями

Рис. 26. Калибровочный график зависимости между концентрацией глицерина и оптической плотностью раствора.

не должны превышать 0,002 ед. оптической плотности. По данным графика составляют рабочую таблицу с интервалами в концентрации глицерина 0,5 мкг (табл. 17).

Проведение испытания. Для определения содержания глицерина в сбраживаемых мелассных и зерно-картофельных средах анализируемые продукты предварительно очищают от сахаров с помощью гидроксида бария, количество которого рассчитывают по следующему уравнению:

Б = Д (0,045 4-0,15),

где Б — количество Ва(ОН)2, необходимое для обработки анализируемых растворов, г; А — количество мелассной, см3, или зерно-картофельной, г, бражки, взятое на анализ; В — содержание сахара в испытуемом растворе, г/100 см3 или г/100 г.

Так как избыточное количество Ва(ОН)2 в определенных пределах допустимо, а содержание сахара при установившемся технологическом процессе отклоняется незначительно, то в производстве спирта из крахмалистого сырья для бражки после 36 ч брожения вплоть до зрелой бражки можно применять постоянное количество Ва(ОН)2, равное 0,2 г на 1 г обрабатываемого продукта. Для анализа среды из дрожжегенера- торов расход Ва(ОН)а должен составлять не менее 0,3 г на 1 г продукта.

17. Содержание глицерина в анализируемом растворе в зависимости от величины оптической плотности

К о у £ О У д s Ь £ о £ 4 О Е

S я т О *

5 s а« l

К

О в

Ф , я д м и к 9 я X я 8 у. 5 3 °

О 2 и я 2

К

и о с ч О Е

Фг

® gos

5 5 к 5

о Ч °- О §

U и в ж 2

0,004

0,5

0,084

9,0

0,162

17,5

0,009

1,0

0,088

9,5

0,167

18,0

0,012

1,5

0,093

10,0

0,172

18,5

0,018

2,0

0,097

10,5

0,177

19,0

0,023

2,5

0,102

11,0

0,181

19,5

0,028

3,0

0,106

11,5

0,185

20,0

0,032

3,5

0,111

12,0

0,190

20,5

0,037

4,0

0,116

12,5

0,195

21,0

0,042

4,5

0,120

13,0

0,200

21,5

0,047

5,0

0,125

13,5

0,205

22,0

0,051

5,5

0,130

14,0

0,209

22,5

0,056

6,0

0,135

14,5

0,214

23,0

0,060

6,5

0,139

15,0

0,219

23,5

0,065

7,0

0,144

15,5

0,223

24,0

0.069

7,5

0,148

16,0

0,227

24,5

0,074

8,0

0,153

16,5

0,232

25,0

0,078

8,5

0,158

17,0

В производстве спирта из мелассы, начиная с 6-го бродильного аппарата (как для однопоточной, так и для двухпоточной схем), допускается также одинаковая навеска Ва(ОН)2 — 0,2’г на 1 см3 сбраживаемого мелассного раствора. Для анализа среды, взятой из дрожжегенераторов, при двухпоточной технологической схеме количество Ва(ОН)2 должно составлять не более 0,3 г на 1 см3 исследуемого продукта.

В анализируемых образцах следует определить содержание сахара и рассчитать необходимую навеску Ва(ОН)2. Однако

18. Расход гидроксида бария на осаждение сахаров в сбраживаемых зерно-картофельных средах

Анализируемый продукт

ф

Я -

<35

та

5 «

КХ

3 £ * с

и ^^^

я та

Анализируемый продукт

ф я

ф та

м ™

U у

та та н ” я я

км -® о о к ®* к as С и к а~ та g та а с_ ХЭ —•

Дрожжи

3,8

0,32

Бражка после

0,9

0,19

Бражка после

8,6

0,50

Зб-часового

3-часового бро-

брожения

жения

Зрелая бражка

0,4

0.17

19. Расход гидроксида бария на содержание сахаров в сбраживаемых мелассных растворах

Анализируемый продукт

Однопоточная схема

Двухпоточная схема

О

S

К Я § о. &

О СУ \

U

СУ . я о

do =

32^ Я И -О >, а.м ^ ч

V S

5 Го о

СУ 2 5x2 О и Д'

” 6 с

S га KQ и ^ Ow> м га " >, ЛИ — «

Дрожжи

из дрожжегенерато-

10

0,55

3

0,27

ров

Бражка

из бродильных аппа-

ратов:

№ 1

9

0,51

10

0.55

№ 2

7

0,43

8

0,47

№ 3

5

0,35

6

0,39

№ 4

3

0,27

4

0,31

№ 5

1

0,20

2

0,23

№ 6

0,6

0,17

1

0,20

№ 7

0,5

0,17

0,7

0,18

№ 8

0,4

0,17

0,5’

0,17

Зрелая бражка

0,4

0,17

0,4

0,17

для ориентировочного определения глицерина можно воспользоваться данными табл. 18 и 19, в которых приведена приблизительная концентрация сахара в сбраживаемых зерно-картофельных и мелассных растворах и соответственно расход Ва(ОН)2 на 1 г или 1 см3 этих продуктов.

П р^и мер 1. В зерно-картофельной бражке в период главного брожения содержится 8 % сахара. На анализ взято 5 см3 разбавленного фильтрата бражки, содержащего 2 г исходного продукта. Количество Ва (ОН)2, необходимое для осаждения сахаров, составит: Б = 2 (0,04 • 8,0 + 0,15) = 0,94 г.

Пример 2. В мелассной бражке в одном бродильном аппарате -содержится сахара 8,5 г/100 см3. На анализ взято 2 см3 бражки. Количество Ва (ОН)2, необходимое для осаждения сахаров, составит: Б = 2 (0,04 - 8,5 + 0,15) = 0,98 г.

Определение содержания глицерина в сбраживаемых зерно-картофельных средах

В химический стакан на 50 см3 отвешивают 2 г исследуемого продукта с точностью 0,01 г, добавляют 2 см3 дистиллированной воды и необходимую навеску В а (ОН)2. Смесь тщательно перемешивают стеклянной палочкой, затем прибавляют 10 см3 спирта этилового, снова перемешивают и количественно переводят ее в мерную колбу на 50 см3, смывая при этом стенки стакана спиртом, дополняют объем до метки этиловым спиртом при 20 °C, перемешивают и фильтруют через бумажный

фильтр. Первые 5 см3 фильтрата удаляют, а последующие используют для анализа. Затем проводят окисление глицерина и колориметрическую реакцию.

Для этого отмеривают пипеткой 2—5 см3 полученного фильтрата и вводят его в эбулиостат, приливают 3 см3 дистиллированной воды и 10 см3 0,15 %-ного раствора перйодата калия. Общий объем смеси в эбулиостате должен составлять 15 см3, а концентрация глицерина — в пределах 125—1250 мкг. Эбулиостат закрывают пробкой, опускают в коническую колбу с кипящей водой и соединяют с шариковым холодильником (см. рис. 25).

Затем проводят отгонку формальдегида в мерную колбу на 50 см3. Отгонку ведут до тех пор, пока объем дистиллята не составит- 40—45 см3. По окончании перегонки дистиллят доводят водой до метки при 20 °C, перемешивают и отбирают 1 см3 для проведения колориметрической реакции. Реакцию формальдегида с хромотроповым реагентом выполняют так же, как при построении калибровочного графика.

Необходимо помнить, что общий объем смеси при выполне- йии колориметрической реакции должен составлять 11 см3. Одновременно можно анализировать до десяти проб. Интенсивность окраски полученных растворов не изменяется в течение 60 мин.

В качестве контрольного раствора при фотометрировании, как и в случае построения калибровочного графика, служит смесь 1 см3 дистиллированной воды и 10 см3 раствора хромотроповой кислоты в 90 %-ной серной кислоте, выдержанной в тех же условиях, что исследуемые растворы.

Пользуясь калибровочным графиком или таблицей, по величине оптической плотности находят содержание глицерина в объеме анализируемого раствора. Колориметрируемые смеси должны содержать окисленный глицерин в пределах 4—25 мкг. В противном случае необходимо варьировать изменением объема раствора, вводимого в эбулиостат на окисление.

Содержание глицерина, %, в исследуемой пробе вычисляют по формуле

Г = {AE)/BD • 10 000,

где А — количество глицерина, найденное по калибровочному графику, мкг; Б — величина разбавления продукта (бражки), см3; В — количество исследуемого продукта, взятое на анализ, г; Д — количество раствора, израсходованное на колориметрическую реакцию, см3; 10 000 — перевод мкг в г, содержание глицерина в 100 см3 или 100 г продукта.

Пример 1. Для определения глицерина взято 2 г зрелой бражки, которые обработаны гидроксидом бария (0,4 г) и разбавлены спир*

том до 50 см5. На окисление глицерина взято 5 см5 фильтрата. Образовавшийся формальдегид отгоняли водяным паром и дистиллят разбавляли водой до 50 см3. На колориметрическую реакцию было израсходовано 1 см3 дистиллята. Величина разбавления бражки: Б = (50 X X 50)/5 = 500 см3.

Оптическая плотность после проведения колориметрической реакции равна 0,172, что по калибровочному графику соответствует 18,5 мкг глицерина. Содержание глицерина в зрелой бражке:

г 18,5.500 __ЛЛСп/Г 2 . 1 • 10 000 °’ 6 /о'

Пример 2. Для определения содержания глицерина в период главногоброжения взято 2 г бражки с содержанием сахара 9 %, которую обработали Ва(ОН)2 и разбавили этиловым спиртом до 50 см3. Разбавление бражки перед окислением глицерина в эбулиостате составило 50 см3.

На окисление глицерина йодной кислотой взято 5 см3 фильтрата. Поправочный коэффициент на углеводы составит : К = (0,003 • 2,0 х X 9,0 - 5)/50 = 0,005.

Объем дистиллята после окисления глицерина составил 50 см3. На колориметрическую реакцию с хромотроповой кислотой израсходовано 1 см3 дистиллята. Оптическая плотность раствора равна 0,061. Скорректированная величина оптической плотности: 0,061 —- — 0,005 = 0,056, что по данным табл. 18 соответствует 6 мкг глицерина.

АБАБ6,00 • 5006,00 • 500Окончательное разведение бражки перед колориметрической реакцией составит: Б = (50 • 50)/5 = 500 см3.

АБ

АБ

6,00 • 500

6,00 • 500

ад-10 000 2,0-1-10 000 ~ад-10 000 2,0-1-10 000 ~Содержание глицерина в бражке равно:Г= = 0,15%.

ад-10 000 2,0-1-10 000 ~

ад-10 000 2,0-1-10 000 ~

Поправочный коэффициент на углеводы применяют, когда содер жание сахара в анализируемой среде больше 8 об. %.

Если в исследуемом продукте (бражка в начальных стадиях брожения) будет содержаться менее 8 % сахара, то при определении, оптической плотности используется поправочный коэффициент, который рассчитывается по следующей формуле: К = 0,003 а б в/е, где К — поправочный коэффициент на углеводы, ед. оптической плотности; 0,003— величина оптической плотности от влияния 100 мкг сахара (постоянная величина); а —навеска исследуемого продукта, г; б — содержание сахара в продукте, %; в — количество раствора, взятое на окисление глицерина, см3; е — объем, до которого разбавлен исследуемый продукт перед окислением йодной кислотой, см3.

Величину поправочного коэффициента отнимают от значения оптической плотности, полученной при определении глицерина и по скорректированной величине определяют по калибровочному графику или таблице соответствующее содержание глицерина.

Определение содержания глицерина в сбраживаемых мелассных растворах

В мерную колбу на 50 см3 отмеривают градуированной пипеткой 2 см3 исследуемого мелассного раствора и, периодически взбалтывая содержимое, добавляют необходимое количество Ва (ОН)2 для осаждения сахаров. Смесь тщательно взбалтывают, приливают до 2/3 объема этиловый спирт, перемешивают и доводят до метки спиртом при 20 °C, снова перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр. Далее поступают точно так, как при анализе зерно-картофельных сред.

Пример I. Для определения глицерина берут 2 см3 зрелой мелассной бражки, которые обработаны 0,4 г Ва (ОН)2 и разбавлены до 50 см3 этиловым спиртом.

В эбулиостат помещают 4 см3 подготовленного фильтрата на окисление глицерина. Образовавшийся формальдегид отгоняют водяным паром и дистиллят доводят водой до 50 см3. На колориметрическую реакцию израсходовано 1 см3 дистиллята. Объем, до которого разбав- . лен исследуемый раствор, равен: Б = 50 • 5/4 = 625 см3.

Оптическая плотность раствора после проведения анализа составляет 0,177, что по калибровочному графику или данным табл. 18 со

19 • 625Г ~ 2,0-1 • 10 00019 • 625Г ~ 2,0-1 • 10 000ответствует 19,0 мкг глицерина.

19 • 625

Г ~ 2,0-1 • 10 000

19 • 625

Г ~ 2,0-1 • 10 000

Содержание глицерина в зрелой бражке:

= 0,59 г/100 см3.

Если в исследуемом продукте будет содержаться более 8 % сахара, то на его влияние необходимо вносить поправочный коэффициент по методике, описанной для зерно-картофельных сред.

Пример 2. Содержание сахара в мелассной бражке в начале, брожения составило 10 %. Для осаждения углеводов взято 2 см3 бражки и разбавлено спиртом до 50 см3. Следовательно, разбавление бражки перед окислением глицерина в эбулиостате равно 50 см3. На окисление глицерина в эбулиостат взято 5 см3 фильтрата.

Поправочный коэффициент на углеводы составит: К = (0,003 х X 2,0 - 10,0 • 5)/50 = 0,006.

Объем дистиллята после окисления глицерина составил 50 см3. На колориметрическую реакцию с хромотроповой кислотой израсходован 1 см3 дистиллята. Оптическая плотность раствора равна 0,066.

Скорректированная величина оптической плотности: 0,066 — — 0,006 = 0,060, что по данным табл. 18 соответствует 5,6 мг глицерина.

Разведение бражки перед колориметрической реакцией: Б = = 50 • 50/5 0 = 500 см3.

5 • 500

Содержание глицерина в бражке: Г = к—:—гппхп = 0,25 г/100 см3.

• 1 • 1 v UUU

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В СПИРТЕ И ВОДКЕ

Фотоколориметрические методы анализа примесей в спирте и в водке разработаны ВНИИПрБ.

В соответствии с ГОСТ 5964—82 качество спирта оценивают по величине оптической плотности у исследу-

емых растворов, что соответствует стандартным нормативам на содержание соответствующей примеси в спирте.

Для определения содержания альдегидов в спирте и водке во ВНИИПрБ была разработана расчетная формула. Для количественного анализа сложных эфиров, сивушного масла, метилового спирта необходимо строить градуировочный график по стандартным (типовым) растворам в соответствии с правилами фотометрии.

Содержание сивушного масла в водке определяют в водноспиртовом растворе с содержанием спирта 40 об. %. Водку, крепостью более 40 %, разбавляют до нужной концентрации как указано в табл. 20.

Водку, содержащую 20. Нормативы величин оптической различныедобавки, плотности для оценки качества водок,

предварительно перед установленные ГОСТ 5363—82

проведением анализа

подвергают перегонке по

ГОСТ 5363—82 п. 2.8.3.ОпрпРАи"

В дистилляте опреде

ляют содержание сивуш-

35 = 5

Щ х v

5со

сКн

я5sоg

*®ей5

оосо3

ьsсоо

ного масла.

Методы Определения Сивушное масло альдегидов, сивушного Мегилошйгаирт масла, метилового спирта, сложных эфиров в спирте основаны на ко-

0,285 0,097 0,160

0.300

0,115

0,200

лориметрическом измерении интенсивности окрасок, образующихся в результате реакции указанных примесей со специфическими реактивами.

Определение содержания альдегидов

Метод основан на измерении оптической плотности испытуемого раствора после реакции присутствующих в испытуемом спирте альдегидов с фуксинсернистой кислотой.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; секундомер; ареометры стеклянные; ареометры для спирта; спиртомеры металлические типа А контрольные; термометры с ценой деления 0,1 и 0,5 °C; весы лабораторные; колбы 2— 100—1 и 2—200—1; колбы Кн-100; цилиндры 1 (2) — 5 0 и 1 (2) — 100. Цилиндры стеклянные для ареометров; бюретка 1—2—50—0,1; пипетки 4—1—1, 4—1—2, 6—1—5, 6—1—10 и 6—1—20; пробирки на 45 см3 с пришлифованными пробками; стаканчики для взвешивания (бюксы); воронки; колба из темного стекла с пришлифованной пробкой на 1 дм3; ступка фарфоровая с пестиком; водяная баня или ультратермостат;

стеклянные палочки; бумага фильтровальная; часовые стекла; кислота серная; кислота уксусная; 2 %-ный раствор; натрия гидроксид (раствор NaOH концентрацией 0,1 моль/дм3); фуксин основной, чистый для анализа (ч. д. а) для фуксинсер- нистой кислоты натрия пиросульфит (Na2S2O5); фенолфталеин; спиртовый 1 %-ный раствор; вода дистиллированная.

Подготовка к испытанию. Приготовление ф у к- синсернистого реактива. Взвешивают 0,22 г основного фуксина, с погрешностью не более 0,0002 г, растирают в фарфоровой ступке с 5—6 каплями холодной дистиллированной воды до образования однородной массы. Затем добавляют 20—30 см3 дистиллированной воды температурой 95—98 °C и смесь без потерь переносят в мерную колбу на 200 см3, обмывая пестик и ступку горячей дистиллированной водой. Объем жидкости в колбе не должен превышать 120— 150 см3. Содержимое колбы перемешивают, добиваясь растворения фуксина, и помещают в кипящую водяную баню на 1 ч. Затем раствор охлаждают до 20 °C, доводят объем до метки дистиллированной водой и перемешивают.

(। Полученный раствор переливают в склянку из темного стекла с пришлифованной пробкой на 400 см3 и смешивают с 20 см3 раствора пиросульфита натрия (плотность 1,290 г/см3) и 3 см3 концентрированной серной кислоты (плотность 1,830 г/ /см3). Приготовленный реактив выдерживают 12 ч при 8—10°С для более полного насыщения SO2. Срок хранения реактива — 2 мес.

Приготовление раствора пиросульфита натрия. Взвешивают 40 г пиросульфита натрия с погрешностью не более 0,01 г, помещают в мерную колбу на 100 см3 с пришлифованной пробкой, приливают 40 см3 дистиллированной воды и содержимое выдерживают в течение 5—6 ч при комнатной температуре для более полного растворения пиросульфита натрия.

Насыщенный раствор отфильтровывают через бумажный складчатый фильтр на воронке, прикрытой часовым стеклом. Фильтрат собирают в цилиндр вместимостью 100 см3, доводят его плотность до 1,290 г/см3 дистиллированной водой и переливают в склянку с пришлифованной пробкой. Раствор пиросульфита натрия готовят непосредственно перед его использованием.

Приготовление 2 % - н о г о раствора уксусной кислоты. В мерную колбу с пришлифованной пробкой вместимостью 100 см3 помещают 2 см3 концентрированной уксусной кислоты, доводят объем до метки дистиллированной водой и перемешивают.

В коническую колбу на 100 см8 помещают 10 см3 полученного раствора уксусной кислоты, добавляют 30—50 см3 дис-

тиллированной воды и определяют концентрацию этого раствора путем титрования раствором гидроксида натрия концентрацией 0,1 моль/дм3 в присутствии фенолфталеина.

На титрование 10 см3 2 %-ного раствора уксусной кислоты должно пойти 33,3 см3 раствора гидроксида натрия. При отклонении от указанного количества в сторону уменьшения или увеличения добавляют к раствору по каплям соответственно концентрированную уксусную кислоту или дистиллированную воду.

Приготовление испытуемых водноспиртовых растворов. Содержание альдегидов в ректификованном спирте определяют в водно-спиртовом растворе с концентрацией спирта 40 об. %, поэтому непосредственно перед определением ректификованный спирт разбавляют дистиллированной водой до указанной концентрации при

Объем исходного спирта, который необходимо смешать с дистиллированной водой, чтобы получить необходимый объем водно-спиртового раствора, вычисляют по формуле

V = VxxK\,

где V — объем, который необходимо приготовить, см3; х — необходимая концентрация водно-спиртового раствора, об. %; Сх—исходная концентрация, об. %.

Концентрацию полученного водно-спиртового раствора измеряют спиртомером в цилиндре на 500 см3 при температуре 20 °C. Содержание альдегидов в этиловом спирте-сырце определяют в разбавленном водно-спиртовом растворе. Спирт- сырец разбавляют дистиллированной водой при температуре 20 °C до концентрации 40 % вышеописанным способом. Затем полученный водно-спиртовый раствор разбавляют в пять раз ректификованным спиртом «Экстра». Для этого 20 см3 испытуемого водно-спиртового раствора с концентрацией спирта 40 % помещают в мерную колбу на 100 см3 и доводят объем до метки ректификованным спиртом «Экстра» при температуре 20 °C.

Проведение испытания. Для анализа ректификованного спирта и спирта-сырца 20 см3 испытуемого водно-спиртового раствора вносят в пробирку с пришлифованной пробкой, добавляют 1см3 2 %-ного раствора уксусной кислоты. Пробирку закрывают пробкой и содержимое тщательно перемешивают. К раствору добавляют 2 см3 фуксинсернистого реактива, содержимое снова перемешивают в течение 10 с и помещают на водяную баню температурой 20 °C на 30 мин.

В результате проведенной реакции образуется комплексное соединение красно-фиолетовой окраски, интенсивность которой измеряют фото колориметром.

Оптическую плотность испытуемого раствора спирта- сырца, полученную после реакции альдегидов с фуксин- сернистым реактивом, измеряют фотоколориметром при длине световой волны 536 нм в кювете с шириной рабочей грани 1 мм в сравнении с дистиллированной водой. Измерение растворов ректификованного спирта проводят в кюветах с шириной рабочей грани 50 мм при светофильтре с длиной световой волны 536 нм в сравнении с дистиллированной водой.

Полученные после колориметрирования результаты не должны превышать предельно допустимые значения оптических плотностей, установленные для каждого сорта спирта и указанные ниже.

Сорт спиртаПредельно

допустимые значения оптических плотностей, не более

Экстра ...,...'.,.....•...• 0,145

Высшей очистки и 95 %-ный питьевой0,255

I сорта 0,635

Спирт-сырец, выработанный из зерна и картофеля или смеси зерна, картофеля, сахарной свеклы и мелассы . . . . . 0,240 Спирт-сырец, выработанный из мелассы0,450

В случае необходимости количественного анализа, содержание альдегидов в спирте определяют по уравнению

6= 15,380D + 0,308,

где С — содержание альдегидов в пересчете на уксусный альдегид, мг/см3 безводного спирта; 15,380 и 0,308 — коэффициенты, найденные экспериментально путем изучения зависимости оптических плотностей реакционных сред от содержания альдегидов в спирте; D — оптическая плотность раствора, полученная после реакции исследуемого спирта с фук- синсернистым реактивом.

Пример. Для анализа взят спирт «Экстра», который разбавили до 40 об. %. С данным спиртом провели реакцию с фуксинсер- нистым реактивом. Оптическая плотность реакционной смеси составила — 0,105 г/см3, поэтому спирт является кондиционным.

Содержание альдегидов в спирте: С = 15,38 • 0,105 + 0,308 = = 1,92 мг/см3 в пересчете на уксусный альдегид.

Превышение указанных пределов оптических плотностей свидетельствует о наличии сверхнормативного количества альдегидов. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух парал- 120

лельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать ^5 % относительно среднего значения при доверительной вероятности Р = 0,95.

Определение содержания сивушного масла

Метод основан на измерении оптической плотности испытуемого раствора после реакции присутствующего в испытуемом спирте сивушного масла с раствором парадиметилами- нобензальдегида в концентрированной серной кислоте.

Аппаратура, материалы, реактивы: ареометры для спирта; спиртомеры металлические типы А, контрольные; термометры с ценой деления 0,1 и 0,5 °C; весы аналитические; фотоколориметр; секундомер; водяная баня; колбы 2—50—2, 2—100—2 и 2 250—2; колба Кн-100; цилиндр 1—100; цилиндры стеклянные для ареометров; бюретки 1—2—50—0,1; пипетки 4—1—1, 4—1—2, 6—1—5 и 6—1—1; пробирки вместимостью 20 см3 с пришлифованными пробками; стаканчики для взвешивания (бюксы); склянки с пришлифованными пробками вместимостью 100 см3; стеклянные палочки; шпатель; штатив металлический; штативы для пробирок; кислота серная, химически чистая; парадиметиламинобензальдегид (П-ДАБ) химически чистый; раствор с концентрацией П-ДАБ 0,4 в 100 см3 серной кислоты; дихромат калия; вода дистиллированная.

Подготовка к испытанию. Приготовление раствора с концентрацией парадиметиламинобензальдегида (П-ДАБ) 0,4 г в 10 0 см3 серной кислоты. Берут 0,4 г П- ДАБ, взвешенного с погрешностью не более 0,0002 г, растворяют в мерной колбе на 100 см3 в 40—50 см3 серной кислоты, доводят объем до метки той же кислотой и перемешивают. Приготовленный раствор хранят в холодильнике не более 7 дней.

Приготовление основного раствора дихромата калия. Берут 0,15 г дихромата калия, взвешенного с погрешностью не более 0,01 г, растворяют в мерной колбе на 100 см3 в 40—50 см3 дистиллированной воды, доводят объем до метки и перемешивают. Полученный раствор дихромата калия используют для приготовления эталонного раствора.

Приготовление эталонного раствора для анализа ректификованного спирта. Содержание сивушного масла в ректификованном спирте определяют в водно-спиртовом растворе с концентрацией спирта 40 об. %. Испытуемый спирт разбавляют до указанной концентрации так, как указано выше.

Берут 40 см3 основного раствора дихромата калия и помещают его в мерную колбу на 50 см3, затем объем доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Интенсивность ярко-желтой окраски полученного раствора измеряют на фотоколориметре при светофильтре с длиной световой волны 490 нм в кювете с шириной рабочей грани 5 мм в сравнении с дистиллированной водой. Оптическая плотность этого раствора должна быть 0,210.

При отклонении от указанного значения в сторону увеличения или уменьшения следует добавить соответственно к полученному раствору по каплям дистиллированную воду или основной раствор дихромата калия, добиваясь точного показания прибора. Раствор следует хранить в склянке с пришлифованной пробкой вместимостью 50—100 см3, проверяя его оптическую плотность один раз в месяц.

Приготовление эталонного раствора для анализа спирта-сырца. Содержание сивушного масла в спирте-сырцеопределяют вводно-спиртовом растворе концентрацией 5 об. %. Испытуемый спирт- сырец разбавляют до указанной концентрации так, как указано выше. Затем отбирают 12 см3 основного раствора дихромата калия помещают .его в мерную колбу на 100 см3, объем доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Интенсивность светло-желтой окраски полученного раствора измеряют на фотоколориметре при светофильтре с длиной световой волны 490 нм в кювете с шириной рабочей грани 5 мм в сравнении с дистиллированной водой. Оптическая плотность этого раствора должна быть равна 0,035. При отклонении от указанного значения поступают так, как указано выше.

Проведение испытания. Для проведения анализа ректификованного спирта и спирта-сырца 10 см3 раствора П-ДАБ вносят в пробирку с пришлифованной пробкой, осторожно по стенке пробирки приливают 1 см3 испытуемого водно-спиртового раствора с концентрацией спирта 40 об. % с таким расчетом, чтобы не происходило смешивания обеих жидкостей, а образовывалось два слоя.

Содержимое пробирки энергично перемешивают в течение 10 с и выдерживают на кипящей водяной бане в течение 30 мин, отмечая время по секундомеру. Затем пробирки погружают в проточную холодную воду (или в водяную баню со льдо м) для быстрого охлаждения реакционной смеси до температуры 20 °C. Интенсивность образовавшейся в результате реакции розовато-оранжевой окраски измеряют на фотоколориметре при светофильтре с длиной световой волны 490 нм в кювете с шириной рабочей грани 20 мм в сравнении с эталонным раствором, имеющим оптическую плотность 0,210.

Полученные после колориметрирования результаты не должны превышать предельно допустимые значения оптических плотностей, установленные для каждого сорта спирта и указанные ниже. Превышение указанных пределов оптических плотностей указывает на наличие сверхнормативного количества сивушного масла.

При работе на фотоколориметре, в котором отсутствуют светофильтры с длиной световой волны 490 нм, измерение следует проводить при тех светофильтрах, длина волны у которых близка к 490 нм.

Сорт спиртаСорт спиртаПри работе на фотоколориметре марки ФЭК-М используют светофильтры с длиной световой волны 530 нм. Оптическую плотность, полученную на этом приборе, следует умножить на поправочный коэффициент, равный 0,86. Результаты, полученные после умножения на поправочный коэффициент, позволят судить о количестве сивушного масла в испытуемом спирте при сравнении их с предельно допустимыми значениями оптических плотностей, указанными ниже.

Сорт спирта

Сорт спирта

Предельно допусти- мые.значе- ния оптических плотностей, не более

Экстра о,285

Высшей очистки и 95 %-ный питьевой .0,300

I сортао,43О

Спирт-сырец о,475

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать =±5 % относительно среднего значения при доверительной вероятности 0,95.

При анализе спирта-сырца оптическую плотность испытуемого водно-спиртового раствора измеряют на фотоколориметре при длине световой волны 490 нм в кювете с шириной рабочей грани 5 мм в сравнении с эталонным раствором, имеющим оптическую плотность, равную 0,035. Поправочный коэффициент для значений оптических плотностей, измеренных на фотоколориметре марки ФЭК-М, равен 1,8.

Определение содержания сложных эфиров

Метод основан на колориметрическом измерении интенсивности окраски, получаемой после реакции хлорида железа с гидроксамовой кислотой, образующейся в результате взаимодействия сложного эфира испытуемого спирта и гидроксиламина в щелочной среде.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; секундомер; шпатель; весы аналитические; стаканчики для взвешивания (бюксы); пипетки 6—1—5, 6—1—10 и 6—1—25; цилиндр 1—25; колбы КнКШ-25 и КнШ-50; колбы 1—500—2 и 1 —1000—2; натрия гидроксид, раствор NaOH концентрацией 3,5 моль/дм3; гидроксиламин гидрохлорид; железа (III) хлорид; кислота соляная; раствор с соляной кислотой концентрацией 4 моль/дм3.

Подготовка к испытанию. Приготовление 2 М раствора гидрохлорид гидроксилами- н а . Отбирают 69,6 г гидрохлорид гидроксиламина, взвешенного с погрешностью не более 0,01 г, растворяют в мерной колбе на 500 см3 в 200 см3 дистиллированной воды и доводят ею объем до метки. Полученный раствор перемешивают и хранят в холодильнике.

Приготовление раствора соляной кислоты с концентрацией 4 мо ль / дм3. Отбирают 500 см3 дистиллированной воды, наливают в мерную колбу на 1 дм3, постепенно при непрерывном перемешивании приливают 333 см3 концентрированной соляной кислоты, тщательно перемешивают и охлаждают до 20 °C. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и снова перемешивают.

Приготовление раствора хлорида железа концентрацией 0, 37 моль/дм3. Отбирают 50 г хлорида железа взвешенного с погрешностью не более 0,012, растворяют в 400 см3 дистиллированной воды, приливают 12,5 см3 раствора соляной кислоты и перемешивают. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и снова перемешивают. При хранении раствора может образоваться осадок, который необходимо отфильтровать.

Приготовление раствора гидроксида натрия концентрацией 3, 5моль/дм3. Отбирают 70 г гидроксида натрия, взвешенного с погрешностью не более 0,01 г, растворяют в 400 см3 дистиллированной воды в мерной колбе на 500 см3, охлаждают до 20 °C, доводят объем полученного раствора до метки дистиллированной водой и снова перемешивают.

Приготовление раствора реакционной смеси. Готовят раствор реакционной смеси путем смешивания равных объемов раствора гидрохлорид гидроксиламина и раствора гидроксида натрия, учитывая, что на проведение анализа одного образца испытуемого спирта расходуется 24 см3 смеси. Полученную смесь перемешивают и используют для анализа не позднее чем через 6 ч с момента приготовления.

Проведение испытания. Для анализа ректификованного спирта и спирта-сырца требуется приготовление испытуемых растворов А и Б.

Приготовление испытуемого раствора А. Отбирают 12 см3 реакционной смеси и помещают ее в коническую колбу на 50 см3, приливают 6 см3 испытуемого спирта, перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1,5—2 мин. Затем приливают 6 см3 раствора соляной кислоты, перемешивают, добавляют 6 см3 раствора хлорида железа и непрерывно помешивают в течение 1 мин, отмечая время по секундомеру.

Интенсивность образовавшейся окраски измеряют в течение 3 или 4 мин. Измерение проводят на колориметре при светофильтре с длиной световой волны 540 нм в кювете с шириной рабочей грани 50 мм в сравнении с дистиллированной водой.

Приготовление испытуемого раствора Б. Отбирают 12 см3 реакционной смеси и помещают в коническую колбу на 50 см3, приливают 6 см3 раствора соляной кислоты, перемешивают, добавляют 6 см3 испытуемого спирта, снова перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1,5—2 мин. Затем приливают 6 см3 раствора хлорида железа и непрерывно помешивают в течение 1 мин, отмечая время по секундомеру.

Интенсивность образовавшейся окраски измеряют вышеописанным способом.

Полученные значения оптических плотностей используют для определения расчетного значения оптической плотности, по которой судят о количестве сложных эфиров.

Расчетное значение оптической плотности вычисляют по формуле

^расч = ^А ^Б’

где Dx, De — оптические плотности соответственно испытуемых растворов А и Б.

Полученные после колориметрирования результаты не должны превышать предельно допустимые значения оптических плотностей, установленные для каждого сорта спирта и указанные ниже-

Предельно допустимые значения опти- v еских нлогнос- теп. не б о-ее. 0,245. 0,295. 0,495Предельно допустимые значения опти- v еских нлогнос- теп. не б о-ее. 0,245. 0,295. 0,495. 0,435 0,605. 0,435 0,605Сорт спирта

Предельно допустимые значения опти- v еских нлогнос- теп. не б о-ее

. 0,245

. 0,295

. 0,495

Предельно допустимые значения опти- v еских нлогнос- теп. не б о-ее

. 0,245

. 0,295

. 0,495

. 0,435 0,605

. 0,435 0,605

Экстра

Высшей очистки и 95 %-ный питьевой

I сорта

Спирт-сырец, выработанный из зерна и картофеля или смеси зерна, картофеля, сахарной свеклы и мелассы Спирт-сырец, выработанный из мелассы

Примечание. Оптическую плотность ректификованного спирта измеряют в кювете с шириной рабочей грани 50 мм, а спирта- сырца — 5 мм.

Превышение указанных пределов значений оптических плотностей свидетельствует о наличии сверхнормативного количества сложных эфиров. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать ±5% относительно среднего значения при доверительной вероятности 0,95.

Анализ спирта-сырца проводят в водно-спиртовом растворе, как указано выше. Интенсивность окраски испытуемого раствора А измеряют фотоколориметром при светофильтре с длиной световой волны 540 нм в кювете с шириной рабочей грани 5 мм в сравнении с испытуемым раствором Б, а не с дистиллированной водой.

По полученному значению оптической плотности определяют количество сложных эфиров в испытуемом образце спирта-сырца, сравнивая его с предельно допустимым значением оптической плотности, указанным выше.

Определение содержания метилового спирта

Метод основан на колориметрическом измерении интенсивности окраски, получаемой после взаимодействия фуксин- сернистой кислоты с формальдегидом, образующимся в результате реакции окисления метилового спирта, содержащегося в испытуемом спирте, пермананганатом калия.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; секундомер; термометры с ценой деления 0,1 и 0,5 °C; ареометры стеклянные; весы аналитические; ступка фарфоровая с пестиком; стеклянные палочки; водяная баня; шпатель; часовое стекло; колбы 1—100—2 и 1—500—2; цилиндры 1—50 и 1—100; бюретка 1—2—25—0,1; пипетки 4—1—1,

6—1—5, 6—1—10 и 6—1 —15; стакан фарфоровый на 250 см3; пробирки с пришлифованными пробками вместимостью 20 см3; стаканчики для взвешивания (бюксы); склянки из темного стекла вместимостью 600 см3 с пришлифованными пробками; бумага фильтровальная; кислота серная; кислота щавелевая химически чистая; насыщенный раствор; кислота уксусная, 1 %-ный раствор; фуксин основной, ч. д. а для фуксинсернистой кислоты; натрия пиросульфит, насыщенный раствор; калия перманганат, 1 %-ный раствор натрия гидроскид, раствор с концентрацией (NaOH), 1 моль/дм3; фенолфталеин (индикатор), 1 %-ный спиртовой раствор; вода дистиллированная.

Подготовка к испытанию. Приготовление ф у к - синсернистого реактива. Отбирают 0,55 г основного фуксина, взвешенного с погрешностью не более 0,0001 г , растирают в фарфоровой ступке с 5—6 каплями холодной воды до образования однородной массы. Затем добавляют 50 см3 горячей дистиллированной воды температурой 95—98 °C и смесь без потерь переносят в мерную колбу на 500 см3, обмывая пестик и ступку горячей водой.

Объем жидкости в колбе не должен превышать 200 см3. Содержимое колбы перемешивают до растворения фуксина и помещают на кипящую водяную баню на 1 ч. Затем раствор охлаждают до 20 °C , доводят объем до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Полученный раствор переливают в склянку из темного стекла с пришлифованной пробкой на 600 см3 и смешивают с 12,5 см3 раствора пиросульфита натрия (плотность 1,260 г/см3) и 2,5 см3 концентрированной верной кислоты (плотность 1,830 г/см3). Полученный реактив выдерживают в течение 24 ч при температуре 8—10 °C для более полного насыщения SO2. Срок хранения реактива — 2 мес.

Приготовление раствора пиросульфита натрия. Отбирают 40 г пиросульфита натрия, взвешивают с погрешностью не более 0,01 г, помещают в мерную колбу на 100 см3 с пришлифованной пробкой, приливают 40 см3 дистиллированной воды и содержимое колбы выдерживают в течение 5—6 ч при комнатной температуре для более полного растворения пиросульфита натрия. Насыщенный раствор отфильтровывают через бумажный складчатый фильтр на воронке, прикрытой часовым стеклом. Фильтрат собирают в цилиндр вместимостью 100 см3 и доводят его плотность дистиллированной водой до 1,260 г/см3.

Раствор пиросульфита натрия готовят непосредственно перед его использованием. Реактив следует хранить в склянке с пришлифованной пробкой. -

Приготовление 1 % - но г о ра створа перманганата калия (КМпО4). Отбирают 5 г перманганата калия, взвешивают с погрешностью не более 0,002 г, растворяют в 100—150 см3 дистиллированной воды в мерной колбе на 500 см3, доводят объем раствора до метки водой и перемешивают.

Полученный раствор переносят в склянку из темного стекла с пришлифованной пробкой и используют для анализа не ранее чем через 2 сут.

Приготовление насыщенного раствора щавелевой кислоты. Отбирают 10 г щавелевой кислоты, взвешивают с погрешностью не более 0,01 г, помещают в мерную колбу на 100 см3 с пришлифованной пробкой доливают до метки дистиллированной водой и выдерживают при комнатной температуре не менее 24 ч для достижения полного насыщения. Затем раствор фильтруют через бумажный складчатый фильтр, фильтрат собирают и хранят в склянке с пришлифованной пробкой.

Приготовление 1 % -но г о раствора уксусной кислоты. Отбирают 1 см3 концентрированной уксусной кислоты и вносят его в мерную колбу на 100 см3, доливают дистиллированной водой до метки. Раствор перемешивают и определяют его концентрацию. Для этого 10 см3 полученного раствора помещают в коническую колбу на 100 см3 и титруют раствором гидроксида натрия концентрацией 0,1 моль/дм3 в присутствии фенолфталеина.

На титрование 10 см3 раствора с массовой долей уксусной кислоты 1 % расходуется 17,5 см3 раствора гидроксида натрия концентрацией 0,1 моль/дм3.

При отклонении от указанного значения в сторону уменьшения или увеличения следует добавить к приготовленному раствору по каплям соответственно концентрированную уксусную кислоту или дистиллированную воду, добиваясь точного количества расходуемого раствора гидроокиси натрия.

Проведение испытания. Для анализа ректификованного спирта и спирта-сырца отбирают 1 см3 испытуемого спирта, вносят его в пробирку с пришлифованной пробкой, добавляют 5 см3 1 %-ного раствора перманганата калия и 0,4 см3 серной кислоты, разбавленной дистиллированной водой в соотношении 1:1. Содержимое пробирки перемешивают и ровно через 3 мин приливают 1 см3 насыщенного раствора щавелевой кислоты при помешивании.

Когда жидкость приобретает светло-желтую окраску, к ней приливают 1 см3 концентрированной серной кислоты, перемешивают и добавляют 1 см3 1 %-ного раствора уксусной кислоты. Смесь снова перемешивают, добавляют 5 см3 128

фуксинсернистого реактива и выдерживают на водяной бане при. 20 °C в течение 30 мин.

Ре акционная смесь приобретает серо-голубую окраску, интенсивность которой измеряют на фотоколориметре при светофильтре с длиной световой волны 582 нм в кювете с шириной рабочей грани 30 мм в сравнении с дистиллированной водой.

Полученные после колориметрирования результаты не должны превышать предельно допустимые значения оптических плотностей, установленные для каждого сорта спирта и указанные ниже.

Сорт спиртаПредельно

допусти-мые значе-ния опти-ческихплотнос-тей,не более

Экстра* о,35О

Высшей очистки и I сорта, 95 %-ный питьевой . . . .0,400

Спирт-сырец, выработанный из зерно-картофельного сырья 0,550

В ректификованном спирте и спирте-сырце, выработанных из сахаросодержащего сырья, содержание метилового спирта не определяют. Превышение указанных предельно допустимых значений оптических плотностей свидетельствует о наличии сверхнормативного количества метилового спирта.

При работе на фотоколориметре марки ФЭК-М проводят испытание при светофильтре с длиной световой волны 590 нм. Полученное значение оптической плотности следует умножить на поправочный коэффициент, равный 1,34. По результатам, полученным после умножения на поправочный коэффициент, определяют количество метилового спирта.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТА" ЛИКЕРО-ВОДОЧНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Фотоколометрический метод определения цвета ликероводочных изделий разработан во ВНИИПрБ и включен в ГОСТ 4828—83.

В испытуемом изделии измеряют оптическую плотность и сравнивают ее с экспериментально установленной величиной оптической плотности, характеризующей цвет ликеро-водочных изделий.

Аппаратура, материалы, реактивы: фотоколориметр; колбы 2—1000—2, 2—100—2; пипетки 6—1 — 10, 7—1—5; термометры ртутные стеклянные лабораторные с ценой деления 0,1 и 0,5 °C ; вода дистиллированная; йод. -

Подготовка к испытанию. Приготовление р а ст - /вора йода концетрацией 0,001 моль/ дм 3 из фиксанала йода концентрацией 0,1 моль/дм3. Берут указанное количество фиксанала йода и переносят в мерную колбу на 1 дм3. Объем раствора в колбе доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Отбирают 1 см3 раствора, переносят в мерную колбу на 100 см3, доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.

Определение поправочного коэффициента. При определении цвета ликеро-водочных изделий пределы оптических плотностей были установлены на фотоколориметре марки ФЭК-Н-57. Определяют поправочный коэффициент фото колориметра. Для этой цели раствор йода с концентрацией 0,001 моль /дм3 наливают в кювету с расстоянием между рабочими гранями 5 мм и измеряют его оптическую плотность при светофильтре с’длиной световой волны 413 нм или близкой к ней. В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду. Оптическая плотность данного раствора должна быть 0,400. Если оптическая плотность раствора будет иная, определяют поправочный коэффициент:

К = 0,400/D,

где 0,400 — оптическая плотность раствора йода с концентрацией 0,001 моль/дм3, полученная на фотоколориметре марки ФЭК-Н-57; D — оптическая плотность раствора йода концентрацией 0,001 моль/дм3, полученная на имеющемся фотоколориметре.

Поправочный коэффициент устанавливают для каждого фотоколориметра, а также периодически в процессе эксплуатации.

Проведение испытания. Перед проведением испытаний по табл. 21 находят наименование испытуемого изделия, размер кюветы и длину световой волны, при которых следует проводить колориметрирование. Изделие наливают в кювету и измеряют три раза оптическую плотность. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,01 % оптической плотности. В качестве раствора сравнения используют дистиллированную воду.

Обработка результатов. Если оптическая плотность раствора йода 4,000, то полученное значение оптической плотности сравнивают с предельно допустимыми значениями оптических плотностей, указанных в табл. 21.

Если оптическая плотность йода не соответствует оптической плотности 0,400, то полученное ее значение умножают 130

21. Пределы оптических плотностей для определения цвета ликеро-водочных изделий

Наименование

2

5

У 2

О ^

и

р 2

Я X

| 5

Пределы оптических плотностей при Z, нм

400

413

536

610

Ликеры крепкие Алмаз

10

0,320—0,370

Апельсиновый

3

—

0,250—0,310

—

Бенедиктин

5

—

0,300—0,350

—

—

Б оч ю

1

—

0,600—0,800

—

Крупникас

3

—

0,160—0,180

—■

—

Кянну-Кукк

1

—

0,380—

0,450

—

Мятный

10

—

—

—

0,440— 0,480

Папараць кветка

1

—

0,250—0,310

-—

—

Розмарин

3

—

0,310—0,380

— —

—

Старый Таллин

1

—

Не менее

—

—

0,540

Фантазия

1

—

—

—

Не менее

0,180

Шартрез

10

—

—

—

0,400— 0,500

Южн ый

5

—

0,260—0,320

—

•—

Ликеры десертные

Абрикосовый

3

—

Не менее

—

0,180

Алычевый

3

—

0,420—0,450

Ванильный

3

—

0,500—0,600

—

—

Вишневый

3

—

—

Не менее

—

0,460

Дружеский

3

—

Не менее

—

0,320

Жагаровишня

3

—

Не менее

•—

—

0,430

Колхида

10

—

0,200—0,280

Кофейный

1

.—

Не менее

—

—

0,320

Кизиловый

3

—

0,200—0,250

Лимонный

5

—

0,300—0,340

—

Львовский

3

—

Не менее

—

—

0,380

Юбилейный

5

—

Не менее

—

——

•

0,180

Мокко

3

—

0,600—0,800

—

—

Молдавская вишня

3

11 "■

—

Не менее

—

0,400

Наименование

2 =Х 5 Is

X х X X 5^

Пределы оптических плотностей при X, нм

400

413

536

610

Новогодний

5

Не менее 0,200

—

—

Нектар

3

—

Не менее 0,290

—

—

Облепиховый

3

0,390—0,440

—

Роза

3

—

0,180—0,250

——

Розовый

5

—

—

0,420— 0,500

—

Шоколадный

3

—

0,750—0,850

—

Черносмородиновый

3

—

Не менее 0,730

—

Утро Байкальское

3

0,280— 0,330

—

—

—

Кремы

Абрикосовый

3

—

Не менее 0,160

—

—

Вишневый

3

—

—

Не менее 0,460

—

Кизиловый

3

—

0,400—0,420

—

Малиновый

3

—

Не менее 0,160

—

Рябиновый

5

—

—

0,310— 0,370

—

Черносмородиновый

3

—

Не менее 0,720

-—

—

Шоколадный

3

—

0,800—0,900

—

—

Яблочный

Наливки

3

Не менее 0,150

Айвовая

5

—

0,120—0,160

—

—

Алычевая

5

—

0,240—0,300

■ ■■

—

Белорусская

3

-—

Не менее 0,350

—

—

Вишневая

3

—

—

Не менее 0,450

—

Десертная

1

—

0,140—0,250

—

—,

Запеканка

1

—

Не менее 0,290

—

—

Запеканка украинская

1

—

0,260—0,340

—

■■

Золотая осень

5

—

0,230—0,350

*—.1 —

■ 1 —

Кизиловая

5

—

0,200— 0,280

Наименование

2

2 х . « 3

О У О X

I * = *

Пределы оптических плотностей при X, нм

400

413

536

610

Клубничная

5

—

—

Не менее 0,300

—

Курортная

3

—

Не менее 0,140

—

——

Малиновая

3

—

Не менее

—

—

0,290

Майская

3

—

Не менее

—

—

0,320

Минский десерт

3

—

—

Не менее 0,430

Северная

3

—

—

0,220—

0,330

—-

Сливянка

3

—

—

Не менее

—

0,470

Сливянка украинская

3

Че менее

—

—

—

0,440

Спотыкач

1

—

Не менее

—

—

0,300

Спотыкач украинский

1

—

0,260—0,340

—

—•

Украинская вишневая

1

—

■

Не менее 0,370

Черносмороди новая

3

—

Не менее 0,680

Пунши

Айвовый

1

—

0,350—0,400

—

—

Алычевый

5

——

Не менее

—

0,380

Апельсиновый

3

—

0,180—0,200

—

—

Винный

5

0,350— 0,390

Вишневый

1

■ 1■

—

Не менее

—

0,340

Жигулевский

10

—

Не менее 0,370

—

Коньячный

5

—

0,350—0,380

—

—

Кубанский

3

Не менее 0,300

—

Полесский

3

—

Не менее

—

—

0,590

Майга

5

0,400— 0,500

—

—

Малиновый

3

—

Не менее

—

—

0,290

Сливовый

3

—

Не менее

—

—

0,500

Наименование

2 - 2

о f я &

Пределы оптических плотностей при л, нм

400

413

536

610

Черносмородиновый

1

—

—

0,450— 0,600

—

Яблочный

5

—

Не менее 0,240

—

—

Настойки сладкие

Абрикосовая

5

.—,

0,400—0,500

—

—

Алтайская черноплодная

1

—

—

0,300— 0,400

—

Вишневая

3

—

—

Не менее 0,330

—

Голубичная

3

—

Не менее 0,430

—

—

Дар осени

5

—

Не менее 0,230

2

2

Лимонная

20

Не менее 0,210

—

—

Нежинская рябина

5

—

0,660—0,700

Нежная

3

—

Не менее 0,240

—

—

Облепиховая

3

—

0,130—0,180

—

Рябиновая на коньяке

5

—

0,640—0,720

Черри

3

—

0,280—0,380

Черемуховая

3

—

Не менее 0,400

—

—

Янтарь

3

—

0,200—0 220

—

—

Настойки полусладкие

Алеся

3

—

0,550—0,600

--

Восточная

5

—

0,240—0,290

Дайнавй

3

—

0,640—0,720

Лесная сказка

3

—

0,450—0,520

——

Ранет перцовый

3

0,420—

0,500

—

—

—

Паланга

3

—.

0,600—0,670

Рябинка

3

—

0,200—0,380

—

Суздальская

5

0,320—

0,360

—

——

——

Южная

5

0,250— 0,280

—

—

Напитки д е с е р т н ы е

Вишневка

3

1

Не менее 0,500

—

—-

Продолжение табл. 21

<L

О С

Наименованиес

5 2

СО о

:Е

> О.

Пределы оптических плотностей при X, нм

400

413

536

610

Вишневый

3

—

—

Не менее 0,270

—

Не менее

-—

—

Желтые листья

0,240

Лада

5

Не менее

——

—

0,230

Летний десерт

з

Не менее

•—

—

0,420

10

Не менее

—

—•

Золотистый

0,570

О

Не менее

—•

Клюковка

о

0,750

Освежающий

к

0 230—0,280

—

—*

и

Не менее

—

—

Рубиновый

0,480

Т ей-ка

3

—

—

Не менее 0,400

5

Не менее

—

—*

Яблочко

0,240

Яблочный Орловский

5 о

—

0,260—0,310-

—Не менее

—•

Уральский

Аперитивы

о

0,440

1

Не менее

—

Агнес

0,680

Габриэль

1

Не менее

——

0,680

Кларет

5

0,250— 0,300

—

Кунгла

5

0,400— 0,550

—

Не менее

О

Иртыш

и

0,340

Новость

Q

Не менее—

—•

0,280

Невский Нектар

10

0 630—0.680—

г

0,260— 0,310

Медея Морской

—

0.240—0,280—

0,250— 0,300

5

—

—

0,400—

—•

Минск

0,470

Рига

Не менее—

0,440

Наименование

2

« .

§ « а.2

я к

к ®

Пределы оптических плотностей при X, нм

400

413

536

610

Степной

5

0,230—

Сюрприз

5

0,270

Не менее

Утес

3

—

0,380 Не менее

Цитрусовый

10

0,260—

0,170

Оригинальный

3

0,350

0,130—0,190

—

—

Настойки горькие

Адмиралтейская

5

0,550—0,600

' Беловежская

3

0,700—0,800

Вильяк

3

0,430—

—

-

Волжская особая

3

0,480

0,140—

Горная

3

0,190

0,230—0,250

Горный дубняк

3

—

0,140—0,160

Дзинтар дзидрайс

10

——

0,400—0,450

Донская стременная

5

—

0,300—0,320

—

Житомирская ароматная

5

—

0,300—0,320

Звейниеку

3

—

0,170—0,260

—

—

Зверобой

3

0,220—0,270

Золотой рог

3

—

Не менее

—

Зубровка

3

—

0,600 Не менее

-

Ерофеич

5

0,250—

0,150

Кедровка

3

0,320

Не менее

Киевская ароматная

5

0,200

Не менее

■--

Казачья

5

0,260 0,260—0,440

Ласите

5

0,520—0,570

Лимонная

10

—

0,240—0,290

——

Листопад

3

—

0,220—0,250

Мелиховская

3

—

0,270—0,350

Омская горькая

3

—

0,350—0,400

Охотничья

3

—

0,400—0,500

Перцовка

3

—

0,450—0,600

Переяславская

10

—

0,430—0,480

Петровская

3

—

0,280—0,340

Полесская особая

3

—

0,300—0,360

—

—

Наименование

2 2

О О) \о со

о а X

5 =

* S

Пределы оптических плотностей при X, нм

400

413

636

610

Ром советский

3

0,140—

_

Славутич

10

0,180

0,480—0,540

Старка

3

—

0,300—0,350

—

—.

Смеричка

10

—

0,130—

Сурхан

3

0,140—0,180

0,140

Старокиевская

10

0,350—

—

—

—

Треес девинериос

3

0,380

0,280—0,300

—.

Украинская с перцем

10

—

0,330—0,380

—

—

Украинская степная

5

—

0,220—0,280

—

——

Юбилейная особая

3

—

0,180—0,220

—

—

Черниговская

5

—

0,220—0,270

—

—

Яремча

5

—

Не менее

—

—

Коктейли

Диско

5

0,350

0,500—0,600

Рубин

3

—

0,700—

—

Изумруд

3

—

0,750

0,350—

Огонек

1

0,550—0,600

0,400

Ангара

5

—

0,300—0,350

—

—

Три апельсина

5

—

0,300—0,400

—

—

на установленный поправочный коэффициент и находят приведенную величину оптической плотности по формуле

^прив ^изд^»

где Оизд — оптическая плотность испытуемого изделия; К — поправочный коэффициент.

Затем полученное значение оптической плотности сравнивают с предельно допустимыми значениями оптических плотностей.

Изделие считается соответствующим требованиям нормативно-технической документации по цвету, если полученные результаты соответствуют предельно допустимому значению оптической плотности, указанному в табл. 21.

Глава 6

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ

Спектрофотометрия отличается высокой чувствительностью, воспроизводимостью, избирательностью, простотой выполнения измерения, возможностью автоматизации аппаратуры, благодаря чему является одним из перспективных методов анализа в контроле бродильных производств.

Спектрофотометрия основана на измерении поглощения света при строго определенной длине волны (монохроматичное излучение), которое соответствует максимуму поглощения данного соединения в В-УФ- или ИКС-области спектра.

В спектрофотометрии используются те же законы свето- поглощения, что и в фотоколориметрии. В связи с тем что в спектрофотометрии используется не полихроматический, а монохроматический свет, т. е. узкий интервал длин волн — 1—2 нм, она имеет следующие преимущества по сравнению с фотоколориметрией: анализ, проводимый в узкой области оптимального светопоглощения, значительно увеличивает чувствительность и точность количественного определения, применима как для анализа одного вещества, так и для анализа систем, содержащих несколько поглощающих свети химически не взаимодействующих друг с другом компонентов; позволяет анализировать как окрашенные, так и бесцветные растворы; дает возможность охватить более широкий диапазон длин волн, благодаря чему измерения проводят с большей точностью; позволяет широко исследовать качественный состав и химическое строение различных соединений.

ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕКТРОФОТОМЕТРОВ

Для спектрофотометрических измерений в УФ-, и В-об- ластях применяется два типа приборов — нерегистрирующие и регистрирующие. Широкое распространение получили нерегистрирующие спектрофотометры, в которых результат наблюдают на шкале прибора визуально. Эти приборы имеют одинаковую оптическую схему, но несколько различаются электрическими схемами и методикой измерений.

Спектрофотометр включает монохроматор для получения монохроматического света и фотометр для измерения оптической плотности. Монохроматор состоит из источника света и диспергирующего устройства. Наиболее часто источником света служит лампа накаливания с вольфрамовой нитью, излучающая свет в области длин волн 340—1100 нм. Этот

источник света позволяет работать в ближней УФ-, В-, а также в ближней ИК-областях спектра. Для измерений в УФ- области спектра с длиной световой волны 186—350 нм применяют разрядную дейтериевую лампу. Важно, чтобы источник света давал непрерывный спектр по всей спектральной области, тогда с помощью диспергирующего устройства можно выделить любой нужный участок спектра.

Для разложения света применяются стеклянные и кварцевые призмы, а также дифракционные решетки. Призмы об-

Рис. 27. Схема УФ-спектрофотометра:

1— ручка установки длины волн; 2—поворачивающееся зеркало; 3 — призма; 4 —• зеркала; 5 — стабилизатор; 6—фотоэлемент; 7—усилитель; 8— ручка установки отсчетного потенциометра; 9— кювета; 10— ручка установки ширины щели.

Рис. 28. Общий вид спектрофотометра марки СФ-26:

/ — сигнальная лампа включения в «сеть»; 2— шкала длины волн; 5 — корпус монохроматора; 4— стабилизатор с источником излучения; 5—рукоятка переключения зеркального конденсора; 6— крышка кюветной камеры; 7 — рукоятка переключения фотоэлемента; 8— рукоятка шторки; 9— рукоятка компенсации темнового тока; 10 — рукоятка перемещения каретки с образцами; 11—рукоятка раскрытия щели; 12 — измерительный прибор; 13 — рукоятка «отсчет»; 14 — рукоятка компенсации; 15 — рукоятка шкалы длин волн; 16 — сигнальная лампа включения дейтериевой лампы; 17 — сигнальная лампа включения лампы накаливания; /8 — тумблер «сеть».

ладают довольно высокой дисперсией и большой светосилой. Кварцевые призмы дают возможность работать в ультрафиолетовой области спектра. Важной деталью спектрофотометра является щель, с помощью которой можно регулировать ин- тенсивнбсть светового потока: чем меньше раскрытие щели, тем меньше света проходит через нее и тем уже интервал длин волн светового пучка.

Фотометр состоит из вакуумных фотоэлементов, усилителя постоянного тока и компенсирующего устройства (потенциометра), шкала которого градуирована в единицах оптической плотности в процентах светопропускания.

Схема УФ-спектрофотометра показана на рис. 27, а на рис. 28 и 29 приведен общий вид СФ-26 и СФ-16. Характеристика рабочей области длин волн спектрофотометров следующая:

Рабочая область спектра,

Марка прибора нм

СФ-26 186—1100

СФ-18 760—2500

СФ-16186—1100

СФ-14 400—760

СФ-11 220—1100

СФ-Ю 400—750

СФ-9 760—2500

СФ-8 195—2500

СФ-5 380—1100

СФ-4 760—1100

СФ-4А 220—1100

СФ-2М 400—750

Наибольшее распространение получили нерегистрирующие спектрофотометры марок СФ-26, СФ-16, СФ-4А. Они сконструированы по однолучевой схеме, поэтому в процессе измерений на пути потока излучения поочередно устанавли-

Рис. 29. Общий вид спектрофотометра марки СФ-16:Рис. 29. Общий вид спектрофотометра марки СФ-16:а—спектрофотометр; б— стабилизатор; /—шкала длины волн; 2-— шкала отсчетного потенциометра; 3 — микроамперметр; 4 — осветитель; 5 — кюветная камера; 6 — кнопка включения высокого напряжения, рукоятки: 7 — регулировки тока накала; 8 — изменения режима работы стабилизатора; 9, 10—. включения в сеть источника излучения; 11— точной компенсации темнового тока; 12— переключения шторки; 13 — включения фотоэлемента; 14 — микрометрического винта регулировки ширины щели; 15 — плавного изменения чувствительности; 16 —- ступенчатого изменения чувствительности; 17—компенсации темнового тока; 18—переключения пределов измерения; 19— отсчетного потенциометра; 20 — шкалы длин волн.а—спектрофотометр; б— стабилизатор; /—шкала длины волн; 2-— шкала отсчетного потенциометра; 3 — микроамперметр; 4 — осветитель; 5 — кюветная камера; 6 — кнопка включения высокого напряжения, рукоятки: 7 — регулировки тока накала; 8 — изменения режима работы стабилизатора; 9, 10—. включения в сеть источника излучения; 11— точной компенсации темнового тока; 12— переключения шторки; 13 — включения фотоэлемента; 14 — микрометрического винта регулировки ширины щели; 15 — плавного изменения чувствительности; 16 —- ступенчатого изменения чувствительности; 17—компенсации темнового тока; 18—переключения пределов измерения; 19— отсчетного потенциометра; 20 — шкалы длин волн.

Рис. 29. Общий вид спектрофотометра марки СФ-16:

Рис. 29. Общий вид спектрофотометра марки СФ-16:

а—спектрофотометр; б— стабилизатор; /—шкала длины волн; 2-— шкала отсчетного потенциометра; 3 — микроамперметр; 4 — осветитель; 5 — кюветная камера; 6 — кнопка включения высокого напряжения, рукоятки: 7 — регулировки тока накала; 8 — изменения режима работы стабилизатора; 9, 10—. включения в сеть источника излучения; 11— точной компенсации темнового тока; 12— переключения шторки; 13 — включения фотоэлемента; 14 — микрометрического винта регулировки ширины щели; 15 — плавного изменения чувствительности; 16 —- ступенчатого изменения чувствительности; 17—компенсации темнового тока; 18—переключения пределов измерения; 19— отсчетного потенциометра; 20 — шкалы длин волн.

а—спектрофотометр; б— стабилизатор; /—шкала длины волн; 2-— шкала отсчетного потенциометра; 3 — микроамперметр; 4 — осветитель; 5 — кюветная камера; 6 — кнопка включения высокого напряжения, рукоятки: 7 — регулировки тока накала; 8 — изменения режима работы стабилизатора; 9, 10—. включения в сеть источника излучения; 11— точной компенсации темнового тока; 12— переключения шторки; 13 — включения фотоэлемента; 14 — микрометрического винта регулировки ширины щели; 15 — плавного изменения чувствительности; 16 —- ступенчатого изменения чувствительности; 17—компенсации темнового тока; 18—переключения пределов измерения; 19— отсчетного потенциометра; 20 — шкалы длин волн.

ваются эталонный и испытуемый растворы. При этом изменения интенсивности излучения падающего на фотоэлемент, вызывают изменение напряжения в системе усилителя, которое компенсируется изменением напряжения на потенциометре, связанном с отсчетным устройством.

Спектрофотометр снабжен электронным стабилизатором, который питает прибор постоянным током.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Помимо общих требований, предъявляемых к фотометрии и фотоколориметрии, к спектрофотометрии предъявляются еще и дополнительные требования. К спектрофотометру при

лагаются прямоугольные кюветы с толщиной слоя * в 1 см, цилиндрические с различной толщиной слоя и тефлоновые (рис. 30).

Рис. 30. Кюветы, прилагаемые к спектрофотометру марки СФ-16:

1—тефлоновые; 2— стеклянные прямоугольные; 3 — стеклянные цилиндрические.

Рис. 31. Держатели кювет к спектрофотометру марки СФ-16: / — для прямоугольных кювет; 2 — для твердых образцов; 3 — для тефлоновых кювет; 4 — для цилиндрических кювет; 5 — оправа кюветы.Рис. 31. Держатели кювет к спектрофотометру марки СФ-16: / — для прямоугольных кювет; 2 — для твердых образцов; 3 — для тефлоновых кювет; 4 — для цилиндрических кювет; 5 — оправа кюветы.Прямоугольные кюветы изготовлены из оптического кварца и могут применяться для работы в любой области спектра. Для этих кювет имеется специальный металлический держатель с четырьмя гнездами (рис. 31). В одно гнездо устанавливают кювету с раствором сравнения, светопоглощение которо-

Рис. 31. Держатели кювет к спектрофотометру марки СФ-16: / — для прямоугольных кювет; 2 — для твердых образцов; 3 — для тефлоновых кювет; 4 — для цилиндрических кювет; 5 — оправа кюветы.

Рис. 31. Держатели кювет к спектрофотометру марки СФ-16: / — для прямоугольных кювет; 2 — для твердых образцов; 3 — для тефлоновых кювет; 4 — для цилиндрических кювет; 5 — оправа кюветы.

го принимается в данном случае равным нулю. В три остальных гнезда помещают кюветы с анализируемыми растворами. Это дает возможность измерять одновременно поглощение трех растворов, если их поглощающая способность сравнивается с одним и тем же раствором сравнения.

Цилиндрические кюветы представляют собой стеклянные стаканы, закрывающиеся с обеих сторон крышками, кварце-

выми или стеклянными, в зависимости от того, в какой области спектра предполагается проводить определение. Стеклянные крышки используют для области от 400 до 1000 нм, они обозначены буквой «С». В комплект прибора входят 18 цилиндрических кювет (по 2 шт. с одинаковой толщиной слоя в 4,05; 4,10; 4,20; 4,50; 5,50; 10; 20; 50 и 100 мм). Кюветы вставляют в металлические держатели. Точные данные о толщине слоя кюветы и их пропускаемости приведены в аттестате прибора.

Для наполнения цилиндрической кюветы одну из крышек помещают на чистую твердую подставку и сбоку надвигают на нее стакан кюветы. Наполняют кювету раствором до образования выпуклого мениска. Вторую крышку надвигают сбоку так, чтобы в стакане не оставалось пузырьков воздуха, затем кювету осторожно снимают с подставки, придерживая крышки, и вставляют ее в отвинченную крышку металлического держателя, поместив в нее предварительно резиновую прокладку. Сверху помещают вторую резиновую прокладку и навинчивают металлический стакан вместе со второй металлической крышкой.

Кварцевые кюветы одинаковой длины могут иметь различные характеристики пропускания в ультрафиолетовой области спектра их необходимо маркировать и одни использовать только для растворител^, а другие — для исследуемого раствора. Кюветы необходимо всегда содержать в чистоте. Сразу же после работы из них следует вылить раствор и промыть их водой. Сильно загрязненные кюветы можно опустить ненадолго в концентрированную азотную кислоту, а затем хорошо прополоскать водой. Кюветы следует проверять на про- пускаемость света, наполнив их дистиллированной водой, сопоставляя полученные результаты с данными аттестата.

При абсолютных измерениях контрольным образцом служит воздух и величина потока, проходящего через свободное окно держателя фильтров, принимается равной 100 % пропускания.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Перед началом измерений устанавливают в исходное положение («Выключено», «Закрыто») все переключатели в шка-. лу. Стабилизатор должен быть подключен к спектрофотометру и находиться в положении «Выключено». Затем устанавливают в рабочее положение фотоэлемент и источник излучения, соответствующие спектральному диапазону измерений. При помощи тумблера включают в цепь стабилизатора нужную лампу , закрывают фотоэлемент, поставив шторку-пере-

ключатель в положение «Закрыто», и устанавливают ширину щели примерно в 0,1 мм.

Отсчетную шкалу устанавливают на нулевое деление по шкале оптической плотности (100 % пропускания). Потенциометр чувствительности приводят в среднее положение. Затем устанавливают в рабочее положение необходимый источник света (лампу), после чего прибор включают в сеть. Для этого тумблер стабилизатора ставят в положение «Накал», реостатом стабилизатора доводят ток накала до величины,указанной в паспорте. Через 1—2 мин включают «Высокое напряжение» стабилизатора и в течение 10 мин прогревают прибор.

Измерения проводят в следующем порядке. Устанавливают кюветы с анализируемым раствором и раствором сравнения в кюветную камеру так, чтобы на пути потока излучения был раствор сравнения, закрепляют кюветы и закрывают крышку кюветной камеры. После чего устанавливают необходимую ширину щели. Узкая щель (положение «4») обеспечивает большую монохроматичность. Если нужно проводить измерения с большей чувствительностью и можно пренебречь снижением монохроматичности, работают с широкой щелью (положение «1»).

Устанавливают по шкале необходимую длину волны света, подводя ее со стороны малых значений. Если при этом шкала повернется на большую величину, то следует возвратить ее назад на 3—5 нм и снова подвести к требуемому делению. Затем компенсируют темновой ток фотоэлемента, подводя грубой и плавной регулировкой стрелку миллиамперметра к нулю (центральный штрих-электрический нуль), открывают фотоэлемент и устанавливают стрелку миллиамперметра на нуль, изменяя ширину щели. Более плавно это можно сделать рукояткой потенциометра чувствительности.

Устанавливают на пути излучения кювету с анализируемым раствором, перемещая каретку с кюветодержателем, потом устанавливают положение ширины щели «I» и поворотом отсчетного барабана приводят стрелку миллиамперметра к нулю. Снимают отсчет по шкале пропускания или оптической плотности. Для увеличения точности отсчет производят 3 раза, повторяя весь порядок компенсации, затем находят среднее значение показаний по шкале.

Выводят измеряемый образец и вводят контрольный образец в поток излучения. Устанавливают рукоятку пределов измерений в положение «Закрыто», если при этом стрелка миллиамперметра возвращается к нулю, можно проводить измерения, не проверяя компенсацию темнового тока перед каждым измерением. Если стрелка миллиамперметра заметно отклонилась, проверяют измерение.

Если необходимо провести измерение с большей точностью, то ширину щели устанавливают в положение «2», и снятое по шкале пропускания показание умножают на 0,1, а к показаниям оптической плотности прибавляют единицу. При измерении коэффициента пропускания (больше 90 %) с высокой точностью, ширину щели устанавливают в положение «3», полученное показание умножают на 0,1 и прибавляют к нему 90.

По окончании работы закрывают фотоэлемент, выключают на стабилизаторе «Ток накала» и ставят его в положение «Выключено», приводят в исходное положение все переключатели и прибор выключают из сети.

МЕТОД ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЭТИЛОВОГО СПИРТА И ВОДКИ (МЕТОД ВНИИПрБ)

Чистый от примесей этиловый спирт не поглощает свет, в то время как его примеси (альдегиды, сивушные спирты, органические кислоты, эфиры и др.) поглощают свет в ультрафиолетовой области спектра.

Альдегиды, изоамиловый спирт, миристиновая, каприловая, капроновая кислоты значительно повышают оптическую плотность ректификованного спирта в области спектра при длинах волн 250—270 нм.

Триэтиламин из группы аминов, присутствующих как в спирте, так и в водке, значительно ухудшает органолептические свойства спирта и водки: придает специфический сладковато-гнилостный вкус и затхлый запах. Максимум поглощения триэтиламина и сивушного масла наблюдается при длине волны 260 нм.

Чем выше степень очистки спирта, тем ниже интенсивность УФ-поглощения его. Примеси, заметно ухудшающие органолептические свойства, значительно повышают оптическую плотность ректификованного спирта в области 250—270 нм. Величина оптической плотности или показателя светопропус- кания в области спектра 250—253, 7 нм в 80 % случаев объективно характеризует органолептические свойства спирта, а также степень очистки его от примесей. Чем ниже оптическая плотность или выше светопропускание, тем более высокая степень очистки спирта.

Контроль качества спирта можно проводить как в лаборатории, так и непосредственно в цехе ректификации.

Спектрофотометрический метод может также применяться для оценки степени очистки сортировки, путем измерения величины оптической плотности сортировки до и после процесса обработки ее.

Аппаратура, материалы, реактивы: спектрофотометр, имеющий длину волны света 250—260 нм.

Проведение испытания. Анализируемый спирт или водку наливают в кювету с шириной рабочей грани 50 мм и определяют коэффициент светопропускания или оптическую плотность при 260 нм по отношению к воздуху.

Величина оптической плотности ректификованного спирта высшей очистки при длине волны 260 нм находится в пределах 0,1—0,3, а водки — 0,2—0,5. Чем ниже показатель оптической плотности исследуемого образца, тем меньше примесей в нем содержится.

Глава 7

ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ

ПОКАЗАТЕЛЬ pH И ЕГО РОЛЬ В КОНТРОЛЕ БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Концентрация ионов водорода в растворе — один из важнейших технологических показателей в контроле бродильных производств, так как от него зависят скорость и эффективность процессов осахаривания, дрожжегенерирования, брожения, активность ферментов, жизнедеятельность посторонних микроорганизмов, которая влияет на выход и качество продукции.

Оптимум действия всех ферментов и микроорганизмов проявляется при строго определенном значении pH. При отклонении от оптимума pH скорость всех биохимических процессов значительно уменьшается.

Из уравнения диссоциации воды Н2О<=± Н++ ОН" видно, что в чистой воде концентрации ионов Н+ и ОН" равны.

Известно, что [Н+] [ОН~] = 1 • 10"14, откуда [Н+] = = [ОН~] = V1 * Ю~14= 1 • 10"7. Чистая вода имеет нейтральную реакцию. Таким образом, растворы, в которых концентрация ионов водорода равна 10~7 моль/дм3, называются нейтральными. В этих растворах [Н+] = [ОН~]. Если к чистой воде прибавить какой-либо кислоты, концентрация ионов водорода повысится и станет больше, чем 1 • 10"7, а концентрация ионов ОН" уменьшится.

Следовательно, кислотность и щелочность растворов можно количественно охарактеризовать концентрацией водородных ионов: нейтральный раствор [Н+] = [ОН"] = 10"7 моль/ дм3; кислый раствор [Н+] > 10*7 моль/дм3; щелочной раствор [Н+] < 10"7 моль/дм3.

Применение чисел с отрицательным показателем неудобно. Поэтому для характеристики степени кислотности растворов применяют вместо истинных концентраций водородных и гидро- ксидных ионов их десятичный логарифм с обратным знаком, который обозначают через pH, т. е. pH = —lg[H+].

Иногда концентрацию гидрокснд-ионов характеризуют гидроксильным показателем — десятичным логарифмом их концентрации с обратным знаком и обозначают через рОН, т. е. рОН = —Ig [ОНП.

Сумма водородного и гидроксидного показателей для любого водного раствора — величина постоянная: pH + рОН = 14. Шкала водородных показателей обычно заключается в пределах от 1 до 14. Величины pH и рОН характеризуют среду раствора. Растворы, имеющие рН<7, называются кислыми, pH > >7 — щелочными. Нейтральная среда характеризуется равенством pH = рОН = 7. С уменьшением pH кислотность раствора растет, а щелочность убывает.

Для поддержания необходимого значения pH биохимических, химических, аналитических реакций, используют специальные системы, называемые буферными. Буфер — это соединение или смесь веществ, введение которого в раствор способствует поддержанию постоянного значения pH. Буферный раствор препятствует изменению pH, которое может происходить при разбавлении раствора или добавлении к нему сильной кислоты или сильного основания.

Буферным действием обладают смеси слабых кислот и оснований с их солями, смеси кислой соли слабой кислоты с ее средней солью, некоторые индивидуальные вещества и др. Сущность буферного действия заключается в том, что одно из соединений, входящих в состав буферной смеси, может связывать ионы водорода, а другое — ионы гидроксила в молекулы слабого электролита (кислоты, воды или основания). При этом pH системы до определенного предела изменяется незначительно.

Постоянное значение pH сохраняется также при разбавлении буферных смесей водой, так как при разбавлении в одинаковой степени уменьшается концентрация кислоты и соли, а соотношение между ними остается прежним.

Буферная емкость. Способность буферного раствора сохранять неизменной реакцию среды в зависимости от количества добавленной кислоты или щелочи характеризуют буферной емкостью — количеством молей кислоты или основания, добавка которых изменяет на единицу значение pH в 1 дм3 буферного раствора.

Буферная емкость зависит от концентрации компонентов буферного раствора. Чем раствор концентрированнее, тем боль-

ше его буферная емкость. Разбавление буферного раствора не влияет заметно на изменение pH, но значительно отражается на буферной емкости. Буферные растворы используются в качестве pH-стандартов для калибровки и проверки рН-метров (см. прил. 7,8).

В технологии бродильных производств представляют интерес вопросы стабилизации и смещения равновесия pH технологических сред. В процессах осахаривания, дрожжегенерирова- ния, брожения, культивирования кормовых дрожжей действуют буферные системы, регулирующие pH. Буферной емкостью обладают меласса, солод, крахмалистое сырье, барда и др. Стандартные буферные растворы используются в контроле бродильных производств для стабилизации сред при определении активностей ферментных препаратов, солода и др.

ОСНОВЫ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Потенциометрия широко применяется в контроле бродильных производств для определения pH. Метод — точный, простой, оперативный. Измерительные приборы просты в эксплуатации и позволяют осуществлять экспресс-анализ.

В настоящее время входит в практику метод потенциометрического титрования, который основан на измерении потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор,• или на определении концентрации иона по величине электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента.

Любой гальванический элемент состоит из двух электродов, а ЭДС его представляет собой разность потенциалов этих электродов. Для потенциометрического анализа используют гальванические элементы, состоящие из индикаторного электрода и электрода сравнения. Потенциал первого зависит от концентрации определяемого иона в растворе, а потенциал второго нечувствителен к концентрации этого иона. Поэтому ЭДС гальванического элемента зависит только от концентрации определяемого (потенциалопределяющего) иона в растворе.

Потенциал между электродами измеряют специальными приборами — потенциометрами или pH-метрами. В потенциометрическом анализе различают метод прямой потенциометрии и метод потенциометрического титрования.

Прямая потенциометрия — измерение точной величины электродного потенциала, по которой можно определить точную концентрацию потенциалопределяющего иона в растворе. Предварительно, пользуясь растворами с известной концентрацией, калибруют электрод, т. е. опытным путем определяют зависимость его потенциала от концентрации потенциалоопределяющего иона.

Прямая потенциометрия широко применяется для определения концентрации водородных ионов или величины pH растворов (рис. 32). Появление ионоселективных мембран, т. е. перегородок, пропускающих ионы только одного вида, привело к разработке методов потенциометрического определения других ионов.

Рис. 33. Схема установки для потенциометрического титрования:1 — блок потенциометрической ячейки; 2 — блок титратора; 3— бюретка; 4— потенциометр; 5 — самописец; 6 — переключатель;!7 — магнитная мешалка.Рис. 33. Схема установки для потенциометрического титрования:1 — блок потенциометрической ячейки; 2 — блок титратора; 3— бюретка; 4— потенциометр; 5 — самописец; 6 — переключатель;!7 — магнитная мешалка.Преимуществом прямой потенциометрии является то, что в процессе анализа концентрация анализируемого раствора не изменяется, имеется возможность работать с малыми объемами разбавленных растворов, процессы легко поддаются автоматизации.

Рис. 33. Схема установки для потенциометрического титрования:

1 — блок потенциометрической ячейки; 2 — блок титратора; 3— бюретка; 4— потенциометр; 5 — самописец; 6 — переключатель;!

7 — магнитная мешалка.

Рис. 33. Схема установки для потенциометрического титрования:

1 — блок потенциометрической ячейки; 2 — блок титратора; 3— бюретка; 4— потенциометр; 5 — самописец; 6 — переключатель;!

7 — магнитная мешалка.

Рис. 32. Схема потенциометрического измерения:,

/ — рН-метр; 2 — контролируемый раствор; 3—стеклянный электрод; 4 — хлорсеребряный электрод.

Потенциометрическое титрование основано на том, что изменение концентрации иона непременно сопровождается изменением потенциала на электроде, погруженном в титруемый раствор. Около точки эквивалентности происходит скачок потенциала, фиксируемый потенциометром. Записав показания потенциометра, определяют точку эквивалентности и объем титранта, израсходованный на титрование.

Потенциометрическое титрование применяют для индикации точки эквивалентности во всех титрометрических методах.

Потенциометрическое титрование имеет ряд преимуществ: возможность титрования окрашенных и мутных растворов, слабых кислот и оснований, смесей кислот или оснований, смесей окислителей или восстановителей в неводных средах; возможность анализа смеси близких по своим свойствам веществ без их предварительного разделения; высокая точность и воспроизводимость определений; исключение визуальной ошибки при определении эквивалентной точки; большая скорость выполнения анализа сложных производственных объектов.

Ошибки титрования могут быть обусловлены погрешностью измерений объема стандартного раствора, соответствующего эквивалентной точке, и потенциала индикаторного электрода.

Для точного определения окончания титрования необходимо, чтобы скачок разности потенциалов был наибольшим. Эта величина зависит от .первоначальной концентрации раствора и от разности нормальных электродных потенциалов окислителя и восстановителя: чем больше концентрация раствора и чем больше разность потенциалов, протекающих окислительно-восстановительных процессов, тем больше скачок потенциала в точке эквивалентности.

Простейшая установка для потенциометрического титрования показана на рис. 33. Промышленность выпускает блок автоматического титрования (БАТ). Применение таких приборов рационально при большом числе однотипных анализов. Действие БАТ основано на автоматической добавке титранта в контролируемый раствор при регулярной скорости. На блоке автоматического титрования устанавливают разность потенциалов индикаторного электрода и электрода сравнения, соответствующую точке эквивалентности. Электроды опускают в анализируемый раствор и включают бюретку автоматического титрования. В точке эквивалентности автоматически прекращается титрование. Объем израсходованного раствора реагента отмечается специальным счетчиком. По реле времени устанавливают скорость титрования.

Точку эквивалентности (конец титрования) устанавливают в зависимости от pH перехода окраски индикатора, используемого при обычном титровании. Если при обычном титровании применяется фенолфталеин, то титрование заканчивают при pH 8,5; бромтимоловый синий — при pH 7,3; лакмус — при pH 7; метиловый красный — при pH 6,3 и т. д.

Электроды. Для электрохимических измерений применяют стандартные и индикаторные электроды. Потенциал стандартных электродов постоянен, потенциал индикаторных зависит от концентрации веществ и измеряется относительно стандартных.

Наибольшее практическое применение для измерения pH раствора и потенциометрического титрования кислот и оснований среди индикаторных электродов нашли стеклянный, сурмяный, а стандартных (сравнения) — каломельный и хлорсеребряный электроды. Водородный электрод применяется для анализа растворов, у которых pH больше, чем 11—12, так как при значениях pH выше 12 стеклянный электрод неточен.

На рис. 34 показан стеклянный электрод. В стеклянном электроде в качестве внутреннего применяют: хлорсеребряный

в растворе соляной кислоты; хингидронный в буферном растворе; каломельный в растворе хлористого калия и др. Стеклянный электрод по сравнению с другими имеет преимущества: позволяет анализировать с высокой точностью кислые и ще-

лочные растворы в области от 1 до 12 pH; применять электрод можно в окрашенных, мутных, коллоидных растворах и эмульсиях; измерять pH можно в небольшом объеме жидкости; при анализе незабуференных растворов дает точные результаты. При измерении в раствор не вводят постоян- них веществ (водород, хингидрон).

Потенциал электрода не зависит от присутствия окислителей, восстановителей и тяжелых металлов. Электрод можно применять в широкой области pH, на него не действуют яды. Потенциал электрода устанавливается практически мгновенно.

К недостаткам стеклянного электрода относятся: хрупкость, чувствительность к щелочным растворам. Кроме того, из-за неодинаковых свойств внутренней и внешней поверхности стекла мембраны возникают потенциалы, отличающиеся друг от друга. Эта разность потенциалов носит название потенциала асимметрии. В случае тонкостенных электродов из мягкого стекла потенциал асимметрии может составить несколько милливольт, а в случае толстостенных электродов из тугоплавкого стекла — десятки милливольт. Для уменьшения потенциала асимметрии стеклянный электрод вымачивают и хранят в воде или 0,1 н. растворе НС1.

Рис. 34. Стеклянный электрод:

/ — тонкостенная стеклянная мембрана; 2 — раствор; 3 — контактный электрод; 4 — электролитический ключ; 5 — корпус.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТЕНЦИОМЕТРОВ

Различные лабораторные рН-метры (pH- 673, pH-340, pH-262, pH-121), иономеры И-102, ЭВ-74 предназначены для измерения активности ионов водорода (pH), активностей одно- и двухвалентных катионов и анионов (рХ), а также для потенциометрического титрования (табл. 22). В приборах используются различные индикаторные электроды. Например, для измерения ЭДС окислительно-восстановительных потенциалов заменяют индикаторный стеклянный электрод платиновым. Прибор pH-121 снабжен дополнительными ионоселективными электродами для измерения активности ионов Na+, К+, Ag + и NH+

22. Потенциометрические приборы.

Прибор

Назначение

Пределы измерений

Погрешность

Универсальный иономер лабораторный марки

ЭВ-74

Для измерения величины рХ (pH) одно- и двухва-

(-!)-(+19 рХ) (±100)— (+1900 мВ)

(±0,04)- 0,08 рХ

лентных анионов и катионов, мВ

рН-метры:

милливольтметр лабораторный марки pH-121

Для измерения pH; pNa; pAg; рК; рМН4, мВ

(_1)_(+14 ед. pH) (±100)-

±0,05 pH

(+1400 мВ)

±0,05 pH

редокс-метр лабораторный с приспособлением

Для измерения pH,

(—1)—(+14 ед.

мВ

рп)

( + 100—

для подключения БАТ марки pH-673

(±2000 мВ) 0—ЗВ

милливольтметр лабора-

То же, pH; pNa,

(—1)—( + 14 ед. pH)

± 100—1400 мВ

±0,05 pH

торный с приспособлением для подключе-

мВ

ния БАТ марки pH-430 милливольтметр лабо-

Для измерения pH;

(—1)—(+14 ед.

±0,02 pH

раторный марки pH-262

мВ

pl 1) (100)-

(±1400 мВ)

±0,01 pH

милливольтметр лабораторный марки ЛПУ-01

То же, pH, мВ

(—!)—(+14 ед. pH) (±400)—

(+1400 мВ)

переносныйполевой

марки рН-47М переносный портативный

в pH, мВ в pH, мВ

(2-7,7)-

12 ед. pH 3—8

(±0,003)— (0,05 pH)

специализированный для контроля молочных продуктов марки pH-222

Блоки автоматического титрования: БАТ-12-ЛМ,Б АТ-15; лабораторный потенциометрический титрометр «Потенциал» в комплекте с pH-метрами используются для автоматического

потенциометрического титрования.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Прежде чем приступить к измерениям, проверяют механический нуль показывающего прибора. При необходимости коррекции нуля отверткой устанавливают стрелку на начальную отметку. Затем .присоединяют провод заземления к зажиму заземления и включают прибор в сеть.При этом должна загораться лампочка на панели прибора.

Правильность показаний pH-метра необходимо проверить по буферным растворам, фиксаналы которых прилагаются к прибору. Новые стеклянные электроды перед работой предварительно сутки вымачивают в 0,1 н. растворе соляной кислоты, хранят электроды в стаканчике с дистиллированной водой.

Буферные растворы при многократном применении могут изменять pH. Электрод перед каждым погружением в анализируемый раство ) промывают дистиллированной водой и осу- шивают фильтровальной бумагой. Величины pH по шкале прибора отсчитывают после того как показания примут устойчивое значение (через 0,5—1 мин).

Стеклянный электрод тщательно оберегают от высыхания, закончив работу, его погружают в дистиллированную воду. При появлении пленок на электродах их промывают органическими растворителями, растворами кислот и щелочей, а затем дистиллированной водой.

ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Прибор включают в сеть и прогревают 25—30 мин до начала работы. После чего наливают в стаканчик анализируемый раствор. Переключатель «Виды работ» устанавливают на отметку «pH», а переключатель «Пределы измерений» — на шкалу 1 —14. Затем регулируют высоту установки электродов так, чтобы они могли погружаться в раствор на 20—40 мм, и положение столика. При закреплении упора следует обращать внимание на то, чтобы столик, отведенный в крайнее правое положение, находился под электродами и мог поворачиваться влево на 90°.

В стаканчик с раствором погружают стеклянный электрод и электрод сравнения. Рукоятку компенсатора температуры на панели прибора устанавливают на температуру анализируемого раствора и отсчитывают показания прибора. При установке показателя пределов измерений на шкалу — 1 + 14 показания отсчитывают по нижней шкале, градуированной непосредственно в единицах pH. Показания на любом из узких диапазонов отсчитывают по верхней шкале показывающего прибора. По окончании измерений электроды промывают и погружают их в стаканчик с дистиллированной водой.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ pH МЕЛАССЫ

Мелассу анализируют в соответствии с ОСТ 18-395—82. Метод основан на определении реакции мелассы путем измерения pH водного раствора ее (1 1 1) при помощи pH-метра со стеклянным электродом.

Аппаратура, материалы, реактивы: потенциометр лабораторный, вода дистиллированная.

Проведение испытания. В стеклянный стаканчик на 50 см3 наливают, не доливая до верха, пробу мелассы, разбавленную дистиллированной водой в соотношении 1 ■ 1, и погружают электроды pH-метра. Показания pH-метра записывают по истечении 5 мин после погружения электрода.

Обработка результатов. Показание прибора является величиной pH среды раствора мелассы. За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух определений.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОТ В ЛИКЕРО-ВОДОЧНЫХ ИЗДЕЛИЯХ

Метод Основан на титровании испытуемого изделия раствором гидроксида натрия и электрометрическом определении точки нейтрализации при pH 7. Темноокрашенные изделия необходимо анализировать путем электрометрического титрования.

Аппаратура, материалы, реактивы: колбы КН-100, КН- 250; пипетки 6—1—10; цилиндры 1—30; потенциометры; гидроксид натрия.

Проведение испытания. В коническую колбу помещают 10 см3 испытуемого изделия, добавляют 50 см3 дистиллированной воды, доводят до кипения и охлаждают до комнатной температуры. Начинают титрование, прибавляя раствор гидрооксида натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3 сначала небольшими порциями, а затем — по каплям. После каждого прибавления раствора жидкость в колбе перемешивают и наблюдают за показаниями потенциометра. Титрование заканчивают при pH 7.

Обработка результатов. Концентрацию кислот вычисляют по количеству израсходованного на титрование раствора гидроксида натрия с последующим пересчетом на лимонную кислоту. Концентрацию кислот, выраженную в граммах лимонной кислоты в 100 см3 исследуемого изделия, вычисляют по формуле

С = 70,007 >• 10,

где V — объем раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3, пошедшей на титрование, см3; 0,007 — коэффициент пересчета на лимонную кислоту с одной молекулой кристаллизационной воды.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНОСТИ ВОДКИ

Водку анализируют в соответствии с ГОСТ 5363—82. Метод основан на титровании испытуемого изделия раствором соляной кислоты до установления точки нейтрализации при pH 6,1.

Аппаратура, материалы, реактивы: pH-метр; стакан химический Вн-250; пипетки 2—1—100; соляная кислота концентрацией 0,1 моль/дм3.

Проведение испытания. В химический стакан на 250 см3 помещает 100 см3 испытуемой водки и титруют 0,1 моль/дм3 раствором соляной кислоты. Постепенно прибавляя титрант, перемешивают анализируемый раствор и контролируют pH. Титрование заканчивают при pH 6,1.

Обработка результатов. Количество 0,1 моль/дм3 раствора соляной кислоты, пошедшее на титрование 100 см3 водки, определяет ее щелочность. Например, на титрование 10 см3 водки Пшеничная пошло 2,2 см3 раствора соляной кислоты. Следовательно, щелочность водки составляет 2,2.

Глава 8

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Газовая хроматография — наиболее распространенный и эффективный метод хроматографии. Этим методом можно качественно и количественно определять компоненты органических и неорганических смесей, газообразных, жидких и твердых вещеетв, давление пара которых превышает 0,133—133 Па и перегоняющихся без разложения в области температур до 400—500 °C.

Основным преимуществом газовой хроматографии является высокая чувствительность и разделяющая способность, скорость, точность и высокая степень автоматизации анализа. Расшифровка результатов хроматографического анализа достаточно проста. Современный газовый хроматограф представляет собой автоматический прибор, требующий от химика для выполнения анализа небольшого числа операций.

Основными понятиями газовой хроматографии являются приведенные ниже.

Газоадсорбционная хроматография — метод, в котором неподвижной 'фазой является твердое тело; газожидкостная — метод, в котором неподвижной фазой является жидкость, нанесенная на твердое тело.

Подвижная фаза — та, которая движется в хроматографическом слое и включает часть образца, содержащегося в этог фазе, неподвижная — фаза в хроматографическом слое, от которой зависит разделение. В газожидкостной и жидкость- жидкостной хроматографии неподвижной фазой является жидкость, а не твердый носитель.

Зона — область хроматографической колонки или слоя, где локализуется один или несколько компонентов образца.

Детектирование — процесс, с помощью которого выявляют присутствие хроматографически разделенных веществ.

Рыс. 35. Параметры газохроматографического пика и расчет площади пиков.

Хроматограмма — графическое представление зависимости величин сигнала детектора от времени или объема газа- носителя.

Нулевая (базисная) линия — часть хроматограммы, полученная при рабочих условиях колонки до выхода компонентов пробы.

Хроматографический пик — часть хроматограммы, соответствующая выходу из колонки компонента пробы. Основание пика — отрезок, соединяющий крайние точки пика. Площадь пика — площадь хроматографического пика до его основания. Высота пика (п) — длина вертикального отрезка между максимумом и основанием пика.

Ширина пика (р) — длина проекции на горизонтальную ось отрезка основания пика, заключенного между касательными, проведенными в точках перегиба пика (рис. 35). Ширина пика на половине высоты (р05)—длина отрезка, соединяющего две точки пика, находящиеся на половине высоты пика от его основания.

Время удерживания (/уд, у — время от момента ввода пробы в колонку до момента регистрации максимума на хроматограмме.

Относительное время удерживания /уд.Отн—отношение времени удерживания анализируемого вещества ко времени удерживания стандартного вещества, которое принято за 1. Зависит от природы вещества, стандарта, сорбента, температуры колонки.

Исправленное время удерживания (/уд, /^)— время от момента появления пика растворителя до появления максимума пика анализируемого вещества:

^r = ^r — tM,

где tM — время удерживания несорбируемого газа (растворителя).

Объем удерживания, или удерживаемый объем (Иуд, Уд) — объем газа, прошедшего через колонку с момента ввода пробы до момента появления максимума пика на хроматограмме:

^Д = ^Д^об-

где Роб — объемная скорость газа-носителя.

Относительный удерживаемый объем (Ууд. отн) представляет отношение удерживаемого объема анализируемого вещества к удерживаемому объему стандарта в одних и тех же условиях. Относительный удерживаемый объем стандарта принимается за I.

Исправленный объем удерживания (Ууд> Уд) измеряется от момента появления пика растворителя до появления максимума пика анализируемого вещества:

Vr = VR - VM,

где VM — объем удерживания несорбируемого газа (растворителя).

Критерий селективности газохроматографической колонки (Кс) — безразмерная расчетная величина, характеризующая избирательность колонки и численно равная отношению разности времен удерживания двух соседних компонентов:

^с = ^(2) ~ ^Д(1)^Д(2) + ^Дф-

Критерий разделения служит мерой качества разделения хроматографических зон веществ 1 и 2, отношение расстояния между высотами для двух хроматографических пиков:

К = Л^/(Ро,5(1) + Ио, 5(2)) = ^^Д^Но.бС!) + Но, 5(2))*

Критерий разделения равный 0,8—1 считается удовлетворительным.

Для описания процесса разделения веществ по слою сорбента в хроматографической колонке ее мысленно разбивают

на ряд последовательных элементарных участков — тарелок. Эффективность колонки характеризуется высотой (Я), эквивалентной одной теоретической колонке (ВЭТТ) и числом теоретических тарелок (Л/-).

Таким образом, высота представляет собой отношение длины слоя сорбента, необходимой для установления равновесия между веществом, находящимся в движущейся газовой фазе и неподвижной твердой или жидкой к числу теоретических тарелок. Выражают ее чаще всего в миллиметрах:

Н = L/N, где L — длина слоя сорбента

Рис. 36. Схема газового хроматографа.Рис. 36. Схема газового хроматографа.

Рис. 36. Схема газового хроматографа.

Рис. 36. Схема газового хроматографа.

Число эффективных теоретических тарелок определяют экспериментально (ГОСТ 17567—81) по формуле

N = 5,54N = 5,54lRИо,5

N = 5,54

N = 5,54

При проведении газовой хроматографии в нагретый до определенной температуры поток газа-носителя вводят анализируемую пробу. Вещества, содержащиеся в пробе, испаряются и вместе с потоком газа поступают в термостатированную колонку с неподвижной фазой (адсорбентом).

В колонке многократно протекают процессы адсорбции и десорбции на твердом носителе или растворения и выделения в жидкой пленке смеси газообразных веществ. Разделение сложной смеси здесь определяется коэффициентами адсорбции или распределения анализируемых веществ между фазами. На выходе из колонки смесь разделяется на индивидуальные вещества, поступающие с потоком газа на детектор.

Схема газового хроматографа показана на рис. 36. Газ- носитель из баллона / через редуктор 2, регулятор давления 3 и стабилизатор потока 4 поступает в сравнительную ячейку детектора 6. Затем через устройство для ввода пробы 7 он поступает в хроматографическую колонку 9, расположенную вместе с детектором в термостате 10. Давление на входе колонки измеряется манометром 5, объемная скорость газа-носителя периодически контролируется пенным измерителем скорости 11. Проба дозатором 8 вводится в поток газа-носителя перед хроматографической колонкой через устройство для ввода пробы 7. Поток газа-носителя переносит пробу в хроматографическую колонку 9, где и происходит разделение ее компонентов на отдельные зоны. Разделенные вещества (хроматографические зоны) поступают в детектор 6, который определяет концентрацию (или поток вещества) анализируемых компонентов в газе-носителе. Сигнал детектора, величина которого пропорциональна концентрации вещества, автоматически регистрируется потенциометром 12.

Расход газа-носителя определяют с помощью специальных расходомеров-ротаметров. Для очистки газа от влаги и других примесей используют склянки или U-образные трубки, заполненные хлоридом кальция, силикагелем. Их устанавливают перед дозатором. Дозировка и введение пробы в хроматограф производится специальными дозаторами. Хроматограф имеет приспособления, обеспечивающие смещение введенной дозы с газом-носителем или ее испарение. Поток газа- носителя вместе с пробой поступает в колонку.

Подвижная фаза, или газ-носитель, представляет собой газ высокой степени очистки, в качестве которого в практике используют азот, гелий, водород, а также аргон и диоксид углерода. Лучше пользоваться инертными газами, так как в этом случае не происходит взаимодействия разделяемых веществ с газом-носителем. Выбор газа зависит от вида детектора.

Неподвижная или жидкая фаза — те вещества, которые в виде пленки наносят на поверхность твердого инертного носителя. Они представляют собой высококипящие жидкости, относящиеся к разным классам соединений. Известно около 500 различных жидких фаз, однако на практике применяют очень немногие.

АППАРАТУРА

Дозаторы — устройства для ввода в хроматографическую колонку газовой, жидкой или твердой пробы.

Газообразные пробы обычно вводят медицинским шприцем. Жидкие пробы, в подавляющем большинстве случаев,

вводят с помощью микрошприцев различной вместимости- и конструкции. Наиболее распространены микрошприцы на 1 и 10 мкг. Лучшую воспроизводимость обеспечивает способ введения пробы с помощью заполненной ампулы, содержащей точно взвешенное количество анализируемой смеси. Ампулу, введеную в испаритель или другое устройство, затем раздавливают специальным винтом. После этого газ-носитель уносит испарившуюся пробу в хроматографическую колонку. Для введения проб газа большого объема пользуются"бюретками и отсекающими петлями.

Колонки. В хроматографической колонке компоненты смеси разделяются на отдельные зоны. Чаще используются два основных типа колонок: насадочные и капиллярные. Внутренний диаметр колонок в зависимости от цели анализа составляет 2—4 мм — в аналитических, 0,25—0,7 мм — в микронасадоч- ных и 10—100 см3 — в препаративных колонках. Колонки изготовляют из стекла, меди, нержавеющей стали и др. Часто при анализе полярных соединений (спирты, амины и др.) необходимо использовать только стеклянные колонки во избежание образования «ложных пиков».

Колонки помещают в термостаты, температура в которых поддерживается с точностью =^0,05 ч- 0,5 °C. Наиболее широко распространено воздушное термостатирование с принудительной циркуляцией.

Точность анализа зависит от способности хроматографической колонки надежно разделять анализируемую смесь. Разделительная способность колонки по отношению к данной смеси обусловлена следующими факторами: природой и качеством неподвижной фазы (распределением частиц адсорбента, равномерностью их упаковки в колонке, их удельной поверхностью, размером пор), длиной и диаметром колонки, температурой колонки, скоростью потока газа-носителя, величиной и скоростью испарения введенной пробы и др.

Детекторы. С помощью детектора количественно определи-, ют концентрацию (поток) анализируемых компонентов в газе- носителе после разделения их в хроматографической колонке. Характеристики детектора в основном определяют точность и чувствительность анализа. Одной из важных характеристик детектора является чувствительность, т. е. отношение выходного сигнала к входному, который определяется количеством поступающего в детектор вещества.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДЕТЕКТОРОВ

Катарометр. Основным элементом является металлическая нить с высоким сопротивлением, расположенная в канале металлического блока детектора и омываемая потоком газа-носителя. Нить нагревают, пропуская через нее постоянный ток (рис. 37,а). На чувствительность катарометра оказывают влияние сила протекающего через нить тока, теплопроводность газа-носителя и температура детектора. Для увеличения чувствительности катарометра необходимо увеличить силу тока в нити, уменьшить температуру термостата детектора и подобрать газ-носитель (Н2, Не) с высокой теплопроводностью.

Рис. 37. Хроматографические детекторы:

/—поток газа; 2— накаленная проволока; 3—» пламя; 4— электроды; 5 —источник 3-излучения (электронов).

Катарометр помимо универсальности имеет и другие преимущества: стабилен в работе, прост в эксплуатации и экономичен. Однако для надежной работы катарометра требуется точная регулировка температуры и скорости газового потока.

Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) основан на том, что органические вещества в пламени водородной горелки подвергаются ионизации, вследствие чего возникает ток ионизации, сила которого пропорциональна количеству заряженных частиц (рис. 37,6). ПИД имеет высокую линейную динамическую область, обладает малым рабочим объемом и малой инерционностью, малочувствителен к колебаниям расхода газа-носителя, давления и температуры. Применим при анализах с программированием температуры в колонке, нечувствителен к воде в газе-носителе и пробе, поэтому может использоваться при анализе проб, содержащих воду. ПИД обладает высокой чувствительностью (10-9— 10"12 г/с) и линейностью (106— 107) ко всем органическим веществам.

Работа ПИД зависит от правильного выбора скоростей газов. Обычно соотношение скорости потоков водорода, газа-носителя и воздуха составляет 1 s 1 ; 10. Сочетание высокой чув- 160

ствительности и широкого линейного диапазона обусловило применение ПИД для анализа микропримесей.

Пламенно-фотометрический детектор (ПФД) основан на том, что анализируемое вещество, выходящее из колонки, после смешивания с кислородом или воздухом сгорает в обогащенном водородном пламени. Продукты сгорания фосфор- и серосодержащих соединений регистрируются с помощью фотометрии пламенной эмиссии при длине волны 526 и 394 нм соответственно. Чувствительность для серосодержащих соединений составляет 10й г/с, для фосфорсодержащих — 1СГ13— 10~12г/с. Линейный диапазон — 5 • 104— 102 — 104, 102— 103 и 103 — 104 соответственно.

Электронно-захватный детектор (ЭЗД) основан на том, что под действием радиоактивного ^-излучения в камере детектора происходит ионизация молекул азота и образуются медленные электроны, которые под влиянием приложенного напряжения быстро перемещаются к аноду. При попадании в камеру детектора веществ с высоким сечением захвата возникают отрицательные ионы, а ионизационный ток уменьшается пропорционально концентрации захватываемых веществ (рис. 37, в).

Чувствительность ЭЗД к различным соединениям зависит от степени электроотрицательности или сродства к электрону этих соединений. Селективная чувствительность обусловливает узкую сферу применения ЭЗО.

Термоионный детектор состоит из обычного пламенноионизационного детектора и помещаемой на конец кварцевой горелки таблетки соли щелочного металла. Детектор очень чувствителен к фосфорсодержащим соединениям и полностью нечувствителен к другим органическим веществам.

23. Характеристика детекторов

Тип детектора

Пороговая чувствительность

5S

3 = щ О

X *

X X К X о о И S

С ад

н *

О са

а, с

X

и о X

со л

Особенности детектора

Катарометр

Ю-з— 10“5 мг/см3

IO-»

1—2

450

Предпочтительно гелий

Прост в обращении, но недостаточно чувствителен

Пламенно- ионизационный

10"9—

10"10 мг/с

ю7

IO"3

400

Гелий, азот

Высокая чувствительность, анализ микропримесей

Термоионный

10~8—

10“9 мг

104

IO"3

300

То же

Селективен к фосфору

В настоящее время широкое применение получил масс- спектральный детектор, который практически используется для анализа соединений. Характеристика некоторых наиболее часто употребляемых детекторов приведена в табл. 23.

Регистрирующие устройства. Для измерения и записи импульса детектора применяют чувствительные потенциометры. Наиболее распространен автоматический компенсационный потенциометр со шкалой 1 — Юми временем пробега шкалы пером 0,5—0,2 с.

ХАРАКТЕРИСТИКА ХРОМАТОГРАФОВ

В зависимости от типа применяемого детектора и температурного режима выпускается более 20 моделей различных хроматографов.В комплект хроматографа могут входить до 6 ви-

Рис. 38. Хроматограф «Цвет-100»:

1 — термостат колонок; 2 — интегратор цифровой автоматический; 3 — блок питания детекторов; 4 —• регулятор температуры для термостата колонок;

5 — регулятор температуры для.термостата детекторов; 6—программатор температуры; 7, 8 — измерители малых токов; 9 — преобразователь расхода газа-носителя пневматический; 10 — блок питания газов (водорода и воздуха); 11 => потенциометр автоматический.

дов детекторов, различные приставки, устройство для программирования температуры. Наибольшее распространение в аналитической работе получили хроматографы «Цвет».

Приборы серии ЛХМ-8 МД снабжены двумя детекторами (катарометром и пламенно-ионизационным), набором колонок, в том числе капиллярных, и устройством для программирования температуры. Хроматограф «Цвет-100» показан на рис. 38. Характеристика хроматографов приведена ниже.

МаркаМарка101-110 (хроматограф)101-110 (хроматограф)ЛХМ-8МД7(хроматограф лабораторный газовый)ЛХМ-8МД5ЛХМ-8МД7(хроматограф лабораторный газовый)ЛХМ-8МД5Рабочая характеристика

Марка

Марка

101-110 (хроматограф)

101-110 (хроматограф)

ЛХМ-8МД7

(хроматограф лабораторный газовый)

ЛХМ-8МД5

ЛХМ-8МД7

(хроматограф лабораторный газовый)

ЛХМ-8МД5

Детектор пламенно-ионизационный; дополнительные детекторы: термоионные, постоянной скорости рекомбинации, по теплопроводности и по плотности. Температура термостата до 400 °C, чувствительность по пропану ДИП—2,5 • 10~4мг/с; по пропану ДТП — 2 ■ 10“5мг/см3, по пропану ДП — 2 • 10"4 мг/см3

Детектор пламенно-ионизационный. Температура термостата до 300° С, чувствительность по пропану 2 х X Ю7 см(мг/(с)

Детекторы: по теплопроводности, пламенно-ионизационный. Температура термостата до 300 °C, чувствительность по пропану с катаро

метров 1,25 • 104с пламен-

гмг/см3

но-ионизационным 2 • 107 см/(мг/с)

Примечание. ДП — детектор по плотности; ДИП — детектор пламенноионизационный.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Количественные методы основаны на том, что концентрация любого компонента в пробе, введенной в хроматограф, должна быть того же состава, что и анализируемая, количество компонента в пробе пропорционально параметру хроматографического пика (высоте, площади) этого компонента на хроматограмме, т. е.

где Ct-— концентрация компонента в анализируемом растворе; К — абсолютный калибровочный коэффициент, который зависит от условий хроматографирования, детектирования и других факторов; обратно пропорционален чувствительности детектора; ht (St) — хроматографические параметры (высота или площадь) пика; Gn— размер пробы, введенной в хроматограф.

Параметры хроматографического пика — величины,'функционально связанные с количеством соответствующего данному пику вещества. Высота пика является наиболее легко измеряемым параметром и поэтому случайные ошибки, связанные с измерениями на хроматограмме, как правило, минимальны. Площадь пика для детекторов, используемых в количественной хроматографии, является универсальным параметром, применимым во всех случаях, когда отсутствуют необратимые эффекты в колонке и детектор работает в нормальных рабочих условиях.

Однако практически нельзя точно вычислить истинную площадь хроматографического пика. Более высокую воспроизводимость и точность результатов можно получить, применяя методы внутреннего стандарта, абсолютной калибровки, нормализации площадей.

Метод внутреннего стандарта.Метод основан на определении зависимости параметров хроматографических пиков анализируемых компонентов смеси и стандартного соединения — внутреннего стандарта. Заключается в хроматографировании определенного количества пробы, к которой прибавлено известное количество не содержащегося в ней соединения, выбранного в качестве внутреннего стандарта. Внутренний стандарт должен полностью отделяться от других компонентов, быть химически инертным, иметь концентрацию, близкую к концентрации определяемых веществ, время удерживания его должно быть близким к временам удерживания анализируемых соединений.

Для построения градуировочного графика в пробу вносят определенные количества анализируемого соединения (10, 25, 50, 1000 мкг), известное количество внутреннего стандарта (5 мкг), хроматографируют и измеряют высоты пиков анализируемого соединения и внутреннего стандарта, вычисляют среднее значение отношения этих высот и строят график зависимости отношения этих высот от содержания анализируемого вещества.

Метод абсолютной калибровки. Метод основан на определении зависимости одного из количественных параметров хроматографического пика (высота или площадь ) от содержания анализируемого компонента в пробе.

Необходимо строго соблюдать тождественность и постоянство хроматографирования стандартных растворов и пробы, а также точность и воспроизводимость дозирования пробы. Следует предварительно построить градуировочный график в координатах ht (St) — Ct или найти абсолютные градуировочные коэффициенты для анализируемых компонентов.

Для построения градуировочного графика в хроматограф вводят одинаковые объемы стандартных растворов анализируемого компонента различной концентрации либо различные объемы одного и того же стандартного раствора. Последний метод менее точен.

Метод нормализации площадей заключается в том, что сумму площадей всех пиков с учетом поправочных коэффициентов принимают за 100 %. Для вычисления концентрации вещества в объемных процентах необходимо его площадь умножить на 100 и разделить на сумму всех площадей. Этот метод прост, но может быть использован только в тех случаях, когда все 164

компоненты известны и полностью разделены. Необходимо также определять экспериментально поправочные коэффициенты, так как компоненты вызывают неодинаковый сигнал детектора.

Преимуществом этого метода является возможность определения процентного содержания всех компонентов смеси; при этом точность дозирования не имеет значения. К недостаткам метода относится зависимость результатов анализа от наличия нерегистрируемых пиков, а также необходимость полного разделения и идентификации всех компонентов смеси и определения их поправочных коэффициентов.

ИСТОЧНИКИ ОШИБОК ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА

Методика ввода пробы. На анализ влияет испарение компонентов пробы до момента ввода в хроматограф или химическое превращение анализируемого компонента по момента ввода пробы в хроматограф.

Адсорбция или разложение в хроматографе. При анализе термически нестабильных и реакционноспособных соединений (в испарителе, колонке и детекторе), возможно окисление анализируемых соединений кислородом, содержащимся в газоно- сителе, химическое взаимодействие компонентов пробы с неподвижной фазой, адсорбция твердым носителем.

Работа регистратора. Результаты могут быть источником ошибок. При отклонениях необходимо проверять диапазон линейности самописца, скорость пера, зону нечувствительности, положение электрического нуля и скорость движения диаграммной ленты.

Методы расчета хроматографических пиков. Для исключения ошибок метод расчета пика должен соответствовать каждому компоненту смеси.

Точность измерения времени удерживания. Неправильные измерения могут быть источником случайной погрешности, а именно: при установке и поддержании температуры колонки; измерениях расхода газоносителя и изменения его в процессе анализа; времени, необходимом для ввода пробы; инерции и погрешности показателей секундомера (погрешность нахождения максимума пика в случае сильного размытия зоны).

Источником ошибок может быть также работа детек

тора.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЭТИЛОВОГО СПИРТА И ГЛИЦЕРИНА В БРАЖКЕ (МЕТОД УкрНИИСП)

Метод позволяет быстро и просто определять содержание спирта и глицерина в бражке без ее перегонки и рекомендуется для оперативного контроля производства. Длительность анализа составляет 5—10 мин.

Содержание спирта и глицерина в бражке характеризует ход процессов дрожжегенерирования и брожения и указывает величину потерь сахара при образовании глицерина. В производстве спирта и хлебопекарных дрожжей из мелассы в 100 см3 бражки накапливается 8—12 об. % спирта и 0,3— 1,2 г глицерина. На образование 1 г глицерина расходуется 1,356 г сахара.

Метод позволяет определять этиловый спирт и глицерин в бражках, содержащих пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. Температура кипения спирта и глицерина при нормальном давлении равна соответственно 78,3 и 290°С. При температуре кипения глицерин разлагается, поэтому хроматографирование бражки ведут при температуре ниже 290°С. При этом погрешность не превышает 5 отн. % . Высшие спирты находятся в микроколичествах, поэтому в условиях данного анализа они не определяются.

Аппаратура, материалы и реактивы: газовый хроматограф с детектором по теплопроводности (тип ЛХМ-8МД, «Цвет» и др.); микрошприц МШ-10 ДФ ОКБА СССР; весы аналитические; колбы конические на 500 см3 с притертыми пробками; мерные пробирки на 10 см3 со шлифами; пипетки на 1; 5 и 10 см3 с ценой деления 1 см3; стекловата; ацетон; глицерин; гелий; н-пропанол; спирт этиловый ректификованный; поли- сорб-1 зернением 0,25—0,5 мм.

Подготовка к испытанию. Предварительно подготовляют хроматографическую колонку и прибор. Для этого спиралеобразную чистую и высушенную колонку длиной 300 см и внутренним диаметром 0,3 см осторожно (встряхивая) заполняют полисорбом-1. Слой адсорбента закрывают стеклянной ватой. Подготовленную колонку кондиционируют при пропуске газа-носителя в термостате хроматографа, не подсоединяя к детектору.

Температура в термостате колонки при определении этилового спирта должна быть 100, глицерина — 220 °C. Колонку прогревают при температуре 100 °C — 3 ч, а затем, определив спирт, прогревают еще 3 ч при температуре 200 °C для дальнейшего определения глицерина. Затем к колонке подключают детектор, выводят скорость газа-носителя на рабочий режим 166

и проверяют положение нулевой линии. Кондиционирование продолжают до тех пор, пока не исчезнет дрейф нулевой линии при максимальной чувствительности прибора.

Если работа ведется на хроматографе с ПИД, снабженном заранее подготовленной и кондиционированной колонкой, то выполняют следующие операции. Вначале проверяют и обеспечивают герметичность прибора и тщательно выравнивают расходы газа-носителя, водорода и воздуха. Расход газа-носителя (гелия), измеренный на выходе из детектора по теплотворности, при рабочей температуре должен составлять 100см3/мин. Соотношение расхода газа-носителя, водорода и воздуха при использовании ПИД равно примерно 1 • 1 ■ 10.

Включают электрометр, блок питания детектора и задают температуры испарителя и колонки. При анализе этилового спирта температура в испарителе проб устанавливается равной 150 °C, а в термостате хроматографической колонки составляет 100 °C. При определении глицерина эти температуры выше и равны 250 и 220 °C соответственно. Поджигают водород в ячейках ПИД. Через 30 мин, после нагревания электрометра и испарителя, включают потенциометр и проверяют стабильность нулевой линии.

Положение аттенюатора, при котором достигаются заданная пороговая чувствительность прибора с детектором по теплопроводности (1 • 10-3 об. % по пропанолу) и высота наименьшего из измеряемых пиков (более 20 мм), составляет при определении спирта 3, а глицерина — 1. Скорость движения диаграммной ленты, при которой ширина самого узкого из измеряемых пиков больше 5 мм, составляет 10 мм/мин.

Убедившись в стабильности работы хроматографа,опытным путем проверяют критерий разделения прибором контрольной пары веществ этиловый спирт — Н-пропанол в принятых условиях опыта. Согласно ГОСТ 17567—81 критерий разделения К определяют по формуле К = АУ/?(В1+ В^, где АУТ? — разность объемов удерживания этилового и н-про- пилового спиртов; Вг и В^— ширина хроматографических пиков этилового и н-пропилового спиртов на половине высоты пиков. В принятых условиях разделения пробы на хроматографе с детектором по теплопроводности критерий К должен быть равным 2 (рис. 39). При необходимости по критерию разделения уточняют режим работы хроматографа.

1 Построение калибровочных графиков. Для количественного определения этилового спирта по таблице разведения спиртов готовят модельные водно-спиртовые растворы концентрацией от 1 до 15 об. %. <

Для построения калибровочного графика применяют метод абсолютной калибровки или метод внутреннего стандарта.

При построении калибровочного графика методом внутреннего стандарта поступают следующим образом. В 10 сухих пробирках с притертыми пробками помещают серию растворов, содержащих по 5 см3 модельного раствора спирта разных

концентраций и 0,4 см3 н-пропилового спирта (стандарт). После перемешивания смеси пробы поочередно вводят в хроматограф. По полученным хроматограммам определяют расчетный параметр ^эт/^ст = / (с), где Нэт — высота пика этилового спирта; hCT — высота пика стандарта. Для каждой смеси отдельно строят калибровочный график (рис. 40).

Для количественного определения глицерина также строят калибровочный график методом абсолютной калибровки. Вначале готовят основной модельный раствор глицерина концентрацией 10 г

Рис. 39. Хроматограмма для определения критериев разделения контрольной пары веществ: / -~ этиловый спирт; 2— н-пропиловый спирт.

на 100 см3 водно-спиртового раствора. Для этого на аналитических весах отвешивают 10 г глицерина, переводят его в колбу на 100 см3 и содержимое доводят до метки 10 %-ным водно-спиртовым раствором при 20 °C. Смесь перемешивают.

Рис. 40. Калибровочный график для газохроматографического определения этилового спирта по методу внутреннего стандарта.

Рис. 41. Калибровочный график для газохроматографического определения глицерина по методу абсолютной калибровки.

Для построения калибровочного графика из основного раствора глицерина готовят модельные растворы, содержащие от 0,1 до 1 г глицерина в 1 дм3. В 10 сухих пробирок на 10 см3 последовательно отмеривают пипеткой 0,1; 0,2; 0,3; 1 см3 основного раствора и каждый объем доводят 10 %-ным водноспиртовым раствором до метки при температуре 20 °C. После перемешивания микрошприцем отбирают пробу в объеме 10 мкг,

которую хроматографируют в условиях разделения глицерина. Опыт повторяют 3—5 раз.

На полученных хроматограммах определяют высоту пиков для каждой концентрации глицерина и строят калибровочный график (рис. 41).

Проведение испытания. Отбирают 500 см3 бражки, фильтруют и охлаждают до 20 °C. Затем определяют содержание в бражке этилового спирта при заданных условиях разделения.

Для количественного определения этилового спирта берут 5 см3 профильтрованной бражки, добавляют 0,4 см3 н-пропи- лового спирта и смесь тщательно перемешивают. Все операции ведут при температуре 20 °C. Далее микрошприцем отбирают 10 мкг смеси и быстро впрыскивают пробу в заранее подготовленный к работе хроматограф. Смесь разделяют по методике, изложенной ранее. Получив хроматограммы, вычисляют отношение h3T/hCT и по графику (см. рис. 40) находят концентрацию спирта в бражке.

Пример. Определить содержание спирта в бражке по методу внутреннего стандарта, если получена хроматограмма, аналогичная приведенной на рис. 39, со следующими параметрами: АЭт — высота

пика этилового спирта, равная 239 мм; hCT — высота пика стандарта, равная 70 мм.

Рис. 42. Хроматография на бумаге: а— восходящая хроматограмма; б — нисходящая; в — радиальная; / — сосуд для хроматографирования; 2—резервуар с растворителем; 3— хроматографическая бумага; 4 — стартовые точки; 5 — разделенные компоненты; 6— фронт растворителя.

По калибровочному графику (см. рис. 40) находят, что отношению ^эт^ст = 238 : 70 = 3,4 соответствуют 8,1 об. % этилового спирта в бражке.

После окончания анализа этилового спирта хроматограф переводят на режим определения глицерина в бражке.

Для определения глицерина в бражке отбирают микрошприцем 10 мкг отфильтрованной бражки и вводят ее в хроматограф. Разделение смеси проводят так же, как и при анализе модельных растворов. По высоте пиков глицерина, пользуясь графиком (см. рис, 41), определяют его концентрацию в бражке.^

Глава 9

ХРОМАТОГРАФИЯ НА БУМАГЕ

Бумажная хроматография — один из видов жидкостной распределительной хроматографии. Одной жидкой неподвижной фазой обычно является вода, другой — насыщенный водой органический растворитель, не смешивающийся или частично смешивающийся с водой. При непрерывном прохождении растворителя через хроматографическую бумагу происходит перенос разделяемых веществ от точки их нанесения, на бумагу к точке, находящейся на некотором расстоянии от нее в направлении продвижения растворителя. Поскольку коэффициенты распределения веществ между двумя фазами различны, разделяемые вещества под действием подвижной фазы продвигаются на разное расстояние.

При идентификации веществ обычно применяют метчики — «свидетели». Хроматографируют вместе известное вещество — «свидетель» и разделяемую смесь веществ.

Для оценки способности разделения веществ на бумаге введен коэффициент, который определяют по следующей ,Фронт вещества, см,

формуле: Rf — х— -, где фронт вещества, т г j / Фронт растворителя, см

см,— точка, до которой поднялось исследуемое вещество; фронт растворителя, см,— линия, до которой поднялся растворитель.

Обычно для расчета Rf выбирают на хроматограмме точку в центре пятна. Стартовая точка или линия — точка или линия на хроматографическом слое, куда вводят хроматографируемое вещество.

Хроматография бывает: восходящей — растворитель поднимается снизу вверх; нисходящей — растворитель движется сверху вниз; радиальной или круговой — растворитель движется от центра бумаги к периферии (рис. 42).

Различают одно-и двухмерную хроматографию. При одномерной хроматографии растворитель пропускают по бумаге только в одном направлении, при двухмерной — после пропускания растворителя в одном направлении бумагу высушивают и вновь пропускают другой растворитель в направлении, противоположном движению первого растворителя.

Бумага. Для получения четких хроматограмм необходимо использовать бумагу высокого качества. Она должна быть химически чистой, однородной по плотности, химически и адсор б- ционно нейтральной. В СССР выпускается четыре сорта хроматографической бумаги №1,2, 3, 4. Каждый номер отличается по плотности, а следовательно, и скорости движения рас- 170

творителя. Бумага № 1 и 2 называется «быстрой», а № 3 и 4 — «медленной». Эти сорта бумаги обеспечивают скорость движения растворителя 1—2 см/ч.

При точных количественных определениях хроматографическую бумагу иногда необходимо очищать от следов зольных элементов.

Хроматографические камеры. Хроматографическая камера представляет собой цилиндрический или прямоугольный сосуд из стекла с пришлифованной стеклянной крышкой. Для получения хроматограмм небольших размеров могут быть использованы аквариумы.

Камеры должны быть герметически закрыты, чтобы в них поддерживалась насыщенная парами растворителя атмосфера и для предотвращения испарения растворителя с бумаги. Для разделения веществ на бумаге применяют различные системы растворителей.

Для обнаружения веществ на хроматограмме ее обрабатывают проявителями — реактивами, дающими цветные реакции с исследуемыми веществами. Некоторые растворители и проявители для хроматографии на бумаге, применяемые в контроле бродильных производств, приведены в табл. 24.

24. Растворители и проявители для хроматографии на бумаге

Исследуемое вещество

Растворитель

Проявитель

Состав

Соотношение объемов

Аминокислоты

н-бутанол — уксусная кислота — вода

4:1:1

4: 1 :5

40 :15 : 5

Нингидрин в ацетоне или бутаноле

Альдозы

н-бутанол — этанол — вода — аммиак

40 : 10:49: 1

Анилинофосфатный или нафторезарци- новый реактив

Моно-, ди-, трисахариды

Этилацетат — уксусная кислота — вода

9:2:2

Анилиндифенилами нофосфорный реактив

Моно-, ди-, трисахариды

н-бутанол — этанол — вода — аммиак

40 : 10 :49:1

То же

Анализируемые вещества должны в данной системе обладать значениями Rf от 0,05 до 0,85. При разделении большого числа веществ следует стремиться к тому, чтобы они были распределены по всей длине хроматограммы. Система должна полностью разделять два или (более) вещества близкого строения, причем различие в величинах Rf должно составлять не менее 0,05.

ТЕХНИКА АНАЛИЗА

^Методика выполнения хроматографии на бумаге состоит из следующих основных операций: подготовки бумаги и растворителей; нанесения пробы на бумагу; разделения веществ в камере и проявления хроматограмм; анализа веществ на хроматограмме.

Подготовка бумаги и растворителей. Хроматографическую бумагу режут на полосы в зависимости от размеров камеры, так чтобы ее края не соприкасались со стенками камеры. Для стандартной камеры ширина листа составляет 15—20, длина — 50—55 см. При движении растворителя со скоростью 1,5—2 см/ч он достигнет противоположного конца листа за 25—35 ч.

Затем на бумаге простым карандашом обозначают линию старта, которая должна находиться на расстоянии 2—5 см от уровня растворителя в камере. На этой же линии на расстоянии 2—2,5 см от боковых краев обозначают последовательно через 3—4 см исследуемые образцы. Для равномерного стекания растворителя на нижнем крае листа вырезают зубчики. Для восходящей хроматографии стартовую линию} намечают на нижнем конце листа, для двухмерной используют лист размером 62 X 52 см и пробу наносят на расстоянии 6—7 см от обеих сторон.

Растворители готовят смешиванием смеси растворителей в делительной воронке. Если при этом образуются два слоя, то растворитель оставляют для расслаивания до полной прозрачности. Затем нижний слой помещают в камеру для насыщения ее парами растворителя, а верхний используют для разделения смесей веществ, наливают в «лодочку».

Нанесение пробы на бумагу. Подготовленный лист кладут на чистое сухое стекло и наносят автоматической калиброванной микропипеткой исследуемые образцы и «свидетели». Перед нанесением каждой следующей пробы пипетки ополаскивают дистиллированной водой, а затем испытуемым раствором.

Для получения правильных результатов анализа диаметр пятна должен составлять 0,5—1 см, объем раствора 0,0020— 0,0025 см3. При малой концентрации исследуемых компонентов объем раствора может составлять 0,01—0,05 см3. При нанесении пробы необходимо, чтобы в ней содержалось 20— 500 мкг определяемого вещества. Содержание сахара в пятне не должно превышать 500 мкг, а каждой аминокислоты должно быть не менее 15—30 мкг. Капли наносят последовательно после высыхания предыдущей пока не достигнут в пятне нужного объема и концентрации вещества. После нанесения проб бумагу высушивают и используют для разделения веществ в камере.

Разделение веществ в камере и проявление хроматограмм. Бумагу закрепляют в кювете и наполняют ее растворителем так, чтобы он на 2—3 см не доходил до старта. Камеру закрывают крышкой, края которой для лучшей герметичности заклеивают лейкопластырем.

При хроматографическом разделении веществ необходимо поддерживать температуру (20—22) ^ 2 °C. Для этой цели в лабораториях обычно служат термостатированные хроматографические комнаты. При колебаниях температуры четкость проявления веществ на хроматограммах ухудшается.

Продолжительность пропускания растворителя зависит от величины коэффициента Rf разделяемых веществ. При высоких его значениях разделение заканчивается, когда фронт растворителя доходит до края листа бумаги. При значениях Rf<. < 0,6 — 0,7 время пропускания растворителя увеличивают на 10—12 ч. При точном количественном анализе сложных смесей веществ с близкими значениями величин Rf используют метод многократного (5—7 раз) пропускания растворителя по бумаге. Перед каждым повторным пропусканием хроматограмму высушивают. Аминокислоты можно разделить только тогда, когда значения их коэффициента Rf отличаются не менее чем на 0,05, а сахара — на 0,1—0,2 .

После разделения веществ хроматограмму вынимают из камеры и высушивают в вытяжном шкафу при комнатной температуре или при температуре 40—60 °C в специальных сушильных шкафах, затем удаляют растворитель и обрабатывают ее проявителем путем опрыскивания из пульверизатора или погружая на 3—5 с в проявитель. Некоторые проявители образуют цветные пятна после нагревания.

После проявления хроматограммы пятна должны иметь круглую форму и по окончании разделения занимать такую же площадь, как и при нанесении.

Анализ веществ на хроматограмме. Для качественного анализа используют способ «свидетелей». После проявления зон визуально сопоставляют положение пятен для известных и анализируемых веществ.

Методы количественного анализа основаны: на сравнении площади и интенсивности окраски пятна анализируемого вещества и стандартного («свидетеля»); на элюции (экстрагировании) пятна растворителем и анализе полученного раствора фотометрическим или титрометрическим методом.

Степень окраски пятна определяют визуально с погрешностью —20 — 30 % или с помощью прибора — денситометра, работающего по принципу фотометрирования, проходящего через хроматограмму светового потока. Затем строят калибровочный график зависимости параметров пятна от массы «свиде-

теля» и по графику определяют массу исследуемого вещества. Ошибка метода составляет ^=5— 15 %.

Иногда измеряют площадь пятна с помощью планиметра или переносят хроматограммы на миллиметровую бумагу с последующим подсчетом площади пятна. На основании количества вещества, в миллиграммах, и найденного размера площади, в квадратных миллиметрах, строят калибровочный график.

Глава 10

ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Тонкослойная хроматография (ТСХ) отличается от бумажной более высокой чувствительностью (в 10 раз), скоростью и четкостью разделения. Этот вид позволяет определять 0,005—50 мкг веществ, входящих в многокомпонентные смеси в течение 15—90 мин, использовать для идентификации веществ агрессивные проявители и нагревание. Перспективным является метод ТСХ в сочетании с денситометрией. В настоящее время разрабатываются методы автоматизации ТСХ, что позволит значительно повысить воспроизводимость и точность результатов анализа, снизить трудоемкость и повысить производительность метода.

Разделение веществ осуществляется на пластинках, покрытых тонким слоем адсорбента. Последний является неподвижной фазой, а растворители — подвижной.

В ТСХ применяют пластинки с закрепленным, незакрепленным, модифицированным и готовым слоем адсорбента. Для аналитических целей применяют пластинки с толщиной слоя 0,15—0,25 мм. При использовании пластинок с незакрепленным слоем сорбента процесс хроматографирования происходит быстрее, однако слой непрочный. Эффективность ТСХ возрастает при использовании пластинок с готовым закрепленным слоем промышленного производства. Разделение веществ на пластинках так же, как и на бумаге, можно проводить методом восходящей, нисходящей или круговой хроматографии. Применяется одно-, дву- или многократное разделение веществ и др.

Положение пятен на хроматограмме определяют путем измерения Rf и сравнения его со «свидетелями».

Величина Rf при данных определенных условиях опыта зависит от свойств сорбента, степени его зернения, толщины слоя, способа нанесения на пластинку анализируемого веще- 174

ства (пятно, полоса), количества исследуемого вещества, состава подвижной фазы, степени насыщения камеры растворителем, температуры и влажности, при которых проводится хроматографирование, и других факторов.

Эффективное разделение смесей веществ обусловливается также выбором адсорбента нужного качества, активности и системы растворителей.

При правильном выборе условий хроматографирования вещества должны разделяться на пластинках в области величин Rf = 0,15—0,85. Величины Rf< 0,15 и Rf > 0,85 являются ненадежными при идентификации веществ методом хроматографии в тонком слое сорбента. Самые точные результаты, когда Rf = 0,50. Краевым эффектом является увеличение Rf по краям пластинки в камерах, не насыщенных парами подвижного растворителя.

Для проявления хроматограмм используются общие или специфические реагенты. Получают пластинки с флюоресцирующим слоем, которые анализируют в УФ.

Некоторые адсорбенты и растворители, применяемые в ТСХ, приведены в табл. 25. "Количественное определение анализируемых соединений можно проводить непосредственно на хроматограмме несколькими методами.

25. Некоторые адсорбенты и растворители, применяемые в ТСХ

Анализируемое вещество

Адсорбент

растворитель

Состав

Соотношение объемов

Аминокислоты

Силикагель, оксид алюминия, крахмал, сефадекс, кизельгур

Этанол — вода н-бутанол — уксусная кислота — вода Фенол — вода

7:3 6:2:2 7:3

4:5:1

3:1:1

4:5:1

Моно-, дитрисахариды

Силикагель, кизельгур (ацетат натрия), кизельгур (фосфат натрия, pH 5)

н-бутанол — уксусная кислота — вода

Метилэтилкетон — метанол — уксусная кислота н-бутанол — ацетон — фосфатный буфер с pH 5

Определение площади пятна. Площадь измеряют при помощи планиметра или миллиметровой бумаги после перенесения контура пятна на прозрачную бумагу. Затем площадь анализируемого пятна сравнивают с площадью пятен стандартов.

сенситометрический метод. Определяют интенсивность проходящего через пластинку или отраженного света. Между количеством определяемого вещества, величиной и плотностью окраски пятна должна быть линейная зависимость.

Метод требует применения особых приборов — денситометров. Можно использовать денситометр марки «БИАН-170». Точность определения зависит от толщины слоя адсорбента на пластинке, влажности слоя, присутствия посторонних веществ и других факторов.

Прямая спектрофотометрия на пластинке. Метод основан на передвижении пластинки с постоянной скоростью по направлению к щели, пропускающей свет определенной длины волны. Его можно использовать для количественного определения соединений, поглощающих в УФ-области спектра. Метод требует применения спектроденситометра.

Прямая флюорометрия на пластинке. Метод основан на измерении флюоресценции или погашении флюоресценции вещества, предварительно нанесенного на сорбционный слой. Требует применения флюороденситометра.

Количественная хроматография с использованием метода элюирования заключается в переносе сорбента с анализируемым веществом с хроматографической пластинки в приемник, извлечение вещества органическим растворителем и последующее количественное определение его в растворе инструментальным методом. Результаты количественного анализа зависят от чистоты сорбента, растворителей, способа переноса сорбента и других факторов. В настоящее время отдается предпочтение методу непосредственно количественного определения на пластинке.

Техника анализа ТСХ состоит в следующем: подготовка пластин, нанесение проб, разделение веществ в камере и анализ хроматограмм. Пластинки обычно применяют из стекла длиной 10—20 и шириной 4—20 см.

Камерой для хроматографирования является стеклянный сосуд, соответствующий по размерам пластинке с плоским дном. Сверху камеру закрывают пришлифованной крышкой или стеклом. Можно использовать эксикатор.

Камера для опрыскивания представляет собой стеклянный колпак диаметром 20—30 см, высотой 40—60 см, установленный с наклоном 5—10°. Пульверизатор — стеклянный. Используются микропипетки емкостью 1 см3 с делениями 0,01 см3 (ГОСТ 1770—83) или медицинский шприц емкостью 1 см3 с делениями 0,02—0,01 см3 для нанесения проб и стандартных растворов па хроматографическую пластинку.

В настоящее время выпускается комплект оборудования КТХ-03, который содержит необходимую аппаратуру

и позволяет наиболее эффективно осуществлять качественную и количественную ТСХ. Толщину слоя можно регулировать в пределах 0,05 + 0,02 мм.

ТЕХНИКА АНАЛИЗА

Подготовка пластинок. Стеклянную пластинку тщательно моют содой, хромовой смесью, водой и сушат в вертикальном положении. Перед нанесением слоя адсорбента ее протирают спиртом. Пластинки с закрепленным слоем получают применяя суспензию, состоящую из адсорбента, связующего вещества (фиксатора) и воды.

Для нанесения суспензии на пластинку ее разбрызгивают из пульверизатора, погружают в суспензию или наливают суспензию на пластинку и, покачивая ее, равномерно распределяют слой на поверхности. После нанесения тонкого слоя сорбента пластинку высушивают при комнатной температуре.

В случае необходимости перед хроматографированием тонкий слой сорбента активируют нагреванием в сушильном шкафу. При этом пластинки предварительно высушивают на воздухе во избежание образования в тонком слое трещин. Подготовленные пластинки сохраняют в эксикаторе.

Суспензию, в состав которой входит гипс, необходимо наносить на пластинку не позднее чем через 4 мин после прибавления воды к смеси сорбента и гипса, чтобы избежать затвердения последнего.

Хроматографирование. На пластинке с сорбентом отмечают стартовую линию на расстоянии 1,5 см от узкого края пластинки. Затем с помощью микропипетки, медицинского шприца или пипетки с оттянутым концом на середину стартовой линии помещают пробу в одну точку так, чтобы размер пятна не превышал 10 мм. Пробу наносят осторожным прикосновением пипетки, чтобы слой сорбента при этом не нарушался. Справа и слева от пробы на расстоянии 1,5—2 см наносят с помощью микропипетки стандартные растворы по 2, 5, 10 мкг.

Пластинку со стартовой линией опускают краем в камеру, на дно которой за 30 мин до хроматографирования наливают растворитель в таком количестве, чтобы поставленная вертикально пластинка погружалась в растворитель не более чем на 0,5 см. Сверху камеру закрывают стеклянной крышкой.

После того как растворитель поднимется на 10 (пластинки 9 X 12 см) или на 16 см (пластинки 13 X 18 см), пластинку вынимают из камеры и оставляют на несколько минут для испарения растворителя. Далее пластинку опрыскивают проявляющим реагентом и в случае необходимости облучают

УФ-светом. Пластинки следует располагать на расстоянии 20 см от источника света.

Результаты разделения веществ и величина коэффициента Rf зависят от степени насыщения камер парами растворителей. Воспроизводимость величин Rf на пластинках, внесенных в камеры, ненасыщенные парами растворителей, меньше, чем при хроматографировании в насыщенных парами камерах. Для насыщения камеры парами растворителя рекомендуется- на задней стенке камеры прикрепить смоченный растворителем лист фильтровальной бумаги, доходящий до дна сосуда, плотно закрыть камеру крышкой и оставить на 30— 40 мин.

Для каждого разделения применяют свежую порцию растворителей, так как после хроматографирования изменяется состав смеси растворителей: одна часть их переходит на пластинки, другая— испаряется (причем одни растворители улетучиваются в больших количествах, другие — в меньших).

При количественном определении веществ ТСХ могут возникать ошибки за счет неточного измерения объемов растворов, нанесенных на хроматографические пластинки. Даже при самом тщательном измерении объемов возможна ошибка за счет стекания раствора с наружной поверхности иглы шприца или пипетки. Ошибки могут возникнуть за счет капиллярных явлений в топком слое сорбента, с которым соприкасается игла шприца или пипетка при нанесении исследуемых растворов.

МЕТОД АНАЛИЗА УГЛЕВОДОВ МЕЛАССНОЙ БРАЖКИ

Для разделения углеводов мелассной бражки наиболее подходящим сорбентом является силикагель. Для устойчивости сорбента в водную суспензию добавляют гипс. Стационарной фазой служит вода.

Аппаратура, материалы, реактивы: пластины размером 11 X 17,5 см; сито с диаметром отверстий 0,10 и 0,07 мм; спирт бутиловый; кислота уксусная 98%-ная; эфир этиловый; этиловый спирт; 5%-ный спиртовой раствор О-толуидина; 0,2%-ный нафторезорцин в ацетоне; 1 н. раствор соляной кислоты; силикагель марки КХЖ; гипс медицинский.

Проведение испытания. Силикагель размачивают и просеивают через сито 150 или 200 мм (размер отверстия сита соответственно 0,10 или 0,07 мм). Для получения сорбционной массы смешивают сорбент, содержащий 5 % гипса, с дистиллированной водой в отношении 1:2.

Сорбционную массу из силикагеля марки КСКдля пластинки размером 11 X 17,5 см с толщиной слоя около 0,3 мм го-

товят следующим образом. Берут 6,9 г силикагеля, 0,35 г медицинского гипса и 18 см3 воды и все тщательно растирают в ступке. Полученную сорбционную массу выливают на стекло и разравнивают ровным слоем при помощи шпателя.

Наиболее четкие хроматограммы получаются при использовании повторного хроматографирования в двух системах растворителей: спирт бутиловый — кислота уксусная 98 %- ная — вода (4 : 1 : 5) и спирт бутиловый — кислота уксусная 98 %-ная — эфир этиловый — вода (9:6:31 1).

Ниже приведены числовые значения величины коэффициента R? углеводов, содержащихся в мелассной бражке.

УглеводыЗначение R

Мелибиоза. . . 0,20

Рафиноза 0,26

6-кестоза ....0,31

1-кестоза +неокестоза ....0,35

Сахароза0,42

Галактоза.."0,50

Глюкоза 0,52

Фруктоза0,56

Ксилоза0,63

Ангидрид фруктозы .0,71

Значения коэффициента Rf некоторых сахаров на хроматограммах близки между собой, что затрудняет их идентификацию. Поэтому целесообразно проявлять параллельные хроматограммы двумя реагентами, специфичными для альдоз и кетоз. Для проявления альдоз применяют 5 %-ный спиртовой раствор 0-толуидина, для кетоз — 0,2 %-ный раствор нафторезорцина в ацетоне.

Идентификацию углеводов бражки проводят по способу «свидетелей» путем сравнения значений коэффициента Rf отдельных компонентов испытуемого раствора и химически чистых сахаров. В качестве свидетелей применяют водные растворы фруктозы, глюкозы, рафинозы, ксилозы, арабинозы и галактозы. В качестве Rf метчика мелибиозы используют нейтрализат гидролизованного 1%-ного раствора рафинозы. Гидролиз проводят 1 н. раствором соляной кислоты в течение 10 мин на кипящей водяной бане. В гидролизатах содержатся фруктоза и мелибиоза. «Свидетель» кестозу получают путем действия p-фруктофуранозидазы дрожжей на чистую сахарозу при ее инкубировании в течение 10 мин при температуре 30 °C. В инкубационной среде содержатся сахароза, глюкоза, фруктоза и три изомерных формы кестозы: 1-кестоза, неокестоза и 6-кестоза. Пробу бражки наносят на пластину в минимальном количестве (5—7 мкг). «Свидетели» наносят с таким

расчетом, чтобы количество сахара в пробе составляло 0,6 мг. Для количественного анализа используют один из приведенных методов.

Глава 11

ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Работа в химических лабораториях связана с применением сильных кислот, щелочей, ядовитых, огнеопасных, взрывоопасных реактивов. Анализы проводят при высоких температурах с использованием электрических приборов, механизмов, стеклянной посуды и др. Все это требует особого внимания к охране труда, технике безопасности и противопожарным мероприятиям. При правильной организации работы и соблюдении правил техники безопасности возможность возникновения пожаров, взрывов может быть полностью исключена или сведена к минимуму.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА

К работе в лаборатории допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности. К работе с приборами, специальными установками, центрифугами, лабораторным электрооборудованием допускаются лица, изучившие правила их эксплуатации.

В лаборатории должны быть обеспечены безопасные условия труда и требования санитарии. Необходимо иметь отдельные помещения для хранения кислот, щелочей, ядовитых, огнеопасных реактивов, образцов проб. В помещении должны быть противопожарные средства.

В лаборатории нельзя хранить и есть пищу, курить, пользоваться косметикой. Неаккуратность, невнимательность, недостаточное ознакомление с приборами и свойствами используемых реактивов может привести к несчастному случаю. Работать в лаборатории необходимо в халатах. Для работы с опасными реактивами следует иметь спецодежду: передники, защитные очки, резиновые перчатки. Все приборы должны быть заземлены. Запрещается пользоваться неисправными приборами и электрооборудованием. Все вращающиеся детали установки должны быть ограждены. Запрещается оставлять действующий прибор или установку без надзора.

В помещениях необходимо строго контролировать сохранность электропроводки, исправность электроприборов. Нельзя пользоваться электроплитками с открытой спиралью, долж-

ла быть полностью исключена возможность искрообразовани я.

На всех бутылях, склянках и другой таре для хранения реактивов и материалов должны быть четкие надписи. Запрещается выливать в раковины остатки кислот, щелочей, растворителей, нагревать или охлаждать жидкости в герметически закрытых сосудах.

При перегонке жидкостей нужно внимательно следить за установкой, холодильником, регулируя подачу охлаждающей воды.

Едкие ядовитые, летучие вещества отбирают пипеткой с грушей или автоматической. Запрещается отбирать реактивы с помощью пипетки ртом, наклоняться над сосудом с кипящей жидкостью. Нагревая жидкость в пробирке, последнюю следует держать отверстием в сторону от себя и работающих рядом. При переносе горячих колб, стаканов, тиглей необходимо под дно подложить асбестовую подставку и держать их на некотором расстоянии от себя, тигли следует поддерживать щипцами. Закрывая колбу пробкой, необходимо поддерживать ее. Нельзя закрывать колбу пробкой, поддерживая ее на ладони, так как колба может лопнуть и вызвать порезы.

Под действием спирта, бензола, ацетона и эфира резиновые пробки сильно набухают, а от паров йода и брома они становятся хрупкими, теряют эластичность. Для этих жидкостей рекомендуются притертые стеклянные пробки.

Работы, связанные с опасностью разбрызгивания горячих жидкостей, воспламенения, следует выполнять стоя.

Запрещается переносить склянки с едкими, ядовитыми или горючими веществами, поддерживая их за горлышко. Склянку всегда надо поддерживать снизу.

ПРАВИЛА РАБОТЫ С КИСЛОТАМИ, ЩЕЛОЧАМИ, ЯДОВИТЫМИ РЕАКТИВАМИ

Все концентрированные растворы кислот должны храниться в специальных склянках с притертыми пробками, поверх которых надевают притертый колпак.

Щелочи следует хранить в широкогорлых банках из темного оранжевого стекла, закрытых .корковыми пробками, залитых поверх слоем парафина. Нельзя закрывать их стеклянными притертыми пробками, та'к как это приводит к их заклиниванию и опасности при открывании. Открывать сосуды с кон- центрированными'кислотами, щелочами и приготовлять растворы из них разрешается только в вытяжных шкафах с включенной принудительной вентиляцией. Щелочи следует брать только с помощью шпателей.

Бутыли с кислотами и другими едкими щелочами следует переносить вдвоем в специальных корзинах или ящиках или подвозить их на специальных тележках.

В процессе приготовления растворов из кислот кислоту следует прибавлять в воду, а не наоборот, во избежание разбрызгивания раствора. Для переливания кислот, растворов щелочей из бутылей следует пользоваться специальными сифонами.

Разлитую кислоту необходимо засыпать сухим песком, затем снять его лопаткой, засыпать питьевой содой для нейтрализации, убрать соду и хорошо промыть участок водой. Разлитую щелочь также необходимо засыпать спилками, затем удалить их, залить участок разбавленной уксусной кислотой и хорошо промыть водой. Уборку следует проводить в резиновых перчатках.

При работе с кислотами и щелочами особенно следует беречь глаза.

Опасные ожоги возникают при попадании на кожу азотной, серной, соляной кислот и окислов азота. Особенно опасны пары азотной кислоты и окислы азота при попадании их в дыхательные пути. При этом наблюдается сильная сухость слизистых дыхательных путей, приступы удушья, которые сопровождаются нарастанием кашля, ухудшением общего самочувствия и слабостью.

Сильное раздражение дыхательных путей, слезотечение, насморк, кашель, повышенное слюноотделение, потеря голоса могут возникнуть при вдыхании паров аммиака (из баллона). Чрезвычайно опасно для организма вдыхание паров брома, при отравлении которыми наблюдаются сильный кашель, носовое кровотечение, головокружение, головная боль, а в некоторых случаях охриплость голоса и удушье.

ПРАВИЛА РАБОТЫ С ОГНЕОПАСНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Легковоспламеняющиеся жидкости, за исключением веществ, имеющих низкую температуру кипения, должны храниться в вентилируемом металлическом ящике с плотно закрывающейся крышкой, стенки и дно которого выложены асбестом, в толстостенной посуде с притертыми пробками.

Все работы с легковоспламеняющимися веществами и горючими жидкостями должны проводиться в вытяжном шкафу при работающей вентиляции и обязательно при выключенных электроприборах и нагревательных источниках.

Экстракцию органическими растворителями, перегонку и нагревание низкокипящих огнеопасных веществ (эфиры, спирты) следует проводить в круглодонных колбах из туго-

плавкого стекла на водяной (или с другим теплоносителем) бане.

В лаборатории категорически запрещается хранение низко- кипящихвеществ(петролейныйэфир, дивинил, изопренит, д.). По окончании работы эти вещества должны быть вынесены в специальное помещение на хранение.

Этиловый эфир следует хранить изолированно от других веществ в холодном и темном помещении, так как при хранении этилового эфира на свету образуется взырвчатое вещество — перекись этила.

ПРАВИЛА РАБОТЫ С ЭТИЛОВЫМ СПИРТОМ

Этиловый спирт — легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость. Температурные пределы взрываемости насыщенных паров в воздухе: нижний 11, верхний 41 °C. Концентрационные пределы взрываемости при 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) составляют 19 об. %.

При отборе проб категорически запрещается применять открытый огонь, курить. К отбору проб допускаются лица, хорошо знающие свойства спирта, правила техники безопасности и пожарной безопасности при обращении с ним.

В целях предотвращения вдыхания паров спирта пробоотборщик должен становиться боком к ветру.

Нагревать колбы с горючими жидкостями на открытом огне запрещено. При нагревании свыше 0,5 см3 легковоспламеняющейся жидкости необходимо под прибор ставить кювету достаточной емкости для предотвращения разлива жидкости по столу в случае аварии.

Сосуды, в которых проводились работы с горючими жидкостями, после окончания опыта необходимо немедленно промыть.

При случайных проливах огнеопасных жидкостей необходимо немедленно выключить все нагревательные приборы и пролитую жидкость засыпать песком. Загрязненный песок следует собрать деревянным или пластмассовым совком; применение стального совка запрещается.

В случае воспламенения горючей жидкости необходимо: немедленно выключить электронагревательные приборы и вентиляцию; применить соответствующие эффективные средства пожаротушения; при возникновении пожара вызвать пожарную охрану; вынести из помещения все сосуды с огнеопасными веществами и баллоны со сжатыми газами.

Горючие жидкости нельзя сливать в канализацию. Их нужно регенерировать или уничтожать, (например сжигать)

в специально отведенном месте при соблюдении соответствующих правил безопасности.

В сушильных шкафах нельзя испарять горючие жидкости или сушить содержащие их осадки.

После окончания отбора проб крышку люка цистерны следует осторожно закрыть, не допуская удара. Отбор проб спир - та на открытом воздухе во время грозы, сильных атмосферных осадков и бури запрещается.

При работе со спиртом должны выполняться требования, предъявляемые к температуре помещения и содержанию паров спирта по ГОСТ 12.1.005—76. Предельно допустимая концентрация паров спирта в воздухе производственных помещений (ПДК) — 1000 мг/м3.

В качестве первичных средств тушения используют химические огнетушители ОХП-10, огнетушители марки ОУ-8, песок, войлочную или асбестовую кошму. В качестве средств индивидуальной защиты используют фильтрующий промышленный -противогаз с фильтрующей коробкой А по ГОСТ 23111—78.

ПРАВИЛА РАБОТЫ С ГАЗОВЫМИ БАЛЛОНАМИ

Необходимо строго соблюдать правила работы с газовыми баллонами. Маркировка газовых баллонов приведена ' в табл. 26.

26. Маркировка газовых баллонов

Газ

Окраска

Цвет полосы

Цвет надписи

Азот

Черная

Коричневый

Желтый

Аргон

Серая

—

Синий

Аммиак

Желтая

—

Черный

Водород

Темно- зеленая

—

Красный

Воздух

Черная

—

Белый

Гелий

Коричневая

—

Белый

Кислород

Голубая

—

Черный

Диоксид углерода

Черная

—

Белый

Углеводород и прочие горючие газы

Красная

Белый

Боковые штуцеры у вентилей баллонов, наполненных горючими газами, имеют левую резьбу, наполненных инертными газами и кислородом, — правую.

При работе со сжатыми и растворенными газами необходимо выполнять следующие правила! баллоны можно перено-

сить только на носилках, приспособленных для этих целей (переносить на плечах категорически запрещается); на всех баллонах при их перемещении должны быть колпачки, во избежание взрывов нельзя подвергать баллоны толчкам и ударам: в комнате должно находиться минимальное количество баллонов с газами под давлением.

Баллоны с аммиаком и другими газами, обладающими ядовитыми свойствами, устанавливаются в помещении с хорошей вентиляцией. Одновременное хранение в одной лаборатории баллонов с кислородом и горючими газами запрещается.

Баллоны с водородом следует хранить в отдельном складе снаружи помещения с разводкой требуемых газов по лабораториям. Баллоны с газами не должны соприкасаться с электрическими проводами или находиться вблизи нагревательных приборов.

Допускается устанавливать баллоны не ближе 1 м от радиаторов отопления и других нагревательных приборов и не ближе 1,5 м от газовых плит и других газовых устройств. Нельзя ставить баллоны на места, освещаемые прямым солнечным светом.

Баллоны с кислородом рекомендуется устанавливать в местах, где исключено попадание на них масел и жиров. Баллоны должны находиться в чистоте и храниться в вертикальном положении, вверх вентилями.

Работая со сжатыми и сжиженными газами, необходимо тщательно укрепить баллоны, остерегаясь их падения, так как возможен взрыв (во избежание этого их следует прикреплять скобками к стене). Надо внимательно следить за маркировкой баллонов.

Газ из баллонов следует подавать только через исправный редуктор, предназначенный для данного газа. Вентиль баллона рекомендуется открывать медленно. Пользуясь газом из баллона, нужно следить, чтобы в нем оставалось избыточное давление не менее 0,5 Па.

ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ

Для оказания первой помощи при несчастных случаях в лаборатории необходимо иметь аптечку с перевязочными средствами и некоторыми медикаментами. В серьезных случаях после оказания первой помощи пострадавший должен быть направлен в лечебное учреждение. Каждый работающий обязан знать меры оказания первой помощи.

При ожоге кислотами необходимо быстро промыть обожженное место сильной струей воды, а затем обработать раство-

ром питьевой соды. При ожоге щелочами обожженное место нужно обильно промыть водой, пока кожа не перестанет быть скользкой, 1%-ным раствором уксусной кислоты, а затем наложить повязку из ваты, смоченной раствором танина или перманганата калия. При химических ожогах глаз кислотой или щелочью необходимо немедленно промыть глаза обильной струей воды и отправить пострадавшего к врачу. При ожогах фенолом пораженное место надо немедленно промыть этиловым спиртом, а затем теплой водой с мылом, после этого наложить повязку с борным вазелином. При ожогах бромом пораженное место быстро промывают водой или спиртом, затем накладывают компресс из 5%-ного раствора тиосульфата натрия. При термических ожогах обожженное место следует смочить этиловым спиртом или раствором перманганата калия, затем нанести мазь от ожогов.

При отравлении сероводородом пострадавшего следует вынести на свежий воздух или дать ему подышать кислородом, а при потере сознания сделать искусственное дыхание. Внутрь необходимо .принять чайную ложку 2%-ного раствора Н2О2. При отравлении ртутью и ее солями необходимо вовнутрь принять сырые яйца, взбитые в молоке, вызвать рвоту. При отравлении хлором, бромом, йодом, плавиковой кислотой пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух или дать ему подышать кислородом, а затем парами аммиака. Рот и нос промыть 2—3%-ным раствором питьевой соды и обеспечить полный покой. При отравлении кислотами у пострадавшего надо вызвать рвоту, рот прополоскать водой и 5%-ным раствором питьевой соды и выпить молоко. При отравлении щелочами следует вызвать рвоту, выпить 1—2%-ный раствор уксусной или лимонной кислоты. При отравлении солями мышьяка пострадавшему следует вызвать рвоту, выпить сырые яйца. При отравлении солями свинца, меди, бария, кадмия надо вызвать рвоту, выпить активированный уголь с водой или молоко, или яичный белок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

А. с. 275029 (СССР).

. Айвазов Б. В. Основы газовой хроматографии.— М.: Высш. шк„ 1977.— 188 с.

Алексеев Р. И., Коровин Ю. И. Руководство по вычислению и обработке результатов количественного анализа.— М.: Высш, шк., 1972.— 200 с.

Алимарин И. П. Ушакова Н. Н. Справочное пособие по аналитической химии.— М.: Изд.-во МГУ, 1977.— 200 с.

Барковский В. Ф., Городенцева Т. Б., Топорова Н. Б. Основы физико-химических методов анализа: /Под общ. ред. В.Ф. Барковского.— М.: Высш, шк., 1983.— 247 с.

Бурдун Г. Д. Справочник по международной системе единиц. 2-е изд. доп. — М.: Изд.-во стандартов, 1977.— 232 с.

Васильев В. П. Теоретические основы физико-химических методов анализа.— М.: Высш, шк., 1979.— 140 с.

Великая Е. И., Суходол В. Ф. Лабораторный практикум по курсу общей технологии бродильных производств: (Общие методы контроля).— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1983.— 312 с.

Кац А. М., Конторович А. С. Руководство по приборам и оборудованию для медико-биологических исследований.— Л.: Медицина. Ленингр. отд-ние, 1976.— 255 с.

Коростелев П. П. Лабораторная техника химического анализа/ Под общей ред. А. И. Бусева.— М.: Химия, 1981.— 312 с.

Коцев Н. А. Справочник по газовой хроматографии: Пер. с болг.— М.: Мир, 1976.— 200 с.

Крешков А; П., Ярославцев А. А. Курс аналитической химии. Количественный анализ/Под ред. А. П. Крешкова, 5-е изд., испр.— М.: Химия, 1982.— 312 с.

Коваль В. Г., Бойко Л. М., Ковальчук Е. П. Дистилляционноколориметрический метод определения содержания глицерина в биологических средах.— Спирт, и ликеро-водоч. пром-сть: Науч.-техн, реф. сб. /ЦНИИТЭИпищепром. М., 1978, № 4, с. 12—16.

Киселев А. В., Яшин Я» И. Адсорбционная газовая и жидкостная хроматография.— М.: Химия, 1979.— 287 с.

Королюк Т. А. Исследование углеводного состава бражки и разработка оперативного метода контроля сбраживаемых сахаров в производстве спирта из мелассы: Автореф. дис...канд. техн. наук.— М. 1978.— 28 с.

Лабораторный практикум по технологии ферментных препаратов /И. М. Грачева, Ю. П. Грачев, М. С. Мосичев и др.— М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982.— 239 с.

Мусакин А. П., Рачинский Ф.Ю., Суглобова К. Д- Оборудование химических лабораторий. Справочник.— Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1978.— 480 с.

Номенклатурные правила ИЮПАК по химии,— М.: ВИНИТИ, 1972,— Т. I.— 287 с.

Пономарев В. Д. Аналитическая химия: В 2-х ч. Ч. 2. Количественный анализ.— 288 с.

Рачинский Ф. Ю-, Рачинская М. Ф. Техника лабораторных работ.— Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1982.— 432 с.

Рухлядева А. П., Полыгалина Г. В. Методы определения активности гидролитических ферментов.— М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981,— 283 с.

Рухлядева А. П., Филатова Т. Г., Чередниченко В. П. Справочник для работников лабораторий спиртовых заводов.— М.: Пищ. пром-сть, 1979.— 231 с.

Рухлядева А. П., Листова 3. А. Справочное пособие для лаборантов-химиков ликеро-водочных заводов.— М.: Пищ. пром-сть, 1977.— 216 с.

Столяров Б. В., Савинов И. М., Виненберг А. Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии.— Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1978.— 284 с.

‘ Тюрин Н. И. Введение в метрологию.— М.: Изд-во стандартов, 1976,— 320 с.

Ушакова Н. Н., Николаева Е. Р., Моросанова С. А. Пособие по аналитической химии.— М.: Изд-во МГУ, 1978.— 223 с.

Фертман Г. И., Муравицкая Л. В. Справочник для работников лабораторий пивоваренных заводов.— М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982. — 208 с.

Цитович И. К. Аналитическая химия.— М.: Колос, 1982.— 308 с.

Чарыков А. К. Математическая обработка результатов химического анализа.— Л.: Изд-во ЛГУ, 1977.— 120 с.

Широков К. П., Богуславский М. Г. Международная система единиц /Под ред. Ю. В. Тарбеева.— М.: Изд-во стандартов, 1984.—112 с.

Химико-технологический контроль производства солода и пива /П. М. Мальцев, Е. И. Великая, М. В. Зазирная, П. В. Колотуша, — М.: Пищ. пром-сть, 1976,— 446 с,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Предисловие . . ,3

Глава 1. Общая характеристика физико-химических методов анализа 5

Значение , сущность, классификация и точность . . . .5

Анализ ошибокИ

Общие правила выполнения физико-химических методов анализа 12

Правила работы сприборами12

Организация лабораторных работ . 12

Отбор проб. . . 13

Поверка приборов14

Обработка результатов анализа, классификация ошибок14

Математическая обработка результатов анализа . ... 16

Глава 2. Рефрактометрия . .19

Характеристика рефрактометров .21

Общие правила рефрактометрического анализа . ... 28

Техника измерений 30

Метод определения содержания сухих веществ мелассы 32

Метод определения содержания спирта в производственных дрожжах и бражке34

Глава 3. Интерферометрия36

Характеристика интерферометров.37

Общие правила интерферометрического анализа . ... 39

Техника измерений . 40

Метод определения содержания спирта в бражке (метод ВНИИПрБ) 41

Метод определения крепости ликеро-водочных изделий42

Метод определения содержания общего экстракта в ликероводочных изделиях/45

Глава 4. Поляриметрия 46

Характеристика поляриметров ....49

Общие правила поляриметрического анализа51

Техника измерений ...53

Метод определения суммы сбраживаемых сахаровмелассы54

Определение прямой поляризации57

Определение инверсионной поляризации58

Определение содержания инвертного сахара...59

Методы определения условной крахмалистости сырья спиртовой промышленности61

Определение условной крахмалистости зерна с применением соляной кислоты 62

Определение условной крахмалистости пшеницы с применением хлорида кальция 64

Метод определения осахаривающей активности солода (метод ВНИИПрБ) . . . 65

Метод определения глюкоамилазной активности ферментных препаратов (метод ВНИИПрБ)69

Глава 5. Фотоколориметрия 74

Характеристика фотоколориметров........78

Общие правила фотоколориметрическогоанализа....84

Техника измерений . . 86

Метод определения амилолитической активности солода (метод ВНИИПрБ)87

Метод определения глюкоамилазной активности ферментных препаратов. . 90

Метод определения протеолитической активности ферментных препаратов93

Метод определения цветности мелассы (метод УкрНИИСП) 96 Метод определения содержания сахара в спиртованных соках и морсах (метод ВНИИПрБ)97

Метод определения прозрачности спиртованных плодово- ягодных соков (метод ВНИИПрБ)99

Метод определения содержания несброженных сахаров в ме- лассной бражке (метод УкрНИИСП)101

Методы определения содержания углеводов в полупродуктах из крахмалистого сырья (метод ВНИИПрБ)103

Определение несброженных углеводов вбражке105

Определение суммарного содержания сбраживаемых углеводов105

Определение спирторастворимых сахарови декстринов 106

Методы определения содержания глицерина в полупродуктах спиртового производства (метод УкрНИИСП)108

Определение содержания глицерина в сбраживаемых зерно-картофельных средах113

Определение содержания глицерина в сбраживаемых мелассных растворах116

Методы определения примесей в спирте и водке116

Определение содержания альдегидов117

Определение содержания сивушного масла . . .121 Определение содержания сложных эфиров . ".. 124

Определение содержания метилового спирта . . . 126

Метод определения цвета ликеро-водочных изделий . . . 129

Глава 6. Спектрофотометрия138

Характеристика спектрофотометров .138

Общие правила спектрофотометрического анализа . . .141 Техника измерений 142

Метод оценки качества этилового спирта и водки (метод ВНИИПрБ)144

Глава 7. Потенциометрия145

Показатель pH и его роль в контроле бродильных производств .145

Основы потенциометрического анализа147

Характеристика потенциометров150

Общие правила потенциометрического анализа . ... 151

Техника измерений .......152

Метод определения pH мелассы . . . .152

Метод определения содержания кислот в ликеро-водочных изделиях153

Метод определения щелочности водки . , 154

Глава 8. Газовая хроматография ........... 154

Аппаратура ...........158

Основные типы детекторов.160

Характеристика хроматографов. . . . 162

Количественный анализ 163

Источники ошибок газохроматографического метода , . . 165

Метод определения содержания этилового спирта и глицерина в бражке (метод УкрНИИСП) ........ 166

Глава 9. Хроматография на бумаге ........... 170

Техника анализа .........172

Глава 10. Тонкослойная хроматография , ........ 174

Техника анализа . . . 177

Метод анализа углеводов мелассной бражки . . . . . 178

Глава 11. Охрана труда и техника безопасности ....... 180

Общие правила 180

Правила работы с кислотами, щелочами, ядовитыми реактивами .....181

Правила работы с огнеопасными веществами . , . , . 182

Правила работы с этиловым спиртом ........ 183

Правила работы с газовыми баллонами ....... 184

187187Оказание первой помощи при несчастных случаях . ... 185

187

187

Список литературы .

Людмила Михайловна Бойко, канд. техн, наук

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Справочник

Редактор О. П. Бондаренко

Оформление художника Л. Л. Дикарева

Художественные редакторы В. С. Шапошников, Ю. Я. Чертова

Технический редактор Е. М. Гороховская Корректоры М. Г. Гаркавенко, Т. Е. Царинская

Информ, бланк № 2539

Сдано в набор 31.10.85. Подписано в печать 09.04.86. БФ 07476. Формат 84ХЮ8/за. Бумага типогр. № 3. Гарн. лит. Печ. выс. Усл. печ. л. 10,08. Усл. кр.-отт. 10,29. Уч.-изд. л. 12,00. Тираж 2000 экз. Заказ № 6-144. Цена 95 к.

Издательство «Техн1ка», 252601, Киев, 1, Крещатик, 5.

Отпечатано с матриц Харьковской книжной фабрики им, М, В. Фрунзе на Харьковской книжной фабрике «Коммунист», 310012, Харьков-12, Энгельса, 11,

Л.М.БОИКО

ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ БРОДИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Справочник

Киев «Техшка» 1986

36.87я2 Б77

УДК 633

Бойко Л. М.

Б77 Физико-химические методы контроля бродильных производств: Справочник — К.: Техн1ка, 1986.—200 с., ил.— Библиогр.: с. 187—188.

В пер.: 95 к. 2000 экз.

В справочнике впервые обобщены и систематизированы сведения о современных физико-химических методах анализа в производстве спирта, хлебопекарных и кормовых дрожжей, солода и пива, безалкогольных напитков. Приведены характеристики приборов, их принципиальные схемы, области применения.

Рассчитан на инженерно-технических работников пищевой промышленности. Может быть полезен студентам вузов соответствующих специальностей.

- 2908000000-099

36.87я236.87я2Б М202(04)-86 119186

36.87я2

36.87я2

Рецензенты: канд. техн, наук В. Ф. Суходол, Л. Е. Купреенкова

Редакция литературы по легкой, пищевой промышленности, торговле и бытовому обслуживанию

Зав. редакцией Э. А. Степанова

© Издательство «Техшка», 1986

D Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986 —1990 годы и на период до 2000 года отмечается, что необходимо последовательно усиливать режим экономии, являющийся одним из важнейших факторов интенсификации производства.

Вопросы повышения эффективности использования сырьевых, топливно-энергетических ресурсов весьма актуальны для пищевой промышленности, так как она является крупной материалоемкой отраслью народного хозяйства.

В различных отраслях бродильной промышленности используется дефицитное и дорогостоящее сырье — зерновые культуры, ферментные препараты, солод, сахар, меласса, плодово- ягодные соки и др.

Рациональную переработку сырья и высокое качество продукции можно обеспечить только при использовании прогрессивных методов контроля производства. Так, для обеспечения высокого выхода и качества хлебопекарных и кормовых дрожжей требуется осуществлять на предприятии оперативный контроль химического состава мелассы. Повышенная цветность, кислотность и ряд других показателей мелассы влияют на брожение, снижают количество биомассы и содержание белка в дрожжах. Изучение химического состава мелассы позволяет управлять технологическим процессом и обеспечивать необходимое качество кормовых дрожжей, содержание белка в них.

Ускорение научно-технического прогресса и рост эффективности производства также требуют внедрения самых современных методов контроля качества сырья, полупродуктов и готовой продукции.

Наибольший эффект производства достигается на пищевых предприятиях с высоким уровнем организации химикотехнологического контроля, оснащенных современной измерительной аппаратурой. Применение физико-химических методов анализа позволит совершенствовать технику и технологию, управлять непрерывными и ускоренными процессами производства, глубоко изучать свойства ферментов, микроорганизмов, состав сырья, полупродуктов и готовой продукции, а также будет способствовать повышению качества продукции, автоматизации контроля производства.

Применение в промышленности фотоколориметрических методов определения несброженных углеводов в бражке обеспечивает уменьшение потерь сахара в производстве, способствует разработке автоматических анализаторов углеводов, которые в скором времени будут выпускаться отечественным приборостроением.

В отраслях бродильной промышленности необходимо внедрять прогрессивные физико-химические методы анализа, отвечающие современному уровню технологии, требованиям стандартизации и научно-технического прогресса.

Для организации современного контроля производства требуется не только оснащение лаборатории измерительной аппаратурой, но и высокая профессиональная подготовка кадров. Между тем в литературе отсутствуют систематизированные данные о приборах и физико-химических методах анализа для контроля бродильных производств.

В справочник включены такие методы, которые в настоящее время широко используются в пищевой промышленности, и такие, внедрение которых ожидается в ближайшее время.

Отзывы и пожелания просим направлять по адресу; 252601, Киев, 1, Крещатик, 5, издательство «Техшкак