Достаточно эффективно применение флуоресценции для контроля технологических и сточных вод, богатых органическим веществом,
Теоретические основы метода
В основе определения концентрации органического вещества по флуоресценции лежит способность смеси органических молекул образовывать некоторый комплекс, обладающий присущими только ему параметрами флуоресценции. Поэтому, если возбуждающий и регистрируемый свет находятся в заданном диапазоне спектра, можно с достаточной точностью определять концентрацию некоторой конкретной смеси органических веществ. В этом случае регистрируют интенсивность флуоресценции сложного комплекса смеси органических веществ и сравнивают его с флуоресценцией эталона, привязанного к нормам ПДК. В связи с такой особенностью флуоресценции органических веществ следует отметить, что метод флуоресценции затруднительно использовать для качественного анализа. Лучшие результаты он дает при количественном контроле однородных смесей.
Успешно флуоресценцию используют для исследования белков, которые содержат три собственные флуоресцирующие группы, в том числе: остатки триптофана, тирозина и фениланалина. Флуоресценция каждого из них отличается по соответствующим длинам волн возбуждающего и наблюдаемого при флуоресценции света.
Аппаратура и техника исполнения
Особенно привлекательны оптические методы для систем непрерывного контроля состава коллоидно-дисперсных систем при автоматизации производства или непрерывном мониторинге окружающей среды. Для этих целей созданы специализированные зонды для измерения суммы взвешенных и растворенных органических веществ и мутности. Основу таких зондов составляют проточные оптические ячейки, включающие узлы регистрации интенсивностей флуоресценции, светорассеяния и прошедшего света. Схема такой ячейки представлена на рис. 12.10.
Рис. 12.10. Схема оптической ячейки. Обозначения: 1–светофильтры возбуждающего потока света. Узлы регистрации световых эффектов: 2 –флуоресценции, 3 – прошедшего света, 4 – рассеянного света. Штуцеры ввода 5 и вывода 6 исследуемой жидкости.
Оптическую ячейку можно использовать как датчик для турбидиметрии. Мутность определяется по интенсивности рассеянного света для исследуемой жидкости и эталонной жидкости с использованием уравнения Рэлея (4.1).
12.4.2. Нефелометрия и турбидиметрия
Нефелометрия и турбидиметрия – оптические методы исследования дисперсных систем, основанные на измерении интенсивности рассеянного света и оценках частичной концентрации с помощью уравнения Рэлея.
В нефелометрах измеряют интенсивность светорассеяния в заданном направлении чаще всего под углом 135 о в жидких коллоидных системах. В этом случае интенсивность рассеянного света для исследуемого образца определяется сравниванием интенсивностей потоков света рассеянного этим образцом и эталонным рассеивателем. В процессе измерений световые потоки уравниваются с помощью диафрагмы с переменной площадью.
Турбидиметры измеряют общее рассеяние света по уменьшению интенсивности преходящего света (эффективности абсорбции света) и могут применяться только для бесцветных золей.
По методам регистрации приборы делятся на приборы с визуальной и фотоэлектрической (при помощи фотоумножителей) регистрацией.
Нефелометрия применяется для исследования золей в широком диапазоне концентраций. Турбидиметрия обычно ограничена высококонцентрированнными системами. Фотокалориметр- нефелометр описан в руководствах по аналитической химии и поэтому здесь не рассматривается.
12.4.3. Кондуктометрия
Теоретические основы метода
Метод имеет двойное назначение. Кондуктометрию широко используют для оценки состояния дисперсной фазы: определения типа эмульсии, счета частиц дисперсной фазы по Куолтеру и пр. С другой стороны, это прекрасный метод для определения минерализации дисперсионной среды, которая, как правило, определяет электропроводность дисперсной системы в целом.
Аппаратура и техника исполнения
Основным элементом измерительной схемы в кондуктометрии является кондуктометрический датчик или электрохимическая ячейка.
Кондуктометрические датчики применяют для определения общей минерализации жидкости по ее электропроводности. Простейшая проточная ячейка для определения электропроводности показана на рис. 12.11.
|
Рис. 12.11. Ячейка конструкции Джонса Методы измерения в электрохимии. Том 2. Под ред. Э. Егера и А. Залкинда. Пер. с англ. М.: Мир, 1977. С. 50.
для измерения электропроводности.
Ячейка представляет собой стеклянную трубку, с торцов которой введены платиновые диски - электроды с токоотводами, недалеко от них расположены патрубки для ввода и вывода анализируемой жидкости.
Среди других методик дисперсного анализа безусловный интерес вызывает кондуктометрический метод, предложенный У. Коултером. Схема датчика анализатора представлена на рис. 12.12.
Рис. 12.12. Схема прибора для дисперсионного анализа методом кондуктометрии тока.
Электрическое напряжение подается от источника постоянного напряжения 1 на резистор R, и затем на электроды 2 и 3. Изучаемая суспензия отсасывается из пробирки 4, вследствие чего частицы проходят через микроотверстие 5. Прохождение каждой частицы через микроотверстие приводит к увеличению сопротивления между электродами и резкому уменьшению силы тока.
Импульс напряжения снимается с сопротивления R. Величина этого импульса пропорциональна объему частицы. Поступающие от датчика сигналы усиливаются, сортируются и считываются электронным счетчиком.
Стр.309
12.4.4. ВИСКОЗИМЕТРИЯ
Вязкость многих пищевых продуктов меняется в процессе хранения и переработки. Это объясняется, например, в случае молока, увеличением степени диспергирования жира, укрупнением или денатурацией белковых частиц, адсорбцией белков на поверхности жировых шариков и другими факторами. Поэтому информация о вязкости продукта является одной из основных для технолога.
Теоретические основы методов измерения вязкости.
Различные методы измерения коэффициента вязкости можно разбить на группы с учетом аппаратурного оформления и измеряемых характеристик. Классификация этих методов на группы и общий вид типичных для группы вискозиметров приведена в табл. 12.9
Таблица 12.9
Классификация и схемы распространенных вариантов
аппаратуры для вискозиметрии
Группа методов | Сущность типичного для группы метода | Вариант аппаратуры |
Капиллярная вискозиметрия | Измеряется время ламинарного протекания жидкости заданного объема (2) через капилляр (3) с известными характеристиками под действием гравитационных сил (на рисунке показан вискозиметр Оствальда). |
|
Ротационная вискозиметрия | Измеряют напряжение сдвига в исследуемом материале, который находится в зазоре между вращающимся внешним цилиндром (1) и подвешенным на нити, закручиваемым жидкостью внутренним цилиндром (2) |
|
Метод падающих шариков | Измеряется время прохождения свободно падающим шариком известного пути в исследуемой жидкости между метками на приборе |
|
Следует отметить, что для исследования пищевых продуктов часто применяется капиллярная вискозиметрия. В основе метода лежит измерение времени ламинарного протекания жидкости заданного объема через капилляр известной длины и известного радиуса под действием гравитационных сил.
Распределение скоростей ламинарного движения различных слоев жидкости представлено на рис. 12.13
V max
Рис. 12.13 Профиль ламинарного течения жидкости по цилиндру.
Из рисунка видно, что разно удаленные от стенок капилляра слои жидкости движутся с различными скоростями. С максимальной скоростью движется слой, находящийся в центре капилляра. У стенок капилляра скорость падает до нуля. Здесь жидкость удерживается стенками капилляра.
Определение коэффициента вязкости с помощью капиллярного вискозиметра выполняют используя уравнение Пуазейля, который показал, что скорость ламинарного потока жидкости u движущейся в капилляре под давлением р, можно выразить соотношением:
(12.12)
Если радиус rк и длина l капилляра известны, то последнее уравнение упрощается и приобретает вид: u= Kp/h. Это выражение лежит в основе определения коэффициента вязкости с помощью капиллярного вискозиметра. Величина К в этом случае является постоянной вискозиметра.
Следует иметь в виду, что соотношение Пуазейля выполняется до достижения некоторого критического сочетания параметров, определяющих условия измерений. В числе этих параметров: давление, радиус капилляра и вязкость жидкости. Если возникает такое критическое сочетание ламинарный режим движения жидкости переходит в турбулентный. Турбулентное движение характеризуется неупорядоченным, нестационарным перемещением вещества, при котором скорости движения отдельных частей потока непрерывно меняются во времени непредсказуемым образом. Опыт показывает, что турбулентность наступает при тем меньших давлениях, чем меньше вязкость жидкости и больше радиус капилляра. В случае коллоидных систем и концентрированных растворов полимеров, ламинарное течение жидкости сохраняется при давлениях, намного превышающих атмосферное давление.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основные порталы (построено редакторами)