Поляриметри-цукрометри

Для кількісного визначення масової частки сахарози в розчині використовують спеціальні поляриметри, які мають назву цукрометрів [1].

Будова цукрометрів грунтується на здатності ісландського шпату (кристалічний карбонат кальцію) перетворювати звичайні промені світла в поляризовані.

Нині використовують напівтіньові цукрометри з кварцовою компенсацією – СУ-3 та СУ-4 (рис. 1.1 і 1.2). Похибка цих приладів становить відповідно 0,1 та 0,05 ^оS. В них аналізатор поставлений на напівтінь відносно поляризатора і закріплений нерухомо.

Рис. 1.1. Цукрометр СУ-3:

1 – патрон з лампочкою; 2 – освітлювальний вузол; 3 – поворотна обойма із світлофільтром; 4 – оправа з поляризатором; 5 – траверса; 6 – камера для поляриметричної кювети; 7 – гвинт для встановлення шкали прилада на нуль; 8 – вимірювальна головка; 9 – окуляр шкали з ноніусом; 10 – окуляр аналізатора; 11 – гільза з аналізатором; 12 – рукоятка кремальєрної передачі; 13 – основа приладу; 14 – тумблер.

Рис. 1.2. Універсальний цукрометр СУ-4:

1 – лупа; 2 – вимірювальна головка; 3 – ноніус; 4 – знімний ключ; 5 – кюветне відділення; 6 – траверса; 7 – оправа; 8 – поворотна обойма; 9 – освітлювальний вузол; 10 – гвинт; 11 – гвинт заземлення; 12 – вилка рознімання; 13 – запобіжник; 14 – основа; 15 – кнопка; 16 – ручка резистора; 17 – стояк; 18 – основа.

Рис. 1.3. Оптична схема поляриметра СУ-3

Світловий потік, що йде від електролампи 6 (Рис. 1.3.) крізь світлофільтр 8 або матове скло 7 і конденсор 9, проходить через напівтіньову поляризаційну призму-поляризатор 10, яка перетворює його в поляризований потік світла, розділений на дві половини лінією розділу. При цьому поляризатор установлений так, що площина поляризації обох половин світлового потока складають однакові кути з площиною поляризації аналізатора 16. Тому аналізатор пропускає рівні по світлосилі обидві половини потоку, і у полі зору зорової труби, яка складається із об'єктива 17 і окуляра 18, встановленої після аналізатора, спостерігаються дві равноосвітлені половини поля, розділені тонкою лінією. При встановлені кювети з розчином між поляризатором і аналізатором, закритими захисними скельцями 11 і 12, порушується рівність освітленості половин поля зору. Це відбувається по причині того, що досліджуваний розчин обертає площину поляризації поляризованого світла на кут, пропорціональний концентрації розчину. Для зрівнювання яскравостей обох половин поля зору в поляриметрі застосовується клиновий компенсатор, який складається з великого кварцевого клина лівого обертання 13, контрклина 14 і малого кварцевого клина правого обертання 15. Переміщенням великого клина відносно малого контрклина підбирають необхідну товщину кварцевої пластинки для компенсації кута повороту площини поляризації розчину. При цьому відбувається зрівнювання освітленості половин поля зору. Одночасно з великим клином перемещується шкала 3. За нульовою поділкою ноніуса 2 фіксують значення на шкалі, яке відповідає стану однакової освітленості обидвох половин поля зору. Шкалу і ноніус видно через лупу 1, вони освітлюються електролампою крізь відбиваючу призму 5 і світлофільтр 4.

Для цукрометрів Міжнародною комісією з уніфікації методів досліджень у цукровій промисловості ICUMSA прийнято міжнародну цукрову шкалу. Сто градусів Міжнародної цукрової шкали (100^о Z) дає водний розчин, у 100 см³ якого міститься 26 г чистої сахарози, виміряний у кюветі завдовжки 200 мм при температурі 20 ^оС. Один градус цукрової шкали (1 ^оZ) відповідає 0,26 г сахарози в 100 см³ розчину, або 1% сахарози.

Така шкала дуже зручна під час аналізу продуктів, бо в разі використання нормальної наважки (26 г в 100 см³) і нормальної поляриметричної кювети (200 мм) відлік за нею дає змогу зразу визначити вміст сахарози у відсотках.

Крім основної шкали (рис.3.4) цукрометри одинарної компенсації типу СУ мають ноніус, 10 поділок якого відповідає 9 одиницям основної шкали. За допомогою ноніуса відлік показів проводиться з точністю до 0,1 поділки шкали. За рис.1.4, а відлік потрібно вести до нуля, оскільки нульова поділка ноніуса співпадає з нульовою поділкою шкали, а десята поділка ноніуса – з дев’ятою поділкою шкали.

Відлік показників за допомогою ноніуса пояснюється рис. 1.4.

Рис. 1.4. Приклад відліку за шкалою цукрометра одинарної компенсації

На рис. 1.4, б показано положення шкали і ноніуса, яке відповідає відрахунку + 11,8 ^оZ оскільки нульова поділка ноніуса розташована правіше нуля шкали на 11 повних поділок, а в правій частині ноніуса з однією із поділок шкали співпала тільки восьма поділка ноніуса.

На рис. 1.3, в показано положення шкали і ноніуса, яке відповідає відрахунку – 3,2 ^оZ. Нульова поділка ноніуса знаходиться зліва від поділки нуль на шкалі на три повних його поділки, а в лівій частині ноніуса з одною з поділок шкали співпадає тільки друга поділка ноніуса.

Роботу з поляриметром починають з того, що перевіряють його поле, яке повинно мати форму кола, розділеного вертикальною лінією на дві рівні за розміром, однаково освітлені частини. Чіткість коригується за оком того, хто працює з приладом, контур поля зору має бути максимально чіткий, не розмитий, чистий.

Після цього перевіряють нуль приладу. Якщо за однакової освітленості обох половинок поля нуль ноніуса не збігається з нулем рухомої шкали, їх суміщають за допомогою спеціального ключа. Нульову точку приладу перевіряють кілька разів.