2020-06-10
12080Фотометрия (от греческого photos - свет и metreo - меряю) представляет собой метод количественного анализа, особенно для определения микроколичеств веществ. Метод дает возможность определить концентрацию вещества в растворе в тех случаях, когда вещество имеет собственную окраску либо приобретает окраску путем воздействия на него соответствующего химического реагента.
Сущность фотометрического анализа заключается в следующем: определяют уменьшение интенсивности потока монохроматического света (т.е. света с определенной, возможно узкой областью спектра) после прохождения его через определенной толщины слой окрашенного раствора и, учтя законы светопоглощения, делают вывод о концентрации растворенного вещества.
Основной закон светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера определяет зависимость между поглощением излучения раствором и концентрацией в нем поглощаемого вещества
Основными фотометрическими методами являются колориметрия, фотоэлектроколориметрия и спектрофотометрия. Фотометрическое (колориметрическое) определение окрашенных веществ основано на сравнении окраски или светопоглощения исследуемого раствора и стандартного для которого известно содержание определяемого вещества. Различают колориметрию визуальную - субъективную и фотоэлектрическую - объективную.. Основным недостатком визуальной колориметрии является малая точность (5-10 относительных процентов). Визуальные методы колориметрических определений являются субъективными; точность их зависит от индивидуальных особенностей зрения наблюдателя.
Применение фотоэлектрической колориметрии позволяет при помощи фотоэлементов, заменяющих глаз человека, избежать некоторых ошибок субъективной оценки при исследовании. Принцип фотоэлектроколориметрии состоит в том, что фотоэлементы под действием света дают электрический ток, интенсивность которого пропорциональна силе света. Если между источником света и фотоэлементом поместить светопоглощающую среду (например, окрашенный раствор), то сила фототока уменьшится в зависимости от интенсивности окраски раствора. Составив эмпирический график, в котором дана зависимость между интенсивностью фототока и концентрацией вещества в растворе, можно в каждом отдельном случае по интенсивности полученного фототока сделать заключение о концентрации вещества в растворе.
Абсорбционная спектрофотометрия основана на том законе светопоглощения, что и фотоколориметрические методы, однако в отличие от последних в спектрофотометрии используется поглощение монохроматического света с очень узким интервалом длин волн (1-2нм), а это значительно увеличивает чувствительность и точность метода.
Спектрофотометры позволяют работать не только с окрашенными растворами в видимой области спектра (400-700нм), но и с "бесцветными" для глаза растворами, которые поглощают излучение в ультрафиолетовой (220-400нм) или ближней инфракрасной (760-1110нм) и 760-2500нм - [СФ-8, СФ-9] областях спектра. На спектрофотометре, так же как и фотоколориметре, измеряют оптическую плотность и процент пропускания световых потоков. Действие спектрофотометрии основано на принципе последовательного сравнения световых потоков, прошедших через эталон (растворитель) и исследуемый раствор; при этом используют фотоэлементы и специальные усилители. Пропускание светового потока через эталон принимается за 100%, а оптическая плотность - за 0.
Как отмечалось, концентрацию веществ можно определять при помощи рефрактометров. В основе рефрактометрических методов лежит явление изменения направления луча света (преломление) при переходе из одной среды в другую, при условии, если плотность сред неодинакова. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления обозначают символом и называют коэффициентом преломления или показателем преломления:
Коэффициент преломления растворов зависит от концентрации вещества в растворе и температуры. По показателю преломления можно определять количество вещества в растворе. Для этого используют рефрактометры различных марок. Например, исследование концентрации Сахаров производят рефрактометрами: РЛ, РПЛ, РЛУ. Для определения коэффициентов жиров и масел - РЛУ, ИРФ-22 и др.
Характеристика методов для контроля основных физико-химических показателей качества кулинарных полуфабрикатов, блюд и изделий.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ И ОБЩЕЙ МАССОВОЙ ДОЛИ СУХИХ ВЕЩЕСТВ.
Лабораторный контроль кулинарной продукции начинается, как правило, с определения массовой доли сухих веществ, количество которых во многих полуфабрикатах и готовых изделиях (котлетная масса, полуфабрикаты из муки (тесто), соусные пасты), нормируется. Массовую долю влаги и сухих веществ определяют одним исследованием, направленным на установление массы одного из названных компонентов.
Чаще всего сухие вещества определяют высушиванием навески исследуемого блюда (продукта). Обычно навески сушат до постоянной массы при температуре 105°С. Длительность сушки зависит от особенностей образца продукта, характера и степени его измельчения и составляет несколько часов. С целью ускорения анализа широкое распространение получили ускоренные методы высушивания при более высокой температуре, в частности, с применением лучистой энергии инфракрасных лучей, обладающих способностью проникать на некоторую глубину в высушиваемое вещество. Использование источников инфракрасного излучения заложено в конструкцию ряда приборов и аппаратов.
В сравнительно простом варианте высушивание осуществляется лампами инфракрасного излучения. Источником излучения служат специальные лампы мощностью в 250-500Вт. Внутри поверхность баллона этих ламп покрыта зеркальным серебряным слоем для отражения лучей. Лампа с патроном укрепляется на лабораторном штативе; под ней находится слой асбеста или вращающийся столик, в центре освещенного круга добиваются установления температуры 135°С, а затем ставят в центр круга бюксу с навеской. Время высушивания в среднем 5-8 минут.
В приборе ВЧМ источником инфракрасных лучей служат две массивные металлические плиты (сплав алюминия и чугуна). Плиты нагреваются плоскими электрическими нагревателями, расположенными с наружной стороны плит. Для обезвоживания тонкого слоя образца продукта, помещенного в специальные пакеты (в частности, из фольги) при температуре 152-154°С, требуется от 5 (для продуктов с содержанием влаги до 50-55%), до 7 минут (для продуктов с содержанием влаги свыше 55%). Весь анализ, включая заготовку пакетов, взвешивание и т.д. занимает около 30 минут.
При высушивании в приборе ПУВВ-1, навеску анализируемого вещества в процессе высушивания инфракрасными лучами подвергают низкочастотной вибрации, благодаря чему происходит быстрое и равномерное удаление влаги. Последнему способствует также то, что при передаче тепла можно создать во много раз большую плотность потока тепла на поверхности продукта, чем при конвективном или контактном нагреве. Способ наиболее удобен для трудноизмельчаемых образцов (картофельных крекеров и др.). Температуру в сушильной камере поддерживают на уровне 150-160°С. Время, исчисляемое с момента включения ИК-излучения, составляет 3-5 минут.
Высушивание в сушильном аппарате СЭШ-ЗМ, возможно для сушки разнообразных продуктов при температуре от 100 до 150°С. В сушильной камере данного аппарата находится вращающийся столик с гнездами для бюкс. Столик приводится во вращение турбинкой. Вращение турбинки и обмен воздуха в шкафу обеспечивается воздушным потоком, создаваемым центробежным вентилятором, приводимого во вращение электродвигателем. Продолжительность высушивания при 130°С вдвое меньше по сравнению с высушиванием в обычном шкафу.
При работе с универсальным влагомером ЭМ-1 исключается процесс взвешивания. Окончание высушивания фиксируется автоматически. Содержание влаги в процентах отсчитывается на специальной шкале прибора. Во влагомере можно высушивать картофельную крупку, взорванную кукурузу, котлетную массу и т.д. Время анализа от 5 до 10 минут.
Содержание сухих веществ в жидких продуктах, а также в жидкой части кулинарных изделий, можно также определить рефрактометрическим методом.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРА.
Массовую долю жира в готовой кулинарной продукции, в мучных кондитерских изделиях, в некоторых полуфабрикатах (картофеле жаренном до полуготовности, суповых заправках, тесте, соусных пастах и др.), а также исходном сырье чаще всего определяют методом Гербера с использованием молочных бутирометров.
Для этого навеску средней пробы контролируемого продукта обрабатывают серной кислотой и изоамиловым спиртом, который растворяет жир. Вступая в реакцию с H2SO4, изоамиловый спирт образует растворимый в ней сложный эфир, благодаря чему жир выделяется. Смесь центрифугируют в жиромерах, что обеспечивает полное и быстрое слияние выделившегося жира в один сплошной слой в их градуированной части жиромера, где он и отсчитывается.
Достоинство метода Гербера - быстрота определения, недостаток - необходимость работы с серной кислотой и малая точность получаемых результатов. Предложенный первоначально для определения жира в молоке этот метод в применении к другим объектам контроля дает большие погрешности, обусловленные как неполным извлечением жира, так и используемыми реактивами, в первую очередь, изоамиловым спиртом. С учетом производственных потерь методом Гербера в кулинарных изделиях удается обнаружить не более 60-85% заложенного жира. В связи с этим продолжается совершенствование волюмометрического и разработка новых методов, лишенных указанных недостатков. Предложены, в частности, модернизированные жиромеры (с калибровкой в узком интервале содержания жира или с учетом определенного вида его), а также новые реактивы для экстракции, например, "раствор буры - этилового спирта -изоамилового спирта" и др. В этом случае ошибку определения удается снизить до ±0,5%.
В последние годы получило распространение определение жира по методу Фолча. В данном методе в качестве экстрагентов используется смесь хлороформа и метанола. Применение системы, состоящей из полярного и неполярного растворителя дает возможность, в частности, разрушить липопротеидные комплексы, и следовательно, более полно извлечь жир.
Ниже мы остановимся на некоторых ускоренных методах определения жира, используемых в настоящее время для производственного контроля продуктов с низким и высоким содержанием жира.
Весовой метод определения жира. Жир извлекается из навески средней пробы при измельчении последней в микроизмельчителе с добавлением смеси хлороформа и метанола. Экстракцию повторяют дважды. Экстракт фильтруют и производят осаждение в нем водорастворимых веществ путем добавления 0,2% р-ра NаСl. Фракцию растворителя с жиром отделяют. После отгона растворителя, например, в роторном испарителе, и высушивания, жир взвешивают и производят расчет его содержания.
Можно сократить время определения жира, применив однократную экстракцию дихлорэтаном.
Экстракционно-весовой метод ВНИИКОПА (по Грживо и Шорниковой). Сущность метода состоит в извлечении жира органическим растворителем из обезвоженного продукта, удаления растворителя и взвешивании полученного жира. В качестве обезвоживающих веществ применяют: безводную кальцинированную соду или двузамещенный фосфорнокислый натрий; растворителя - дихлорэтан или бензин. Экстрагирование жира из продукта производится в экстракторе измельчителя.
Колориметрический метод определения жира. Основан на том, что плотность раствора красителя (например, Судана III или Судана IV) в жире снижается пропорционально количеству жира прореагировавшего с красителем. Оптическую плотность красителя в этиловом спирте и жире измеряют на фотоэлектроколориметре при длине волны 584 нм. (зеленый светофильтр) в кювете с рабочей длиной 3 мм против 80% этилового спирта. Количество жира в вытяжке находят на калибровочной кривой.
Рефрактометрический метод. Данный метод успешно применяется для определения жира в кулинарной продукции, хлебобулочных и мучных кондитерских изделиях, пищевых концентратах, консервах.
Принцип метода состоит в том, что при растворении жира коэффициент преломления растворителя понижается пропорционально количеству присутствующего жира. По разности между коэффициентами преломления чистого растворителя и раствора жира определяют содержание последнего. Чем разность больше, тем точнее определение. Для исследования используют следующие марки рефрактометров: РЛУ или ИРФ-22.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЕ САХАРОВ.
Определение cахаров проводят контролируя полноту вложения сахара в киселях, компотах, муссах, желе, а также молока, хлеба (или муки) в ряде кулинарных изделий и полуфабрикатов.
Сахарозу (и крахмал) предварительно гидролизуют с целью получения при этом редуцирующих cахаров, последние определяют количественно и производят пересчет на исходное вещество (сахарозу или крахмал). В некоторых изделиях (молочных, творожных и т.д.), где помимо сахара, добавленного по рецептуре, присутствует определенное количество редуцирующих cахаров, содержание последних производят дважды - до и после гидролиза сахарозы.
Редуцирующие сахара определяют преимущественно химическими методами, основанными на окислении их различными окислителями с последующим определением остатка окислителя или восстановленного сахара объемными методами, выполнение которых, как правило, состоит из большого числа операций. Они трудоемки и длительны.
Остановимся на принципе определения cахаров химическими методами.
Основными химическими методами является перманганатные методы, основанные на способности карбонильных групп cахаров окисляться в жидкости Фенилга и восстанавливать окись меди до закиси. По количеству образовавшейся закиси меди определяют количество редуцирующих cахаров, используя при этом специальные таблицы, составленные для определенных условий опыта. Существует несколько модификаций перманганатного метода. Классическим считается метод Бертрана, он наиболее удобен при работе с растворами, содержащими 0,05-0,5% сахара.. В практике технохимического контроля широко применяют его модификацию - метод Макс-Мюллера.
Йодометрический метод. Для окисления редуцирующих cахаров используют щелочной раствор сернокислой меди. Количество окисной меди, не вступившей в реакцию с сахарами, определяют йодометрическим методом. Выделившийся свободный йод оттитровывают гипосульфитом. По разности количеств гипосульфита, пошедшего на титрование йода в контрольном и рабочем опытах, рассчитывают количество сахара.
Йодометрический метод более быстрый, чем перманганатный, по точности равноценен ему. Применяется для исследования полуфабрикатов из теста и сдобных хлебобулочных изделий.
Циамидный метод уже знаком Вам из курса общей технологии. В основе метода, как известно, лежит способность РС восстанавливать в щелочном растворе железосинеродистый калий в железистосинеродистый. Метод можно использовать при концентрации cахаров в растворе не менее 0.1 и не более 2%. Циамидный метод дает результаты, близкие к перманганатному и йодометрическому.
ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ: «ФОТОМЕТРИЯ»
1) Какие существуют виды взаимодействия электромагнитного излучения
с веществом (регистрируемые в оптических методах анализа)?
2) Какими способами характеризуется электроманитное излучение(какова природа света)?
3) Суть понятия “длина волны”, единицы измерения λ?
4) Как называется спектр графической зависимости оптической плотности
от длины волны? Какие спектры Вам известны?
5) Понятия молярного и удельного коэффициентов поглощения?
6) В чем преимущество фотоколориметрии по сравнению с визуальными
методами колориметрии.
7) Какой закон лежит в основе спектроскопического анализа, в чем суть?
8) Перечислите приемы основных фотометрических измерений в количественном анализе.
