CC BY
32
розания
[ работы з камер ІЄНИ (до аксация >рмаций вдержке звается, кипа в
ных кип і потери механи-роцессе іании в іроизво-I техно-для выси. При готовых листья,
І пооче-а затем в два
ЇО ”Та-проект єно два их при сие ре-
;сса на ых тю-ановки ].
зедприя-
шщевая
оточные бзор. —
ЇСТОВОГО
с, Ю.И.
е листо-абак. —
Ю.П.,
работки
^епром,
66.012.1:543.257.5
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ НИЗКОЧАСТОТНОГО КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА БИОСЫРЬЯ
В,Я. СВИНЦОВ, С.А. МИЖУЕВА Для определения геометрических характеристик
Астраханский государственный технический университет (С УчетОМ 30НЫ ДЕЙСТВИЯ краевых эффектов) КОН-
дуктометрическои ячеики использовали извест-
Попытки промышленной эксплуатации электрических анализаторов в пищевых отраслях промышленности не увенчались пока сколько-нибудь значимым успехом. Как и раньше, в качестве основных превалируют трудоемкие и продолжительные лабораторные методы химического анализа пищевых продуктов. Однако актуальность проблемы экспресс-контроля и большие потенциальные возможности электрических методов анализа в ее решении обусловливают необходимость продолжения соответствующих научно-исследовательских работ.
Проведенными аналитическими и экспериментальными исследованиями найдено эффективное решение задачи по количественной оценке электрохимических явлений [1]. Необходимым условием ее выполнения является использование такой конструкции кондуктометрической ячейки, для которой действием краевых эффектов можно было бы пренебречь. Это требование обусловливает некоторые сложности для осуществления анализа твердообразных пищевых продуктов.
Цель настоящей работы — апробация метода [2] на ячейке, для которой наличие краевых эффектов имеет ярко выраженный характер.
Для исследований изготовили экспериментальную установку, соответствующую прибору Кольра-уша, которая состоит из низкочастотного блока питания и мостовой измерительной схемы. Одна пара смежных плеч мостовой измерительной схемы представлена двумя постоянными резисторами, а вторая состоит из магазина сопротивлений Р-33 с кондуктометрической ячейкой. Входную диагональ мостовой схемы подключали к блоку напряжения питания, а с другой диагонали напряжение разбаланса поступало на осциллограф С1 -73.
Кондуктометрическую ячейку изготовили в виде цилиндрического сосуда с размещенными в его внутренней полости двумя пластинчатыми электродами из нержавеющей стали. Величина геометрической поверхности каждого из них, равная произведению ширины на высоту погруженного в анализируемый раствор электрода. — 8,0-10 4 м2. Для обеспечения методики измерений [2] меж-электродное расстояние ячейки посредством специального приспособления можно было последовательно изменять в диапазоне от 1 до 5 см при сохранении параллельности рабочих поверхностей электродов.
ную методику измерении постоянной ячеики, основанную на определении ее сопротивления с помощью стандартных растворов хлорида калия [1]. Нахождение постоянной ячейки при известном межэлектродном расстоянии позволяло определить расчетную величину площади и по ней судить о реальных размерах зоны существования электрического поля ячейки.
Таблица
Концентрация раствора КС1, моль/л Межэ-лектрод-ное расстояние Ь-Ю2, м Сопро- тивле- ние ячейки, Ом Уравнение зависимости Я = А + Вх Эффективная пло-щадь, м"
і 39,0
2 49,0
0,02 3 60,0 Я = 28,6 + 10,4х 41,3
4 70,0
5 81,0
1 15,0
2 20,0
0.1 3 24,0 Д = 11,0 + 4,5х 21,2
4 26,0
5 32,0
1 6,2
2 7,8
0,5 3 9,6 Р = 4,5 + 1,7х 13,7
4 11,3
5 13,0
1 4,2
2 5,3
1.0 3 6,5 Д = 3,0 + 1,2х 9,0
4 7,6
5 8,8
Графический анализ результатов экспериментальных исследований (таблица) показал, что изменение сопротивления как функции межэлект-родного расстояния подчиняется линейной зависимости вида, соответствующего ячейке с однородным электрическим полем [2]:
Я = А + Вх, (1)
где Я — общее сопротивление кондуктомет-рической ячейки, Ом; х — величина межэлектродного расстояния, м.
Как показано в работе [2], постоянная А уравнения (1) в количественном отношении определяет величину погрешности измерений, зависящую от поляризационных процессов в ячейке в момент измерения при прохождении через нее электрического тока. В зтом случае второй член уравнения Вх будет равен величине искомого истинного сопротивления стандартного раствора. Учитывая это и используя расчетные данные величины сопротивления Вх, можно определить постоянную ячейки и, следовательно, поверхность зоны действия ее электрического ПОЛЯ.
Установлено [2], что в случае отсутствия краевых эффектов для кондуктометрической ячейки с высокооднородным электрическим полем величины расчетной и геометрической поверхностей электродов имеют одинаковое значение.
Результаты расчета (таблица), полученные по данным исследований сопротивления применительно к кондуктометрической ячейке с неоднородным и неограниченным в пространстве электрическим полем, показывают, что равенства расчетной и геометрической поверхностей не наблюдается.
В соответствии с теорией электромагнитного поля это хорошо согласуется с закономерностями распределения электрического поля между двумя заряженными поверхностями. Согласно данным закономерностям электрическое поле ввиду его рассеяния в окружающем ячейку пространстве не ограничивается геометрическим объемом, заключенным в межэлектродном пространстве кондуктометрической ячейки. При этом степень рассеяния, а следовательно, и величина реального объема существования электрического поля кондуктометрической ячейки в соответствии с законом Максвелла зависят от электрофизических свойств среды. Отсюда величина реальной площади зоны существования электрического поля, обратно пропорциональная так называемой постоянной ячейки, является функцией электрофизических свойств вещества. Последнее дает основание утверждать, что в случае значительного отличия электрофизических свойств стандартных растворов от соответствующих свойств анализируемых продуктов нельзя гарантировать высокие метрологические показатели результатов измерений, полученных по известной методике измерений сопротивления веществ.
Таким образом, с помощью ячейки, имеющей простейшее конструктивное оформление, задача по определению с высокой точностью сопротивления анализируемых веществ может быть решена в том случае, когда будет известна зависимость геометрических характеристик области существования электрического поля ячейки от электрофизических свойств анализируемого вещества.
Из представленных в таблице данных вытекает, что эта функциональная зависимость соответствует аналогичной зависимости коэффициента В уравнения (1) и может быть легко определена с помощью разработанного нами метода анализа.
Таким образом, благодаря данному методу стало возможным по величине свободного члена уравнения (1) определить значение погрешности, возникающей вследствие поляризационных явлений в кондуктометрической ячейке. Кроме научно-исследовательских целей в практическом плане это означает, что в качестве материала электродов можно использовать нержавеющую сталь, отказавшись от применения дорогостоящей платины и платинирования электродной поверхности, которые необходимы для уменьшения поляризационных явлений. Кроме удешевления ячейки такая замена позволяет избежать возможного каталитического действия платиновой черни на продукты с кислыми или щелочными свойствами. Устраняется также угроза возможного нарушения целостности покрытия поверхности электродов платиновой чернью при заполнении ячейки грубодисперсными пищевыми продуктами. Возможность определения истинной, или эффективной, поверхности электродов исключает необходимость применения стандартных растворов и градуировки приборов, а следовательно, подготовительных операций. Последнее означает, что разработанный метод позволяет осуществлять анализ в экспресс-режиме и может быть реализован в автоматических системах контроля количественных и качественных характеристик биосырья и готовой продукции.
К положительным результатам исследований следует отнести и то, что экспериментальное обоснование метода проведено на кондуктометрической ячейке, представленной системой из двух пластинчатых электродов. Возможность использования такого рода простейшей электродной системы обеспечивает условия оптимального конструирования кондуктометрических ячеек для анализа продукции практически любой консистенции.
ЛИТЕРАТУРА
1« Лопатин Б.А, Теоретические основы электрохимических методов анализа. — М.: Высшая школа, 1975. — 295 с.
2. Свинцов В.Я. Разработка кондуктометрического метода определения удельного электросопротивления биосырья / / Мясная пром-сть. — 1995. — № 1. — С. 14—18.
Кафедра технологии рыбных продуктов Поступила 26,04.95
дм
КС с.п. дс
Кубанш
Став ления масах, на, дм
Пре; показа' тельно регист нии са мопар{ из дву: друг Д] жен Б вещее темпе[ ВЫХ кую 1 инерт: солне1 салом; ратург маса. лота : салом инерт масе разно ально
дг?4
На
нагре
абсщ
разнс
СООТЕ
веще
инер
мент
