Фазовый способ определения концентрации хлористого натрия в рыбе и рыбных продуктах

Фазовый способ определения концентрации хлористого натрия в рыбе и рыбных продуктах

Реферат

Изобретение относится к рыбоперерабатывающей, сельскохозяйственной и пищевой промышленности и может быть использовано для определения концентрации соли в пищевых продуктах, в том числе в рыбе и рыбных продуктах.

Известен способ определения хлористого натрия в рыбе и рыбопродуктах (см. кн. Головин А.Н. «Контроль производства рыбной продукции» - М.: Пищевая промышленность, 1978, 481 стр.), включающий в себя определение постоянной прибора с помощью стандартного раствора хлористого натрия. Последующее определение электрического сопротивления предварительно измельченной пробы анализируемого продукта (по результатам анализа выходных электрических параметров измерительной схемы прибора) при известной постоянной прибора (концентратомера) позволяет рассчитать величину удельного сопротивления объекта анализа и, далее, определить концентрацию хлористого натрия в анализируемом продукте из соответствующей зависимости удельного сопротивления от концентрации хлористого натрия.

Недостатками данного способа являются: дискретность, низкая чувствительность, высокая погрешность анализа, особенно в цеховых условиях при наличии работающего электрооборудования.

Наиболее близким техническим решением к известному способу является способ определения концентрации хлористого натрия в рыбе и рыбопродуктах по (величине, функционально связанной с концентрацией) электропроводности водных вытяжек из объектов анализа (см. кн. Лысова А.С. «Методы оценки качества рыбной продукции», Калининград, ВИПК Минрыбхоза СССР. 1989 г., 102 стр.), определенной, в свою очередь, по результатам измерения выходных электрических параметров измерительной схемы анализатора.

Недостатками этого способа являются: низкая чувствительность, большая трудоемкость его реализации, наличие подготовительных операций, дискретность и большая длительность при проведении анализа, невозможность использования в автоматических системах контроля, малая помехоустойчивость и, вследствие этого, высокая погрешность измерений в цеховых условиях при воздействии внешних импульсных помех от работающего электрооборудования.

Цель предлагаемого изобретения - увеличение чувствительности и точности анализа концентрации хлористого натрия в рыбе и рыбных продуктах.

Цель предлагаемого изобретения достигается тем, что при определении концентрации хлористого натрия в рыбе и рыбных продуктах приготовляется измельченная проба анализируемого продукта, которая помещается в кондуктометрическую ячейку концентратомера, и далее производится измерение величины фазового сдвига выходного напряжения питания относительно входного напряжения питания кондуктометрической ячейки фазового анализатора. Определение концентрации хлористого натрия осуществляется по предварительно установленной зависимости величины фазового сдвига напряжения питания от концентрации хлористого натрия анализируемой пробы продукта, помещенной в кондуктометрическую ячейку фазового анализатора.

Положительный эффект, достигаемый заявляемым способом определения концентрации хлористого натрия в рыбе и рыбных продуктах, очевиден из следующих теоретических положений, вытекающих из функциональной зависимости фазового сдвига (между снимаемым с выхода кондуктометрической ячейки напряжением и подаваемым на нее напряжением) фазового анализатора от концентрации хлористого натрия объекта анализа:

где ϕ - фазовый сдвиг между напряжением, подаваемым на кондуктометрическую ячейку с анализируемой пробой объекта анализа, и напряжением, снимаемым с выхода ячейки, в радианах;

R₂ - подстроечное сопротивление кондуктометрической ячейки фазового анализатора, Ом;

R, Х_с - активная и реактивная составляющая комплексного сопротивления кондуктометрической ячейки с анализируемой пробой продукта.

Так как электрофизические свойства вещества зависят от концентрации составляющих это вещество компонентов, то при различной концентрации хлористого натрия в пищевых продуктах будут различными и составляющие комплексного сопротивления кондуктометрической ячейки с анализируемым объектом анализа: R и Хс, что и обусловит функциональную зависимость фазового сдвига между напряжением питания и выходным напряжением кондуктометрической ячейки фазового анализатора от концентрации хлористого натрия объекта анализа. Таким образом, функциональная зависимость фазового сдвига ϕ между подаваемым на вход ячейки напряжением питания и выходным напряжением, снимаемым с кондуктометрической ячейки, от концентрации хлористого натрия объекта анализа, помещенного в кондуктометрическую ячейку, и является теоретической основой предлагаемого изобретения.

Положительный эффект, заключающийся в увеличении чувствительности заявляемого способа по сравнению с прототипом, очевиден из сравнительного анализа результатов расчета чувствительности заявляемого способа и прототипа, приведенного в таблице №1.

В этой таблице, в графе "Чувствительность прототипа" приведены расчетные значения чувствительности в безразмерной форме: в % амплитуды напряжения на % сопротивления для способа определения концентрации хлористого натрия в веществе прототипом (в % от отношения двух величин: первая - отношение величины выходного напряжения, снимаемого с выхода кондуктометрической ячейки, к величине напряжения питания кондуктометрической ячейки фазового анализатора; вторая - отношение величины сопротивление кондуктометрической ячейки с продуктом к величине подстроечного сопротивления).

В графе "Чувствительность заявляемого способа" приведены расчетные значения чувствительности в безразмерной форме: в % от фазового сдвига на % сопротивления для заявляемого способа (в % от отношения двух величин: первая - величина отношения фазового сдвига к углу в 90°; вторая - отношение величины сопротивления кондуктометрической ячейки с продуктом к величине подстроечного сопротивления).

Как следует из таблицы №1, чувствительность заявляемого способа (за счет подбора величины подстроечного сопротивления с учетом электрофизических свойств объекта анализа) можно установить в пределе бесконечности, в то время как чувствительность прототипа не может быть больше 0,5.

Другой отличительный признак заявляемого способа - более высокая точность анализа по сравнению с прототипом обусловливается их отличительными особенностями, которые положены в основу соответствующих способов анализа. Основу реализации способа, который взят за прототип, составляет преобразование электропроводности, функционально связанной с концентрацией анализируемого компонента в амплитудные изменения тока, или напряжения, снимаемого с выхода измерительной схемы анализатора. В цеховых условиях, где существует множество импульсных помех, возникновение последних (вследствие включения или выключения силового оборудования, изменения энергопотребления и т. д.) приведет к изменению и амплитудных характеристик электрического поля импульсных систем, к нарушению функциональной связи между амплитудными изменениями тока и концентрацией и, как следствие, к ошибкам в результатах анализа. Эти же импульсные помехи практически не окажут влияния на результаты измерения фазового сдвига между напряжением питания и выходным напряжением, снимаемым с выхода кондуктометрической ячейки фазового концентратомера, что и обусловит более высокую точность результатов анализа заявляемым способом по сравнению с прототипом.

Таблица №1
Отношение величины реактивного сопротивления кондуктометрической ячейки от подстроечиого сопротивления R2:	Чувствительность прототипа (по величине амплитуды выходного напряжения)	Чувствительность заявляемого способа по величине фазового сдвига
По активной составляющей величины сопротивления кондуктометрической ячейки с пробой продукта	По реактивной составляющей величины сопротивления кондуктометрической ячейки с пробой продукта
0	0,5	0,0	1,27
10-2	0,5	0,0	1,27
10-1	0,32	0,00245	1,22
1,0	0,32	0,51	0,25
10	0,25	6,35	0,0032
102	0,25	63,5	0,0
∞	0,25	∞	0,0

Пример конкретного осуществления способа: рыбу разделывают на филе, измельчают, с помощью ртутного термометра фиксируют температуру пробы продукта, заполняют этой пробой кондуктометрическую ячейку и фиксируют величину фазового сдвига между входным напряжением питания, подаваемым на кондуктометрическую ячейку с анализируемой пробой объекта анализа фазового анализатора, и выходным напряжением, снимаемым с выхода этой ячейки. Установив величину фазового сдвига, по тарировочной кривой для данного продукта, определяют концентрацию хлористого натрия анализируемой пробы рыбы или рыбопродукта.

Пример 1. Объектом исследований являлась каспийская килька. Для построения тарировочной кривой зависимости величины фазового сдвига от концентрации хлористого натрия объекта анализа готовили пробы продукта с известной (заданной) величиной процентного содержания в пробах хлористого натрия. Для этого килька была дважды прокручена на ручной мясорубке с диаметром отверстий перфорированной решетки 3 мм. Вся проба была разделена на пять порций в среднем по 250 г каждая. Затем произвели сухой посол всех порций. Использовалась соль "Экстра". Концентрация соли в порциях составила 0,1; 0,25, 0,5 и 1,0% соли. После посола было произведено настаивание пробы продукта в течении 1 часа с тщательным перемешиванием. Затем каждая порция пробы была уложена в стеклянную емкость со специальной маркировкой и с плотно закрывающейся крышкой.

Экспериментальный материал термостатировался до температуры +6° С (температура контролировалась по показаниям ртутного термометра) и приготовленной порцией пробы с концентрацией 0,1% хлористого натрия заполняли кондуктометрическую ячейку фазового анализатора и фиксировали величину фазового сдвига напряжения питания по показаниям фазометра Фк2-12, который в данном случае выполнял функцию индикатора величины фазового сдвига фазового анализатора.

Далее по вышеприведенной методике последовательно определяли величину фазового сдвига кондуктометрической ячейки объекта анализа с ранее приготовленными пробами фарша каспийской кильки концентрацией соответственно 0,25, 0,5 и 1,0%. При этом после завершения процедуры анализа соответствующей пробы продукта ячейку промывали, затем заполняли другой пробой фарша с иной концентрацией и далее измерение величины фазового сдвига повторяли по вышеописанной методике.

Результаты градуировки фазового анализатора: зависимость величины фазового сдвига от концентрации хлористого натрия в измельченной пробе рыбного фарша приведены в таблице 2.

После установления зависимости величины фазового сдвига от концентрации хлористого натрия в каспийской кильке эти результаты (в качестве тарировочных данных) были использованы для определения концентрации хлористого натрия в ранее приготовленных пробах кильки.

Таблица 2
Наименование измеряемой величины	Величина концентрации хлористого натрия в измельченной пробе рыбы
0,1	0,25	0,5	1,0
Величина фазового сдвига ϕ между напряжением питания и выходным напряжением, снимаемым с выхода кондуктометрической ячейки фазового анализатора	5	10	79	145

Пример 1.1. Объектом исследований являлась каспийская килька. Готовили пробы продукта с известной величиной процентного содержания в пробах хлористого натрия. Для этого килька была дважды прокручена на ручной мясорубке с диаметром отверстий перфорированной решетки 3 мм. Затем произвели сухой посол пробы солью "Экстра" до концентрации в пробе хлористого натрия 0,5% NaCl. После посола было произведено настаивание посол пробы продукта в течении 1 часа с тщательным перемешиванием.

Экспериментальный материал термостатировался до температуры +6°С (температура контролировалась по показаниям ртутного термометра) и приготовленной порцией пробы с концентрацией 0,5% хлористого натрия заполняли кондуктометрическую ячейку, после чего по показаниям фазометра Фк2-12 (являющегося индикатором величины фазового сдвига фазового анализатора) фиксировали величину фазового сдвига. Результаты измерения фазового сдвига приведены в таблице 3. После измерения кондуктометрическую ячейку освобождали от пробы продукта и тщательно промывали.

Пример 1.2. Объектом исследований являлась каспийская килька. Готовили пробы продукта с известной величиной процентного содержания в пробах хлористого натрия. Для этого килька была дважды прокручена на ручной мясорубке с диаметром отверстий перфорированной решетки 3 мм. Затем произвели сухой посол пробы солью "Экстра" до концентрации в пробе хлористого натрия 1,0% NaCl. После посола было произведено настаивание пробы продукта в течение 1 часа с тщательным перемешиванием.

Экспериментальный материал термостатировался до температуры +6° С (температура контролировалась по показаниям ртутного термометра) и приготовленной порцией пробы с концентрацией 1,0% хлористого натрия заполняли кондуктометрическую ячейку, после чего по показаниям фазометра Фк2-12 (являющегося индикатором величины фазового сдвига фазового анализатора) фиксировали величину фазового сдвига. Результаты измерения фазового сдвига приведены в таблице 3. После измерения кондуктометрическую ячейку освобождали от пробы продукта и тщательно промывали.

Пример 1.3. Объектом исследований являлась каспийская килька. Готовили пробы продукта с известной величиной процентного содержания в пробах хлористого натрия. Для этого килька была дважды прокручена на ручной мясорубке с диаметром отверстий перфорированной решетки 3 мм. Затем произвели сухой посол пробы солью "Экстра" до концентрации в пробе хлористого натрия 0,25% NaCl. После посола было произведено настаивание пробы продукта в течении 1 часа с тщательным перемешиванием.

Экспериментальный материал термостатировался до температуры +6° С (температура контролировалась по показаниям ртутного термометра) и приготовленной порцией пробы с концентрацией 0,25% хлористого натрия заполняли кондуктометрическую ячейку, после чего по показаниям фазометра Фк2-12 (являющегося индикатором величины фазового сдвига фазового анализатора) фиксировали величину фазового сдвига.

Результаты измерения фазового сдвига приведены в таблице 3. После измерения кондуктометрическую ячейку освобождали от пробы продукта и тщательно промывали.

Таблица 3
Наименование определяемой величины	Величина фазового сдвига напряжения питания кондуктометрической ячейки с анализируемой пробой фазового анализатора концентрации соли в каспийской кильке
10	78	146
Концентрация хлористого натрия в пробах каспийской кильки	0,25%	0,49	1,05

В рыбной промышленности определение концентрации хлористого натрия в рыбопродуктах производится при помощи аргентометрического метода по ГОСТ 7636-85, который является арбитражным методом для определения содержания поваренной соли в рыбопродуктах. Учитывая последнее обстоятельство, нами определялась концентрация хлористого натрия приготовленных из проб фарша каспийской кильки вытяжек с известной концентрацией в них хлористого натрия соответственно 0,25, 0,5 и 1,0% аргентометрическим методом по ГОСТ 7636-85. Проведенные результаты исследований по определению концентрации хлористого натрия в пробах каспийской кильки аргентометрическим методом позволили установить, что ошибка в определении концентрации хлористого натрия аргентометрическим методом по ГОСТ 7636-85 существенно выше по сравнению с ошибкой в результатах анализа фазовым методом.

Фазовый способ определения концентрации хлористого натрия в рыбе и рыбных продуктах включает в себя приготовление проб из объектов анализа, заполнение этими пробами кондуктометрической ячейки, измерения величины фазового сдвига между входным напряжением питания, подаваемым на вход ячейки, и выходным напряжением, снимаемым с выхода кондуктометрической ячейки фазового анализатора, и определение концентрации хлористого натрия в анализируемой пробе по предварительно установленной тарировочной зависимости величины фазового сдвига от концентрации хлористого натрия.