RU2522239C2 - Method and device for quantitative determination of content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils - Google Patents
Method and device for quantitative determination of content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils Download PDFInfo
- Publication number
- RU2522239C2 RU2522239C2 RU2012134490/15A RU2012134490A RU2522239C2 RU 2522239 C2 RU2522239 C2 RU 2522239C2 RU 2012134490/15 A RU2012134490/15 A RU 2012134490/15A RU 2012134490 A RU2012134490 A RU 2012134490A RU 2522239 C2 RU2522239 C2 RU 2522239C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- temperature
- wax
- cuvette
- oil
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области анализа материалов путем нагрева и охлаждения масел и регистрации фазовых изменений по интенсивности протекания процесса выделения или растворения дисперсной фазы масла, регистрируемой оптическими методами в процессе изменения температуры масла.The invention relates to the field of analysis of materials by heating and cooling oils and recording phase changes in the intensity of the process of separation or dissolution of the dispersed phase of the oil, recorded by optical methods in the process of changing the temperature of the oil.
Известен способ оценки эффективности процессов выведения восков («холодный тест», ГОСТ Р 52465-2005, Приложение Д), основанный на определении устойчивости анализируемой пробы продукта к помутнению при вымораживании при температуре около 0°C в течение 5,5 часов. Недостатками данного метода являются его субъективность, длительность.A known method for evaluating the effectiveness of wax removal processes ("cold test", GOST R 52465-2005, Appendix D), based on determining the stability of the analyzed product samples to turbidity when frozen at a temperature of about 0 ° C for 5.5 hours. The disadvantages of this method are its subjectivity, duration.
Известен метод количественного определения восков в растительных маслах с применением физико-химических методов разделения восков и масляной основы с последующим выделением восков в твердой фазе на фильтрах [А.с. СССР №118203, C11B 3/00, опубл. 1985]. К недостаткам этого метода следует отнести также значительные временные затраты (около двух суток) и потребность в специальном лабораторном оборудовании.A known method for the quantitative determination of waxes in vegetable oils using physico-chemical methods for the separation of waxes and an oil base with subsequent separation of waxes in the solid phase on the filters [A.S. USSR No. 118203, C11B 3/00, publ. 1985]. The disadvantages of this method include significant time costs (about two days) and the need for special laboratory equipment.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ оценки наличия восков в растительных маслах, основанный на применении фотометрии [Разговоров П.Б., Ситанов С. В. Экспресс-анализ восков в растительных маслах // Масложировая промышленность. - М.: 2009. - №3. - С.21]. В основе метода лежит зависимость оптической плотности исследуемого растительного масла в видимой области спектра от концентрации в нем восков и воскоподобных веществ. Экспресс-анализ восков в растительных маслах осуществляют следующим образом. Предварительно подготавливают эталонные (модельные) образцы подсолнечного и рапсового масел, подвергнутые троекратному вымораживанию при 4÷5°C. Были подготовлены анализируемые пробы, в которые был введен пчелиный воск разной концентрации. Пчелиный воск в этом способе принят за аналог примесных восковых соединений в растительном масле. Пробы масла с внесенной навеской нагревают до 80÷90°C, затем термостатируют при 12°C в течение 24 часов. Измеряют коэффициент пропускания эталонного образца масла и с навеской воска. Затем по формуле вычисляют оптическую плотность анализируемого образца, которая, как было установлено, прямо пропорциональна концентрации восковых соединений в области излучения длин волн 435÷465 нм.Closest to the claimed invention is a method for assessing the presence of waxes in vegetable oils, based on the use of photometry [Conversations PB, Sitanov SV Express analysis of waxes in vegetable oils // Fat-and-oil industry. - M .: 2009. - No. 3. - P.21]. The method is based on the dependence of the optical density of the studied vegetable oil in the visible region of the spectrum on the concentration of waxes and wax-like substances in it. Express analysis of waxes in vegetable oils is as follows. Reference (model) samples of sunflower and rapeseed oils subjected to three-freezing at 4 ÷ 5 ° C are preliminarily prepared. Analyzed samples were prepared in which beeswax of various concentrations was introduced. Beeswax in this method is taken as an analogue of impurity wax compounds in vegetable oil. Samples of the oil with the added sample are heated to 80 ÷ 90 ° C, then thermostated at 12 ° C for 24 hours. The transmittance of a reference oil sample and with a weight of wax is measured. Then, according to the formula, the optical density of the analyzed sample is calculated, which was found to be directly proportional to the concentration of wax compounds in the radiation region of wavelengths of 435–465 nm.
Однако указанный метод непригоден для определения растворенных в масле восков, вследствие оптической прозрачности раствора, а введение в систему восков в количестве, меньшем, чем их растворимость, не вызывает какого-либо заметного изменения оптической плотности раствора. Кроме того, данный метод характеризуется большой длительностью измерения, так как предусматривает термостатирование растительного масла при 12°C в течении 24 ч.However, this method is unsuitable for determining waxes dissolved in oil, due to the optical transparency of the solution, and the introduction of waxes into the system in an amount less than their solubility does not cause any noticeable change in the optical density of the solution. In addition, this method is characterized by a long measurement time, since it provides for thermostating of vegetable oil at 12 ° C for 24 hours.
Известно устройство для исследования теплофизических свойств жидкостей по патенту РФ №2263305, МПК G01N 25/02, сходное с заявляемым по конструкции и по возможности проведения термозависимых процессов. Устройство включает корпус с термоэлектрическим модулем в виде управляемого устройства охлаждения-нагрева пробы жидкости, соединенным с устройством регистрации и управления. Термоизолированная цилиндрическая кювета с исследуемой жидкостью установлена в корпусе с возможностью теплового контакта с термоэлектрическим модулем. В жидкости размещены термодатчики в виде термопары, один из которых размещен в дне кюветы, выходы термодатчиков также подключены к устройству регистрации и управления.A device for studying the thermophysical properties of liquids according to the patent of the Russian Federation No. 2263305, IPC G01N 25/02, similar to the claimed in design and, if possible, temperature-dependent processes. The device includes a housing with a thermoelectric module in the form of a controlled device for cooling and heating a liquid sample connected to a recording and control device. A thermally insulated cylindrical cell with the test liquid is installed in the housing with the possibility of thermal contact with the thermoelectric module. Thermal sensors are placed in the liquid in the form of a thermocouple, one of which is located at the bottom of the cuvette; the outputs of the temperature sensors are also connected to the registration and control device.
Известное устройство позволяет проводить оперативные исследования жидкостей малого объема около 2 мл, вместе с тем использование вибровискозиметра с его миниатюрным зондом усложняют конструкцию и процесс анализа и подготовки отдельного измерения.The known device allows for operational research of small liquids of about 2 ml, however, the use of a vibro-viscometer with its miniature probe complicates the design and the process of analysis and preparation of a separate measurement.
Заявляемые изобретения решают техническую задачу по разработке оперативного и информативного экспресс-метода количественного определения восков и воскоподобных веществ в растительных маслах, позволяющего значительно сократить длительность проведения испытания масла по данному показателю, повысить его чувствительность и разрешающую способность, упростить проведение испытания и исключить субъективные ошибки лаборанта (оператора).The claimed inventions solve the technical problem of developing an operational and informative express method for the quantitative determination of waxes and wax-like substances in vegetable oils, which can significantly reduce the duration of the oil test for this indicator, increase its sensitivity and resolution, simplify the test and eliminate subjective errors of the laboratory assistant ( operator).
Заявляются:Declare:
Способ количественного определения содержания восков и воскоподобных веществ в рафинированных растительных маслах, при котором в измерительной кювете размещают предварительно подготовленную пробу масла при заданной начальной температуре, измеряют коэффициент оптического пропускания эталонного и исследуемого образцов масла при облучении образцов и определяют концентрацию восковых соединений, отличающийся тем, что в измерительной кювете размещают пробу горячего растительного масла при температуре около 120°C, производят одновременно облучение пробы и изменение ее температуры, пробу охлаждают от начальной температуры с заданной скоростью охлаждения около 0,3°C/с до температуры полного застывания пробы, непрерывно измеряют световой поток, проходящий через пробу, и световой поток, рассеянный объемом пробы и внутренней поверхностью кюветы, вычисляют в зависимости от температуры отношение проходящего и рассеянного световых потоков и по максимуму этого отношения на заданном температурном участке охлаждения пробы на основе предварительно полученной на эталонных пробах калибровочной кривой определяют количественное содержание восков и воскоподобных веществ в испытуемой пробе растительного масла.A method for the quantitative determination of the content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils, in which a pre-prepared oil sample is placed in a measuring cuvette at a given initial temperature, the optical transmittance of the reference and test oil samples is measured upon irradiation of the samples, and the concentration of wax compounds is determined, characterized in that a sample of hot vegetable oil is placed in a measuring cell at a temperature of about 120 ° C, simultaneously but irradiating the sample and changing its temperature, the sample is cooled from the initial temperature with a predetermined cooling rate of about 0.3 ° C / s to the temperature of complete solidification of the sample, the light flux passing through the sample and the light flux scattered by the sample volume and inner surface are continuously measured cuvettes, calculate, depending on temperature, the ratio of passing and diffused light fluxes and to the maximum of this ratio at a given temperature section of the sample cooling based on previously obtained reference samples x calibration curve determining the quantitative content of waxes and wax-like substances in the test sample of vegetable oil.
Устройство для количественного определения содержания восков и воскоподобных веществ в рафинированных растительных маслах, включающее корпус с термоэлектрическим модулем в виде устройства охлаждения-нагрева, управляющий вход которого соединен с выходом устройства управления-регистрации, термоизолированную цилиндрическую кювету для размещения пробы исследуемого масла, установленную в корпусе с возможностью теплового контакта дна кюветы с устройством охлаждения-нагрева и снабженную термодатчиками, выходы которых подключены к входам устройства управления-регистрации, отличающееся тем, что кювета имеет внутреннюю отражающую поверхность со стабилизированными оптическими свойствами, в ее стенки герметично вмонтированы первый, второй и третий волоконно-оптические световоды, из которых первый соединен с излучателем, вход которого соединен с вторым выходом устройства управления-регистрации, а второй и третий световоды соединены с пропорциональными фотоприемниками, оптические оси торцов световодов на внутренней поверхности кюветы находятся на одном уровне в одном поперечном сечении кюветы, причем оптические оси торцов первого и второго световодов совпадают, а оптическая ось торца третьего световода расположена нормально к оптической оси первого и второго световодов; первый термодатчик и второй термодатчик расположены, соответственно, в дне кюветы и в ее съемной крышке, выходы термодатчиков и выходы пропорциональных фотоприемников подключены ко входам устройства управления-регистрации.A device for the quantitative determination of the content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils, including a housing with a thermoelectric module in the form of a cooling-heating device, the control input of which is connected to the output of the control-registration device, a thermally insulated cylindrical cuvette for placing a sample of the studied oil, installed in the housing with the possibility of thermal contact of the bottom of the cell with the cooling-heating device and equipped with temperature sensors, the outputs of which are connected to the input Amp control device, characterized in that the cuvette has an internal reflective surface with stabilized optical properties, the first, second and third fiber optic optical fibers are hermetically mounted in its walls, the first of which is connected to the emitter, the input of which is connected to the second output of the control device -registration, and the second and third optical fibers are connected to proportional photodetectors, the optical axis of the ends of the optical fibers on the inner surface of the cuvette are at the same level in one the cross section of the cuvette, and the optical axis of the ends of the first and second optical fibers coincide, and the optical axis of the end of the third optical fiber is normal to the optical axis of the first and second optical fibers; the first temperature sensor and the second temperature sensor are located, respectively, in the bottom of the cuvette and in its removable cover, the outputs of the temperature sensors and the outputs of the proportional photodetectors are connected to the inputs of the control-registration device.
Изобретение поясняется фигурами. На фигурах 1 и 2 представлена конструкция измерительной кюветы и ее сечение, проходящее через оси трех волоконно-оптических световодов. На фигуре 3 представлена функциональная схема устройства, реализующая заявляемый способ. Корпус устройства показан условно пунктирной линией. На фигуре 4 представлены результаты экспериментальных исследований.The invention is illustrated by figures. In figures 1 and 2 presents the design of the measuring cell and its cross section passing through the axis of the three optical fibers. The figure 3 presents a functional diagram of a device that implements the inventive method. The housing of the device is shown by a dashed line. The figure 4 presents the results of experimental studies.
Цилиндрическая термоизолированная измерительная кювета 1 выполнена из металла с повышенной химической стойкостью, например, из нержавеющей стали. В стенки кюветы герметично вмонтированы первый 2, второй 3 и третий 4 волоконно-оптические световоды. Световод 2 предназначен для ввода в кювету облучающего пробу светового потока Фо. Световод 3 предназначен для вывода из кюветы проходящего через пробу светового потока Фп. Световод 4 предназначен для вывода из кюветы рассеянного кюветой и пробой светового потока Фр. Оптические оси внутренних торцов световодов находятся на внутренней поверхности кюветы на одном уровне в одном поперечном сечении кюветы, причем оптические оси торцов первого 2 и второго 3 световодов совпадают, а оптическая ось торца третьего световода 4 расположена нормально к оптическим осям первого и второго световодов. Внешний торец первого световода 2 находится в оптическом контакте с излучателем 5, в качестве которого может использоваться светодиод, работающий в ближней инфракрасной или видимой области спектра. Внешние торцы второго 3 и третьего 4 световодов находятся в оптическом контакте с пропорциональными фотоприемниками 6 и 7, например, фотодиодами или фототранзисторами, чувствительными к оптическому излучению излучателя 5. В дне кюветы 1 расположен первый термодатчик 8 в съемной крышке кюветы 9 расположен погружаемый в кювету второй термодатчик 10. Съемная крышка позволяет производить заливку пробы в кювету и очистку кюветы от предыдущей пробы. Термодатчики 8 и 10 выполнены, например, в виде термопар или терморезисторов. Кювета имеет внешнюю защитную термоизоляцию 11, и ее дно находится в тепловом контакте с электрически управляемым устройством охлаждения-нагрева пробы 12, выполненным на основе элементов Пельтье.The cylindrical thermally insulated measuring
Устройство управления-регистрации 13, выполненное на основе микроконтроллера либо персонального компьютера осуществляет прием, регистрацию и обработку сигналов от всех аналоговых датчиков (термодатчиков и фотоприемников) по входам 14, 15, 16 и 17, выдачу управляющего сигнала по выходу 18 на оптический излучатель 5 и управляющего сигнала по выходу 19 на электрически управляемое устройство охлаждения-нагрева 12. Программа, заложенная в устройстве управления-регистрации 13, обеспечивает задание начальной и конечной температур пробы 20, скорость изменения температуры в процессе охлаждения или нагрева пробы, обработку результатов испытания пробы, выдачу результатов испытания на внешний индикатор или печатающее устройство, сигнализацию о завершении испытания, хранение результатов предыдущих испытаний.The control-
Заявляемый способ, как и в прототипе, предусматривает предварительную подготовку пробы растительного масла, в частности, очистку ее от механических примесей путем фильтрации через бумажный фильтр, прогревание пробы до 100÷130°C с целью удаления остатков воды и разрушения восковых коллоидных образований. Охлаждение пробы от заданной начальной температуры производят с заданной скоростью изменения температуры до температуры полного застывания пробы, которую определяют по резкому падению светового потока, проходящего через пробу.The inventive method, as in the prototype, involves the preliminary preparation of a sample of vegetable oil, in particular, cleaning it from mechanical impurities by filtering through a paper filter, heating the sample to 100 ÷ 130 ° C in order to remove residual water and destroy the wax colloidal formations. The sample is cooled from a predetermined initial temperature with a given rate of temperature change to the temperature of complete solidification of the sample, which is determined by the sharp drop in the light flux passing through the sample.
Способ основан на температурной зависимости процессов выделения или растворения восков в растительных маслах. При охлаждении с заданной скоростью пробы масла в кювете начинается выделение кристаллов восков как в объеме пробы, так и на внутренней поверхности кюветы. Интенсивность этого процесса будет определяться следующими существенными факторами: геометрией и материалом кюветы, текущей температурой пробы и скоростью ее снижения, начальным дисперсным составом масла, количеством содержания в нем восков и воскоподобных веществ. При облучении пробы масла, находящейся в кювете, оптическим излучением, отношение световых потоков, проходящего через пробу масла и рассеянного объемом масла и стенками кюветы будет также изменяться при изменении температуры кюветы за счет выделения кристаллов воска на стенках кюветы и в объеме пробы.The method is based on the temperature dependence of the processes of separation or dissolution of waxes in vegetable oils. When cooled at a given speed of the oil sample in the cuvette, wax crystals begin to precipitate both in the sample volume and on the inner surface of the cuvette. The intensity of this process will be determined by the following essential factors: the geometry and material of the cuvette, the current temperature of the sample and the rate of decrease, the initial dispersed composition of the oil, the amount of wax and wax-like substances in it. When the oil sample in the cuvette is irradiated with optical radiation, the ratio of the light flux passing through the oil sample and scattered by the volume of oil and the walls of the cuvette will also change with changing temperature of the cuvette due to the release of wax crystals on the walls of the cuvette and in the volume of the sample.
Для описания способа и его преимуществ рассмотрим физические явления, происходящие в измерительной кювете в процессе охлаждения с заданной скоростью пробы масла от начальной температуры до конечной.To describe the method and its advantages, we consider the physical phenomena that occur in the measuring cell during cooling at a given speed of the oil sample from the initial temperature to the final one.
Облучающий световой поток Фо (фиг.1) создается излучателем 5 (фиг.3) и поступает в кювету 1 через излучающий световод 2. Внутри кюветы 1, проходя через масло 20 и переотражаясь от внутренних стенок кюветы, поток Фо формирует в световодах 3 и 4 проходящий Фп и рассеянный Фр потоки, соответственно. Эти потоки поступают на пропорциональные фотоприемники 6 и 7 и создают на их выходах проходящий Uп и рассеянный Up сигналы, соответственно. Очевидно, чтоThe irradiating luminous flux Ф о (Fig. 1) is created by the emitter 5 (Fig. 3) and enters the
где А и В - постоянные коэффициенты чувствительности соответствующих фотоприемников.where A and B are constant sensitivity coefficients of the respective photodetectors.
Для рассматриваемой системы проходящий и рассеянный потоки Фп и Фр пропорциональны облучающему потоку Фо. Этот поток из-за нестабильности излучателя 5, связанной с его старением, изменением температуры, загрязнением кюветы, колебаниями источников питания, может изменяться во времени, то есть в общем случае, является медленной функцией времени Фо(t).For the system under consideration, the passing and scattered fluxes Ф п and Ф р are proportional to the irradiating flux Ф о . This flow due to the instability of the
Потоки Фп и Фр определяются как облучающим потоком Фо, так и геометрией кюветы и текущими оптическими свойствами растительного масла, являющегося коллоидной системой. В дисперсионной среде (основе) масла распределена дисперсная кристаллическая фаза (воски), текущее объемное содержание которой ρv зависит от общего объемного содержания восков "ρ" в масле, его температуры, длительности выдержки при заданной температуре. В общем случае текущее значение "ρv" для масла можно выразить через ρ и степень объемной кристаллизации восков fv: ρv=ρ·fv;The fluxes Ф p and Ф p are determined both by the irradiating flux Ф о , and the geometry of the cell and the current optical properties of the vegetable oil, which is a colloidal system. A dispersed crystalline phase (waxes) is distributed in the dispersion medium (base) of the oil, the current volumetric content of which ρ v depends on the total volumetric content of ρ waxes in the oil, its temperature, and exposure time at a given temperature. In general, the current “ρ v ” value for oil can be expressed in terms of ρ and volumetric crystallization of waxes f v : ρ v = ρ · f v ;
Степень объемной кристаллизации fv может принимать значения от нуля до единицы в зависимости от температуры и предыстории масла. При температуре рафинированного масла ниже 40°C начинается заметный переход восков из растворенного состояния в микрокристаллическую и кристаллическую формы. С понижением температуры величина fv растет, то есть интенсивность процессов кристаллизации восков увеличивается. Однако процессы кристаллизации и роста кристаллов восков в объеме масла идут очень медленно. В частности, при температуре вымораживания подсолнечного рафинированного масла 12°C требуются десятки часов для перехода большей части восков в объеме масла в кристаллическое состояние.The degree of volumetric crystallization f v can take values from zero to unity depending on the temperature and background of the oil. At a temperature of refined oil below 40 ° C, a marked transition of waxes from the dissolved state to the microcrystalline and crystalline forms begins. With decreasing temperature, the value of f v increases, that is, the intensity of the crystallization of waxes increases. However, the processes of crystallization and growth of wax crystals in the oil volume are very slow. In particular, at a freezing temperature of refined sunflower oil of 12 ° C, it takes dozens of hours for the transition of most of the waxes in the volume of oil to crystalline state.
Наличие кристаллов восков в объеме масла изменяет его оптические свойства, в частности, увеличивается рассеивающая способность масла по отношению к проходящему через него оптическому излучению и, соответственно, поглощающая способность масла. Все вышеизложенное позволяет связать облучающий, проходящий и рассеянный световые потоки следующими соотношениями:The presence of wax crystals in the volume of the oil changes its optical properties, in particular, the scattering ability of the oil increases with respect to the optical radiation passing through it and, accordingly, the absorption capacity of the oil. All of the above allows you to connect the irradiating, passing and scattered light fluxes with the following relationships:
Здесь С и Д - постоянные коэффициенты, меньшие единицы и определяемые геометрией кюветы и оптическими свойствами используемых световодов; K(t) - общий коэффициент прохождения света через масло к торцу световода 3, этот коэффициент зависит от эволюции оптических свойств масла в процессе его охлаждения с заданной скоростью, а потому является функцией времени; E(t) - температурозависимый коэффициент преобразования облучающего потока в рассеянный.Here C and D are constant coefficients, smaller units and determined by the geometry of the cuvette and the optical properties of the optical fibers used; K (t) is the total coefficient of light transmission through the oil to the end of the
Математическую модель коэффициента K(t) представим в видеWe represent the mathematical model of the coefficient K (t) in the form
Здесь ρv(t) - текущее объемное содержание кристаллов восков в масле; β - коэффициент влияния кристаллов восков на поглощение света. То есть модель предполагает линейное уменьшение света через масло при увеличении объемного содержания кристаллов восков.Here ρ v (t) is the current volumetric content of wax crystals in oil; β is the coefficient of influence of wax crystals on the absorption of light. That is, the model assumes a linear decrease in light through the oil with an increase in the volume content of wax crystals.
Объединяя уравнения 1, 2 и 4, получим измеряемый параметр Uп(t) в результате преобразования оптического сигнала:Combining
Это метрологическое уравнение, по сути, описывает преобразования оптического сигнала, реализованные в выбранном нами прототипе.This metrological equation, in fact, describes the conversion of the optical signal implemented in our chosen prototype.
Для последующего сравнения представим измеряемый параметр Uп(t) способа-прототипа в следующем виде:For subsequent comparison, we present the measured parameter U p (t) of the prototype method in the following form:
Здесь Н=А·С; Фо(t)=const±ΔФо(tизм); tизм - длительность процессов измерения световых потоков в кювете с пробой и в пустой кювете; ΔФо - ожидаемое изменение светового потока Фо за время tизм; tвыд - время выдержки пробы около суток при заданной температуре охлаждения пробы (12°C).Here H = A · C; Ф о (t) = const ± ΔФ о (t ism ); t ISM is the duration of the processes of measuring light fluxes in a sample cell and in an empty cell; ΔF about - the expected change in luminous flux F about during time t ISM ; t vyd - sample exposure time of about a day at a given sample cooling temperature (12 ° C).
Как видно из уравнения (6), для обеспечения чувствительности и разрешающей способности метода, использованного в прототипе при малом абсолютном объемном содержании восков в масле, необходимо обеспечить значительную временнýю выдержку для увеличения значения fv и поддерживать высокую стабильность облучающего светового потока Фо.As can be seen from equation (6), to ensure the sensitivity and resolution of the method used in the prototype with a small absolute volumetric content of waxes in oil, it is necessary to provide significant time exposure to increase the value of f v and maintain high stability of the irradiating light flux Ф о .
Рассмотрим модель рассеянного светового потока Фр(t), используемого в заявляемом способе.Consider the model of the scattered light flux f p (t) used in the present method.
Этот поток представляет собой сумму потока Фps(t), рассеянного поверхностью S внутренних стенок кюветы в направлении торца световода 4, и потока Фpv(t), рассеянного объемом V масла, находящегося в кювете, в направлении торца световода 4. Очевидно, чтоThis flow is the sum of the flux Φ ps (t) scattered by the surface S of the inner walls of the cuvette in the direction of the end of the
Упрощенные алгебраические модели этих составляющих рассеянного потока можно представить в виде:Simplified algebraic models of these scattered flux components can be represented as:
Здесь F и G - постоянные коэффициента, определяемые геометрией кюветы и оптическими свойствами используемых световодов; m(t) - коэффициент отражения света внутренней поверхностью стенок кюветы, зависящий от количества воска, осадившегося на эту поверхность в процессе охлаждения пробы масла.Here F and G are constant constants determined by the geometry of the cell and the optical properties of the optical fibers used; m (t) is the light reflection coefficient of the inner surface of the walls of the cell, depending on the amount of wax deposited on this surface during the cooling of the oil sample.
Алгебраическую модель m(t) можно представить в виде:The algebraic model m (t) can be represented as:
Здесь mo - коэффициент отражения света внутренней поверхностью кюветы, не покрытой кристаллами восков; fs(t) - средняя текущая поверхностная степень кристаллизации восков на внутренней поверхности кюветы; α - постоянный коэффициент влияния восков на отражающие свойства поверхности кюветы.Here m o is the light reflection coefficient of the inner surface of the cell, not covered with wax crystals; f s (t) is the average current surface crystallization degree of waxes on the inner surface of the cell; α is a constant coefficient of the effect of waxes on the reflective properties of the surface of the cell.
Подставляя уравнения (8-10) в уравнение (7), получимSubstituting equations (8-10) into equation (7), we obtain
Подставляя уравнение (11) в уравнение (2), получим:Substituting equation (11) in equation (2), we obtain:
Информационной функцией φ(ρ,t) для заявляемого способа является отношение сигналов Uп(t) и Up(t):The information function φ (ρ, t) for the proposed method is the ratio of signals U p (t) and U p (t):
Как видно из уравнения (13), функция φ(ρ,t) в широком диапазоне значений не зависит от величины облучающего потока Фо, а потому не зависит от его временной нестабильности. Коэффициенты A, B, C, G, F, S, V являются постоянными, так как определяются геометрией кюветы и стабильностью используемых электронных компонентов. Коэффициенты α и β однозначно определяются свойствами исследуемого масла. При заданной скорости охлаждения масла функции fv(t) и fs(t) также определяются только свойствами исследуемого масла. Постоянство коэффициента mo определяется стабильностью отражающих свойств материала внутренней поверхности кюветы.As can be seen from equation (13), the function φ (ρ, t) in a wide range of values does not depend on the value of the irradiating flux Ф о , and therefore does not depend on its temporal instability. The coefficients A, B, C, G, F, S, V are constant, as they are determined by the geometry of the cell and the stability of the used electronic components. The coefficients α and β are uniquely determined by the properties of the studied oil. For a given oil cooling rate, the functions f v (t) and f s (t) are also determined only by the properties of the oil under study. The constancy of the coefficient m o is determined by the stability of the reflective properties of the material on the inner surface of the cell.
При выборе достаточно стойких материалов и технологий (например, золочение внутренней поверхности кюветы) достаточная стабильность значения mo может быть обеспечена.When choosing sufficiently resistant materials and technologies (for example, gilding the inner surface of the cuvette), sufficient stability of the value of m o can be ensured.
Таким образом, имея экспериментальную зависимость φ(ρ,t), можно однозначно определять реальное значение ρ испытуемой пробы масла в широком диапазоне значений объемной концентрации восков. Это важнейшее преимущество заявляемого способа, имея в виду, что количественное содержание восков в выпускаемых промышленностью рафинированных, гидратированных и дезодорированных маслах весьма мало и в большинстве случаев не превышает 1 грамма восков на килограмм масла. Соответственно, общее объемное содержание восков в масле "ρ" не превышает 0,1%. Известными способами малые объемы растворенных воскосодержащих веществ не определяются.Thus, having the experimental dependence φ (ρ, t), it is possible to unambiguously determine the real value ρ of the tested oil sample in a wide range of volumetric concentrations of waxes. This is a major advantage of the proposed method, bearing in mind that the quantitative content of waxes in industrial refined, hydrated and deodorized oils is very small and in most cases does not exceed 1 gram of wax per kilogram of oil. Accordingly, the total volumetric wax content in the ρ oil does not exceed 0.1%. By known methods, small volumes of dissolved wax-containing substances are not determined.
Максимум функции φ(ρ,t) на заданном температурном участке, максимально приближенном к температуре застывания пробы растительного масла (но не застывания) однозначно определяет количественное содержание восков и воскоподобных веществ в рафинированных растительных маслах.The maximum of the function φ (ρ, t) at a given temperature region as close as possible to the pour point of the vegetable oil sample (but not solidification) uniquely determines the quantitative content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils.
Наличие указанного максимума на функции φ(ρ,t) связано с разной скоростью изменений функций fv(t) и fs(t) в зависимости от температуры. Скорость образования и роста кристаллов воска на твердой поверхности S значительно выше скорости образования и роста кристаллов воска в объеме масла. Это связано с тем, что твердая поверхность стенок кюветы предоставляет многочисленные центры кристаллизации и адсорбирует микрокристаллы восков. Это приводит к быстрому возрастанию функции fs(t) при понижении температуры масла и соответствующему уменьшению рассеянного потока Фps, что вызывает рост функции φ(ρ,t). При дальнейшем понижении температуры кристаллизуется основа масла, что приводит к резкому уменьшению Фп и резкому росту Фpv, заставляя функцию φ(ρ,t) принимать минимальное значение. При охлаждении пробы максимум функции φ(ρ,t) наблюдается при температуре, близкой к температуре застывания, но несколько выше ее.The presence of the indicated maximum on the functions φ (ρ, t) is associated with a different rate of change of the functions f v (t) and f s (t) depending on the temperature. The rate of formation and growth of wax crystals on a solid surface S is significantly higher than the rate of formation and growth of wax crystals in an oil volume. This is due to the fact that the solid surface of the walls of the cell provides numerous crystallization centers and adsorbs microcrystals of waxes. This leads to a rapid increase in the function f s (t) with decreasing oil temperature and a corresponding decrease in the scattered flux Φ ps , which causes an increase in the function φ (ρ, t). With a further decrease in temperature, the base of oil crystallizes, which leads to a sharp decrease in Ф p and a sharp increase in Ф pv , forcing the function φ (ρ, t) to take a minimum value. When the sample is cooled, the maximum of the function φ (ρ, t) is observed at a temperature close to the pour point, but slightly higher than it.
На фигуре 4 показаны экспериментально снятые зависимости φ(ρ,t) для проб рафинированного подсолнечного масла с разной концентрацией восков в процессе их охлаждения. На графике видно, что максимум функции φ(ρ,t) закономерно уменьшается с увеличением концентрации воска при охлаждении пробы. В процессе экспериментов длительность испытания каждой пробы не превышала 20 минут. В экспериментах устойчивые результаты были получены при охлаждении пробы масла с заданной скоростью охлаждения 0,3°C /с, что сопровождалось ростом кристаллов восковых соединений равномерно по всему объему.Figure 4 shows the experimentally measured dependences φ (ρ, t) for refined sunflower oil samples with different concentrations of waxes during their cooling. The graph shows that the maximum of the function φ (ρ, t) naturally decreases with increasing wax concentration during sample cooling. During the experiments, the duration of the test for each sample did not exceed 20 minutes. In the experiments, stable results were obtained by cooling an oil sample with a given cooling rate of 0.3 ° C / s, which was accompanied by the growth of wax compounds crystals uniformly throughout the volume.
Таким образом, заявляемый способ количественного определения содержания восков в растительных маслах позволяет существенно сократить время анализа, расширить диапазон определяемых концентраций восков в маслах, повысить точность измерений. Заявляемые способ и устройство могут быть осуществлены с применением известных материалов, лабораторного и измерительного оборудования. Техника анализа предполагает использование программного обеспечения и ПЭВМ.Thus, the claimed method for the quantitative determination of the content of waxes in vegetable oils can significantly reduce the analysis time, expand the range of determined concentrations of waxes in oils, improve the accuracy of measurements. The inventive method and device can be implemented using known materials, laboratory and measuring equipment. The analysis technique involves the use of software and a PC.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012134490/15A RU2522239C2 (en) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Method and device for quantitative determination of content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012134490/15A RU2522239C2 (en) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Method and device for quantitative determination of content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012134490A RU2012134490A (en) | 2014-02-20 |
| RU2522239C2 true RU2522239C2 (en) | 2014-07-10 |
Family
ID=50113880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012134490/15A RU2522239C2 (en) | 2012-08-10 | 2012-08-10 | Method and device for quantitative determination of content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2522239C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2606850C2 (en) * | 2015-03-13 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method and device for quantitative determining content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils |
| RU202123U1 (en) * | 2020-04-03 | 2021-02-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Device for evaluating and controlling the quality of vegetable oils |
| RU2779388C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method for determining the content of waxes and wax-like substances |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109470655A (en) * | 2018-12-14 | 2019-03-15 | 南京航空航天大学 | The measuring system and method for high reflectance fruit surface wax content based on light scattering |
-
2012
- 2012-08-10 RU RU2012134490/15A patent/RU2522239C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Метод определения наличия восков и воскоподобных веществ в растительных маслах / Б.А. Соломин,В.Б. Галкин, А.А. Подгорнов, А.Т. Белая // Заводская лаборатория. 2010. Т. 76. N 5. С. 37-41. Варламов, Сергей Васильевич. Разработка и внедрение технологии удаления воскоподобных веществ из подсолнечных масел с использованием модифицированных растительных сорбентов. Автореферат диссертации, 2002. Найдено из Интернет 11.10ю2013. http://www.dissercat.com/content/razrabotka-i-vnedrenie-tekhnologii-udaleniya-voskopodobnykh-veshchestv-iz-podsolnechnykh-mas#ixzz2hP3MTjKN. Разговоров П.Б., Ситанов С.В. Экспресс-анализ восков в растительных маслах // Масложировая промышленность. 2009. N 3. С. 21_23. ГОСТ Р 52465_2005 Масло подсолнечное. Технические условия. Приложение Д. Холодный тест. М.: Стандартинформ, 2006 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2606850C2 (en) * | 2015-03-13 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method and device for quantitative determining content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils |
| RU202123U1 (en) * | 2020-04-03 | 2021-02-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Device for evaluating and controlling the quality of vegetable oils |
| RU2779388C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method for determining the content of waxes and wax-like substances |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012134490A (en) | 2014-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zaneveld et al. | Temperature-dependent absorption of water in the red and near-infrared portions of the spectrum | |
| Sharma et al. | Photonic crystal based sensor for detection of high glucose concentration in urine | |
| RU2522239C2 (en) | Method and device for quantitative determination of content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils | |
| Yahya et al. | Empirical modelling to predict the refractive index of human blood | |
| JP2014521095A (en) | Method and system for measuring the concentration of a substance in a body fluid | |
| US5311274A (en) | Fiber optic refractometer | |
| US9851304B2 (en) | Method and device for monitoring a cryopreserved biological sample | |
| Camas-Anzueto et al. | Measurement of the viscosity of biodiesel by using an optical viscometer | |
| GB2580802A (en) | Sample testing apparatus and method | |
| Knox et al. | Ultrasensitive absorption spectroscopy of optically-trapped aerosol droplets | |
| CA2165045A1 (en) | Cloud point and pour point analyzer | |
| RU2606850C2 (en) | Method and device for quantitative determining content of waxes and wax-like substances in refined vegetable oils | |
| Kim et al. | Single-crystal sapphire-fiber optic sensors based on surface plasmon resonance spectroscopy for in situ monitoring | |
| Milanese et al. | Real time oil control by surface plasmon resonance transduction methodology | |
| Yue et al. | Easy method to determine refractive indices of microspheres and in micro-regions of inhomogeneous media | |
| JP7075890B2 (en) | Cuvettes and methods for measuring refractive index with a spectrophotometer | |
| Matějec et al. | Extrinsic fiber-optic sensor for detection of saliva pH | |
| EP1004872A1 (en) | System and method for sensing the quality of a medium | |
| Sharma et al. | Wear rate measurement (IC engine) using lubricant oil testing method | |
| BR102016012703A2 (en) | ANALYSIS DEVICE FOR EDIBLE VEGETABLE OILS FOR DETERMINATION OF QUALITY AND DESTINATION | |
| Nikolova et al. | Refractometric investigation of butter and margarine | |
| Sumathi et al. | To Investigate the Refractive Index of Blood Plasma Suspended in Various Tonicity Solutions | |
| Zhang et al. | Ocean Observation with Opto-Microfluidic Devices. | |
| RU72071U1 (en) | INFRARED HYDROGEN OF INSULATING OIL | |
| Rahmat et al. | Real-time optical sensor based on one dimensional photonic crystals with defects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150811 |