飲料的密度、折光率和旋光率的測(cè)定

1、飲料的密度、折射率和旋光率的測(cè)定飲料的密度、折射率和旋光率的測(cè)定報(bào)告人：李震報(bào)告人：李震2013.9.242013.9.241 1 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2 密度的測(cè)定密度的測(cè)定3 3 折射率的測(cè)定折射率的測(cè)定4 4 旋光率的測(cè)定旋光率的測(cè)定 隨著飲料工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展，飲料的隨著飲料工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展，飲料的質(zhì)量卻出現(xiàn)了許多問題，測(cè)定飲料的質(zhì)量卻出現(xiàn)了許多問題，測(cè)定飲料的密密度、折射率和旋光率度、折射率和旋光率，可以有效的控制，可以有效的控制飲料的質(zhì)量?，F(xiàn)在許多先進(jìn)的方法與技飲料的質(zhì)量?，F(xiàn)在許多先進(jìn)的方法與技術(shù)特別是術(shù)特別是自動(dòng)化測(cè)試儀器自動(dòng)化測(cè)試儀器的應(yīng)用，為飲的應(yīng)用，為飲料生產(chǎn)、科學(xué)研究提供了快速而準(zhǔn)確的

2、料生產(chǎn)、科學(xué)研究提供了快速而準(zhǔn)確的分析檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而加快了分析過程，分析檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而加快了分析過程，減少了人為誤差，提高了分析精度減少了人為誤差，提高了分析精度。 1 1 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2 密度的測(cè)定密度的測(cè)定 密度密度: :物質(zhì)在一定溫度下，每單位物質(zhì)在一定溫度下，每單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。以符號(hào)體積物質(zhì)的質(zhì)量。以符號(hào)表示。表示。單位：?jiǎn)挝唬篻/cmg/cm3 3 相對(duì)密度相對(duì)密度d d: :某一溫度下物質(zhì)的質(zhì)量與某一溫度下物質(zhì)的質(zhì)量與同體積同一溫度下水的質(zhì)量之比。同體積同一溫度下水的質(zhì)量之比。測(cè)定方法測(cè)定方法n密度瓶法密度瓶法n密度計(jì)法密度計(jì)法密度瓶法密度瓶法 分別測(cè)定充滿同一密度分別測(cè)定充滿

3、同一密度瓶的水及試樣的質(zhì)量，由水瓶的水及試樣的質(zhì)量，由水的質(zhì)量和密度可以確定密度的質(zhì)量和密度可以確定密度瓶的容積即試樣的體積，根瓶的容積即試樣的體積，根據(jù)試樣的質(zhì)量和體積即可計(jì)據(jù)試樣的質(zhì)量和體積即可計(jì)算出試樣的密度。算出試樣的密度。圖圖 1 1 密度瓶密度瓶操作方法操作方法1 1 先把密度瓶洗干凈，烘干冷卻。先把密度瓶洗干凈，烘干冷卻。2 2 把密度瓶、溫度計(jì)等附件一起稱重把密度瓶、溫度計(jì)等附件一起稱重m1。3 3 將冷卻至將冷卻至2020蒸餾水裝滿密度瓶，置于恒溫蒸餾水裝滿密度瓶，置于恒溫水浴中約水浴中約2020分鐘，使側(cè)管液面與管口對(duì)齊。分鐘，使側(cè)管液面與管口對(duì)齊。4 4 取出密度瓶稱重取

4、出密度瓶稱重m2。5 5 將密度瓶中水倒出，干燥。將密度瓶中水倒出，干燥。6 6 用待測(cè)液體試樣代替水，按上述操作測(cè)出其用待測(cè)液體試樣代替水，按上述操作測(cè)出其質(zhì)量質(zhì)量m3。計(jì)算計(jì)算試樣的密度試樣的密度=水1213m-mm-m密度計(jì)法密度計(jì)法 密度計(jì)是根據(jù)阿基米密度計(jì)是根據(jù)阿基米德原理制成的，頭部呈球德原理制成的，頭部呈球形或圓錐形，里面灌有鉛形或圓錐形，里面灌有鉛珠、水銀或其它重金屬，珠、水銀或其它重金屬，使其能立于溶液中，中部使其能立于溶液中，中部是胖肚空腔，內(nèi)有空氣故是胖肚空腔，內(nèi)有空氣故能浮起，尾部是一細(xì)長(zhǎng)能浮起，尾部是一細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)附有刻度標(biāo)記，刻管內(nèi)附有刻度標(biāo)記，刻度是利用各種不同密度的

5、度是利用各種不同密度的液體標(biāo)度的。液體標(biāo)度的。圖圖 2 2 各種密度計(jì)各種密度計(jì)操作方法操作方法 1 1 將待測(cè)液體盛放在適當(dāng)容積的量筒中將待測(cè)液體盛放在適當(dāng)容積的量筒中 2 2 將密度計(jì)小心垂直插入待測(cè)液體中將密度計(jì)小心垂直插入待測(cè)液體中 3 3 待密度計(jì)穩(wěn)定后，直接讀出液體的相待密度計(jì)穩(wěn)定后，直接讀出液體的相 對(duì)密度值對(duì)密度值飲料密度糖度測(cè)定儀飲料密度糖度測(cè)定儀 一種用于測(cè)定啤酒、葡萄酒、酒精、一種用于測(cè)定啤酒、葡萄酒、酒精、果汁等食品飲料密度、糖度的自動(dòng)化儀表果汁等食品飲料密度、糖度的自動(dòng)化儀表裝置。其核心在于采用了傳感器技術(shù)及計(jì)裝置。其核心在于采用了傳感器技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)算機(jī)技術(shù) ，能

6、夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)食品飲料密，能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)食品飲料密度、糖度的在線度、糖度的在線自動(dòng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)、快速自動(dòng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)檢測(cè) ，其測(cè)定精度較高，其測(cè)定精度較高 ，制造成本較低，制造成本較低，使用方便，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)食品飲料生產(chǎn)廠家使用方便，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)食品飲料生產(chǎn)廠家普遍接受，經(jīng)濟(jì)效益良好。普遍接受，經(jīng)濟(jì)效益良好。 圖圖 3 DA-130N3 DA-130N便攜式密度計(jì)便攜式密度計(jì)DMA35DMA35 DMA500DMA500密度計(jì)密度計(jì) 數(shù)字式密度計(jì)數(shù)字式密度計(jì)圖圖 4 4 各種新型密度計(jì)各種新型密度計(jì)密度測(cè)定的意義密度測(cè)定的意義n密度是物質(zhì)的一種物理指標(biāo)密度是物質(zhì)的一種物理指標(biāo)n可以通過

7、它了解品質(zhì)的可以通過它了解品質(zhì)的純度純度或者或者摻摻雜雜情況等情況等n制糖工業(yè)制糖工業(yè)以溶液的密度近似地測(cè)定溶液中可溶性固形物含量。以溶液的密度近似地測(cè)定溶液中可溶性固形物含量。例：橘子和葡萄汁的密度乘上系數(shù)例：橘子和葡萄汁的密度乘上系數(shù)0.9700.970和和0.9570.957得可溶固形物的得可溶固形物的量量n番茄制品番茄制品從密度固形物關(guān)系表可查出固形物的含量從密度固形物關(guān)系表可查出固形物的含量n酒精酒精有酒精含量、密度關(guān)系表有酒精含量、密度關(guān)系表n密度是某些食品質(zhì)量的指標(biāo)密度是某些食品質(zhì)量的指標(biāo)3 3 折射率的測(cè)定折射率的測(cè)定n n sin isin isin rsin r圖圖 5 5

8、 光的折射與反射現(xiàn)象光的折射與反射現(xiàn)象 折光儀折光儀是利用臨是利用臨界角原理測(cè)定物質(zhì)界角原理測(cè)定物質(zhì)折折射率射率的儀器食品工業(yè)的儀器食品工業(yè)中最常用的是阿貝折中最常用的是阿貝折光儀、手提式折光儀、光儀、手提式折光儀、數(shù)字阿貝折光儀。數(shù)字阿貝折光儀。圖圖 6 6 阿貝折光儀阿貝折光儀1 1 校正校正阿貝折光儀在使用前，必須先經(jīng)標(biāo)尺零點(diǎn)的校正阿貝折光儀在使用前，必須先經(jīng)標(biāo)尺零點(diǎn)的校正可用已知折射率的可用已知折射率的標(biāo)準(zhǔn)液體標(biāo)準(zhǔn)液體（如純水（如純水= =1.33251.3325）。）。也可用每臺(tái)折光儀中附有已知折射率的也可用每臺(tái)折光儀中附有已知折射率的“玻塊玻塊”來來校正。用校正。用 - -溴萘將溴

9、萘將“玻塊玻塊”光的一面粘附在折射光的一面粘附在折射棱棱鏡上，打開棱鏡背后小窗使光線由此射入，如果鏡上，打開棱鏡背后小窗使光線由此射入，如果測(cè)得值和此測(cè)得值和此“玻塊玻塊”的折射率有區(qū)別，旋動(dòng)鏡筒的折射率有區(qū)別，旋動(dòng)鏡筒上上的校正螺絲的校正螺絲K K進(jìn)行調(diào)整進(jìn)行調(diào)整使明暗分界線恰好通過十使明暗分界線恰好通過十字線交叉點(diǎn)。字線交叉點(diǎn)。使用方法使用方法2 2 操作步驟操作步驟1.1.滴加滴加l l2 2滴樣液于滴樣液于進(jìn)光進(jìn)光棱鏡棱鏡磨砂磨砂面面上，上，迅速閉合迅速閉合 兩塊棱鏡兩塊棱鏡，調(diào)節(jié)反光鏡調(diào)節(jié)反光鏡，使鏡筒內(nèi)視野最亮。使鏡筒內(nèi)視野最亮。2.2.由目鏡觀察由目鏡觀察，轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡旋

10、鈕，使視野出現(xiàn)明暗兩使視野出現(xiàn)明暗兩 部分。部分。3.3.旋轉(zhuǎn)色散補(bǔ)償器旋鈕，使視野中只有黑白兩色。旋轉(zhuǎn)色散補(bǔ)償器旋鈕，使視野中只有黑白兩色。4.4.旋轉(zhuǎn)棱鏡旋鈕使旋轉(zhuǎn)棱鏡旋鈕使明暗分界線在十字線交叉點(diǎn)明暗分界線在十字線交叉點(diǎn)。5.5.從讀數(shù)鏡筒中讀取折射率從讀數(shù)鏡筒中讀取折射率。圖圖 7 7 右邊目鏡中的景象右邊目鏡中的景象3 3 讀數(shù)讀數(shù)從讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡中讀出標(biāo)尺上相應(yīng)的示值，估從讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡中讀出標(biāo)尺上相應(yīng)的示值，估讀至小數(shù)點(diǎn)后第四位。由于眼睛在判斷臨界讀至小數(shù)點(diǎn)后第四位。由于眼睛在判斷臨界線是否處于準(zhǔn)絲點(diǎn)交點(diǎn)上時(shí)，容易疲勞，為線是否處于準(zhǔn)絲點(diǎn)交點(diǎn)上時(shí)，容易疲勞，為減少偶然誤差，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，減

11、少偶然誤差，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，重復(fù)測(cè)定三次，重復(fù)測(cè)定三次，三個(gè)讀數(shù)相差不能大于三個(gè)讀數(shù)相差不能大于0.00020.0002，然后取其平，然后取其平均值均值。 圖圖 8 8 左邊目鏡讀數(shù)示意圖左邊目鏡讀數(shù)示意圖影響折射率測(cè)定的因素影響折射率測(cè)定的因素1 1 光波長(zhǎng)的影響光波長(zhǎng)的影響 物質(zhì)的折射率因光的波長(zhǎng)而異，物質(zhì)的折射率因光的波長(zhǎng)而異，波長(zhǎng)較長(zhǎng)波長(zhǎng)較長(zhǎng)折射率較小，波長(zhǎng)較短折射率較大折射率較小，波長(zhǎng)較短折射率較大。測(cè)定時(shí)光。測(cè)定時(shí)光源通常為白光。當(dāng)白光經(jīng)過棱鏡和樣液發(fā)生折源通常為白光。當(dāng)白光經(jīng)過棱鏡和樣液發(fā)生折射時(shí)，因各色光的波長(zhǎng)不同，折射程度也不同，射時(shí)，因各色光的波長(zhǎng)不同，折射程度也不同，折射后分

12、解成為多種色光，這種現(xiàn)象稱為色散。折射后分解成為多種色光，這種現(xiàn)象稱為色散。光的色散會(huì)使視野明暗分界線不清，產(chǎn)生測(cè)定光的色散會(huì)使視野明暗分界線不清，產(chǎn)生測(cè)定誤差。誤差。2 2 溫度的影響溫度的影響 溶液的折射率隨溫度而改變，溶液的折射率隨溫度而改變，溫度升溫度升高折射率減小；溫度降低折射率增大高折射率減小；溫度降低折射率增大。折光儀上的刻度是在折光儀上的刻度是在標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)溫度2020下刻下刻制的。所以最好在制的。所以最好在2020下測(cè)定折射率。下測(cè)定折射率。否則，應(yīng)對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行溫度校正。否則，應(yīng)對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行溫度校正。手提式折光儀由一個(gè)棱鏡、手提式折光儀由一個(gè)棱鏡、一個(gè)蓋板及一個(gè)觀測(cè)鏡筒組

13、一個(gè)蓋板及一個(gè)觀測(cè)鏡筒組成，利用反射光測(cè)定。其光成，利用反射光測(cè)定。其光學(xué)原理與阿貝折光儀相同。學(xué)原理與阿貝折光儀相同。該儀器操作簡(jiǎn)單，便于攜帶，該儀器操作簡(jiǎn)單，便于攜帶，常用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。常用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。 圖圖9 9 手提式折光儀手提式折光儀n折射率測(cè)定的意義折射率測(cè)定的意義均一物質(zhì)的折射率，是物質(zhì)的重要物均一物質(zhì)的折射率，是物質(zhì)的重要物理常數(shù)之一。折射率的數(shù)值可作為判斷其理常數(shù)之一。折射率的數(shù)值可作為判斷其均一程度均一程度和和純度純度的標(biāo)志，的標(biāo)志，比沸點(diǎn)更可靠。比沸點(diǎn)更可靠。通過測(cè)定溶液的折射率，還可定量分析溶通過測(cè)定溶液的折射率，還可定量分析溶液的濃度。液的濃度。蔗糖溶液的折射率

14、隨濃度增大而升高。蔗糖溶液的折射率隨濃度增大而升高。通過測(cè)定折射率可以確定糖液的通過測(cè)定折射率可以確定糖液的濃度濃度及及飲料、糖水罐頭等食品的飲料、糖水罐頭等食品的糖度糖度，還可以，還可以測(cè)定以糖為主要成分的果汁、蜂蜜等食測(cè)定以糖為主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量。品的可溶性固形物的含量。4 4 旋光率的測(cè)定旋光率的測(cè)定線偏振光通過某些物質(zhì)后，線偏振光通過某些物質(zhì)后，偏振光的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定偏振光的振動(dòng)面將旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為的角度，這種現(xiàn)象稱為旋光旋光現(xiàn)象現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋轉(zhuǎn)角或角或旋光度旋光度。旋光儀是測(cè)定。旋光儀是測(cè)定旋光物質(zhì)旋光度的儀器。旋

15、光物質(zhì)旋光度的儀器。圖圖 10 10 旋光儀旋光儀振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光物質(zhì)的性質(zhì)、厚振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光物質(zhì)的性質(zhì)、厚度度L L、濃度、濃度c c有關(guān)，其關(guān)系式為：有關(guān)，其關(guān)系式為： = =cLcL 圖圖 11 11 光的偏振現(xiàn)象光的偏振現(xiàn)象旋光儀旋光儀 圖圖 12 12 旋光儀的基本構(gòu)造旋光儀的基本構(gòu)造基本原理基本原理從鈉光源發(fā)出的光，通過一個(gè)固定的棱鏡從鈉光源發(fā)出的光，通過一個(gè)固定的棱鏡起偏起偏鏡變成平面偏振光。平面鏡變成平面偏振光。平面偏振光通過裝有旋光物偏振光通過裝有旋光物質(zhì)的盛液管時(shí)，偏振光的振動(dòng)平面會(huì)向左或向右質(zhì)的盛液管時(shí)，偏振光的振動(dòng)平面會(huì)向左或向右旋轉(zhuǎn)一定的角度。只有將檢偏

16、棱鏡向左或向右旋旋轉(zhuǎn)一定的角度。只有將檢偏棱鏡向左或向右旋轉(zhuǎn)同樣的角度才能使偏振光通過到達(dá)目鏡。向左轉(zhuǎn)同樣的角度才能使偏振光通過到達(dá)目鏡。向左或向右旋轉(zhuǎn)的角度可以從旋光儀刻度盤上讀出，或向右旋轉(zhuǎn)的角度可以從旋光儀刻度盤上讀出，即為該物質(zhì)的旋光度。即為該物質(zhì)的旋光度。使用方法使用方法 1 1 調(diào)零調(diào)零旋光儀接通電源，鈉光燈發(fā)光穩(wěn)定后，將旋光儀接通電源，鈉光燈發(fā)光穩(wěn)定后，將裝滿蒸餾水的測(cè)定管放人旋光儀中，裝滿蒸餾水的測(cè)定管放人旋光儀中，校正校正目鏡的焦距，使視野清晰。旋轉(zhuǎn)手輪，調(diào)目鏡的焦距，使視野清晰。旋轉(zhuǎn)手輪，調(diào)整檢偏鏡刻度盤，使視場(chǎng)中整檢偏鏡刻度盤，使視場(chǎng)中三分視場(chǎng)的明三分視場(chǎng)的明暗程度一致暗

17、程度一致，讀取刻度盤上所示的刻度，讀取刻度盤上所示的刻度值。反復(fù)操作兩次，取其平均值作為零值。反復(fù)操作兩次，取其平均值作為零點(diǎn)。點(diǎn)。從目鏡中可觀察到的幾種情況：從目鏡中可觀察到的幾種情況： 1 1 中間明亮，兩旁較暗。中間明亮，兩旁較暗。 2 2 中間較暗，兩旁較明亮。中間較暗，兩旁較明亮。 3 3 視場(chǎng)內(nèi)明暗相等的均一視場(chǎng)。視場(chǎng)內(nèi)明暗相等的均一視場(chǎng)。圖圖 1313 三分視場(chǎng)變化示意圖三分視場(chǎng)變化示意圖2 2 旋光度的測(cè)定旋光度的測(cè)定換放盛有待測(cè)樣品的測(cè)試管，換放盛有待測(cè)樣品的測(cè)試管，測(cè)其旋光度測(cè)其旋光度值，重復(fù)兩次，取其平均值。值，重復(fù)兩次，取其平均值。圖圖 1313 讀數(shù)示意圖讀數(shù)示意圖影

18、響因素影響因素 旋光率還與旋光物質(zhì)的旋光率還與旋光物質(zhì)的溫度溫度有關(guān)。如對(duì)有關(guān)。如對(duì)于蔗糖水溶液，在室溫條件下溫度每升于蔗糖水溶液，在室溫條件下溫度每升高（或降低）高（或降低）11，其旋光率約減?。ɑ颍湫饴始s減?。ɑ蛟黾樱Ｒ虼藢?duì)于所測(cè)的旋光率，必須增加）。因此對(duì)于所測(cè)的旋光率，必須說明測(cè)量時(shí)的溫度說明測(cè)量時(shí)的溫度。n旋光率測(cè)定的意義旋光率測(cè)定的意義n用于各種光學(xué)活性物質(zhì)的用于各種光學(xué)活性物質(zhì)的定量測(cè)定或定量測(cè)定或純度檢驗(yàn)純度檢驗(yàn)。將樣品在指定的溶劑中配。將樣品在指定的溶劑中配成一定濃度的溶液成一定濃度的溶液由測(cè)得的旋光度由測(cè)得的旋光度算出比旋光度算出比旋光度與標(biāo)準(zhǔn)比較與標(biāo)準(zhǔn)比較或以不或以

19、不同濃度溶液制出標(biāo)準(zhǔn)曲線同濃度溶液制出標(biāo)準(zhǔn)曲線求出含量。求出含量。n在旋光計(jì)的基礎(chǔ)上還發(fā)展了一種糖量在旋光計(jì)的基礎(chǔ)上還發(fā)展了一種糖量計(jì)計(jì)專門用于測(cè)量蔗糖含量。用白光專門用于測(cè)量蔗糖含量。用白光為光源為光源以石英楔抵消蔗糖溶液對(duì)不以石英楔抵消蔗糖溶液對(duì)不同波長(zhǎng)光的色散同波長(zhǎng)光的色散并將石英楔校正并將石英楔校正標(biāo)以蔗糖的百分含量標(biāo)以蔗糖的百分含量即可直接測(cè)出即可直接測(cè)出濃度濃度簡(jiǎn)便迅速簡(jiǎn)便迅速常用于制糖工業(yè)。常用于制糖工業(yè)。 碳酸飲料的害處碳酸飲料的害處1.1.對(duì)骨骼的影響，導(dǎo)致對(duì)骨骼的影響，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松骨質(zhì)疏松 2.2.對(duì)牙齒的影響對(duì)牙齒的影響 使牙齒因過酸而變黃變薄使牙齒因過酸而變黃變薄3.3.碳酸飲料可能會(huì)導(dǎo)致碳酸飲料可能會(huì)導(dǎo)致人體細(xì)胞嚴(yán)重受損人體細(xì)胞嚴(yán)重受損 ，防腐，防腐 劑能夠破壞劑能夠破壞人體人體DNADNA的一些重要區(qū)域，嚴(yán)重威脅的一些重要區(qū)域，嚴(yán)重威脅 人體健康。人體健康。4.4.對(duì)對(duì)消化功能消化功能的影響的影響 因有二氧化碳，會(huì)產(chǎn)生大量因有二氧化碳，會(huì)產(chǎn)生大量