Оптико-акустичний спосіб визначення концентрації сухих розчинних речовин у розчинах

Оптико-акустичний спосіб визначення концентрації сухи х розчинних речовин у прозорих розчинах, відповідно до якого визначають довжину ультразвукової хвилі за виміряним відхиленням дифракційних максимумів монохроматичного світла на дифракційній ґрадці, що утворюється в розчині під час поширення у ньому ультразвукової хвилі, будують градуювальний графік, за яким визначають концентрацію сухи х розчинних речовин. Винахід стосується харчової та хімічної промисловості та застосовується для контролю концентрації сухи х розчинних речовин у розчинах, зокрема для контролю якості рослинних соків. Відомо рефрактометричний спосіб визначення концентрації сухих розчинних речовин розчину за показником заломлення світла [Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. - 3-е изд. - Л.: Химия, 1983.- 352с.]. Однак у даному способі ультразвук не використовують. Відомий спосіб спостереження дифракції світла на ультразвукових хвилях [Физический практикум /Под ред. В.И.Ивероновой. - М.: Гос. Изд-во физико-математической литературы, 1962.- 956с.], який дозволяє вимірювати швидкість поширення ультразвукової хвилі у рідині. Даний спосіб вимірює характеристики ультразвукової хвилі і не вимірює характеристики середовища, у якому поширюється хвиля. Прототипу способу, що заявляється, не існує. В основу винаходу поставлено задачу за виміряною довжиною ультразвукової хвилі у розчині визначити концентрацію сухи х розчинних речовин у ньому. Поставлена задача вирішується тим, що у оптико-акустичному способі визначення концентрації сухи х розчинних речовин у розчині запропоновано використати встановлену залежність довжини ультразвукової хвилі у рідині від концентрації сухих розчинних речовин у розчині. Причинно-наслідковий зв'язок між пропонованими ознаками та очікуваним технічним результатом полягає у наступному. У місцях пучностей ультразвукової хвилі тиск найбільший і найбільші густина рідини та значення її показника заломлення порівняно з показником заломлення за відсутності ультразвук у. У різних місцях рідини показники заломлення різні, отже і різні оптичні довжини світлових хвиль. Утворюється фазова дифракційна ґратка. Під час проходження світла через таку ґратку оптична довжина світлової хвилі періодично змінюється, виникає просторова періодична зміна фази коливань світлової хвилі. Оскільки тривалість проходження світла крізь ґратку дуже мала порівняно з періодом ультразвукових хвиль, розміщення дифракційних максимумів і мінімумів світла визначається миттєвим розподілом показника заломлення розчину. Ультразвукова ґратка у розчині рухається, але її (19) UA (11) 83695 (13) C2 (21) a200606054 (22) 01.06.2006 (24) 11.08.2008 (46) 11.08.2008, Бюл.№ 15, 2008 р. (72) ПОБЕРЕЖЕЦЬ ІВАН ІВАНОВИЧ, UA, РОМАНОВСЬКА ТЕТЯН А ІВАНІВН А, U A, РОМАНОВСЬКИЙ ІВАН ЯКИМОВИЧ, U A (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ, UA (56) UA 66644 C2, 17.05.2004. UA 68679 A, 16.08.2004. SU 1130780 A, 23.12.1984 SU 272654, 03.06.1970. RU 2145418 C1, 10.02.1998. US 6023540, 8.02.2000. 3 83695 просторовий період залишається сталим і дорівнює довжині ультразвукової хвилі l y . Умова утворення дифракційних світлових максимумів за нормального падіння світла на ультразвукову ґратку записується: l y sinjm = ml, (1) де l y - довжина ультразвукової хвилі; l - довжина світлової хвилі; m =1, 2, 3 ... - порядок максимуму; jm - кут дифракції світла для m-го порядку. Тоді довжина ультразвукової хвилі: ml ly = . (2) sinjm Отже, вимірювання l y надійним оптичним методом дає можливість визначати концентрацію розчину з високою точністю. Доречно пов'язати l y зі швидкістю поширення ультразвуку у розчині: uy = l y × f , (3) де f- частота коливань ультразвуку. Ультразвук збуджує п'єзоелектричний випромінювач, який приєднано до генератора електромагнітних коливань. Промінь монохроматичного світла від джерела проходить крізь щілину, що розміщена на фокусній відстані від лінзи, і потрапляє паралельним пучком у прозору кюветупосудину з розчином. Випромінювач створює ультразвукову хвилю, що поширюється перпендикулярно до світлового променя. Дифракційна карти Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 4 на спостерігається за допомогою зорової труби з окулярним мікрометром, який дає змогу вимірювати відстань zm від головної оптичної осі до максимуму m-го порядку. Враховуючи, що кут ди фракції є дуже малим: z sinjm = tgjm = m , (4) F де F - фокусна відстань об'єктива зорової труби, Тоді формула (2) набуває вигляду m lF ly = . (5) zm Формула (5) є робочою формулою, за якою визначають довжину ультразвукової хвилі у розчині. З цієї формули видно, що для визначення l y на установці треба вимірювати лише значення zm, тобто лінійне відхилення дифракційного m-го максимуму, всі інші величини цієї установки однакові. Спосіб здійснюється у наступній послідовності. У кювету наливають досліджуваний зразок розчину. Кювету поміщають в оптико-акустичну установку, де ультразвукова хвиля поширюється перпендикулярно до світлового променя. Вимірюють відстань Zm. Далі за формулою (5) обчислюють довжину ультразвукової хвилі. Використовуючи еталонні зразки розчинів з визначеним вмістом сухи х речовин за допомогою рефрактометричного методу, зокрема рослинних соків, будують гдадуювальні графіки і за ними визначають концентрацію сухи х розчинних речовин. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601