Спосіб визначення якості та наявності домішок у розчинах етилового спирту

Реферат: Спосіб визначення якості та наявності домішок у розчинах етилового спирту включає вимірювання фізичної величини, яка характеризує продукцію, формування і нанесення на тару облікової одиниці готового спиртного напою, ідентифікацію мітки з цим параметром з публікацією цієї інформації на сайті виробника. Вимірювання проводять шляхом кутового сканування і визначення кута мінімуму зсуву характеристики відбиття при явищі поверхневого плазмонного резонансу або показника заломлення еталонних зразків та зразка, що контролюється. UA 118600 U (12) UA 118600 U UA 118600 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, призначена для вимірювання концентрації рідких середовищ, зокрема для визначення наявності домішок у міцних спиртовмісних напоях, переважно в горілці, що дозволяє запобігти випадкам отруєння споживачів цих напоїв. Відомий оптичний спосіб визначення концентрації спирту і цукру в водно-спиртових розчинах [1], який включає розміщення кювети з еталонним і досліджуваним розчинами на шляху оптичного променя в діапазоні довжини хвиль 1250-1350 нм, вимірювання і внесення в пам'ять обчислювального приладу інтенсивності поглинання світла еталонним розчином, вимірювання інтенсивності поглинання світла досліджуваним розчином та обробку результатів вимірювання. Недоліком запропонованого способу є потреба в наявності коштовного спектрометричного обладнання з фоточутливими елементами, чутливість яких керується за допомогою комп'ютера, що ускладнює спосіб і обмежує область його застосування. Крім цього цей метод інфрачервоної (14) спектроскопії недостатньо чутливий до малої кількості шкідливих домішок отруйних спиртів, таких як метанол. Виробники горілчаних виробів з метою уникнення фальсифікації продукції (заміна, розбавлення та інш.) при їх постачанні до торгівельної мережі використовують технічне рішення [2], прийняте за прототип, відповідно до якого формують і наносять на тару облікової одиниці готового міцного спиртного напою ідентифікують мітку, що включає виміряні значення діелектричної проникності і питомої електропровідності з публікацією виробником цих відомостей на власному інтернет-сайті. Одержувач партії міцного спиртного напою перевіряє відповідність ідентифікуючої мітки, нанесеної на тару облікової одиниці спиртного напою, і ідентифікує мітки, зазначені в опублікованих виробником відомостях. Виконує контрольне вимірювання одержувачем партії міцного спиртного напою значень діелектричної проникності та питомої електропровідності готового міцного спиртного напою даної партії, з перевіркою результатів шляхом звернення до виділеного для цих цілей інформаційного ресурсу, переважно до сайту виробника. Цей спосіб простий, дозволяє запобігати отруєнню людей за рахунок чіткої сертифікації продукції, але він не може визначити наявність шкідливих спиртів (наприклад метанолу) у складі цих виробів. Задачею корисної моделі є створення простого в реалізації, експресного методу визначення якості та наявності домішок у розчинах етилового спирту. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення якості та наявності домішок у розчинах етилового спирту, який включає вимірювання фізичної величини, яка характеризує продукцію, формування і нанесення на тару облікової одиниці готового спиртного напою, ідентифікацію мітки з цим параметром з публікацією цієї інформації на сайті виробника, який відрізняється тим, що вимірювання проводять шляхом кутового сканування і визначення кута мінімуму зсуву характеристики відбиття при явищі поверхневого плазмонного резонансу або показника заломлення еталонних зразків та зразка, що контролюється. Явище поверхневого плазмонного резонансу - це порушення повного внутрішнього відбиття (ПВВ) монохроматичного світла на межі двох середовищ з різними показниками заломлення, між якими розташована тонка (50±2 нм) металева плівка. При цьому світло є р-поляризованим (вектор напруженості електричного поля паралельний площині падіння) і падає із середовища з більшим показником заломлення у середовище з меншим. В ППР-рефрактометрі середовищем з більшим показником заломлення служить скляна напівпентапризма, а середовищем з меншим показником заломлення - досліджувана речовина. Металева плівка наноситься термічним осадженням у вакуумі на робочу грань напівпентапризми, котра контактує з досліджуваною речовиною. Як матеріал плівки використовують золото внаслідок його високої хімічної інертності ікорозійної стійкості. Джерелом монохроматичного світла є напівпровідниковий GaAs лазер з довжиною хвилі випромінювання 850 нм. Для сканування зразка, обертаючи напівпентапризму, змінюють кут падіння світла від лазера на її робочу грань і одночасно вимірюють кремнієвим фотоприймачем інтенсивність відбитого світла. Таким чином будують характеристику відбиття як залежність нормованої інтенсивності відбитого світла (коефіцієнта відбиття) від кута падіння світла на робочу грань напівпентапризми. Порушення ПВВ спостерігається як v-подібний провал на характеристиці відбиття, кутове положення мінімуму якого залежить від показника заломлення досліджуваної речовини, який має бути меншим за показник заломлення напівпентапризми, щоб задовольняти умовам ПВВ [3]. При необхідності, знаючи кут ППР, можна визначити шляхом розрахунку показник заломлення конкретного зразка. Якщо виміряти показники ППР або показник заломлення еталонів з різним вмістом домішок, то порівняння результатів вимірювання зразка, що контролюється, дозволяє визначити вміст шкідливих домішок в ньому. Час вимірювання одного 1 UA 118600 U 5 10 15 20 зразка складає менше хвилини. Якщо попередньо зробити еталонні зразки, то метод є експресним. Сукупність відомих і запропонованих ознак способу, що заявляється, раніше не була відома. Корисність запропонованого способу полягає в тому, що метод має високу чутливість та експресність. Приклад реалізації Для реалізації запропонованого способу був використаний спеціалізований прилад "Алко поляритон", який працює на основі явища поверхневого плазмонного резонансу (ППР). Зразки мали граничний або менший для чутливості прототипу вміст сірки. Прямим вимірюванням неможливо визначити концентрації відповідних домішок у 40 %етанолі методом ППР, оскільки відсутні компліментарні пари до цих речовин, котрі будуть селективно з ними взаємодіяти на поверхні металевого шару чутливого елементу ППРрефрактометра. Тому для визначення наявності домішок використовували порівняльний метод, суть якого полягала у почерговому вимірюванні кутового зсуву мінімуму характеристики відбиття для 40 %об. розчину етанолу у дистильованій воді (порівняльний зразок) і 40 %об. розчину етанолу у дистильованій з домішками, а потім визначали різницю між результатами вимірювання. Вимірювання виконували ППР-рефрактометром в режимі Multiple. Через вимірювальну кювету рефрактометра прокачували перистальтичним насосом зі швидкістю 20 мкл/хв спочатку 40 % об. розчин етанолу, 40 %об. розчин етанолу зі 7-ми спиртами, а потім знов порівняльний зразок. Процедуру повторювали для 40 %об. розчину етанолу з 5-ма ефірами. В таблиці 1 наведено виміряні значення кутового зсуву мінімуму характеристики відбиття при ППР для 40 % об. розчину етанолу зі 7-ми спиртами та 40 % об. розчину етанолу з 5-ма ефірами. 25 Таблиця 1 Виміряні показники заломлення зразків та наближені концентрації сірки № пп. Домішки у 40 % об. етанолі 1 7 спиртів 2 5 ефірів Концентрація домішок, 3 мкг/см 2,00±0,06 та 0,0008 % об. метанол 2,23±0,07 Відносний зсув мінімуму ППР, кут. секунди 360±3 234±3 Примітка: в межах концентрації шкідливих домішок кондуктометричний метод їх не визначав, тому що похибка цього методу не дозволяла провести достовірні вимірювання. 30 35 З таблиці 1 видно, що відносні зсуви мінімуму ППР при заміщенні 40 % об. розчину етанолу у дистильованій воді на 40 % об. розчин етанолу зі 7-ми спиртами та 40 % об. розчин етанолу з 5-ма ефірами на 2 порядки більші за похибку вимірювання ППР-рефрактометра (3 кутові секунди). Тобто, можливо визначити і менші концентрації домішок у 40 % об. розчині етанолу, а кондуктометричний метод не дозволяв визначити ці домішки. Крім цього були проведені дослідження концентрованих етилових спиртів (концентрація 92-96 %), які використовуються як вихідна сировина для виготовлення горілки. Досліджували ці спирти як в чистому вигляді, так і з домішками метилового (отруйного, смертельно небезпечного) спирту 0,013-0,4 %. Результати показали, що кондуктометричний метод у межах похибки не дозволяє визначити такі низькі концентрації, а метод ППР за запропонованим технічним рішенням це дозволяє (табл. 2). Таблиця 2 Розчин Провідність, мкСм/см Дистильована вода Етанол Спиртовий (40 %) розчин метанолу 0,04 % Ультраспиртовий (96 %) розчин метанолу 0,04 % 5±1 3±1 Відносна зсув мінімуму ППР, град 0 0 3±1 0,004±0,001 3±1 -0,027±0,001 2 UA 118600 U Продовження таблиці 2 Провідність, мкСм/см Розчин Ультраспиртовий метанолу 0,29 % Ультраспиртовий метанолу 1,0 % Ультраспиртовий метанолу 5,0 % 5 10 15 (96 %) -0,030±0,001 3±1 -0,038±0,001 3±1 -0,155±0,001 розчин (96 %) 3±1 розчин (96 %) Відносна зсув мінімуму ППР, град розчин Таким чином, запропонований спосіб може бути використаний не лише на заводах по виготовленню горілчаних виробів, але і у компанії "Укрспирт", яка виробляє вихідну сировину для горілчаних виробів. Джерела інформації: 1. Сергеев В. И., Слюсаренко Г. С, Кургузов А. И., Высоцкий В. Ю. Способ определения концентрации спирта в растворах (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) // патент РФ № 2267785 от 27.07.2003 2. Розум В. П., Зубович К. А., Сотцев А. В., Рогалев А. А., Агафонов Д. Н., Пуцылов И. А., Черемисин В. А. Способ распознавания идентификации партий крепких спиртных напитков, преимущественно водки // патент РФ № 2 488 109 от 20.03.2013 3. Дорожинський Г.В., Маслов В.П., Ушенін Ю.В. Сенсорні прилади на основі поверхневого плазмонного резонансу // НТУУ "КПІ". - К.: НТУУ "КПІ", 2016. - 264 с. Доступно online: http://ivstem.kpi.ua/wp-content/uploads/2016/04/Сенсорні-прилади-2016-version-05 Арril_3.pdf. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб визначення якості та наявності домішок у розчинах етилового спирту, що включає вимірювання фізичної величини, яка характеризує продукцію, формування і нанесення на тару облікової одиниці готового спиртного напою, ідентифікацію мітки з цим параметром з публікацією цієї інформації на сайті виробника, який відрізняється тим, що вимірювання проводять шляхом кутового сканування і визначення кута мінімуму зсуву характеристики відбиття при явищі поверхневого плазмонного резонансу або показника заломлення еталонних зразків та зразка, що контролюється. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3