Применение поляриметрии в промышленности

Поляриметрия представляет собой научный метод исследования веществ, основанный на измерении оптической активности органических и неорганических соединений. Оптическая активность вызывает вращение плоскости поляризованного света, а вещества, обладающие данным свойством, называются оптически активными.

Значение угла поворота зависит от молекулярной структуры и концентрации раствора. Удельное оптическое вращение [α] рассчитывается по следующей формуле:

[α]tλ= (100 × α) / (L × C)

и зависит оно от температуры образца t, длины волны света излучателя λ, длины оптического пути (длины кюветы) L и концентрации образца C в г/100мл.

В предыдущей статье мы рассмотрели применение поляриметров в такой важной сфере, как фармацевтика. Давайте теперь рассмотрим, в каких случаях можно использовать поляриметры в промышленности. Самое широкое применение поляриметры нашли в продуктовой промышленности, в производстве парфюмерии и бытовой химии. Рассмотрим некоторые примеры более подробно.

1) Сахарная промышленность.

Исторически сложилось, что сахарная промышленность является основной отраслью, где используются поляриметры: благодаря этому за ними закрепилось ещё одно название — «сахариметры». Так, практически все мировые производители выпускают модели поляриметров, предназначенные специально для сахарного производства. Автоматический поляриметр — незаменимая вещь на сахарном заводе, его используют для измерения содержания сахарозы в сырье, далее во всех полупродуктах, в готовой продукции и, наконец, в отходах производства. Поляриметр-сахариметр позволяет измерить содержание сахарозы во всех сахаросодержащих продуктах от 0 до 100% к массе продукта: это может быть сам сахар, меласса, свекловичный жом, барда и сточные воды. Стандарты международной комиссии ICUMSA предполагают использование длины пути (кюветы) 200 мм. и международную сахарную шкалу (МСШ). Эти стандарты также описывают методы температурной коррекции для сахарозы и многое другое. Для тёмных образцов применяются либо 100 мм. кюветы, либо источник света с большей длиной волны (как правило, 882 нм).

2) Натуральные масла.

Природные масла состоят из большого количества компонент, многие из которых оптически активны. Именно это разнообразие состава позволяет использовать поляриметрию для точного и простого определения чистоты и качества натуральных масел. Значения вращения измеряются, как правило, при 20 или 25°С.

Ориентировочные значения оптического вращения эфирных масел:

3) Аминокислоты.

Аминокислоты широко используются в качестве пищевых добавок к корму животных, при производстве глутаминовой кислоты, спортивного питания, подсластителей, удобрений и косметики. Составляющие аминокислот карбоксильная и амино группы могут терять или приобретать протон водорода в зависимости от pH раствора, а при физиологическом рН являются цвиттерионными, то есть носителями как отрицательных, так и положительных зарядов. Значение pH в свою очередь очень сильно влияет на оптические свойства, которые и измеряются с помощью поляриметрии.

4) Мёд.

Поляриметры могут использоваться для распознавания падевого и цветочного мёда, так как первый имеет положительные значения вращения плоскости поляризации, а второй — отрицательные. Оптическое вращение мёда определяется сочетанием различных сахаров и измеряется для установления наличия в падевом мёде цветочного и наоборот. Значения удельного вращения являются показателем качества мёда согласно многим мировым стандартам.

5) Лактоза.

Поляриметрия позволяет определять содержание лактозы в сыром и обработанном молоке, что пропорционально количеству питательных веществ. Контроль за содержанием лактозы позволяет эффективно проверять качество как безлактозных продуктов, так и продуктов с её уменьшенным содержанием (сыр, простокваша и пр.). Поляриметры позволяют контролировать эти значения с большей точностью по сравнению со стандартными методами исследований.

6) Крахмал.

Крахмал крайне широко применяется в промышленности. В пищевой промышленности он используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной промышленности — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя. Также крахмал входит в состав большинства колбас, майонеза, кетчупа и используется для изготовления клейстерного клея. Поляриметрия является наиболее точным методом определения концентрации крахмала.

7) Сахароза в винах.

Спелый виноград содержит от 15 до 25% сахара, который в свою очередь состоит из примерно равных частей фруктозы и глюкозы. Хоть сахароза не полностью эквивалентна сахарам в винограде, её добавление в некоторых случаях допускается как средство увеличения содержания алкоголя в конечном продукте. В процессе брожения сахар преобразуется в алкоголь и его содержание уменьшается – поляриметры позволяют с большой точностью контролировать это изменение.

8) Парфюмерия.

Ароматические вещества в парфюмерии могут быть естественного или искусственного происхождения. Естественные ароматические вещества представляют собой эфирные масла – например, камфоровое масло, лимонен, линалоол, α-пинен, γ-терпинен, α-терпинеол – и, как правило, проявляют оптическую активность. Именно благодаря этому свойству эфирных масел, поляриметрия позволяет определять концентрацию и чистоту духов, а также отделять искусственную парфюмерию от естественной.

Помимо перечисленных выше примеров, поляриметры могут быть использованы для анализа неорганических ионов в сочетании с оптически активными веществами (например, висмута, кадмия, меди, железа и ртути), органических веществ, скипидара, бензола, кислот и прочего.

Поляриметры ATAGO.

Компания ATAGO производит большое количество поляриметров, которые могут быть использованы в различных сферах промышленности.

Для сахарной промышленности компания ATAGO предлагает две модели поляриметров-сахариметров: первая – AP-300, ветеран на рынке автоматических поляриметров, который зарекомендовал себя как крайне надёжный прибор по невысокой цене. Является одним из самых часто используемый поляриметров на сахарных заводах в России. Вторая – Sac-i – новый поляриметр, в который были заложены отзывы и предложения пользователей AP-300 на сахарном производстве. Он позволяет получать более точные результаты и работать в более сложных условиях, а специальная модификация даёт возможность измерять даже самые тёмные образцы. Обе модели могут быть укомплектованы проточными кюветами с воронками, что значительно упрощает работу при круглосуточном цикле производства.

Для самых требовательных измерений существует поляриметр SAC-i. Высокие технические характеристики и надёжность, стабильность показаний и соответсвие мировым и российским стандартам – данный поляриметр станет спутником любой лаборатории на долгие-долгие годы.

Полуавтоматический поляриметр POLAX-2L является хорошим решением для тех, кто не может позволить себе автоматические модели. Несмотря на скромные характеристики, данный прибор позволяет получить качественные результаты.

Последний вариант – это новинка компании ATAGO, которая не имеет аналогов в мире. Рефрактополяриметр RePo-1 – портативный рефрактометр и поляриметр в одном корпусе. Данный прибор предназначен для второстепенных измерений и будет очень удобен, когда необходимо измерить как угол вращения, так и показатель преломления. Благодаря низкой стоимости, он может применяться даже в тех сферах, в которых применение поляриметрии было затруднено из-за высокой стоимости оборудования – например, при производстве парфюмерии или пищевых добавок.