Разработка технологии и устройств повышения точности и надежности определения концентрации растворов с использованием волоконно-оптических систем

• Автор: Заренбин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА 1. Обзор современных оптических методов и средств физикохимического анализа концентрации растворов и сырья в пищевой
промышленности
1Л. Классификация современных оптических методов анализа концентрации растворов
1.2. Анализ существующих методов и средств измерения показателя преломления
1.3. Выводы и постановка задачи исследований
ГЛАВА 2. Исследование метода определения концентрации раствора и исследование влияния показателей на характеристики и точность системы
2.1.Техническое задание на разработку системы обеспечивающей точное и надежное определение концентрации растворов
2.2. Принцип действия волоконно - оптической системы
2.3. Распространение света на границе щуп - зонд и внешняя среда
2.4. Разработка алгоритма расчета показателя преломления раствора с использованием волоконно-оптической системы
2.5. Исследование факторов, влияющих на точность измерения показателя преломления
2.5.1. Исследование влияния оптических свойств среды на характеристики щупа - зонда
2.5.2 Влияние параметров системы на точность измерения
Выводы
ГЛАВА 3. Особенности конструкции и оценка технологических характеристик
волоконно - оптической системы
3.1. Конструктивные особенности системы
3.1.1. Оптоэлектронная схема и принцип действия регистрирующего блока
3.1.2. Конструкция волоконно - оптического щупа - зонда

3.2. Оценка технологических характеристик системы
3.2.1. Обоснование выбора рабочей длины волны
3.2.2. Определение долговременной стабильности
3.2.3. Оценка влияния изменения температуры на точность
измерения
3.2.4. Конструкция волоконно-оптической системы с датчиком
температуры
Выводы
ГЛАВА 4. Испытания волоконно-оптической системы и оценка применения для измерения показателя преломления и определения концентрации растворов
4.1. Методика калибровки нулевого значения содержания сухих веществ и показателя преломления
4.2. Методика поверки волоконно-оптической системы
4.3. Статистическая модель обработки результатов экспериментов
4.4. Состав и методика приготовления растворов для исследований
4.5. Испытания системы с использованием растворов сахарозы различной концентрации
4.6. Экспресс-метод определения концентрации растворов моно- и дисахаридов с
использованием волоконно-оптической системы
Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Акты использования результатов диссертационных
исследований
Приложение 2. Патенты на изобретение и полезную модель

Введение
Быстрое развитие промышленных технологий в сельскохозяйственной и пищевой промышленности, стремление к улучшению качества продукции и ее потребительских свойств делает чрезвычайно актуальным разработку и создание методов и средств, позволяющих проводить анализ на современном уровне.
В технологии производства пищевых продуктов, качество и состав сырья, соответствие готовой продукции установленным нормам, технологичность и эффективность производственных процессов, соблюдение санитарно-гигиенических требований имеют большое значение. Решение всех перечисленных вопросов требует знания методов и средств исследования сырья и готовых продуктов [42].
При каждом конкретном применении предъявляются определенные требования к диапазону измерений, долговременной стабильности, разрешающей способности, точности, воспроизводимости, быстродействию таких средств измерений, которые с течением времени становятся все более строгими.
Из-за многокомпонентности состава сырья и продуктов необходимо адаптировать существующие методы к особенностям физико-химической структуры продукта.
В настоящее время существуют контрольно-измерительные приборы и устройства, основанные на различных методах - хроматографическом, электрохимическом, масс-спектроскопическом, методе ядерно-магнитного резонанса и оптических методах.
Хроматографические методы широко применяют для определения аминокислотного состава в молоке, сырах и сливочном масле, определения летучих жирных и органических кислот в продуктах питания. Но они обладают недостатком из-за необходимости применения сложного, прецизионного оборудования и иногда дополнительной подготовки проб.
Метод масс-спектрометрии применяют для идентификации соединений, точного определения молекулярной массы, определения элементного состава в
осуществлена посредством сравнительно недорогих и не сложных приставок к серийным спектрофотометрам [41].
Метод НПВО реализован для абсорбционной спектроскопии [7,9].
Анализ метода НПВО для целей рефрактометрии показал, что с его помощью возможно производить точные (10'4-10'5) измерения поглощающих сред в широком диапазоне показателя поглощения (10'2-10‘5) [39].
Фотометрический метод
Фотометрические методы основаны на зависимости коэффициента отражения света от показателя преломления анализируемой среды и широко используются для измерения показателя преломления как прозрачных, так и слабопоглощающих сред.
Особенностью фотометрических рефрактометров является большое разнообразие различных типов измерительных элементов, что дает возможность варьировать их характеристиками в широких пределах и использовать такие приборы как для тонких лабораторных исследований, так и для автоматического контроля производственных процессов в промышленности [33].
Измерительный элемент, изготовленный из высокопреломляющего материала с точно известным показателем преломления, приводится в контакт с исследуемой средой. Этот элемент должен обладать твердостью и химической стойкостью к воздействию на него агрессивных жидкостей и твердых частиц.
Принцип работы фотометрического рефрактометра заключается в измерении отношения интенсивности потока падающего на измерительный элемент под углом, больше критического к интенсивности потоку отраженного от анализируемой среды.
Это отношение интенсивностей определяет коэффициент отражения света, а следовательно, показатель преломления анализируемой среды.
Обычно для получения эталонного пучка схему рефрактометра выполняют двухканальной с независимыми каналами в оптической части прибора. При этом один из измерительных элементов находится в контакте с образцовой средой, другой - с исследуемой средой. Таким образом, двухканальные рефрактометры