- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Институт холода и биотехнологий
- •Методы и средства аналитических измерений Учебное пособие
- •Санкт-Петербург
- •1. Классификация методов анализа
- •Терминоэлементы аналитических методов
- •2. Аналитические методы измерений
- •2.1. Анализ на основе химических реакций
- •2.2. Анализ на основе электрохимических реакций
- •2.2.1. Виды анализа на основе неспецифических электродных процессов
- •2.2.2. Виды анализа на основе специфических электродных процессов
- •2.2.3. Виды анализа на основе свойств двойного электрического слоя
- •2.3. Анализ на основе термических процессов
- •2.4. Анализ на основе взаимодействия с электромагнитным или корпускулярным излучением
- •2.4.1. Виды анализа на основе упругих и квазиупругих взаимодействий
- •2.4.2. Виды анализа на основе молекулярной спектроскопии
- •2.4.3. Виды анализа атомных спектров
- •3. Аналитические методы и методы разделения
- •3.1. Аналитические методы
- •3.2. Методы разделения
- •Классификация методов разделения
- •Хроматографические методы
- •4. Теплофизические методы
- •4.1. Термофизические методы для анализа состава вещества
- •4.2. Теплофизические методы для измерения влажности вещества
- •5. Электрохимические и электрические методы
- •5.1. Кондуктометрический метод
- •5.2. Диэлькометрический метод
- •5.3. Полярографический метод
- •5.4. Потенциометрический метод
- •Ионоселективные электроды
- •5.5. Измерение рН жидкостей
- •Индикаторы
- •5.6. Ионометрия
- •5.7. Основы капиллярного электрофореза
- •6. Методы, основанные на взаимодействии вещества и электромагнитного излучения
- •6.1. Методы спектрального анализа. Спектроскопия
- •6.2. Оптические методы
- •6.2.1. Рефрактометрические методы
- •6.2.2. Интерферометры
- •6.3. Фотометрический метод
- •6.4. Фурье-спектрометры
- •6.5. Оптические датчики
- •6.6. Радиометрические методы
- •6.6.1. Релаксационные методы ядерного магнитного резонанса
- •6.6.2. Методы квадрупольного резонанса
- •6.6.3. Масс-спектрометрия
- •6.6.4. Масс-спектрометрический метод
- •6.6.5. Методы электронного парамагнитного резонанса
- •6.6.6. Метод протонного магнитного резонанса
- •7. Биологические методы
- •7.1. Биосенсоры
- •Биологические элементы и преобразователи
- •7.2. Биоэлементы
- •7.3. Преобразователи
- •7.4. Люминесцентный метод
- •8. Акустические методы
- •Содержание
- •Институт холода и биотехнологий
- •Методы и средства аналитических измерений Учебное пособие
8. Акустические методы
Акустические методы основаны на взаимодействии акустиче-ских волн с анализируемым веществом.
К этой группе относятся методы, основанные на зависимости характеристик акустических колебаний (скорости и поглощения зву-ка) от определяемого параметра. С помощью акустических методов определяют расход, уровень, влажность, температуру и другие характеристики.
Для измерения скорости звука применяют следующие методы:
– импульсный – данный метод является прямым методом изме-рений. Скорость звука определяется расстоянием, которое проходит звуковая волна от пьезокварца до отражателя, и временем прохожде-ния звуковой волной этого расстояния;
– интерференционный – этот метод является косвенным, приме-няется для измерений в слабо поглощающих жидкостях с низким затуханием волн. Длина волны определяется как двойное расстояние между двумя ближайшими минимумами (максимумами) звукового давления в точках стоячей волны в столбе жидкости, определяемом с помощью пьезочувствительного датчика интерферометра.
Кроме скорости звука применяется также другая характерис-тика акустических колебаний – поглощение звука. Основные методы измерения поглощения звука:
– метод измерения переменного звукового давления – этот ме-тод заключается в измерении пьезоэлектрического звукового давления в двух точках;
– интерференционный метод – это метод, основанный на изме-рении интенсивности стоячей волны в двух различных точках, которое производится по обратному воздействию звуковых волн на излучатель или на отдельный звуковой приемник.
С помощью этого метода определены характеристики костной ткани, динамический модуль сдвига и динамический коэффициент Пуассона; проведены акустические исследования мяса и мясопро-дуктов в целях экспрессного определения их характеристик; исследована зависимость амплитуды отражаемого УЗ-импульса от кислотности молока; показана возможность контроля кислотности молока ультраакустическим методом.
Звуковые и ультразвуковые методы и средства измерения основаны на изменении скорости распространения звуковых волн или степени затухания их интенсивности в зависимости от состава и концентрации анализируемой среды. На рис. 8.1 показана упрощенная структурная схема акустического (ультразвукового) анализатора жидкости. Его принцип действия основан на измерении частоты прохождения импульсов, возникающих в синхронизированном кольце, состоящем из измерительной ячейки с излучателем Пр2 и при-емником Пр1, генератора ИГ, формирующего каскада ФК и усили-теля У.
Рис.
8.1. Ультразвуковой анализатор:
Пр1 –
приемник; Пр2 –
излучатель измерительной ячейки;
ИГ –
генератор; ФК – формирующий каскад;
У – усилитель;
ИЧ – измеритель
частоты
Скорость прохождения ультразвука на базе между излучателем и приемником излучения при постоянных значениях элементов цепи зависит от состояния жидкости, заполняющей ячейку, и, в частности, от ее состава. Скорость же прохождения ультразвука в измеритель-ной ячейке связана прямо пропорционально с частотой следования импульсов, которая измеряется измерителем частоты (ИЧ). Подобные приборы обеспечивают измерение скорости в диапазоне от 800 до 2000 м/с, погрешность измерения составляет не более ±1 м/с.
На основе акустического метода измерения разработан ана-лизатор состава молока «Лактан 1-4». Он предназначен для одно-временного измерения температуры, массовой доли белка, жира, добавленной воды, СОМО и плотности в пробе цельного свежего, консервированного, пастеризованного, нормализованного, обезжи-ренного и восстановленного молока. Анализатор имеет выход, поз-воляющий подключать его к компьютеру. Встроенное программное обеспечение дает возможность накапливать данные измерений в ре-жиме On-line.