Устройство для определения фальсификата жидких продуктов

Изобретение относится к области исследования веществ с помощью оптических средств и может быть использовано для выявления отличий истинного раствора от его фальсификата. Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные источник излучения, делительные стекла, кювету с раствором, щель, сферическое зеркало, экран и фотоприемник, подключенный к блоку регистрации и обработки данных (БРОД). При этом экран расположен под углом к зеркалу, делительные стекла соединены с фотодиодами, которые подключены к БРОД. Изобретение обеспечивает установление взаимно однозначных соответствий вид суспензий - вид размерных спектров, получение данных об изменении распределения по формам частиц, что повышает достоверность и надежность выявления фальсификатов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области исследования веществ с помощью оптических средств, в частности к исследованию жидких сред для оценки качества, например, водных растворов, и может быть использовано для выявления отличий истинного раствора от его фальсификата.

В настоящее время для оценки качества жидких сред, например жидких лекарственных средств, используют различные оптические методы: спектрофотометрия (колориметрия), флуориметрия, измерение оптической активности, показателя преломления и светорассеяния (нефелометрия). Все эти методы основаны на определении количества и вида микроскопических и субмикроскопических частиц и молекул в исследуемых средах путем измерения соответствующей оптической характеристики исследуемой среды с последующим сравнением с характеристиками эталонного образца [The United States pharmacopea. US farmacopeal convention, INC, 01.01.1995, с.53-55] [1].

Известно устройство для измерения крепости водки, фактически, для определения фальсификата водки [RU, патент 2241220, МПК 7 G01N 33/14, опубл. 2004.11.27] [2].

Устройство [2] содержит корпус в виде герметичной оболочки и установленные в нем последовательно оптически связанные источник монохроматического света; щель, причем между источником и щелью установлен конденсор в виде цилиндрической линзы с образующей цилиндра, параллельной щели; коллимирующий объектив; дифференциальную кювету в виде системы смежных призм, с заданным преломляющим углом, из эталонной и исследуемой водок, главное сечение которой перпендикулярно щели; отражательное устройство с двумя отражательными поверхностями под углом 90° относительно друг друга в виде призмы, главное сечение которого параллельно главному сечению системы призмы кюветы; второй объектив, в фокальной плоскости которого установлено матричное многоэлементное фотоприемное устройство, связанное с устройством обработки информации. Диффенциальная кювета укреплена вне герметичной оболочки корпуса, при этом несъемная часть кюветы укреплена на корпусе, а съемная часть выполнена в виде колпака, защитные окна обеих частей кюветы выполнены в виде параллельных друг другу плоскопараллельных стеклянных пластин, общих для падающего и отраженного пучка света. Полость для эталонной водки выполнена в виде съемной вставки, защитные окна которой в главном сечении образуют ромб, и размещена внутри кюветы.

Устройство работает следующим образом. Сформированный источником света, цилиндрической линзой и коллимирующим объективом параллельный монохроматический пучок света направляют на дифференциальную кювету, состоящую, например, из четырех смежных призм эталонной и исследуемой водок, образованных из двух плоскопараллельных и четырех плоскопараллельных наклоненных пластин. Свет проходит первую плоскопараллельную пластину, слой эталонной водки в виде клина, вторую наклоненную плоскопараллельную пластину, снова слой исследуемой водки в виде клина, вторую плоскопараллельную пластину, отражается призмой строго параллельно подающему пучку света и повторно проходит вторую плоскопараллельную пластину, слой исследуемой водки, третью наклоненную плоскопараллельную пластину, слой эталонной водки, четвертую наклоненную плоскопараллельную пластину, слой исследуемой водки и первую плоскопараллельную пластину. Далее параллельный пучок света направляется на второй объектив, который в фокальной плоскости, т.е. в плоскости чувствительного слоя фотоприемного устройства, строит изображение щели. Фотоприемное устройство преобразует световой сигнал в электрический, а последний поступает в устройство обработки информации.

Основные недостатки технического решения [2]:

определение крепости водки (истинности водки) известным устройством требует сложных вычислительных операций;

устройство характеризуется сложностью конструктивных элементов, особенно касается это дифференциальной кюветы, выполнение которой требует высокой точности установки множества плоскопараллельных и наклоненных плоскопараллельных пластин.

Наиболее близким аналогом к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения качества водных растворов гомеопатических лекарственных средств [RU, патент 2112976, МПК (6) G01N 33/15, 21/00, опубл. 1998.06.10] [3].

Известное устройство [3] содержит источник когерентного линейно поляризованного оптического излучения, оптически связанный через кювету для исследуемой среды с фотоприемником, подключенным к блоку регистрации и обработки данных (БРОД). При этом кювета размещена в постоянном магнитном поле, и после кюветы на участке рассеянного прошедшего излучения оптического пути расположена линза (1), в фокальной плоскости которой установлена диафрагма с двумя отверстиями, а затем линза (II) и оптический анализатор, установленный перед фотоприемником.

Устройство работает следующим образом. Источник когерентного линейно поляризованного света освещает кювету с исследуемой средой. Кювета помещена в постоянное магнитное поле катушек Гельмгольца. Рассеянный под углом 90° пучок света проходит линзу (1) и диафрагму, которая вырезает два пучка рассеянного на образце света от разных точек кюветы. Эти два пучка света с помощью линзы (II) смешиваются в фотоприемнике. Для выделения поляризованной компоненты рассеянного света в оптическом пути перед фотоприемником установлен оптический анализатор. С фотоприемника сигнал поступает на БРОД для программного анализа и сравнения с эталонным образцом. Для этого строят спектры в диапазоне частот 0,5-0,0005 Гц для исследуемого образца и эталонного образца, полученные спектры сравнивают и по величине отклонения спектральных кривых выявляют степень сходства между образцами и определяют качество исследуемого образца.

Как следует из технической сущности известного устройства [3], его реализация предусматривает использование рассеянного пучка света. Однако метод определения качества водных растворов с использованием рассеянного пучка света, как считает заявитель, не позволяет получить данные о размерных спектрах, концентрации удельной площади поверхности частиц дисперсной фазы, а также размерных спектров и концентрации супранадмолекулярных комплексов воды.

Это в свою очередь снижает степень достоверности определения истинного водного раствора, надежность отличия его от фальсификата.

Таким образом, основным недостатком известного устройства [3] являются невысокая достоверность результатов, а также длительность измерения.

В основу изобретения поставлена задача, усовершенствовать устройство для определения фальсификата жидких (водных) продуктов путем нового пространственного расположения на оптической оси конструктивных элементов устройства, что позволит:

реализовать режим малоуглового измерителя дисперсности жидких сред; установление взаимно однозначных соответствий вид суспензий (взвеси, эмульсий) - вид размерных спектров, за счет проведения статистической морфометрической оценки состояния всей пробы с одновременным анализом, как минимум, двух видов распределений, что позволит:

получить данные об изменении распределения по формам и, в частности, выявить фракции частиц малой численности, это, в свою очередь, повысит достоверность получаемых результатов.

Для решения поставленной задачи предложено устройство для определения фальсификата жидких продуктов, включающее последовательно установленные источник когерентного линейно поляризованного оптического излучения, кювету, оптически связанные с фотоприемником, подключенным к блоку регистрации и обработки данных (БРОД), в котором согласно изобретению перед кюветой и после последней установлены делительные стекла, соединенные с фотодиодами, подключенными к БРОД, и после кюветы перед делительным стеклом (5) установлена щель, а после делительного стекла (5) дополнительно установлено сферическое зеркало и экран, причем экран расположен под углом к зеркалу. При этом устройство в качестве фотоприемника содержит мультифотодиодный детектор, а в качестве источника корегентного линейно поляризованного оптического излучения - лазер, и фотодиоды соединены с блоком регистрации и обработки данных через электронный преобразователь.

Схема предлагаемого устройства для определения фальсификата жидких продуктов предусматривает дополнительное расположение на оптической оси двух делительных стекол, причем после кюветы перед вторым стеклом установлена щель, а также зеркала и экрана, установленного под углом к зеркалу. Заявляемое пространственное расположение конструктивных элементов позволило впервые построить кривые распределения доли частиц определенного размера дисперсной фазы от дисперсной фазы гигантских гетерофазных кластеров воды, а также позволило сделать вывод об изменении распределения по формам, в частности выявить фракции частиц малой численности, это, в свою очередь, позволило однозначно с высокой достоверностью и надежностью определять истинность исследуемых жидких продуктов, т.е. «отбраковывать» растворы фальсификатов. Следует отметить, что устройство также обеспечивает экспрессность анализа.

Достигаемый технический результат не обеспечивается ни одним из известных технических решений.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для определения фальсификата жидких продуктов, а на фиг.2 изображен график размерного спектра дисперсной фазы истинного раствора (кривая 1) и фальсификата (кривая 2).

Устройства для определения фальсификата жидких продуктов (фиг.1) содержит последовательно установленные и оптически связанные источник когерентного линейно поляризованного оптического излучения (лазер, марка СТБ-1) (1), первое делительное стекло (марка КУ) (2), кювету (3) с раствором, щель (4), второе делительное стекло (5) (идентичное стеклу (2)), сферическое зеркало (6), экран (7), установленный под углом к зеркалу (6), и фотоприемник (мультифотодиодный детектор) (8). Делительные стекла (2, 5) соединены с фотодиодами (9, 10) соответственно. Посредством электронного преобразователя (11) фотодиоды (9, 10) связаны с БРОД (блок регистрации и обработки данных) (12), который также соединен и с фотоприемником (8).

Устройство работает следующим образом.

Исследовали предполагаемый фальсификат минеральной воды «Архыз» по отношению к эталону (истинной минеральной воды «Архыз»).

Предварительно определяли размерные спектры и концентрацию частиц дисперсной фазы истинного раствора. Пробу истинной минеральной воды «Архыз» помещают в кювету (3). Включают источник когерентного линейно поляризованного оптического излучения, например лазер марки СТБ-1 (1). Луч лазера последовательно проходит через делительное стекло (2), кювету (3) с минеральной водой, щель (4), второе делительное стекло (5); далее, отражаясь от сферического зеркала (6), попадает на экран (7) и фотографируется электронным устройством (фотоприемником) (8). Электронный сигнал от фотоприемника передается на блок регистрации и обработки данных (БРОД) (12). Одновременно на БРОД (12) поступает электронный сигнал от фотодиодов (9, 10) через электронный преобразователь (11). Электронный сигнал от фотоприемника (8) преобразуется с помощью программы в график размерного спектра частиц дисперсной фазы истинного раствора (фиг.2, кривая 1).

Одновременно происходит преобразование с помощью программы сигналов от фотоприемника (8) и фотодиодов (9, 10), которые учитывают спектр размеров частиц, и происходит расчет их концентрации.

Затем аналогичным образом производили исследование образца воды на соответствие показателей образца показателям минеральной воды «Архыз». Получен график размерного спектра частиц дисперсной фазы исследуемого образца воды (фиг.2, кривая 2). Как следует из сопоставления кривых 1 и 2, графики размерных спектров частиц дисперсной фазы истинной минеральной воды «Архыз» и исследуемой воды не совпадают. Это однозначно показывает, что исследуемая вода не соответствует по качеству истинной минеральной воде «Архыз». Кривые 1, 2 на фиг.2 построены с учетом следующих пределов допускаемой относительной погрешности измерения распределения частиц по размерам в дискретных точках - не более 5%.

Преимущество предложенного устройства для определения фальсификата жидких продуктов по сравнению с известным (3) состоит в следующем:

устройство обеспечивает установление взаимно однозначных соответствий вид суспензии (взвеси, эмульсий) - вид размерных спектров посредством режима малоуглового измерителя дисперсности жидких сред за счет проведения статистической морфометрической оценки состояния всей пробы и впервые позволяет построить кривые распределения доли частиц определенного размера дисперсной фазы от дисперсной фазы гигантских гетерофазных кластеров воды, что, в свою очередь, позволяет получить данные об изменении распределения по формам и, в частности, выявить фракции частиц малой численности.

Указанное выше позволяет повысить достоверность получаемых результатов и однозначно надежно определять истинность исследуемых жидких продуктов, т.е. надежно защищать качественную продукцию от фальсификата.

Следует отметить, что получение качественных результатов достигается при значительном сокращении времени анализа жидких сред заявляемым устройством.

Достоинством заявляемого устройства является простота технологической схемы и конструктивных элементов.

1. Устройство для определения фальсификата жидких продуктов, включающее последовательно установленные источник когерентного линейно-поляризованного оптического излучения, кювету, оптически связанные с фотоприемником, подключенным к блоку регистрации и обработки данных (БРОД), отличающееся тем, что в него дополнительно введены два фотодиода, которые подключены к БРОД, и два делительных стекла, связанных с фотодиодами, одно из которых установлено перед кюветой, при этом перед вторым делительным стеклом, которое установлено за кюветой, установлена щель, а после него сферическое зеркало, отражаясь от которого, излучение источника, прошедшее второе делительное стекло, попадает на экран, расположенный под углом к зеркалу, и далее на фотоприемник, который выполнен в виде мультифотодиодного детектора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника когерентного линейно-поляризованного оптического излучения он содержит лазер.