Способ количественного определения мутности жидких дисперсных систем и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2426096:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) (RU)
Изобретение относится к прикладной аналитической химии и может быть использовано для определения мутности жидких дисперсных систем, в частности жидких пищевых продуктов (напитки, соки и т.п.). Способ заключается в том, что пробу исследуемой жидкой дисперсной системы без предварительной пробоподготовки переносят в кювету из кварцевого стекла с прозрачным дном, помещают ее в кюветодержатель устройства для определения мутности, которое ставят на стекло планшетного сканера и накрывают крышкой сканера со встроенным слайд-адаптером и подсоединенным к нему персональным компьютером с установленной операционной системой Windows, программой Mathcad и стандартными драйверами для сканера. В крышке корпуса устройства для определения мутности выполнено сквозное отверстие, расположенное над зеркалом так, чтобы свет, проходя через отверстие, отражался от зеркала и проходил через кювету. Изобретение обеспечивает экспрессность, доступность и универсальность количественного способа определения мутности жидких дисперсных систем, основанного на цифровых технологиях получения изображения с применением сканирующего оборудования, совместимого с персональным компьютером. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к прикладной аналитической химии и может быть использовано для определения мутности жидких дисперсных систем, в частности жидких пищевых продуктов (напитки, соки и т.п.).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является фотометрический метод определения мутности воды, предусматривающий отбор пробы, определение оптической плотности раствора на фотоэлектроколориметре любой марки с зеленым светофильтром (λ=530 нм), построение градуировочного графика по стандартным суспензиям из формазина в функции D=f (с), где D - оптическая плотность жидкой дисперсной системы, с - концентрация формазина, и сравнение оптической плотности исследуемого образца с оптической плотностью стандартных суспензий формазина [Межгосударственный стандарт. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. ГОСТ 3351-74].
Недостатком способа и устройства для его осуществления является ограниченный линейный диапазон измерения оптической плотности жидких дисперсных систем от 0,01 до 1,00, высокая стоимость оборудования, трудоемкость процесса проведения анализа и обработки полученных результатов, невозможность сохранять данные в электронном виде.
Технической задачей изобретения является разработка способа количественного определения мутности жидких дисперсных систем и устройства для его осуществления, характеризующегося экспрессностью, доступностью и универсальностью, основанного на цифровых технологиях получения изображения с применением сканирующего оборудования, совместимого с персональным компьютером, позволяющих упростить и удешевить метод, документировать в электронном виде результаты испытаний и создавать компьютерную базу данных анализируемых изображений.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ количественного определения мутности жидких дисперсных систем, характеризующийся тем, что пробу исследуемой жидкой дисперсной системы без предварительной пробоподготовки переносят в кювету из кварцевого стекла с прозрачным дном, помещают ее в кюветодержатель устройства для определения мутности, которое ставят на стекло планшетного сканера и накрывают крышкой сканера со встроенным слайд-адаптером и подсоединенным к нему персональным компьютером с установленной операционной системой Windows, программой Mathcad и стандартными драйверами для сканера, запускают бесплатный менеджер графических файлов XnView, выполняют сканирование в режиме «Сканирование слайдов с АПП» в цветовом режиме True Color с оптическим разрешением сканирования 200 dpi, при этом свет от осветителя сканера, отражаясь от зеркала устройства, проходит через кювету с анализируемой пробой, а свет, частично рассеянный дисперсной системой, проходит через отверстие в дне устройства, попадая через стекло планшетного сканера на его движущийся сенсор, результаты с которого передаются в виде цифрового изображения на компьютер по стандартным интерфейсам передачи данных RS - 232, USB 2.0, SCSI, в менеджере графических файлов XnView выделяют инструментом «выделение прямоугольной области» изображение отверстия в дне устройства и сохраняют его отдельным файлом изображения, затем раскладывают его на цветовые компоненты Red, Green, Blue в среде программы Mathcad, далее по каждой из полученных таблиц находят среднее значение, затем по сумме средних значений цветовых компонент Red, Green, Blue по градуировочному графику определяют величину мутности исследуемой жидкой дисперсной системы в ЕМ/дм3, градуировочный график строят по суммам средних значений цветовых компонент Red, Green, Blue, полученных для сканированных изображений стандартных растворов формазина с мутностью, соответствующей 400, 200, 100, 50, 25, 12,5 ЕМ/дм3, и дистиллированной воды, мутность которой принимали равной 0 ЕМ/дм3, в координатах величина мутности, ЕМ/дм3 - сумма цветовых компонент Red, Green, Blue, у.e., который затем приводят к линейному виду в среде табличного процессора Excel.
Устройство для количественного определения мутности жидких дисперсных систем представляет собой корпус из непрозрачного материала с габаритными размерами 155×140×40 мм с крышкой из того же материала с габаритными размерами 155×140×5 мм, днищем из того же материала, в центре которого выполнено сквозное отверстие круглой формы диаметром 10 мм, установлены кювета из кварцевого стекла с прозрачным дном габаритными размерами 60×25×27 мм и кюветодержатель, расположенный на внутренней стороне днища корпуса на расстоянии от центра днища 13 мм влево и 13 мм вправо вдоль его поперечной оси и 30 мм влево, и 30 мм вправо вдоль его продольной оси таким образом, чтобы отверстие в днище корпуса располагалось по центру дна кюветы, и зеркалом с габаритными размерами 25×25 мм, которое закреплено на внутренней стороне днища корпуса поперек его продольной оси под углом 45° к задней стенке корпуса вплотную к ней, при этом в крышке корпуса выполнено сквозное отверстие прямоугольной формы габаритными размерами 18×25 мм, расположенное над зеркалом таким образом, чтобы свет от осветителя сканера, проходя через это отверстие в крышке, отражался от зеркала и проходил через кювету с анализируемой пробой.
Технический результат заключается в экспрессности, доступности и универсальности количественного способа определения мутности жидких дисперсных систем, основанного на цифровых технологиях получения изображения с применением сканирующего оборудования, совместимого с персональным компьютером; упрощении и удешевлении метода; электронном документировании и создании компьютерной базы данных анализируемых изображений.
На фиг.1 показан внешний вид устройства для количественного определения мутности жидких дисперсных систем, на фиг.2 - принцип действия устройства для количественного определения мутности жидких дисперсных систем, на фиг.3 - градуировочный график для количественного определения мутности жидких дисперсных систем.
Устройство для количественного определения мутности жидких дисперсных систем (фиг.1) состоит корпуса 1 из непрозрачного материала габаритными размерами 155×140×40 мм с крышкой 2 из того же материала габаритными размерами 155×140×5 мм, днищем 3 из того же материала, в центре которого выполнено сквозное отверстие 4 круглой формы диаметром 10 мм, установлены кювета 5 из кварцевого стекла с прозрачным дном габаритными размерами 60×25×27 мм и кюветодержатель 6, расположенный на внутренней стороне днища 3 корпуса 1 на расстоянии от центра днища 13 мм влево и 13 мм вправо вдоль его поперечной оси и 30 мм влево, и 30 мм вправо вдоль его продольной оси таким образом, чтобы отверстие 4 в днище 3 располагалось по центру дна кюветы 5, и зеркалом 7 с габаритными размерами 25×25 мм, которое закреплено на внутренней стороне днища 3 корпуса 1 поперек его продольной оси под углом 45° к задней стенке корпуса 1 вплотную к ней, при этом в крышке 2 корпуса 1 выполнено сквозное отверстие прямоугольной формы 8 габаритными размерами 18×25 мм, расположенное над зеркалом 7 таким образом, чтобы свет от осветителя сканера, проходя через отверстие 8 в крышке 2, отражался от зеркала 7 и проходил через кювету 5 с анализируемой пробой.
Способ определения мутности жидких дисперсных систем в предложенном устройстве осуществляют следующим образом.
Пробу исследуемой жидкой дисперсной системы без предварительной пробоподготовки переносят в кювету из кварцевого стекла с прозрачным дном, помещают ее в кюветодержатель устройства для определения мутности, которое ставят (фиг.2) на стекло планшетного сканера 9 и сверху накрывают крышкой сканера 10 со встроенным слайд-адаптером 11 и подсоединенным к нему персональным компьютером с установленной операционной системой Windows, программой Mathcad и стандартными драйверами для сканера, запускают бесплатный менеджер графических файлов XnView [инструкции и описания на сайте http://www.xnview.org/], выполняют сканирование в режиме «Сканирование слайдов с АПП» в цветовом режиме Тrue Color с оптическим разрешением сканирования 200 dpi, при этом свет от осветителя сканера 11, отражаясь от зеркала 7 устройства, проходит через кювету 5 с анализируемой пробой, а свет, частично рассеянный дисперсной системой, проходит через отверстие 4 в днище 3 устройства, попадая через стекло планшетного сканера 12 на его движущийся сенсор 13, результаты с которого передаются в виде цифрового изображения на компьютер по стандартным интерфейсам передачи данных RS - 232, USB 2.0, SCSI, в менеджере графических файлов XnView выделяют инструментом «выделение прямоугольной области» изображение отверстия в дне устройства и сохраняют его отдельным файлом изображения, затем раскладывают его на цветовые компоненты Red, Green, Blue в среде программы Mathcad с помощью команд D:=READ_RED("Mecтoпoлoжeниe и имя файла изображения"), D:=RЕАD_GRЕЕN("Местоположение и имя файла изображения"), D:=RЕАD_ВLUЕ("Местоположение и имя файла изображения") [инструкции и описания на сайте http://www.ptc.com/products/mathcad/ и в справке к приложению], далее по каждой из полученных таблиц находят среднее значение, затем по сумме средних значений цветовых компонент Red, Green, Blue по градуировочному графику определяют величину мутности исследуемой жидкой дисперсной системы в ЕМ/дм3, градуировочный график строят по суммам средних значений цветовых компонент Red, Green, Blue, полученных для сканированных изображений стандартных растворов формазина с мутностью, соответствующей 400, 200, 100, 50, 25, 12,5 ЕМ/дм3, и дистиллированной воды, мутность которой принимали равной 0 ЕМ/дм3, в координатах величина мутности, ЕМ/дм3 - сумма цветовых компонент Red, Green, Blue, у.e., который затем приводят к линейному виду в среде табличного процессора Excel [Мачула, В.Г. Excel 2007 на практике / В.Г.Мачула. - Ростов на Дону: Феникс, 2009. - 160 с.].
Способ поясняется следующим примером.
Пример. Стандартный раствор формазина с мутностью, соответствующей 400 ЕМ/дм3, без предварительной пробоподготовки переносят в кювету из кварцевого стекла с прозрачным дном с габаритными размерами 60×25×27 мм, затем кювету с анализируемой пробой помещают в устройство, принцип действия которого представлен на фиг.1, устройство ставят на стекло планшетного сканера hp scanjet 3570с и накрывают крышкой сканера со встроенным слайд-адаптером, на персональном компьютере с установленной операционной системой Windows XP Professional, программой Mathcad 13 и стандартными драйверами для сканера [инструкции и описания на сайге http://www.welcome.hp.com/] запускают бесплатный менеджер графических файлов XnView [инструкции и описания на сайте http://www.xnview.org/], выполняют сканирование в режиме «Сканирование слайдов с АПП» в цветовом режиме True Color с оптическим разрешением сканирования 200 dpi, при этом свет от осветителя сканера, отражаясь от зеркала устройства, проходит через кювету с анализируемой пробой, а свет, частично рассеянный дисперсной системой, проходит через отверстие в днище устройства, попадая через стекло планшетного сканера hp scanjet 3570с на его движущийся сенсор (фиг.2), результаты с которого передаются в виде цифрового изображения на компьютер по стандартному интерфейсу передачи данных USB 2.0, в менеджере графических файлов XnView выделяют инструментом «выделение прямоугольной области» изображение отверстия в дне устройства и сохраняют его отдельным файлом изображения, затем раскладывают его на цветовые компоненты Red, Green, Blue в среде программы Mathcad 13 с помощью команд D:=RЕАD_RЕD("Местоположение и имя файла изображения"), D:=RЕАD_GRЕЕN("Местоположение и имя файла изображения"), D:=RЕАD_ВLUЕ("Местоположение и имя файла изображения") [инструкции и описания на сайте http://www.ptc.com/products/mathcad/ и в справке к приложению], далее по полученным таблицам находят средние значения каждого цветового компонента Red, Green, Blue и складывают их. Затем таким же образом находят суммы цветовых компонентов Red, Green, Blue для каждого из стандартных растворов формазина мутностью, соответствующей 200, 100, 50, 25, 12,5 ЕМ/дм3, и дистиллированной воды, мутность которой принимали равной 0 ЕМ/дм3. По полученным значениям строят градуировочный график в координатах величина мутности, ЕМ/дм3 - сумма цветовых компонент Red, Green, Blue, у.e., который затем приводят к линейному виду в среде табличного процессора Excel 2007 [Мачула В.Г. Excel 2007 на практике / В.Г.Мачула. - Ростов на Дону: Феникс, 2009. - 160 с.] с доверительной вероятностью не менее 0,95 путем линейной аппроксимации (фиг.3).
Затем питьевую воду из городского трубопровода без предварительной пробоподготовки переносят в кювету из кварцевого стекла с прозрачным дном с габаритными размерами 60×25×27 мм, кювету с анализируемой пробой помещают в устройство, принцип действия которого представлен на фиг.1, устройство ставят на стекло планшетного сканера hp scanjet 3570с и накрывают крышкой сканера со встроенным слайд-адаптером, на персональном компьютере с установленной операционной системой Windows XP Professional, программой Mathcad 13 и стандартными драйверами для сканера [инструкции и описания на сайте http://www.welcome.hp.com/] запускают бесплатный менеджер графических файлов XnView [инструкции и описания на сайте http://www.xnview.org/], выполняют сканирование в режиме «Сканирование слайдов с АПП» в цветовом режиме True Color с оптическим разрешением сканирования 200 dpi, при этом свет от осветителя сканера, отражаясь от зеркала устройства, проходит через кювету с питьевой водой, а свет, частично рассеянный дисперсной системой, проходит через отверстие в дне устройства, попадая через стекло планшетного сканера hp scanjet 3570с на его движущийся сенсор (фиг.2), результаты с которого передаются в виде цифрового изображения на компьютер по стандартному интерфейсу передачи данных USB 2.0, в менеджере графических файлов XnView выделяют инструментом «выделение прямоугольной области» изображение отверстия в дне устройства и сохраняют его отдельным файлом изображения, затем раскладывают его на цветовые компоненты Red, Green, Blue в среде программы Mathcad 13 с помощью команд D:=RЕАD_RЕD("Местоположение и имя файла изображения"), D:=RЕАD_GRЕЕN("Местоположение и имя файла изображения"), D:=RЕАD_ВLUЕ("Местоположение и имя файла изображения") [инструкции и описания на сайте http://www.ptc.com/products/mathcad/ и в справке к приложению], далее по каждой из полученных таблиц находят среднее значение, затем по сумме средних значений цветовых компонент Red, Green, Blue по градуировочному графику определяют величину мутности питьевой воды - 1,95 ЕМ/дм3.
Величина мутности питьевой воды из городского трубопровода, установленная по ГОСТ 3351-74, составила 1,9 ЕМ/дм3. Таким образом, относительная погрешность предложенного способа количественного определения мутности жидких дисперсных систем и устройства для его определения составила 2,6% относительно прототипа.
Предложенный способ количественного определения мутности жидких дисперсных систем и устройство для его осуществления позволяют:
- качественно и количественно определять мутность жидких дисперсных систем в широком интервале их оптической плотности;
- экспрессно, доступно и универсально проводить анализ;
- удешевить и упростить методику определения мутности;
- сохранять данные в цифровом виде;
- создавать электронную базу данных анализируемых изображений жидких дисперсных систем.
1. Способ количественного определения мутности жидких дисперсных систем, характеризующийся тем, что пробу исследуемой жидкой дисперсной системы без предварительной пробоподготовки переносят в кювету из кварцевого стекла с прозрачным дном, помещают ее в кюветодержатель устройства для определения мутности, которое ставят на стекло планшетного сканера и накрывают крышкой сканера со встроенным слайд-адаптером и подсоединенным к нему персональным компьютером с установленной операционной системой Windows, программой Mathcad и стандартными драйверами для сканера, запускают бесплатный менеджер графических файлов XnView, выполняют сканирование в режиме «Сканирование слайдов с АПП» в цветовом режиме True Color с оптическим разрешением сканирования 200 dpi, при этом свет от осветителя сканера, отражаясь от зеркала устройства, проходит через кювету с анализируемой пробой, а свет, частично рассеянный дисперсной системой, проходит через отверстие в дне устройства, попадая через стекло планшетного сканера на его движущийся сенсор, результаты с которого передаются в виде цифрового изображения на компьютер по стандартным интерфейсам передачи данных RS - 232, USB 2.0, SCSI, в менеджере графических файлов XnView выделяют инструментом «выделение прямоугольной области» изображение отверстия в дне устройства и сохраняют его отдельным файлом изображения, затем раскладывают его на цветовые компоненты Red, Green, Blue в среде программы Mathcad, далее по каждой из полученных таблиц находят среднее значение, затем по сумме средних значений цветовых компонент Red, Green, Blue по градуировочному графику определяют величину мутности исследуемой жидкой дисперсной системы в ЕМ/дм3, градуировочный график строят по суммам средних значений цветовых компонент Red, Green, Blue, полученных для сканированных изображений стандартных растворов формазина с мутностью, соответствующей 400, 200, 100, 50, 25, 12,5 ЕМ/дм3, и дистиллированной воды, мутность которой принимали, равной 0 ЕМ/дм3, в координатах величина мутности, ЕМ/дм3 - сумма цветовых компонент Red, Green, Blue, у.е., который затем приводят к линейному виду в среде табличного процессора Excel.
2. Устройство для количественного определения мутности жидких дисперсных систем представляет собой корпус из непрозрачного материала с габаритными размерами 155×140×40 мм с крышкой из того же материала с габаритными размерами 155×140×5 мм, днищем из того же материала, в центре которого выполнено сквозное отверстие круглой формы диаметром 10 мм, установлены кювета из кварцевого стекла с прозрачным дном габаритными размерами 60×25×27 мм и кюветодержатель, расположенный на внутренней стороне днища корпуса на расстоянии от центра днища 13 мм влево и 13 мм вправо вдоль его поперечной оси и 30 мм влево и 30 мм вправо вдоль его продольной оси таким образом, чтобы отверстие в днище корпуса располагалось по центру дна кюветы, и зеркалом с габаритными размерами 25×25 мм, которое закреплено на внутренней стороне днища корпуса поперек его продольной оси под углом 45° к задней стенке корпуса вплотную к ней, при этом в крышке корпуса выполнено сквозное отверстие прямоугольной формы габаритными размерами 18×25 мм, расположенное над зеркалом таким образом, чтобы свет от осветителя сканера, проходя через это отверстие в крышке, отражался от зеркала и проходил через кювету с анализируемой пробой.
