СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СПИРТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G01N21/00 

Изобретение относится к пищевой промышленности и может найти применение в системах контроля качества алкогольной продукции.

Известен способ (патент РФ 2082967, МКИ G01N 3/14, Бюлл. №18, 1997 г.), определение концентрации спирта в водных растворах и устройство для его осуществления.

Способ включает отбор пробы исследуемого раствора, помещение кюветы с пробой на пути оптического луча, измерение поглощения излучения в кювете на предварительно определенных характеристических длинах волн.

Устройство для определения концентрации спирта в водных растворах содержит источник света, емкость с раствором, устройство сопряжения, измерительное фотоприемное устройство, вычислительное устройство.

Существенным недостатком этого способа и устройства является наличие носителя проб, ограничивающего перечень проверяемых растворов, требующего для своей работы манипулирующего устройства, устройства распознавания изображения, наличие на производстве специальной службы, поддерживающей эталонность растворов во времени (учитывая фактор их старения: испарения алкоголя, расслоение и сбраживания растворов и т.д.); отличается громоздкостью, сложностью технического обслуживания, не является универсальным средством, которое могло бы быть применено на вино-водочном производстве с широкой номенклатурой производимых растворов.

Способ определения концентрации спирта, принятый в качестве прототипа (патент РФ 2207564, МКИ G01N 33/14, пр. 21.03.2001 г., публ. 27.06.2003 г.), состоит в помещении емкости с исследуемым раствором на пути оптического луча, измерении поглощения излучения источника исследуемым раствором, обработке полученных результатов и вычислении крепости раствора.

Устройство для осуществления этого способа содержит оптически связанный излучатель, емкость с раствором, измерительное фотоприемное устройство, выход которого связан через устройство сопряжения с вычислительным устройством.

Существенным недостатком этого способа и устройства является измерение абсолютного значения интенсивностей, что требует введения дополнительного канала и введения нормировки по показателям данного канала, а также наличие прокачной системы и необходимости заблаговременного внесения данных о содержании сахара в исследуемых образцах. В итоге данное техническое решение, отличаясь громоздкостью, дороговизной, не является универсальным средством, которое могло бы быть применено на вино-водочном производстве с широкой номенклатурой производимых растворов.

Задачей данного изобретения является обеспечение непрерывности измерения содержания спирта в емкостях (бутылках) без их вскрытия и повышения точности определения количества спирта в вводно-спиртовых растворах без дополнительной информации о содержании в них сахара.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, состоящем в помещении емкости с исследуемым раствором на пути оптического луча, измерении поглощения излучения источника исследуемым раствором, обработке полученных результатов и вычислении крепости раствора, измерение поглощения источника излучения исследуемым раствором и емкостью без раствора проводят для оптического луча длиной волны 660-790 нм. Измеряют не абсолютные интенсивности прошедшего излучения, а коэффициенты поглощения. Измерение поглощения излучения источника емкостью без исследуемого раствора проводят путем переворачивания емкости с раствором на 180°. Влияние мешающих добавок исключают путем нормирования коэффициентов поглощения на рабочих длинах волн на коэффициент поглощения на длине волны, где нет поглощения спирта и воды. Определение концентрации спирта проводят по заранее построенному уравнению регрессии.

Устройство определения концентрации спирта, содержащее оптически связанный излучатель, емкость с раствором, измерительное фотоприемное устройство, выход которого связан через устройство сопряжения с вычислительным устройством, дополнительно после излучателя введены световод, согласующая линза, устройство переворачивания емкости с исследуемым раствором, согласующая линза, световод, при этом излучатель имеет длину волны 660-790 нм. В качестве источника излучения применяется лампа накаливания. В качестве измерительного фотоприемного устройства используется полихроматор.

На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.

На фиг.2 приведены спектры коэффициентов поглощения, полученные нами, в области 660-790 нм для воды и этилового спирта.

Предлагаемое устройство включает источник излучения сплошного спектра (лампа накаливания) 1, емкость 2 с исследуемым раствором, измерительное фотоприемное устройство 3, устройство сопряжения 4, вычислительное устройство 5, световод 6, согласующую линзу 7, устройство переворачивания емкости 8, согласующую линзу 9, световод 10.

Заявляемый способ определения концентрации спирта реализуется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.

Излучение от лампы накаливания 1 через световод 6 и согласующую линзу 7 параллельным пучком подается на емкость 2 с исследуемым раствором. После прохождения через раствор излучение с помощью согласующей линзы 9 и световода 10 заводится на входную щель фотоприемного устройства (полихроматора) 3, где регистрируется спектр, который запоминается через устройство сопряжения 5 в вычислительном устройстве 4. Для регистрации спектра источника излучения, прошедшего через чистую емкость (или пустую кювету, в случае измерения отобранной пробы жидкости) поворотное устройство 8 опрокидывает исследуемую емкость на 180°, вверху емкости 2 образуется воздушный промежуток, а так как излучение подводится через световоды 6 и 10, то изменение в оптической схеме не происходит. При этом регистрируется спектр пропускания пустой емкости, который также записывается в вычислительном устройстве 4. Далее проводят вычисления концентрации спирта с помощью уравнения регрессии, построенного заранее по калибровочным образцам растворов спирта. Уравнение линейной регрессии имеет вид соотношения:

где С_r - концентрация анализируемого раствора с номером m; C₀÷C_n - коэффициенты регрессии; - коэффициенты поглощения раствора с номером m для n длин волн излучения.

Измеряют коэффициенты поглощения трех калибровочных растворов с известными концентрациями на двух рабочих длинах волн, равных λ₁=740 нм, λ₂=770 нм, а опорная длина волны равна λ_оп=665 нм. Проводят корректировку полученных коэффициентов поглощения на рабочих длинах волн на коэффициент поглощения на опорной длине волны, находящейся в области длин волн, где отсутствует поглощение раствора (т.е. делят значение коэффициентов поглощения на рабочих длинах волны на коэффициент поглощения на опорной длине волны). По скорректированным коэффициентам поглощения рассчитывают коэффициенты С₀, С₁, С₂ для уравнения регрессии. Рассчитывают уравнение регрессии, представленное в линейном виде для n=2. Измеряют коэффициенты поглощения источника исследуемым раствором на трех длинах волн одновременно. Производят корректировку коэффициентов поглощения на коэффициент поглощения на длине волны λ_оп, измеренный одновременно с коэффициентами поглощения на λ_p. Подставляют скорректированные коэффициенты поглощения исследуемого раствора в уравнение регрессии и рассчитывают концентрацию спирта.

Предлагаемый способ измерения позволяет упростить процедуру построения уравнения регрессии и повысить точность расчета концентрации спирта за счет учета всех неконтролируемых изменений путем корректировки коэффициентов поглощения на рабочих длинах волн на коэффициент поглощения в области длин волн, где отсутствует поглощение воды и спирта, измеренного одновременно с коэффициентами поглощения на рабочих длинах волн.

Сущность изобретения состоит в помещении емкости с исследуемым раствором на пути оптического луча, измерении поглощения излучения источника исследуемым раствором, обработке полученных результатов и вычислении крепости раствора, измерение поглощения источника излучения исследуемым раствором и емкостью без раствора проводят для оптического луча длиной волны 660-790 нм. Измеряют не абсолютные интенсивности прошедшего излучения, а коэффициенты поглощения. Измерение поглощения излучения источника емкостью без исследуемого раствора проводят путем переворачивания емкости с раствором на 180°. Технический результат - обеспечение непрерывности измерения содержания спирта в емкостях (бутылках) без их вскрытия и повышение точности определения количества спирта. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения концентрации спирта, состоящий в помещении емкости с исследуемым раствором на пути оптического луча, измерении поглощения излучения источника исследуемым раствором, обработке полученных результатов и вычислении концентрации спирта в растворе, отличающийся тем, что измерение поглощения излучения источника исследуемым раствором и емкостью без раствора проводят для оптического луча длиной волны 660-790 нм.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении поглощения излучения источника измеряют коэффициенты поглощения.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение поглощения излучения источника емкостью без исследуемого раствора проводят путем переворачивания емкости с раствором на 180°.4. Способ по п.2, отличающийся тем, что влияние мешающих добавок исключают путем нормирования коэффициентов поглощения на рабочих длинах волн на коэффициент поглощения на длине волны, где нет поглощения спирта и воды.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение концентрации спирта проводят по заранее построенному уравнению регрессии.6. Устройство определения концентрации спирта, содержащее оптически связанные источник излучения, емкость с раствором, измерительное фотоприемное устройство, выход которого связан через устройство сопряжения с вычислительным устройством, отличающееся тем, что дополнительно после источника излучения введены световод, согласующая линза, устройство переворачивания емкости с исследуемым раствором, согласующая линза, световод, при этом излучатель имеет длину волны 660-790 нм.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве источника излучения применяется лампа накаливания.8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве измерительного фотоприемного устройства используется полихроматор.