Способ определения протеина в воздушно-сухих смесях Советский патент 1992 года по МПК G01N33/02 

L

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для экспресс-контроля всех воздушно-сухих смесей, качество которых оценивается по содержанию протеина. Цель изобретения - повыиение производительности определения содержания лрог1 теина в воздушно-сухих смесях. С помощью частотомера1 5 измеряют резонансную частоту колебательного -контура, состоящего из катушки индуктивности 2 с капсулой 1 и конденсатора 3. После этого навеску смеси выдерживают 60 с в камере с регулируемой влажностью, затем помещают в капсулу и измеряют резонансную частоту контура. Массовую долю протеина в воздушно-сухой смеси определяют по разности частот, отнесенной к резонансной частоте контура без навески и величине навески смеси.. 5 ил., 7 табл. ё ш

Фиг.1

vl

ел

ГС

|

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для экспресс-контроля всех воздушно- сухих смесей, качество которых оценивается по содержанию протеина.

Цель изобретения - повышение производительности определения содержания протеина в воздушно-сухих смесях.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - 4 - графики резонансных частот; на фиг. 5 - схема расположения воздушно-сухой смеси в камере. , , , .

Устройство состоит из генератора 4 во входную цепь которого включен колебательный контур, состоящий из катушки 2 индуктивности, внутри которой расположена капсула 1 и конденсате- ра 3. Выход генератора-соединен с измерителем 5 частоты.

Способ осуществляется следующим образом .

С помощью частотомера 5 измеряют резонансную частоту колебательного контура, состоящего из катупки 2 ин- дуктнвности с капсулой 1 и конденсатора 3. После этого навеску смеси выдерживают 60 с в камере с регулируемой влажностью, затем помещают в капсулу и измеряют резонансную частоту контура. Разность между резонансной частотой контура с пустой капсулой и с капсулой, заполненной навеской из воздушно-сухой смеси, дает сдвиг резонансной частоты. Массовую долю протеина в воздушно-сухой смеси определяют по разности частот отнесенной к резонансной частоте контура без на- .вески и к величине навески смеси. Калибровку прибора производят с использованием метода определения массовой доли протеина по Къельдалю.

П р и м е р 1. Навеску воядутно- сухой смеси, состоящей из крахмала, пшеницы и бобов массой 5 г, выдержанную при постоянной относительной влаж

45 ной ошибки, определяемой классом точ ности применяемых приборов для измерения частоты. В качестве приборов в предлагаемом устройстве были ис& пользованы частотомер 43-35 и знали-

ности 76% в течение 1 мин, помещают

в капсулу и измеряют резонансную час- 50 тические весы. В соответствии с пастоту (фиг. 2). портными данными этих приборов 9

0,27%.

Собственная частота колебании контура (без навески) 5.4488.3 МГц, разности слзнгй 0,004452 МГц или по отношению к массе навески и к резонансной частоте без навески 163,41

, ю-61

что соответствует массовой

з

7075274 ,

«

доли протеина 13,06%. Относительная погрешность 0,69%.

Приме р 2. Навеску воздушно-сухой смеси, состоящей из комбинированного силоса (травяной клевер, свекла, зерносмесь, травяная мука) массой 5 г, выдержанную при постоянной относительной влажности 76% в течение 1 мин, помещают в капсулу и измеряют резо- - нансную частоту (фиг. 3).

Собственная частота колебательного- контура (без навески) 5,445912 МГц, разность сдвига 0,001896 или по отношению к массе навески и к резонансной

30

частоте без навески 116,05-10 -, что

соответствует массовой доли белка 4,4%. Относительная погрешность 0,69%.

Приме р 3. Воздушно-сухую навеску из яйца, мяса, пшеницы, бобов и крахмала массой 5 г выдерживают при постоянной влажности 80% в течение 1 мин, помещают в капсулу и измеряют резонансную частоту (фиг. 4).

Собственная резонансная частота колебательного контура (без навески) 5,446097 МГц, разность сдвига 0,003374 МГц или по отношению к массе навески и к резонансной частоте бея

навески

i

123, -,

что соответству-ет массовой доли протеина 95%. Относительная погрешность 0,5%.

Точность определения массовой доли протеина определялась согласно методическим указаниям Госстандарта МИ23-74. Методика экспертизы нормативов точности в проектах стандартов

на сырье и материал и на методы испытания их химического состава и фн- зико-химических свопстп. Полная относительная ошибка Ј 0+о, где б - величина систематической относительной ошибки, определяемой классом точности применяемых приборов для измерения частоты. В качестве приборов в предлагаемом устройстве были ис& пользованы частотомер 43-35 и знали-

портными данными этих приборов 9

0,27%.

Случайнгл относительная ошибка определяется по формуле

-

Ј,г

(1)

Для доверительной вероятности ,975, ,96, а абсолютное среднеd ,5Л ,88 -Iff6-.

квадратичное отклонение RT. оттредей г

ляется выражением

81;Го()(2) где d - значение допустимых расхожде- шш между наиболее отличающимися данными D ряду параллельных определении и S ; п - число параллельных опрсдслеHI т.

Для .доверительной вероятности Р - 0,95, q(P(,п)2,77. Для расчета случайной относительной опибки было про- ведено 25 параллельных определений (табл. 1) воздугто-cyxoft смеси с содержанием протеина 13,06%.

В табл. . дай состав снлосовоздуп- но-сухой смеси при массе образца 5 г, относительной влажности среды 767.

В табл. 3 дани выборочные значения воздушно-сухой смеси мясо - яйцо - зерно (масса образца 5 г, относительная влажность среды 30%). На основании данных табл.3 находим .-61 г

Из выражения (Л) находим среднеквадратичное отклонение при

j. 4i881n t S$,r 2,77 Тз,85

.

В относительных единицах средне- квадратичное отклонение -1 0,352.НГС ПТг Тёз7оТ7Тп.П02.16.

Подставлял в выражение (1), нахо- пимоС-1,96-0,00216 0,,42%. Полная относительная ошибка g -0,27+ +0,,69%.. Табл. 4 иллюстрирует проводимые расчеты.

i

В табл. 5 дай расчет необходимого для проведения одного анализа времени

Время, необходимое для выдержки в камере с регулируемой влажностью можно значительно уменьшить, если од- новременно закладывать в камеру несколько десятков образцов.

Таким образом, из табл. 5 видно, что анализ одного образца длится порядка 82 с, 1 мин 30, с, что позволяе проводить 350 анализов за Я-час опух смену.

Необходимость поддержания постоянной относительно влажности спедм, в

-0,352х

5

Q

0

5

которой перед измерениями находятся воздушно-сухие смеси, поясняются графиками на фиг. 2, которые получены для трех значений относительной влажности. Влажная окружающая среда проникает в пространство между частицами воздушно-сухой смеси и приводит к несовпадению градуированных графикой, а этом в свою очередь дает значительную- ошибку в определении массовой доли протеина в воздушно-сухой смеси.

Общая влажность биологических материалов-(в том числе и корма) складывается из первоначальной влажности и гигроскопической влажности. Первоначальная влажность включает физико-механическую связь влаги с материалом и считается свободной влагой, а гигроскопическая влажность - химическую и физико-химическую связь влаги с материалом и считается связанной влагой.

Для получения образцов с приблизительно одинаковой исходной влажностью необходимо удалить первоначальную плату, т.е. высушить образцы до ноздушю- сухого состояния (методика этой one-t рации известна).

При удалении образцов из печи, где они были доведены до воздушно-сухого состояния, происходит их насыщение свободной влагой из окружающей среды, причем степень насыщения зависит от относительной влажности окружающей среды. Так как в помещении, где производятся измерения, влажность не поддается регу. гироваиию п является есте- стпенно-метерлологнческой, то при повторении измерений через определенный промежуток времени (час, сутки и т.д.) возможна другая влажность, а следовательно, и другие параметры, измеренные предлагаемым способом (фиг. 2). Создаются условия неповторяемости результатов от опыта к опыту на одних и тех же образцах. Для устранения этого нежелательного эЛфекта образцы после доведения до воздушно-сухого состояния помещают в камеру с фиксированной относительной влажностью 76-80%, которая является наиболее вероятной в помещениях с температурой в пределах +20 С. Время вцдержки в такой камере и толщина слоя образца, помещаемого ; камеру, рассчит шаются ниже на основании решения уравнения диффузии пара в порошкообразную среду.

Допустим, что воэдупно-сухая смесь находится в среде I г. относителт.ной

71707527

влажностью , л элтем помещается в камеру с фиксированной относительной влажностью (среда II). НахоЬ

днм абсолютную влажность. .Тля $ 60%

тельно, сократится время на проведение одного анализа.

Используя уравнение диффузии, рас счнтыпаем изменение массы плагн, ког

она равна п Ю,392 г/м1, а для а -76% да воздупнл-сухяя смесь, находящаяся

га,-,-136559 г

/м5. На фиг. 5 предстапле- на схема расположения воздумно-сухой смеси сразу же после ее помещения в камеру с Аикснрованной влажностью, то,ю есть л момент времен .- Для определения времени проникновения влаги из среды II в среду I воспользуемся решением уравнения диффузии для плоского слоя5

в окружающей среде с относительной влажностью 40%, помещается в камеру с относительной влажностью 76%. Аналогично гтредылупему случаю находим nt(x,t)n|-,-( ,,,)0(Z),

п,},- масса подяных паров в среде с относительной влажностью 907. (,588 г);

ni|j - масса модяных паров в среде - с относительной влажностью 76% (п,«13,559 г.).

1п

„ ... dn ЭхГ dt

(3)

Будем находить репение уравнения. (3) для граничного условия в виде ступенчатой функции

п.

j

для n(0,t) |

.

и для начального условия , т(,г)П|-,, iXxcoo.

Решение уравнения (1) для граннчню го и начального условий известно из курса математической гЪнзикн и дается выражением ., n(x,t)--n,j-(mjj-mj)$(7.),

„ х

где . I--I

D - коэффициент диффузии,

ъг p(Z)Je dfl.

о Рассчитаем процесс диффузии п слое

сьтучего материала толдииой . ,Для газа, насыщенного водяным парпм ,45 1 Гвм2/с.

Результаты расчета представлены в табл. 6. При толщине слоя 2 см поз душно-сухая смесь, находящаяся ранее в среде с относительной влажностью 60% набирает относительную платность камеры в 76% в течение 1800 с (30 мин При выдержке в камере менее 18ЛО с (40 с, 80 с и т.д.) процесс диффузии не будет завершен и различные слои воздушно-сухой смеси будут иметь раз лич«ую влажность. В материалах заявк указано время выдержки образца в камере в течение 1 мин.- Для получения этого результата в камере одновременно выдерживают 3° образцов. Если же п камере с регулируемом влачт ностью помеплть более 31 обрлзпоп, то время выдержки одного образца н амере будет менее 1 мин, а следова

тельно, сократится время на проведение одного анализа.

Используя уравнение диффузии, рас- счнтыпаем изменение массы плагн, когда воздупнл-сухяя смесь, находящаяся

5

0

5

5

0

15

10

55

в окружающей среде с относительной влажностью 40%, помещается в камеру с относительной влажностью 76%. Аналогично гтредылупему случаю находим nt(x,t)n|-,-( ,,,)0(Z),

п,},- масса подяных паров в среде с относительной влажностью 907. (,588 г);

ni|j - масса модяных паров в среде - с относительной влажностью 76% (п,«13,559 г.).

Расчет п(х,Ј) дан в табл. Л и на фиг. 2 для различного времени шодерж- ки в камере с относительной влажностью 76%. Таким образом, из выше рас- ,смотренного расчета видно, что. при помещении воздушно-сухом СМРСН из среди с большей или меньшей относительном влажностью п камеру с относительной постоянном влажностью достаточно пы- держияать образцы в каморе в течение 30 мин.

Для исключения влтпня того, что разная смесь С удет по-разному впитывать вллгу вследствие наличия разных брлк- цнй частиц, а следовательно, разного суммарного объема воздуха в межчастичном объеме, воздушно-сухая смесь про- сеивлется и выделяется смесь с определенными размерами частиц (например, менее О,5 мм).

Результаты расчета изменения мея- частичнон влаги при перемещении смеси из среды с влажностью в камеру с влажностью 76% представлены в табл. 7.

Таким образом, авторы считают, что , исходными требованиями к действию способа являются: наличие воздушно-сухой смеси, выделение из смеси гЬракщг с определенными размерами частиц (например, менее 0,5 мм), выдержка в камере с постоянной фиксированной влажностью группы образцов (не менее 30) в течение 30 мин.

I

Для исследования применимости предлагаемого спосо.ба на определение протеина использовалась двухкомпонентная смесь, охватывающая диапазон изменения протеина от П§Д37 до 23,187% (тлбл.1). Каждая экспериментальная точка фиг.2 была получена следующим образом. Образец, предназначенный, для измерения,

делится на 5 равных частей и каждаяприводятся расчеты во всем диапазоне

часть измерялась пятикратно, т.е. дляизмерений, т.е. для всей табл.1,

одной экспериментальной точки фиг.2Образец № 6. Содержание протеина

было проведено 25 измерений. Ниже, 23,187%.

-6 Q i, 1 г 1,96-0,00353 0,,69%; Среднеквадратичное отклонение при Ј 0,27+0,,96%. .

S-1-JJA -lL- ji n- 0 доя-Ю - Образец № 4. Содержание протеина У Г 2,7 -&5 П 85 г- 17,871%.

1 16 I 10 18

П

,- 138,86 140,62142,05 143,63 144,48

f тп г л V Ь Я

(« , . д,1 525(f)c 142,27., ю 1,

,62. .96.0.00285-0,0056,561;

в г ,,27+0,,83%.

1 5,62- Ш в 5,62-10 -61

Л1 г 13 RS--- 0,406-10 - 5Образец № 2. Содержание протеина

Г 2,77 М аЬ . -. г 20,625%.

EZnZIZEi° ZI ZZI

- 140,43141,65 142,86 144,84 Г & Ь Я; f,5

, 40,43 141,65142,86 144,84 143,4l

Cfo,-..« ,1, . -Д|11 -1 о,оо222;

,9-4t 4,41-lO 6 i;. 1,96-0,00222 0,00435 0,435%;

г

. 318X6 0,27+0,,705%.

,г 7 77 13,85 . . Образец К 9. Содержание протеина л,/ / )..;

6 1 7°Г/

«Ю f i

П | 1|6Г 10 Г 15 Г 25

,- 141,72145,13146,89 145,20 144,51

Ук,.fj-uo

25

.17-1(Tei;

,n-6

t 5,17- 1П в 5,17НГГб

5 : ;л;гЈгтз7ёг----° з

2,77 J2T

(-)д-148,40 КГ ; f«m f г

,59-10- 1; , 1 3a59 ,- .ТТ ГГ 13 85

(X 1,96-0,00179 0,00351 0,351%;

,f ,27+0,,621%.

в О Cn. 4

c 1 3,591(,59, п -,0,л-вГ

,/эуч -,Образе.ц ff 10. Содержание протеи.- ,на 19,4%.

Т

izzir

.1. -ii45-24

0,

148,АО

.«p-148-07 1 ;

s 1 Ь 101 5А43:10:1

Г 2,77 & 13 85

«f -148 81 10

d-us- M-3 59-10 ;s

,,00174 0,00341 0,341%; 6-0,27-1-0,,611%.

fL f 9 J - § W I F /в

01 3.59 Ш 3А59.КГ6,Q -И. ---р 13785 - у 11- ; Образец № 5. Содержание протеина 2,77 18,187%.

1707527

12

-с

-1 0 373-10- . 7ГТ447430(Г 00258

tf-1,96-0,00258 0,00506 0,506%; ,27+0,,776%.

Образец ff 8. Содержание протеина

20,187%.

(X 1,96-0,00179 0,00351 0,351%;

.1

i

150,67 4. e

148,18

148,69

-€

ъ.

Od 1,96-0,00265 0,00519 0,519%; 6-0,27-Ю,519-0,789%.

Образец №11. Содержание протеи- на 19,1%.

-s 1 0,259 MO

srrT48:8T-To-f °.°0174;

t-«

5,r T4878T To:

,,00174 0,00341 0,341%; 6-0,27-1-0,,611%.

9 J - § W I F /в

Образец № 5. Содержание протеин ,187%.

П

EZm

- Ј-106, i 152,18 f mг

153,17

,Af

-152,95.1П-1;

-

,35.1(Гв1;л-6

1 Г.А35.10 в 2.35. г --.Tl RS-- 0,17 й 2,77 лП 1385

, 1 152,51 f пг

148,9 4

ср-151.80 0 5 d-,,- 5,68-10-.

. з.

7,г

но 6-1,

0,41

ДС

Г-)ср..55;50.,

d-S№-&f-6,(,. ,.

rrf

15

18

I 20

154,02 flf-18

151,67

20

„-

Б.ООШ

( 1,96.0,00111 0,00218 0, 21 8%; ,27+0,218%.

Образец I 1. Содержание протеина

17,25%.

151,61

154,58

ft -

152,38

ОМ,96. 0,,00529 0,529%; ,27+0,,799%.

Образец № 7. Содержание протеина 16,875%.

Ъ -ТзШто-т-0. -1,96 -0,00306 0,,6%; ,27+0,,87%.

l 2ilZ22lQll

17

1707527

,Af

(1:5)-172,7.. dH4 5,14-10 -1.

n-b

I V179-96 10 d-fM-S,-9,54-10- l;

s if-1-.-9- - &№№&«

Ot 1,96-0,00383 0,,75%; ,27+0,,02%.

Формула изобр етения

Способ определения протеина в воз- дугано-сухих смесях, включающий помещение смеси в электромагнитное поле и 50 измерение величины взаимодействия электромагнитного поля со смесью, о т

0/ 1,96.0,00215 0,00421 41,421%; ,27+0,,69%. Образец № 22. Содержание протеи

л и ч а ю Р; и и с я тем, что, с целью повышения производительности, смесь размельчают и разделяют на фракции, после чего измеряют массу одной из фракций и данную Фракцию выдерживают при относительной влажности 76-80%, измеряют резонансную частоту электромагнитного поля контура без смеси, а в качестве величины взаимодействия электромагнитного поля со смесью используют частоту электромагнитного поля контура, в котором расположена смесь, после чего определяют вел1гчину отношения разности частот электромагнитного поля без смеси и со смесью к произведению частоты электромагнитного поля без смеси на массу фракции смеси, и по значению величины этого отношения судят о содержании протеина в данной смеси.

19

1707527

20 Таблица 1

21

22 Таблица

nI t I 6 I 1П . | 15 Г 20 Г 23 225

f

n

, - 162,5/ |6П,77 163,/И 165,65 Мб- I-V

163,66 163,19163,35

. Табли Операция/Вре

Измерение частоты колебательного контура без навески и запись результата измерения5 Выдержка навески в камере . с регулируемой влажностью 60 Наполнение капсулы лоздуш- но-сухом смесью 2 Измерение частоты колебательного контура с навеской и запись результата измерения -5 Определение содержания протеина по градуированному градиенту

10

t, с

X, М

1707527

22 Таблица

163,66 163,19163,35

. 60 2 5

10

Таблицаб

P(Z)

inrml)),-|m(x,t), г/м3г/мз .

30 (- Яд, %

,

20

«

7Z%

ЧЬ-1W

150

г /ta,%

/Л7

;/г Лиг. 2 У-/

О

105

по

Фиг.З

М0%

#

115

120

по

т бо №

ы /Ј«

/ ////

среда L

j

№

200

H

0 $:fSfS&

М

/

&иг. 5