CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯƠNG NƯỚC
4.3 PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY GIÁN TIẾP ĐỂ ƯỚC TÍNH LƯỢNG NƯỚC BẰNG CÁCH ĐO O BRIX
4.3.1 Ước lượng nồng độ bằng khúc xạ kế
Chỉ số khúc xạ là một hệ quả của sự thay đổi tốc độ ánh sáng trong các môi trường khác nhau, được xác định bằng tỷ số giữa vận tốc ánh sáng trong chân
không với vận tốc ánh sáng trong môi trường. Nếu ánh sáng trong chân không là tia tới theo đường biên bề mặt phẳng với môi trường, thì chỉ số khúc xạ cũng là tỷ số của sin góc tới của tia ánh sáng trong chân không và sin của góc khúc xạ trong môi trường.
Chỉ số khúc xạ của một chất so với không khí là tỷ lệ giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ của chùm tia sáng truyền từ không khí vào chất đó. Trong thực tế thường được sử dụng không khí là môi trường tham khảo chứ không phải là chân không. Chỉ số khúc xạ của không khí ở 1 atm, 25°C là 1.00027, giá trị này có thể được sử dụng như một hằng số để xác định chỉ số khúc xạ thực của hệ thống.
Chỉ số khúc xạ là một đặc tính vật lý của môi trường, nó phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng và nhiệt độ đo. Nó có thể được xác định bằng cách nhận dạng góc phản xạ tới hạn, đó là góc tới, góc giới hạn giữa bề mặt ranh giới của một tia ánh sáng trong môi trường mà tại đó góc khúc xạ bằng 90o. Bất kỳ tia ánh sáng bên trong môi trường đến bề mặt với một góc tới lớn hơn góc giới hạn sẽ bị phản xạ nội toàn phần.
Trong thực tế, góc phản xạ tới hạn được đo tại biên của chất lỏng bằng lăng kính thủy tinh có chỉ số khúc xạ đã biết, chứ không phải tại biên của chất lỏng với khí. Một thiết bị thông dụng là khúc xạ kế Abbe có sử dụng lăng kính bù trừ (lăng kính Amici) cho phép sử dụng ánh sáng trắng để xác định chỉ số khúc xạ ánh sáng của bước sóng của dòng sodium D (kết quả đọc tương ứng với vạch D của đèn natri). Điều này là một lợi thế vì nguồn ánh sáng trắng có sẵn hơn nguồn sodium D và do đó việc sử dụng khúc xạ kế cầm tay rất khả thi.
Yêu cầu đầu tiên là mẫu phải ở dạng dung dịch. Trong một vài thiết bị, dung dịch được đặt giữa hai lăng kính và hình ảnh của đường biên tia giới hạn được điều chỉnh để gặp mốc tham khảo. Sự điều chỉnh này để chỉ số khúc xạ
BM Quản lý Chất lượng Thực phẩm Trang 83 và đương lượng oBrix có thể được đọc từ một thang đo. Nhiệt độ mẫu phải được xác định, hoặc thiết bị phải có chế độ bù trừ nhiệt. Một số khúc xạ kế kỹ thuật số tự động sử dụng phương pháp trình bày mẫu tương tự nhưng chúng có thể tự động ghép đôi biên giới hạn tới mốc tham khảo. Một số loại thiết bị đo khúc xạ tự động khác không yêu cầu mẫu được đặt vào giữa hai lăng kính.
Thiết bị loại này yêu cầu mẫu được đặt trên bề mặt thủy tinh và sự phát hiện dựa vào phản xạ tới hạn bên trong đến thủy tinh. Trong thiết bị này sử dụng đầu dò điện tử và chế độ bù trừ nhiệt có thể được lập trình khi vận hành.
4.3.1.2 Cách tiến hành a. Dụng cụ, hóa chất
Khúc xạ kế Abbe (UPF-22 hoặc UPF-23 hoặc tương đương)
Máy điều nhiệt
Nhiệt kế chuẩn xác ( loại 4 E.2 )
Rượu etanola tinh khiết hoặc các dung môi tinh khiết khác.
(a) (b)
Hình 4.1: (a) Brix kế cầm tay, (b) Brix kế để bàn b. Chuẩn bị xác định
− Trước khi xác định, phải rửa bề mặt lăng kính của khúc xạ kế bằng vài giọt rượu hay dung môi khác, lau sạch và thấm khô bằng giấy lọc hoặc vải lụa sạch, mềm và không bị xơ bông.
− Nối máy điều nhiệt với vỏ lăng kính của khúc xạ kế và cho nước có nhiệt độ 20oC đi qua vỏ trong 15 đến 20 phút.
− Trước khi bắt đầu thí nghiệm, phải kiểm tra lại độ chính xác của thiết bị với nước cất hai lần, độ khúc xạ của nước cất này ở 20oC bằng 1,3330 hoặc theo chất lỏng mẫu kèm theo khúc xạ kế. Việc tiến hành kiểm tra dựa theo bản hướng dẫn kèm theo máy.
− Nếu khúc xạ kế không theo đúng chỉ số khúc xạ của nước hoặc mẫu nói trên, phải dùng núm hiệu chỉnh số 0 để hiệu chỉnh về độ chia cần thiết.
c. Tiến hành xác định
− Dùng pipet nhỏ một đến hai giọt mẫu lỏng lên bề mặt của lăng kính (bề mặt này đã được rửa sạch và làm khô từ trước), nhưng không được chạm pipet vào lăng kính, sau đó nhanh chóng kết hợp hai lăng kính và ép chúng lại.
Với những chất lỏng dễ bay hơi phải nhỏ qua lỗ vào khe giữa hai lăng kính. Nhẹ nhàng đặt ống nhìn ở vị trí nằm nghiêng.
− Điều chỉnh gương tương ứng với nguồn sáng tự nhiên hoặc nhân tạo sao cho có được sự chiếu ánh sáng mạnh nhất trường quan sát về xuất hiện ranh giới sáng tối (đen trắng).
Nếu ranh giới sáng tối có chút màu, thì phải quay lăng kính bù trừ để triệt tiêu màu. Nếu hai vùng sáng tối không thật rõ rệt thì cần rửa cẩn thận lăng kính ở chỗ tia sáng đi vào.
Sau đó từ từ quay núm quay gắn với thang chia độ hình cung cho đến khi ranh giới sáng tối cắt giao điểm hai vạch đen một cách chính xác và cân đối.
− Việc tính toán chỉ số khúc xạ được tiến hành nhờ một kính lúp ở thang chia độ hình cung theo vạch chia tương ứng với đường ngầm của thang.
BM Quản lý Chất lượng Thực phẩm Trang 85 dưới lên) sau đó lấy giá trị trung bình của năm lần đo, coi đó là kết quả xác định.
− Lấy giá trị trung bình số học của hai lần xác định song song làm kết quả thí nghiệm, đồng thời chênh lệch giữa kết quả hai lần đo không được vượt quá 0.0003.
− Sau khi kết thúc, phải rửa cẩn thận bề mặt lăng kính bằng rượu hoặc bằng các dung môi tinh khiết khác (điều này phụ thuộc vào độ hoà tan của chất nghiên cứu) và làm khô lăng kính như trước khi bắt đầu xác định.
4.3.1.3 Một số lưu ý
− Để xác định chỉ số khúc xạ ở các nhiệt độ cao hơn 20oC cũng phải làm tương tự nghĩa là cho nước có nhiệt độ cần thiết qua vỏ lăng kính của khúc xạ kế.
− Trong trường hợp nhiệt độ phòng cao hơn nhiệt độ cần xác định chỉ số khúc xạ thì phải làm theo một trong các phương pháp sau đây:
Tiến hành xác định trong các phòng có máy điều hoà nhiệt độ.
Đặt một chậu nước có làm lạnh bằng đá xuống dưới 20oC ngay cạnh máy điều nhiệt. Nước hồi lưu cho chảy qua một ống xoắn bằng kim loại đặt trong chậu rồi mới chảy về máy điều nhiệt. Phải chờ cho nhiệt độ vỏ lăng kính xuống 20oC (hoặc nhiệt độ cần thiết khác) rồi mới tiến hành xác định.
Nếu chất lỏng xác định có chỉ số khúc xạ tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ thì có thể xác định chỉ số khúc xạ ở hai nhiệt độ khác nhau rồi ngoại suy về nhiệt độ cần thiết.
− Trong trường hợp độ ẩm không khí lớn hơn nước thường đọng ở lăng kính khúc xạ kế làm mờ đi, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
Phải dùng giấy lọc hay vải sạch thấm khô lăng kính ở phần đi vào và đi ra của ánh sáng.
− Với những chất có nhiệt độ sôi quá thấp bay hơi rất nhanh, không nên mở lăng kính mà phải nhỏ chất lỏng nghiên cứu qua khe hở giữa hai lăng kính của khúc xạ kế.