Общефизические методы и технические средства, применяемые при контроле качества продукции

Методы и приборы для определения плотности

Плотностью вещества р называется количество массы т данного вещества в единице объема V. В соответствии с Международной системой единиц (СИ) плотность измеряют в кг/м3.

При исследованиях пищевых продуктов обычно определяют относительную плотность. Относительная плотность представляет собой отношение плотности испытуемого продукта к плотности стандартного вещества при определенной температуре. Для жидких пищевых продуктов таким стандартным веществом является вода при температуре 4 °С, при которой вода имеет наибольшую плотность, равную единице.

Относительную плотность исследуемого продукта определяют по формуле

где Pj — плотность исследуемого продукта, ;

р — плотность воды при 4 °С,

Подставляя значения рх и рв в формулу, получим

где т1 — масса исследуемого продукта, кг;

тв — масса воды, кг;

V — объем исследуемого продукта или воды, м3.

Обычно относительную плотность определяют при температуре продукта 20 °С. Для пересчета значений плотности в или, наоборот, в р“°с пользуются температурными коэффициентами

Относительная плотность с повышением температуры уменьшается, с ее понижением — увеличивается.

Относительная плотность жидких продуктов зависит не только от их температуры, но и от концентрации сухих веществ.

Показатели плотности важны при оценке качества молока, определении содержания сухих веществ в плодовых и ягодных экстрактах, содержания соли в рассолах, проверке крепости спирта и водки. При этом для каждого продукта пользуются таблицей, в которой приводится содержание вещества в растворе в зависимости от его плотности и температуры.

Для определения плотности чаще всего применяют пикнометрический и ареометрический методы.

Ареометрический метод используется для определения плотности молока, объемной доли спирта в алкогольных напитках.

Ареометр представляет собой стеклянный сосуд цилиндрической формы, запаянный с обоих концов (рис. 2.6). В верхней части прибор имеет узкую шейку с градуированной шкалой, внизу находится шарик, наполненный дробью. Внутри некоторых ареометров имеется термометр, которым можно измерять температуру исследуемого жидкого продукта.

Ареометр молочный (лактоденсиметр)

Рис. 2.6. Ареометр молочный (лактоденсиметр)

Существуют ареометры для определения плотности жидкостей тяжелее и легче воды. Шкалы этих ареометров градуируют в настоящее время при температуре 20 "С.

Определение плотности жидких продуктов ареометром основано на известном законе Архимеда. Ареометр, погруженный в жидкий продукт, будет свободно плавать тогда, когда его масса будет равна массе вытесненной им жидкости.

Пикнометрический метод определения плотности основан на определении массы равных объемов исследуемого продукта и воды при температуре 20 °С.

Пикнометр (от греч. pyknos — плотный и metreo — измеряю) — стеклянный сосуд специальной формы и определенной вместимости, применяемый для измерения плотности веществ в газообразном, жидком и твердом состояниях. Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нем вещества (обычно в жидком состоянии), заполняющего пикнометр до метки на горловине или до верхнего края капилляра, что соответствует номинальной вместимости пикнометра (рис. 2.7). Измерения объема значительно упрощаются, если вместо одной метки у пикнометра имеется шкала (рисунок 2.7, г).

Пикнометры для определения плотности

Рис. 2.7. Пикнометры для определения плотности: а — колбообразный с меткой и глухой притертой пробкой (для жидкостей); б — колбообразный с капиллярным отверстием в пробке (для жидкостей); в — колбообразный со съемной горловиной (для твердых веществ); г — U-образный капиллярный (для летучих жидкостей)

Плотность твердых тел определяют, погружая их в пикнометр с жидкостью. Для измерения плотности газов применяют пикнометры специальной формы (шаровидные и др.).

Основные достоинства пикнометрического метода определения плотности: высокая точность измерений (до 10-5 г/см"'); возможность использования малых количеств вещества (0,5-100 см3); малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха; раздельное проведение операций термостатирования и последующего взвешивания.

Рассмотрим методику определения плотности молока пикнометром. Предварительно подготовленные чистые и сухие пикнометры взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г.

Пикнометры заполняют свежекипяченой и охлажденной до комнатной температуры дистиллированной водой немного выше отметки на их шейке и закрывают пробками, помещают в стакан с водой так, чтобы вода покрывала заполненную часть пикнометров, и опускают стакан в термостат.

Пикнометры выдерживают в термостате в течение 30 мин. при t 20,00 ± 0,05 °С, затем вынимают из термостата, доводят при помощи шприца и фильтровальной бумаги уровень воды до отметки на их шейке (по верхнему краю мениска). Пикнометры вытирают снаружи досуха полотенцем и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г.

После этого выливают воду из пикнометра, высушивают его в электрическом шкафу при t = 110 ± 10 °С не менее 30 мин. и охлаждают при комнатной температуре.

Молоко нагревают до 40 ± 2 °С, выдерживают в течение 5 мин., охлаждают до 20 ± 2 °С. Пикнометры заполняют молоком, закрывают пробками, термостатируют, доводят уровень исследуемой пробы до отметки на их шейке, как указано выше, и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г.

Плотность молока р при 20 °С в кг/м3 вычисляют по формуле

где т1; тгц, т3 — массы соответственно пустого пикнометра, пикнометра с водой и пикнометра с молоком, кг;

р — плотность воды при 20 °С и нормальном давлении (рв = 998,20 кг/м3);

е — плотность воздуха при 20 °С и нормальном давлении (е = 1,2 кг/м3).

Пикнометрический метод определения плотности широко используется при оценке качества продовольственных и непродовольственных товаров.

Плотность стекла. В соответствии с ГОСТ 24315-80 “Посуда и декоративные изделия из стекла. Термины и определения видов стекол, способов выработки и декорирования” хрустальное стекло — это бесцветное стекло, содержащее в основном двуокись кремния (SiO.,), а также окись свинца (РЬО), окись бария (ВаО), окись калия (К90), окись цинка (ZnO) в отдельности или в сочетании не менее 10 %, с показателем преломления не менее 1,520 и плотностью не менее 2,4 г/см3. В зависимости от содержания окиси свинца (РЬО) меняется плотность стекла: малосвинцовое (18-24 % РЬО) — не менее 2,7 г/см3, свинцовое (24-30 % РЬО) — не менее 2,9 г/см3, высокосвинцовое (30 % и более РЬО) — более 2,9 г/см3.

Сейчас четких требований по плотности изделий из хрустального стекла не предусмотрено (ГОСТ 30407-96 “Посуда и декоративные изделия из стекла. Общие технические условия”). Согласно ранее действовавшему стандарту соответствие требованиям по плотности являлось обязательным.

Для листового стекла, предназначенного для остекления светопрозрачных строительных конструкций, средств транспорта, мебели, а также изготовления стекол с покрытиями, зеркал, закаленных и многослойных стекол и других изделий строительного, технического и бытового назначения, плотность (при 18 °С) нормируется среди прочих физико- механических показателей: 2500 кг/м3 (ГОСТ Р 54170-2010 “Стекло листовое бесцветное. Технические условия”).

От плотности стекла могут зависеть оптические характеристики (коэффициент преломления света, коэффициент направленного отражения света и др.), прочностные показатели (прочность на сжатие, растяжение, изгиб, модуль упругости и др.)

Метод определения плотности основан на определении отношения разностей масс образца стекла, взвешенного в воздухе и воде, по ГОСТ 9553-74 “Стекло силикатное и стеклокристаллические материалы. Метод определения плотности”. Данный способ в литературных источниках именуется методом гидростатического взвешивания.

Плотность древесины — физическая величина, определяемая отношением массы натуральной древесины к ее объему. В соответствии с ГОСТ 16483.1-84 (СТ СЭВ 388-76) “Древесина. Метод определения плотности” измеряются следующие показатели плотности: плотность при влажности в момент испытания (отношение массы образца к его объему), плотность абсолютно сухой древесины (отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к его объему), парциальная плотность (отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к его объему при влажности меньше предела насыщения клеточных стенок), базисная плотность (отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к его объему при влажности, равной или больше предела насыщения клеточных стенок).

Сущность метода заключается в определении при соответствующей влажности древесины массы и объема образца и вычислении показателей плотности.

Значение плотности древесины зависит от строения древесины и содержания в ней экстрактивных веществ (смол). Наблюдаются колебания плотности древесины внутри ствола дерева.

Плотность древесины влияет на большинство ее технологических свойств. Этот показатель позволяет рассчитать содержание сухого вещества в данном объеме древесины, используется при установлении норм расхода древесного сырья для производства целлюлозы, древесной массы и пр. Плотность древесины учитывается при выборе инструмента для обработки, а также она важна для расчета необходимой грузоподъемности транспортных средств при перевозке круглого леса и пиломатериалов.

Плотность древесины зависит от влажности. Поэтому все показатели физико-механических свойств древесины должны приводиться к стандартной влажности 12 %. С увеличением влажности плотность древесины увеличивается. Например, плотность древесины бука при влажности 12 % составляет 670 кг/м3, а при влажности 25 % — 710 кг/м3.

Между плотностью и прочностью древесины существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной.

По химическому составу органические вещества, которые образуют клеточные стенки древесины разных пород, почти одинаковы, вследствие чего плотность древесинного вещества всех пород равняется 1530 кг/м3. Определить плотность можно по содержанию древесинного вещества в единице объема.

По плотности при влажности 12 % древесину можно подразделить на три группы:

  • 1) породы малой плотности (550 кг/м3 и менее) — сосна, ель, пихта, кедр, тополь, липа, ива, ольха и др.;
  • 2) породы средней плотности (551-750 кг/м3) — лиственница, тис, береза, бук, вяз, груша, дуб, ильм, карагач, клен, ясень и др.;
  • 3) породы высокой плотности (751 кг/м3 и выше) — акация белая, граб, самшит, саксаул, фисташка, кизил и др.

Древесину с высокой плотностью особенно ценят на производстве за ее прочность и хорошую обрабатываемость.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >