Розробка експрес-методу визначення солей в овочах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розробка експрес-методу визначення солей в овочах

Вступ

контроль забруднення овоч сіль

Після вступу України до європейських структур ще гострішим стала проблема щодо якості харчових продуктів. На жаль, в нашій країні досить високий ступінь забрудненості продуктів шкідливими токсичними речовинами. Основними причинами цього є забруднення навколишнього середовища, а отже, й продовольчої сировини, викидами промислових підприємств та автотранспорту, порушення правил використання засобів захисту рослин і мінеральних добрив у сільському господарстві, застосування у харчовій промисловості застарілих технологій, що інколи призводить до підвищення вмісту важких металів у готовій продукції.

У зв'язку з інтенсивним застосуванням хімічних засобів і препаратів в технології вирощування культур особливо гостро назріла необхідність вирішення проблеми найсуворішого контролю складу продуктів харчування. Це стосується і залишків пестицидів, важких металів та інших речовин, які можуть і часто негативно впливають на здоров'я людини. Таким чином, проблема зводиться до захисту самої людини - і виробника, і споживача.

За правилами, всі овочі і фрукти, перед тим як потрапити на ринок або в магазини, повинні проходити лабораторний контроль за допомогою спеціальних методів. Аналіз дорогий, тривалий, тому переважна більшість продуктів не контролюються. Сам виробник в процесі вирощування також повинен контролювати. Для цього необхідний простий експрес-метод. На жаль, сьогодні ці вимоги часто не виконуються, і у продаж потрапляють небезпечні для здоров'я продукти.

Практична значущість нашої роботи полягає в проведенні дослідів, вимірюванні забрудненості картоплі шкідливими речовинами та в експериментальній перевірці можливості використання чотирьохзондового методу для вибору незабруднених овочевих культур.

Об'єктом роботи є овочеві культури.

Предметом даного дослідження є експрес-метод контролю солей в овочах.

Метою нашої роботи було розробити експрес-метод контролю вмісту солей в овочах.

У відповідності з об'єктом, предметом і метою дослідження були визначені такі завдання:

- проаналізувати наукову літературу з проблеми дослідження;

- ознайомитись з поняттям «питомий опір речовини», з'ясувати його залежність від вмісту солей;

- провести експериментальну перевірку можливості використання чотирьохзондового неруйнуючого методу для вимірювання питомого опору овочів;

- здійснити експериментальну перевірку впливу забрудненості картоплі на її питомий опір.

Під час виконання роботи використовувалися методи теоретичного аналізу наукової літератури, фізичний експеримент.

1. Методи контролю забруднення продуктів

1.1 Методи візуального контролю забруднення продуктів

Продукти харчування містять велику кількість біологічно-активних речовин, які характеризують харчову цінність продуктів (білків, жирів, вуглеводів), а також різних хімічних забруднювачів: токсичні елементи, нітрати, нітрити, N-нітрозосполуки, мікотоксини, пестициди [12, с. 54].

Серед токсичних елементів-заруднювачів найбільш шкідливими є свинець, кадмій, миш'як і ртуть [10, с. 22].

Пестициди - це хімічні речовини, які використовуються як засоби захисту рослин і тварин від шкідливих організмів, їх широко використовують у сільському господарстві для зменшення втрат урожаю та підвищення якості продукції [13, с. 31].

Нітрати - це природні продукти обміну всіх рослин. Вони життєво необхідні рослинам - без них неможливий їхній нормальний ріст і розвиток. Однак неконтрольоване використання азотних добрив призвело до накопичення необмеженого рівня їх у продуктах рослинного походження [12, с. 55].

Кожний вид овочевих рослин має свої біологічні особливості в накопиченні нітратів. За здатністю накопичувати нітрати їх можна розділити на три великих групи:

Ш з великою здатністю (всі зелені);

Ш середньою (коренеплідні, диня, кавун, гарбуз);

Ш мінімальною (помідор, баклажан, цибуля, часник, горошок зелений).

Найбільше накопичують нітрати листкові - салат, шпинат, петрушка, селера. У згаданій городині, що перенасичена шкідливими речовинами, потужне стебло і темно-зелене листя [8, с. 47].

Із коренеплодів здатні нагромаджувати багато нітратів редиска, редька, столові буряки. Що ж до картоплі, цибулі, квасолі, перцю, то вони (в однакових умовах з іншими) накопичують значно менше шкідливих речовин. Ще менше схильні до нагромадження нітратів томати і горошок.

Нерівномірно розподілені шкідливі речовини і в самих плодах: у черешках їх у 1,5 - 4 рази більше, ніж у листі. У рослинах нітрати розподіляються так:

Ш картопля найменше має їх у м'якоті. Пізньостиглі її сорти менш схильні до нагромадження цих шкідливих речовин, аніж скоростиглі;

Ш у буряку найбільше нітратів на верхівці коренеплоду й на кінчику кореня, найменше у середній частині плоду;

Ш морква також максимальну кількість шкідливих речовин збирає на верхівці, у кінчику, а ще в серцевині;

Ш в редисці найбільше їх у нижній частині коренеплоду та в тому місці, що примикає до листя. До речі, круглі сорти менш схильні до накопичення шкідливих речовин, ніж довго плідні;

Ш в огірках вміст нітратів найменший у верхівці, а найбільший - в основі, що примикає до плодоніжки, як і в кабачках та інших гарбузових;

Ш білокачанна капуста у зовнішніх листочках має нітратів удвоє більше, ніж у внутрішніх [8, с. 48-49].

За зовнішніми ознаками розпізнати отруєні овочі дуже важко. Необхідно проводити аналізи або користуватися найпростішими аналізаторами. Хоча і за зовнішнім «портретом» досвідчений агроном може сказати про надлишок чи дефіцит азоту в рослинах. Буйний ріст, темно-зелені листки, швидке ураження хворобами свідчать про надлишки азоту.

Як вибрати овочі з незначним вмістом нітратів, не маючи спеціальних приладів? Насамперед вони відрізняються розміром: мінімальний вміст нітратів частіше буває в овочах середнього розміру. Більшість дрібних плодів - переважно молоді рослини, для яких характерний надлишок нітратів, як запас на майбутнє. Незвичайно великі плоди - часто результат надлишкового харчування, у тому числі і азотного. Після цього слід оцінити вміст нітратів індикаторними паперами.

Оцінювати вміст нітратів у рослинах краще всього за найбільш нітратними частинами. Визначити ці частини легко - основна маса нітратів надходить у рослини через кореневу систему і по судинах рухається до листків. От і потрібно оцінювати концентрацію нітратів на цих шляхах: у капусти - у качані і прожилках листя, в огірка, щавлю, кропу - у черешку (хвостик), у моркви, редьки - у нижній частині кореня. На ринку з дозволу продавців з корінців моркви, наприклад, видавіть сік на індикаторний папір і купуйте у того продавця, у кого морква найменш нітратна [4, с. 105].

1.2 Лабораторні методи контролю

Для проведення лабораторного контролю вмісту нітратів в харчових продуктах використовують фотоелектроколориметричний, хроматографічний методи, ферментативне визначення, метод неперервного потоку після відновлювання нітратів кадмієм, метод потенціометричного титрування з йоноселективним електродом, електрохімічні, вольтамперометричні методи. Розробляються нові методи хромотографії, іонної та газорідинної.

Йонометричний метод визначення нітратів у продукції рослинності полягає у вилученні нітратів з аналізованого матеріалу [2, с. 138].

Фотометричний аналіз охоплює всі методи, які ґрунтуються на поглинанні світла в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній частинах електромагнітного спектра визначуваною речовиною чи продуктом реакції. Фотометричні методи високочутливі, розроблені для визначення практично всіх хімічних елементів, крім інертних газів.

Хроматографічний аналіз - метод розподілу, якісного виявлення та кількісного визначення компонентів рідких і газоподібних сумішей, що ґрунтується на різному їх розподілі між рухомою і нерухомою фазами.

Високоефективна рідинна хроматографія - найбільш вживаний метод аналізу складних органічних проб. В установках рідинної хроматографії (як і в газових) використовують різноманітні детектори: ультрафіолетовий, електрохімічний, детектор з діодною матрицею, флуорометричний. Газова хроматографія характеризується високою розподільною здатністю, гнучкістю завдяки застосуванню різних детекторів.

Під час розділення сумішей методом тонкошарової хроматографії (її різновид - паперова хроматографія) отримують забарвлені плями окремих компонентів; у разі безбарвних сполук їх проявляють фізичним (УФ-опромінення) або хімічним (обробка реагентом, який утворює забарвлені сполуки з речовинами, наприклад амінокислоти набувають блакитного кольору після обробки їх розчином нінгідрину) способом. Це якісне виявлення компонентів суміші; кількісний склад визначають за площею плями або розчиняють вміст у відповідному розчиннику і аналізують одним із методів. Методом тонкошарової хроматографії розділяють амінокислоти і барвники рослин.

Йонообмінну хроматографію використовують для розділення елементів з подібними хімічними властивостями. Йонообмінна хроматографія дає змогу після попереднього розділення і послідовного вилучення компонентів суміші з колонки визначити їх вміст фотометричним, титриметричним чи іншим способом. Методом йонної хроматографії визначають понад 70 аніонів неорганічних і органічних кислот, катіони лужних і лужноземельних металів у воді, продуктах, лікарських препаратах тощо [4, с. 106 -107].

Методом абсолютної потенціометрії вимірюють потенціал Е і за рівнянням Нернста обчислюють концентрацію йонів в речовині. Йоноселективні електроди дають змогу встановити вміст нітратів у рослинах та продуктах, концентрацію катіонів натрію, калію, кальцію, магнію, купруму, аніонів Сl^-, Вr^-, J^-, CN ^- та ін. Методом потенціометричного титрування визначають численні сполуки. Потенціометричні біодатчики використовують для визначення концентрації пестицидів у складних багатокомпонентних системах.

Вольтамперометрію поділяють на два типи: полярографічний аналіз, що базується на процесі електролізу і вивченні залежності сили струму від прикладеної напруги (цим методом у природних водах і ґрунтах визначають вміст цинку, кадмію, плюмбуму, купруму; з попереднім екстракційним відділенням токсичних елементів; токсичні елементи в продуктах, повітрі, стічних водах; користуються і для визначення концентрації вітамінів, ферментів, гормонів в організмі людини, для діагностики захворювань), і амперометричне титрування (дає змогу визначати аніони, для яких немає точних і швидких титриметричних методів).

Методами абсорбційної інверсійної вольтамперометрії визначають понад 40 катіонів металів, численні аніони, органічні сполуки (білки, ферменти, лікарські препарати, пестициди, стимулятори росту тварин, комплексони) в різних екологічних об'єктах [4, с. 108].

1.3 Способи зменшення вмісту шкідливих речовин в овочах

Всі ми знаємо, що овочі накопичують у собі шкідливі речовини. А чи можна зменшити вміст цього «добра» в овочах [8, с. 50].

Під час зберігання в сухих, провітрюваних сховищах рівень нітратів і пестицидів у свіжих овочах знижується. В солоних і маринованих овочах вміст нітратів знижується за рахунок переходу в розсіл.

У перший тиждень соління не рекомендується їх вживати; в них утворюється багато нітритів, потім за 1 - 2 тижня кількість їх знижується. Щоб уникнути утворення нітритів, необхідно закладати на зберігання чисті сухі овочі без механічних пошкодженні. На чистих овочах мало мікроорганізмів, сухість обмежує їх переміщення, а відсутність пошкоджень ускладнює отримання ними поживних речовин, в тому числі і нітратів, з клітин рослин.

На етапі кулінарної обробки можна знизити вміст нітратів, придушити утворення нітритів і нейтралізувати їх.

Зміст нітратів знижується при чищенні, вимочуванні, відварюванні. При чищенні від рослини відокремлюють і викидають найбільш нітратні частини: у капусти - качан, верхні листя і прожилки листя, в огірка - задню (черешкові) частину і шкірку. Концентрацію нітратів у різних частинах рослини легко визначити за допомогою індикаторних паперів. При високому вмісті нітратів рослини набувають гіркуватий присмак.

Вимочування рослин у воді дозволяє знизити концентрацію нітратів та пестицидів на 25%. Вимочують так: очищені від прожилок листя (капусти) замочують у великій кількості води на 1-2 години, потім воду зливають і наливають нову, знову вимочують 1-2 години, в третій воді овочі залишають на ніч.

Більше ефективна гаряча водна витяжка (відварювання), витягуються до 85% нітратів з овочів, у тому числі з коренеплодів (моркви, буряків). Відвар потрібно зливати гарячим, так як при охолодженні частина нітратів повертається з відвару в коренеплід - відбувається адсорбція [4, с. 109-110].

2. Розробка експрес-методу контролю

2.1 Залежність питомого опору провідників від вмісту солей

Питомий опір речовини - це фізична величина, що показує, який опір має зроблений з цієї речовини провідник одиничної довжини й одиничної площі поперечного перерізу [3, с. 35].

Для ділянки провідника постійного поперечного перерізу S і довжини l опір виявляється рівним:

(2.1)

де - величина, що залежить від матеріалу провідника, вона називається питомим опором матеріалу.

Таким чином, опір ділянки провідника прямо пропорційний його довжині l і обернено пропорційний площі його перерізу S.

З формули маємо:

(2.2)

Звідси видно, що питомий опір чисельно дорівнює опору провідника, що має одиницю довжини і площі поперечного перерізу, і рівний одиниці площі.

В CGSE-системі за одиницю питомого опору приймається опір провідника, в якому при різниці потенціалів на кінцях в одну CGSE-одиницю проходить CGSE-одиниця сили струму. Так як ця одиниця велика для практичних випадків, то в якості практичної одиниці опору обрано опір провідника, в якому виникає струм в один ампер при різниці потенціалів в один вольт. Ця одиниця називається омом.

Питомий опір у практичній системі прийнято вимірювати в одиницях, встановлених на основі формули (2.2), причому опір R виражають в омах, площу поперечного перерізу S - в квадратних сантиметрах, а довжину l - в сантиметрах; отримується одиниця питомого опору, що називається омо-сантиметром (скорочується ) [11, с. 121 - 122].

Так як в СІ одиницею опору є 1Ом, одиницею площі 1м², а одиницею довжини 1 м, то одиницею питомого опору в СІ буде .

На практиці площа перерізу тонких провідників часто виражають у квадратних міліметрах (мм²). В цьому випадку зручнішою є одиниця питомого опору . Так як , то .

У різних речовин питомий опір різний [3, с. 35].

Опір провідника R залежить від його геометричних розмірів і форми, а також матеріалу, з якого виготовлений провідник. Для циліндричних провідників опір прямо пропорційний їх довжині і обернено пропорційний площі поперечного перерізу [5, c. 94].

Проходження струму через метали та електронні матеріали не супроводжуються якими-небудь хімічними перетвореннями. Такі речовини називаються провідниками першого роду [9, с. 292].

Велика частина чистих рідин погано проводить електрику. Так, абсолютно чиста вода, гас, мінеральні масла і т.д. є дуже поганими провідниками. Проте розчини солей і кислот у воді і деяких інших рідинах добре проводять струм. Наприклад, досить у дистильовану воду додати трохи повареної солі (NaCl) чи декілька краплин сірчаної кислоти (H₂SO₄), щоб вона стала добрим провідником [11, с. 204].

Речовини, в яких при проходженні струму відбуваються хімічні перетворення, називаються провідниками другого роду чи електролітами. До їх числа належать розчини солей, лугів чи кислот у воді і деяких інших рідинах, а також розплави солей, що є в твердому стані йонними кристалами.

Носіями струму в електролітах є йони, на які дисоціюють (розщеплюються) у розчині молекули речовини, що розчиняється. Щоб з'ясувати, яким чином відбувається дисоціація, розглянемо полярну молекулу, наприклад NaCl. При об'єднанні атомів Na і Cl в молекулу відбувається перерозподіл електронів - валентний електрон Na опиняється немов би включеним в оболонку атома Cl, для повної забудови якої не вистачає саме одного електрону. У результаті атом Na перетворюється у позитивний йон, атом Cl - в негативний. Обидва йони утримуються в молекулі силами електростатичної (кулонівської) взаємодії. Аналогічно будь-яка інша полярна молекула складається з двох чи більшої кількості йонів [9, с. 292].

Абсолютно чиста вода, як ми вказували раніше, дуже погано проводить струм. Це значить, що вона складається в основному з нейтральних молекул і що в неї немає достатньої кількості вільних електронів чи якихось інших вільних заряджених частинок, що, рухаючись під впливом зовнішнього електричного поля, створили б струм. При розчиненні у воді різних речовини, наприклад цукру, гліцерину і т.д., розчин, що утворюється, також не проводить струм. Молекули цих речовин при розчиненні не зазнають ніяких змін, - вони залишаються нейтральними і не дисоціюють. Розчини ж солей і кислот проводять електричний струм, молекули цих речовин дисоціюють.

Проходження електричного струму через розчини солей і кислот супроводжується виділенням складових частин цих речовин на електродах. Такого роду провідники, що розкладаються при проходженні струму, мають назву провідників другого роду, або електролітів, а їх провідність - електролітичної провідності. Електролітична провідність обумовлена наявністю у розчині йонів. Рух йонів під впливом зовнішнього електричного поля утворює в електроліті струм, у той час як у провідниках першого роду (металах) струм викликається рухом вільних електронів [11, с. 204].

2.2 Методи вимірювання питомого опору провідників

Однією з основних характеристик матеріалів є їх питомий опір. Існуючі методи вимірювання опору можна розділити на дві великі групи: зондові та безконтактні. В усіх зондових методах через зразок пропускається електричний струм (змінний чи постійний) за допомогою підведених до зразка зондів вимірюється падіння напруги між двома точками. В безконтактних методах питомий опір матеріалу визначається або за взаємодією зразка та датчика, індуктивного чи ємкісного, або за зміною добротності резонатора при внесенні до нього вимірюваного зразка.

Області використання цих методів різноманітні. Зондові методи використовуються в тих випадках, коли необхідно виміряти опір на обмеженій ділянці зразка, розподіл опору вздовж злитка, анізотропію опору матеріалу тощо. Великою перевагою зондових методів є можливість отримання абсолютних результатів. Установки, що працюють за способом вимірювання падіння напруги на зондах, не вимагають попередньої калібровки.

Безелектродні методи вимірювання опору використовуються при проведенні серійних випробувань зразків одного розміру в тих випадках, коли приєднання контактів до зразка з якоїсь причини викликає значні труднощі. Як правило, безконтактні методи дають відносну зміну вимірюваних параметрів і потребують попереднього градуювання за зразками, вимірюваними одним із зондових методів [6, с. 43].

Двозондовий метод історично був одним з перших методів визначення питомого пору. Цей метод використовується для дослідження зразків правильної форми. Принципову схему вимірювання наведено на рисунку (2.1). На торцевих гранях зразка створюють омічні металеві контакти, через які вздовж зразка пропускають електричний струм. До відшліфованої бічної поверхні зразка притискають два зонди. Зонди, як правило, виготовляють з матеріалу, який не повинен хімічно реагувати з вимірювальним зразком.

Рисунок 2.1. Схема вимірювання питомого опору матеріалу двозондовим методом

Питомий опір зразка розраховують за формулою:

(2.3)

де U_x- різниця напруг між зондами;

l - відстань між зондами;

S - площа поперечного перерізу зразку;

I - сила струму, що протікає через зразок.

Струм I можна визначити або за допомогою міліамперметра, або вимірюючи падіння напруги U_ЕТ - на еталонному опорі R_ЕТ, розташованому послідовно з досліджуваним зразком. В останньому випадку:

(2.4)

Для того, щоб позбутися впливу опору контактів на результати вимірів та уникнути процесів інжекції носіїв заряду із зондів, необхідно гранично зменшити струм, який проходить через зонди. З цією метою використовують вольтметри з високим вхідним опором (10⁸ Ом і більше) або для вимірювання U_X застосовують компенсаційні методи.

Під час вимірів внаслідок ефекту Пельтьє може виникнути градієнт температури вздовж зразка, що, в свою чергу, може спричинити появу повздовжньої термо-ерс. Для виключення її впливу, вимірювання напруги між зондами проводять при двох протилежних напрямках струму і отримані значення усереднюють.

Перевагами даного методу є простота та невелика похибка вимірювань (порядку 1%). Водночас, вимірювання пов'язані зі значними витратами часу, головним чином викликаних необхідністю створення омічних контактів та виготовлення зразків правильної форми (несталість геометричних розмірів зразка спричинює відхилення форми еквіпотенціальних поверхонь від площин, паралельних торцевим граням зразка, та виникнення систематичної похибки).

Чотирьохзондовий метод вимірювання питомого опору матеріалів є найпоширенішим. Крім високої точності, перевагами цього методу є відсутність необхідності створення омічних контактів на зразку, а також можливість дослідження зразків різноманітної форми і розмірів (необхідно лише, щоб у зразка існувала плоска поверхня, розміри якої перевищували лінійні розміри системи зондів).

В цьому методі на плоскій відшліфованій поверхні зразка вздовж прямої розміщують чотири жорстко закріплених та електрично ізольованих зонди (рисунок (2.2)), на відстані l₁, l₂ та l₃. Через два зовнішніх зонди пропускають постійний струм силою І, а між двома внутрішніми вимірюють різницю потенціалів U₂₃. Припущення, на яких базується даний метод, наступні:

1. зонди розташовані на плоскій поверхні однорідного ізотропного зразка напівнескінченного об'єму;

2. зонди контактують з поверхнею в точках, розташованих вздовж прямої, причому границя контакту напівсферична і за розмірами значно менша ніж відстань між зондами;

3. інжекція носіїв заряду в об'єм зразка відсутня.

Рисунок 2.2. Схема вимірювання питомого опору матеріалу чотирьохзондовим методом

Розглянемо окремий точковий зонд, який знаходиться у контакті з плоскою поверхнею зразка напівнескінченного об'єму. При проходженні через зонд струму силою І в зразку виникає сферично симетричне електричне поле. Розв'язавши рівняння Лапласа можна отримати:

(2.5)

де - потенціал поля в точці, розташованій на відстані r від зонду.

Згідно принципу суперпозиції електричні потенціали в точках розташування внутрішніх зондів (відповідно і ):

, (2.6)

. (2.7)

У формулах враховано, що потенціал буде додатнім для струму, що тече у зразок (зонд 1) і буде мати протилежний знак, коли струм витікає зі зразка (зонд 4). Таким чином:

, (2.8)

. (2.9)

Якщо відстань між зондами однакові: l₁= l₂ = l₃=l, то формула спрощується:

. (2.10)

Чотирьохзондовий метод можна використовувати і для вимірювання в зразках обмежених розмірів, коли зонди розміщуються поблизу границі матеріалу з металом чи ізолятором, або коли зразок є тонкою пластиною [6, с. 9 - 10].

Другий метод дає значне підвищення чутливості чотирьохзондового методу при розташуванні зондів на одній поверхні зразка. Зонди розміщуються таким чином, що l₁= l₃= l l₂, причому l₂, в декілька разів більше l (l₂=ml). За допомогою звичайного методу дзеркального відображення можна розрахувати потенціали таких зондів для випадку тонкої пластини, що знаходиться на ізольованій підніжці. При цьому отримано вираз:

, (2.11)

(2.12)

де l - відстань між внутрішнім і зовнішнім зондами;

К - коефіцієнт, чисельні значення якого визначаються відношенням l до товщини пластини h. Розрахункові значення К в залежності від l/h на рисунку (2.3) [7, с. 50].



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.3

2.3 Експериментальна перевірка можливості застосування чотирьохзондового методу вимірювання питомого опору овочів

Двозондовий метод хоча і є простим для вимірювання питомого опору провідників, але пов'язаний зі значними витратами часу на виготовлення зразків правильної форми, тобто руйнування (в нашому випадку овочів), створення омічних контактів. На відміну від двозондового методу, чотирьохзондовий дає можливість досліджувати зразки різноманітної форми і розмірів, не руйнуючи їх, і не потребує створення омічних контактів на зразку.

Отже, метою нашого експерименту стала перевірка можливості використання чотирьохзондового методу вимірювання питомого опору овочів у порівнянні з класичним методом, основаним на руйнуванні овочів і виготовленні циліндричних зразків.

Для цього ми використали наступне обладнання: міліамперметр, вольтметр, джерело струму, з'єднувальні провідники, пластину з чотирма зондами, посудини з водою, посудини з розчином води з повареною сіллю (NaCl).

Для використання чотирьохзондового методу ми виготовили вимірювальний датчик із гострими зондами - голками, що легко вводилися в овочі і створювали надійний електричний контакт.

Для проведення експерименту ми вирізали з оргскла пластину розміром і ручкою довжиною 0,15 м. Зонди зробили з чотирьох швацьких голок двох різних діаметрів, які нагріли та приєднали до пластини на певній відстані (рисунок (2.4)).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.4

Потім виміряли відстані між внутрішніми зондами l₂, між внутрішнім і зовнішнім зондами l. Розрахували l₀ за формулою (2.12), де і визначили коефіцієнт К за графіком на рисунку (2.3).

Створили омічні контакти для застосування під час вимірювання двозондовим методом.

Для проведення експерименту відібрали 6 картоплин одного сорту й приблизно однакового розміру та 6 буряків за такими ж самими параметрами. З трьох картоплин за допомогою різака вирізали циліндри діаметром 0,01 м і довжиною 0,04-0,05 м. Такі ж циліндри вирізали з трьох буряків.

В окремих посудинах з водою (250 мл) на добу замочили 1 картоплину, 1 циліндр з картоплини, 1 буряк і 1 циліндр з буряка. В інших посудинах, наповнених сольовим розчином (1 ч. л. (5г) солі на 250 мл води), так само замочили картоплину, буряк та циліндри з картоплини і буряка.

Для проведення дослідження двозондовим методом зібрали електричне коло за схемою (рисунок 2.5), в якій резистором є циліндр з картоплі (буряка).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.5

Для підвищення точності вимірювань використовували стабілізоване джерело змінного струму БZ-44 з точністю стабілізації струму 0,01%.

Для усунення впливу термо-ерс поляризації електродів вимірювання опору проводили на змінному струмі.

Розрахували площу поперечного перерізу для циліндру з картоплини (буряка) за формулою . Виміряли силу струму в колі та напругу на ділянці циліндру.

Для першої серії дослідів використали циліндр з картоплі (буряка), для другої - циліндри, попередньо вимочені у воді, для третьої - циліндри, замочені в розчині солі.

Результати всіх вимірювань і обчислень занесли в таблицю (2.1). Використовуючи дані таблиці та формулу обчислили питомий опір зразка.

Таблиця 2.1. Визначення питомого опору овочевих культур двозондовим методом

Провідник -циліндр	Діаметр d, м	Довжина l, м	Напруга U, В	Сила струму I, А	Площа перерізу S, м2	Питомий опір
Звичайна картоплина	0,01	0,05	0,74	0,15	7,85	0,0077
Картоплина, вимочена у воді	0,01	0,05	0,84	0,15	7,85	0,0088
Картоплина, замочена в розчині солі	0,01	0,05	0,72	0,15	7,85	0,0075
Звичайний буряк	0,01	0,05	0,76	0,15	7,85	0,00795
Буряк, вимочений у воді	0,01	0,05	0,84	0,15	7,85	0,0088
Буряк, замочений в розчині солі	0,01	0,05	0,74	0,15	7,85	0,0077

Для проведення вимірювань чотирьохзондовим методом з джерела струму, пластини, вольтметра, міліамперметра зібрали електричне коло за схемою (рисунок (2.2)), пластину з зондами встромили в картоплину (буряк).

Через два зовнішніх зонди пропустили змінний струм силою І, а між двома внутрішніми виміряли напругу U.

Для першого досліду використали картоплю (буряк); для другого - картоплю (буряк), попередньо вимочений у воді; для третього - картоплю (буряк), замочений в розчині солі.

Результати всіх вимірювань і обчислень оформили у вигляді таблиці (2.2). За даними цієї таблиці та формулою (2.11) обчислили питомий опір зразка.

Таблиця 2.2. Визначення питомого опору овочевих культур чотирьохзондовим методом

Провідник	U, мВ	I, А
Звичайна картоплина	6,2	0,15	0,0078
Картоплина, вимочена у воді	8,0	0,15	0,01
Картоплина, замочена в розчині солі	5,3	0,15	0,0067
Звичайний буряк	7,1	0,15	0,0089
Буряк, вимочений у воді	8,0	0,15	0,01
Буряк, замочений в розчині солі	6,9	0,15	0,0087

За результатами вимірювань, використовуючи дані таблиць (2.1) та (2.2) побудували діаграми (рисунок (2.6), (2.7)).

Рисунок 2.6. Діаграма порівняння результатів вимірювання питомого опору картоплі двозондовим і чотирьохзондовим методами

Рисунок 2.7. Діаграма порівняння результатів вимірювання питомого опору буряка двозондовим і чотирьохзондовим методами

Порівнявши пари результатів вимірювання питомого опору овочів двозондовим і чотирьохзондовим методами з'ясували, що вони мають незначні розбіжності між собою (максимальна 12%). Результати нашого експерименту не можна вважати досконалими. Оскільки ми використовували лабораторне обладнання, то результати ми отримали з похибками. Проте навіть такі дані дають нам змогу стверджувати, що використання чотирьохзондового методу є доцільним для наших подальших експериментів.

3. Дослідження впливу забруднення на питомий опір

3.1 Методика проведення експерименту

Для визначення питомого опору використовували чотирьохзондовий метод вимірювального кола (рисунок (2.2)).

Для дослідження впливу забруднення на питомий опір одного виду овочів - картоплі було приготовлено 6 розчинів різних солей однакової концентрації (5%). Також було відібрано картоплини приблизно однакового розміру (5 - 6 см) одного сорту і однієї партії. В кожному із розчинів замочувалося по 3 картоплини протягом доби.

На кожній картоплині проводили п'ять вимірювань, втикаючи зонди в різні ділянки. Результати вимірювань для однієї із картоплин приведені в таблиці (3.1). Розбіжність результатів складає 12%.

Таблиця 3.1. Похибки вимірювання питомого опору

№	U, мВ	I, А
1.	7,6	0,15	0,0095	0,0087	0,0009	0,001	12
2.	6,2	0,15	0,0078		0,0009
3.	7,7	0,15	0,0097		0,0011
4.	6,1	0,15	0,0076		0,00099
5.	7,2	0,15	0,009		0,0009

3.2 Результати досліджень

Результати дослідження впливу солей на питомий опір картоплі приведені в таблиці (3.2). У таблиці приведено вид розчину, в якому картопля замочувалася протягом доби.

Таблиця 3.2. Питомі опори картоплі в залежності від виду розчину

№ досліду	Розчини
1.	без обробки	0,0088
2.	вода	0,01
3.	сіль кухонна	0,005
4.	мідний купорос	0,005
5.	сірчанокислий цинк	0,0075
6.	сірчанокисле залізо водяне	0,005
7.	тетраборноксилий натрій	0,0075
8.	амоній сірчанокислий	0,0075

Оскільки в першому розділі ми з'ясували, що вимочування рослин у воді дозволяє знизити концентрацію забруднювачів на 25%, то будемо порівнювати питомі опори картоплин вимочених у воді чи замочених у розчинах з питомим опором звичайної картоплини. Для цього внесли до таблиці 3.2 необхідні дані (таблиця (2.2)) та побудували діаграму (рисунок (3.1)).

Рисунок 3.1. Діаграма залежності питомого опору картоплі від розчину

У таблиці (3.2) наведені значення напруги, сили струму та питомого опору для кожного з провідників. Діаграма (рисунок (3.1)) наглядно ілюструє значення питомого опору картоплі без домішок або насиченої різними добривами. Проаналізувавши результати проведених експериментів з'ясували, що існує залежність питомого опору від вмісту в продукті домішок. Питомий опір звичайної картоплини більший, ніж питомий опір будь-якої картоплі, замоченої у розчині. Отже, чим менший питомий опір, тим більше домішок в продукті. Експериментально підтвердили, що вміст шкідливих домішок (наприклад, нітратів чи пестицидів) можна знизити вимочуванням у воді, порівнявши результати питомих опорів картоплини, вимоченої у дистильованій воді та звичайної картоплини.

В природі немає абсолютно чистих продуктів харчування. Наприклад, ті самі нітрати були в навколишньому середовищі й будуть, оскільки вони є необхідними для нормального росту й розвитку рослин. Справа в тому, скільки накопичуються їх в продуктах. Нам необхідний такий рівень, який не викликає небезпеки для здоров'я людини.

Проведені експерименти дають нам право стверджувати, що чотирьохзондовий метод контролю забруднення продуктів можна використовувати для визначення наявності солей в овочах. Перевага цього методу дослідження, насамперед, в економії часу, оскільки він не руйнує овочі, а отже не потребує спеціального виготовлення зразків правильної форми.

Оскільки метою нашого експерименту не було визначення рівня граничної концентрації домішок у картоплі, тому ми не можемо надати рекомендації, що допомогли б обрати безпечний для здоров'я продукт. За нашими даними ми можемо шляхом порівняння лише вибрати продукт з меншим вмістом домішок. Зменшити вміст наявних домішок можна вимочивши овочі у воді.

Висновки

1. Наявність солей в овочах суттєво впливає на їх якість і тому необхідно створити простий і надійний метод неруйнуючого контролю вмісту солей в овочах.

2. Питомий опір овочів суттєво залежить від вмісту в них солей і його вимірювання доцільно використати для контролю цього виду забруднень.

3. Запропоновано використання чотирьохзондового методу для вимірювання питомого опору овочів, що дозволить оперативно визначати питомий опір, не руйнуючи овочі, і не виготовляючи із них зразки для вимірювань.

4. Виготовлено датчик для вимірювання питомого опору овочів чотирьохзондовим методом і проведена експериментальна перевірка можливості його застосування до овочів. Результати визначення питомого опору двозондовим методом на вирізаних циліндричних зразках і отримані неруйнуючим чотирьохзондовим методом для картоплі і буряків до і після замочування в розчинах солі відрізняються не більш, ніж 12%, що вказує на можливість використання чотирьохзондового методу для контролю вмісту солей в овочах.

5. Питомий опір картоплі, замоченої у розчині, зменшується при додаванні у нього різних хімічних речовин. Отже, чим менший питомий опір, тим більше солей в продукті.

Список використаних джерел

1. Болотських А.С. Овощи Украины. - Харьков: «Орбита», 2001. - 1088 с.

2. Габович Р.Д., Припутина Л.С. Гигиенические основы охраны продуктов питания. - Киев: Здоров'я, 1987 - с. 136 - 211.

3. Громов С.В. Физика: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений/ С.В. Громов, Н.А. Родина. - 4-е изд. - М.: Просвещение, 2003. - 160 с.

4. Зеркалов Д.В. Екологічна безпека: управління, моніторинг, контроль. Посібник. - К.: КНТ, Дакор, Основа, 2007. - 412 с.

5. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. - 5 изд. - М.: Наука, 1972. - 368 с.

6. Коротченков О.О., Оліх О.Я., Островський І.В. Лабораторний практикум «Фізика напівпровідникових матеріалів» для студентів фізичного факультету. - К.: ВЦ «Київський університет», 2001. - 80 с.

7. Методы измерения характеристик термоэлектрических материалов и преобразователей. Изд-во «Наука», 1974. - 167 с.

8. Проблеми та перспективи розвитку зрошуваного землеробства на півдні України. Матеріали професорсько-викладацької та студентської наукових конференцій агрономічного факультету Херсонського державного аграрного університету. - Херсон, 2003. - 244 с.

9. Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество. - М.: Наука, 1982. - 496 с.

10. Смоляр В. Небезпечні добавки. Вибіркові перевірки свідчать про забрудненість харчових продуктів багатьма токсичними речовинами хімічного та біологічного походження // Харчова і переробна промисловість, 1996. - №9. - С. 22

11. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Электрические и электромагнитные явления. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962. - 516 с.

12. Циганенко О.І. Нітрати в харчових продуктах. - К.: Здоров'я, 2005. - С. 141-148.

13. Черних С.А., Ткаченко С.В. Забруднення продуктів харчування і продовольчої сировини пестицидами // Хранение и переработка зерна, 2008. - №4. - С. 31-35

Размещено на Allbest.ru

...