XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Согласно исследованию BusinesStat, с 2014 по 2018 год объём продаж минеральных и питьевых вод в России увеличился на 16,2%: с 6,50 до 7,55 млрд. литров. Союз производителей бутилированных вод оценивает объем рынка в 190 млрд. рублей. Однако, исходя из доклада гендиректора «Ростеха» Сергея Чемезова, в среднем по России от 25 до 30% питьевой воды – подделка, а в некоторых регионах доля фальсификата достигает 80%. Поэтому адаптация эффективных, недорогих экспресс-методов, в автоматизированные линии розлива бутилированной воды, является актуальной и необходимой.

Методы по контролю качества и безопасности бутилированной воды, изложенные в государственных стандартах , а также методы и средства анализа воды, которые могут быть использованы для экспресс-анализа содержат ряд критических недостатков:

необходимы специализированное оборудование и высококвалифицированный персонал;

требуются затраты денежных средств и времени на анализ;

выборочный метод контроля порождает недостоверность оценки на всю партию;

необходимо периодически изымать продукцию из оборота и вскрывать тару, что ведет к потере готового продукта для производителя и потребителя.

Именно поэтому, для кардинального решения перечисленных проблем была разработана модель переносного автоматизированного комплекса на основе адаптации метода весовой импедансной электрометрии (ВИЭМ).

Дело в том, стандарт на тару из полиэтилентерефталата для питьевой воды [12] определяет предельные отклонения от номинальных размеров и массы тары для определенных разновидностей продукции, которые никак не должны быть выше:

0,1 мм – для геометрических размеров;

0,1 мм – для толщины стенки;

10 %  для номинальной вместимости;

10 %  для массы тары.

Следовательно, зная массы пустых бутылок объемом 0.5 и 1.5 л, можно взвешиванием на электронных весах, не вскрывая пробки и без отбора пробы, определить плотность жидкости - (кг/м³) в нем по формуле [13]:

(1)

где – измеренный вес – го образца в фасованной таре, г;

– эталонный вес тары, г;

– эталонный объем тары, л.

При этом значения плотностей при различных температурах вычисляются по формуле [13,14]:

(2)

где – плотность питьевой воды при текущей температуре;

– плотность питьевой воды при 293 ;

– коэффициент объемного расширения;

– текущая температура исследуемой воды.

Дальнейшим этапом идентификации параметров бутилированной воды является измерение емкостей воздуха и исследуемой воды и тангенсов угла потерь, что позволяет вычислить значение относительной диэлектрической проницаемости бутилированной воды по формуле (3), определить динамическую вязкость по формуле (4), для чего необходимо вычислить макроскопическое и микроскопическое время релаксации [13]:

	(3)
	(4)
	(5)
	(6)

где – емкость датчика в воздухе;

– емкость датчика с бутилированной водой;

– динамическая вязкость;

и – макроскопическое и микроскопическое время релаксации;

– циклическая частота;

и – табличные данные воздуха, загруженные в компьютер;

– тангенс угла потерь.

Измерители иммитанса Е7-25 – прецизионные приборы класса точности 0,1, которые обладают высокой скоростью измерений, под управлением компьютера, что позволит измерить и вычислить не только относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь в диапазоне от 1кГц до 1МГц, но также [15]:

индуктивность;

емкость;

активное сопротивление;

реактивное сопротивление;

активную проводимость;

реактивную проводимость;

добротность;

ток утечки;

модуль комплексного сопротивления;

угол фазового сдвига комплексного сопротивления.

Так как, измерения производятся на определенных частотах из всего диапазона работы Е7-25, а значение стремится к 1 при высоких температурах, то, заменив циклическую частоту на в формуле (6), а также подставив частоты измерений и измеренные значения тангенса угла потерь и относительной диэлектрической проницаемости бутилированной воды, выразим макроскопические времена релаксации продукта при температуре окружающей среды:

(7)

После этого по формуле (5) определяем микроскопическое время исследуемого продукта, а по формуле (4) – его динамическую вязкость.

Зависимость кинематической вязкости от температуры выражают формулы Вальтера:

	(8)
	(9)
	(10)

где aиb - эмпирические коэффициенты;

и – стандартная температура жидких и вязких сред (15 , 40 ).

Для идентификации жидких и вязких продуктов по температуре застывания используются формулы Вальтера, при значении кинематической вязкости 10000 мм²/с:

(11)

Таким образом, если встроить емкостный датчик в крышку тары и вывести его обкладки наружу, то получив данные с измерителя иммитанса и вычислив физические параметры бутилированной воды, получим «образ продукта» (таб.1), а отклонения параметров от «эталонного образа» будут свидетельствовать о не качественности или подделке продукта [13].

Таблица 1 – Параметры, составляющие «образ эталона»

№	Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Диапазон измерения
1	Масса	m	кг	0,25  20
2	Объем	V	м3	(0,25  20)10-3
3	Плотность		кг/м3	0,5  2,0
4	Проводимость	G	См(1/Ом)	0,000001  0,2
5	Емкость	C	пФ	1  10000
6	Диэлектрическая проницаемость		Ф/м	1  1200
7	Магнитная проницаемость		Гн/м	10-6  10-1
8	Кинематическая вязкость		м2/с	10-5  10-3
9	Динамическая вязкость		Пас	10-5  10-4
10	Частота измерения	f	Гц	25  100000

Таким образом, модель автоматизированной системы экспресс-контроля параметров бутилированной воды будет состоять из разработанной крышки-датчика на тару и переносного автоматизированного комплекса экспресс-контроля (рис.1):

Рисунок 1 – Модель системы экспресс-контроля

Предлагаемая модель системы позволит в течение десятка секунд и без вскрытия тары идентифицировать соответствие жидкости эталону.

Список литературы

ГОСТ 32220-2013. Вода питьевая, расфасованная в емкости. Общие технические условия. – Москва: Стандартинформ, 2014. – 14 с.

ГОСТ 18963-73. Вода питьевая. Методы санитарно-бактериологического анализа. – Москва: Стандартинформ, 2008. – 20 с.

ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. – Москва: Госстандарт России, 2010. – 13 с.

ГОСТ 23268.1-91. Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения органолептических показателей и объема воды в бутылках. – Москва: Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1991. – 3 с.

ГОСТ 23268.14-78. Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения ионов мышьяка. – Москва: Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1983. – 7 с.

Титриметрический анализ [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: https://www.chem-astu.ru/chair/study/anchem/r_2.htm

Пущинские лаборатории [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: https://www.laboratorii.com/stati/spektrofotometriya-v-laboratornoy-praktike.html

ЭкоИнструмент [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: https://www.ecoinstrument.ru/articles/index.php?id=1335

Пупышев, А.А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ.— М.: Техносфера,2009.— 784 с

Пламенная фотометрия [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: http://www.eurolab.ru/plamennaya_fotometriya

Справочник химика 21 [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: https://chem21.info/info/1736602/

ГОСТ Р 52620-2006. Тара транспортная полимерная. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ, 2008. – 66с.

Белозеров В.В. Метод экспресс-анализа жидких фасованных продуктов // Электроника и электротехника. – 2018. - № 2. – С.1-31. DOI: 10.7256/2453 8884.2018.2.25998. URL: http://e-notabene.ru/elektronika/article_25998.html

Троицкий В.М., Белозеров В.В. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПОДДЕЛКИ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ ФАСОВАННЫХ ПРОДУКТОВ // Материалы VIII Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: https://scienceforum.ru/2016/article/2016026255 (дата обращения: 07.11.2019)

МНИПИ [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: https://www.mnipi.ru/products.php4?group=6&device=4

Код для цитирования: Скопировать