Colorimetria și Fotocolorimetria în Industria Alimentară

Metodele optice de analiză includ o categorie extrem de diversă de procedee şi tehnici de analiză ce permit determinarea compoziţiei concentraţiei şi structurii diferitelor substanţe şi materiale.

Colorimetria şi fotocolorimetria sunt metode de analize prin care se poate determina concentraţia (C) unei probe necunoscute (x). La baza acestei determinari stă legea Lambert – Beer. Astfel, concetraţia se poate determina în următoarele moduri:

- prin măsurarea extincţiei (E) (ε şi l constante);

- prin măsurarea grosimii stratulul (I) în condiţiile ε şi E constante;

- prin titrare, prin modificarea lui (ε) pâna când extincţia (E) este constantă, iar (I) nu se modifică. Corespunzător, de-a lungul timpului s-au construit numeroase aparate. La ora actuală, pe baza cristalizării unor probleme şi nu în ultima instanţă a progresului tehnic în domeniul electronicii, cea mai utilizată metodă este cea bazată pe măsurarea extincţiei. Aici se disting aparate cu apreciere vizuală a fluxului luminos (colorimetre) şi aparate cu măsurare instrumentală a fluxului luminos (fotocolorimetre).

Determinarea concentraţia unei probe necunoscute (x) se face prin determinarea extincţiei, adică pe baza relaţiei care există între extincţie şi fluxul luminos înainte şi după ce trece prin soluţie. În afara soluţiei de concentraţie necunoscută avem şi o soluţie de concentraţie cunoscută (c) şi astfel se poate scrie, luând în considerare legea Lambert –Beer, următoarele relaţii:

Ex = εx ∙ lx ∙ Cx (relaţia 1)

Ec = εc ∙ lc ∙ Cc (relaţia 2)

Avându-se în vedere faptul că în ambele cazuri este vorba de aceeaşi substanţă, dar de concentraţii diferite, precum şi de faptul că în ambele cazuri se folosesc cuve cu geometrii şi dimensiuni identice pentru soluţii, va rezulta faptul că εx = εc, iar prin împărţirea relaţiei 1cu relaţia 2 se obţine:

Ex/ Ec = Cx/ Cc (relaţia 3)

de unde:

Cx = Ex/ Ec ∙ Cc (relaţia 4)

Determinarea concentraţiei se rezumă la determinarea celor două extincţii pe baza măsurării fluxurilor luminoase care au traversat cele două soluţii.

Pentru analiza în serie mare se recomandă realizarea unor curbe etalon pe baza determinării extincţiei unor soluţii de concentraţii bine cunoscute. Rezultatele se prezintă fie sub formă grafică, fie sub formă de tabel. Indiferent dacă este vorba de un colorimetru sau de un fotocolorimetru modern, pentru măsurare este nevoie de lumina monocromatică, deoarece determinările se fac obligatoriu la acea lungime de undă la care substanţa de analizat prezintă absorbţie maximă. Selectarea lungimii de undă dorite dintr-un spectru larg de radiaţie se poate face cu:

1) filtre - lasă să treacă numai o anumită lungime de undă;

Dezavantajul filtrelor este că ele pot acoperi numai un număr limitat de lungimi de undă, sunt scumpe iar unele din ele îşi pot pierde în timp capacitatea de filtrare selectivă.

2) monocromatoare - selectează succesiv radiaţiile în ordine crescatoare sau descrescătoare a lungimilor de undă.

Monocromatoarele pot fi cu prismă, cu reţea de difracţie, mixte.

Monocromatorul cu prismă este cel mai utilizat monocromator.

Fig. 1. Monocromator cu prismă

1 – sursă de lumină; 2 – lentilă condensatoare; 3,5 – fante; 4 – prismă

Fluxul luminos emis de o sursă de radiaţii (1) este transformat cu un sistem optic cu lentile în radiaţie paralelă din care prin intermediul unei fante (3) se selectează un fascicul îngust de radiaţii paralele, care cad pe prisma optică (4) unde suferă fenomenul de refracţie obţinându-se la ieşire un fascicul de radiaţii despărţit spaţial pe lungimi de undă. Corelând constructiv direcţia de ieşire din prismă a unei anumite lungimi de undă cu un anumit unghi de rotaţie a prismei, prin rotirea bine controlată şi măsurată a prismei se poate aduce în dreptul probei de analizat, a lungimii de undă (λ) dorite după ce în prealabil se selectează cu o fantă (3) o anumită cantitate de radiaţii.

Reţelele de difracţie sunt alcătuite dintr-o placă de sticlă sau de metal pe care sunt trasate un număr mare de zgârieturi sau drepte paralele şi echidistante care produc o dispersie a radiaţiilor după lungimea de undă.

În ce privesc sursele de lumină, acestea pot fi becuri cu filament de wolfram cu sticlă obişnuită (pentru fotocolorimetria în domeniul vizibil) şi din sticlă de cuarţ (pentru fotometria în ultraviolet). Pentru domeniul infrarosu sunt necesare surse de radiaţii infraroşii.