Влияние аппаратурных факторов на результаты измерения масличности, влажности и массовой доли олеиновой кислоты в семенах подсолнечника методом ЯМР

Введение. Одним из основных факторов успешного функционирования предприятий масложировой отрасли в настоящее время является внедрение современных методов технического контроля технологических процессов. Для получения продукции, отвечающей высоким показателям качества, необходимо оперативно контролировать не только качество исходного сырья, но и все этапы процесса производства.

Наиболее перспективными, экологически чистыми, безопасными и экспрессными являются способы оценки качества и идентификации продуктов, масличного сырья и вторичных ресурсов (лузга, шрот), разработанные на основе метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Одним из вариантов такого технического решения является ЯМР-анализатор масличности и влажности семян масличных культур и продуктов их переработки АМВ-1006М. В настоящее время эти ЯМР-анализаторы используются более чем на 250 предприятиях масложировой отрасли России и других стран СНГ.

На базе ЯМР-анализатора АМВ-1006М разработан и проходит производственные испытания экспрессный способ определения массовой доли олеиновой кислоты в масле непосредственно в семенах подсолнечника одновременно с определени- ем их масличности и влажности. Испытания проходят на предприятиях Оренбургской, Воронежской областей, а также в селекционных организациях Краснодарского края [1; 2].

Из теории импульсных методов ЯМР известно, что форма огибающей сигналов спинового эха и сигнала свободной процессии протонов, содержащихся в анализируемой пробе, зависят не только от химического состава образца, его температуры, но и от аппаратурных факторов.

К основным аппаратурным факторам, влияющим на результаты измерений импульсными методами ЯМР, относятся стабильность и точность поддержания оптимальных резонансных условий для ядер водорода в анализируемой пробе.

Помимо этого на точность результатов измерений оказывает влияние стабильность мощности радиочастотных импульсов, возбуждающих спиновую систему протонов в анализируемой пробе. Стабильность мощности радиочастотных импульсов в методе Карра–Парселла-Мейбума–Гилла определяется стабильностью напряжения питания выходного каскада усилителя мощности радиоимпульсов (УМР).

Исходя из вышеизложенного, были проведены исследования влияния стабильности настройки узлов и блоков ЯМР-анализатора АМВ-1006М на результаты измерения масличности, влажности и содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

Материалы и методы. Для исследования были отобраны образцы семян подсолнечника с различной масличностью (36,0–51,5 %), влажностью (4,5–14,7 %) и содержанием олеиновой кислоты (30–87 %) в масле.

Отклонение резонансных условий (РУ) от оптимальных значений и отклонение напряжения питания выходного каскада УМР создавались искусственно, с помощью специально разработанной программы управления РУ и мощностью.

Все образцы семян были подготовлены в соответствии с рекомендованными в отрасли методиками [3; 4; 5; 6], перед измерениями выдерживались в течение часа при температуре 23 °С.

Результаты и обсуждение. В таблицах 1 и 2 приведены данные влияния расстройки РУ (в отн. ед.) на измеренные значения масличности и влажности семян подсолнечника на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М для образцов семян с мас-личностью 51,5 и 45,2 % и содержанием олеиновой кислоты 40 и 87 % соответственно.

Таблица 1

Влияние расстройки РУ на измеренные значения масличности и влажности семян подсолнечника с масличностью 51,5 % и содержанием олеиновой кислоты 40 %

Расстройка РУ, 1·(10-5) отн. ед.	Масличность, %	Влажность, %
-4	51,5	5,2
-3	51,4	5,5
-2	51,6	5,3
-1	51,5	5,4
0	51,5	5,2
1	51,7	5,2
2	51,8	5,4
3	51,4	5,3
4	51,5	5,2

Таблица 2

Влияние расстройки РУ на измеренные значения масличности и влажности семян подсолнечника с масличностью 45,2 % и содержанием олеиновой кислоты 87 %

Расстройка РУ, 1·(10-5) отн. ед.	Масличность, %	Влажность, %
-4	45,5	6,1
-3	45,5	6,6
-2	45,4	6,5
-1	45,2	6,3
0	45,2	6,3
1	45,4	6,2
2	45,3	6,6
3	45,5	6,4
4	45,2	6,4

Из представленных в таблицах 1 и 2 данных видно, что расстройка РУ в пределах ±4∙10-5 отн. ед. не оказывает влияния на измеренные значения масличности и влажности семян подсолнечника и находится в пределах погрешностей используемого метода (±0,5 абс. %).

В таблицах 3 и 4 представлены данные влияния расстройки напряжения питания выходного каскада УМР, на измеренные значения масличности и влажности семян подсолнечника на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М.

Из полученных данных следует, что расстройка УМР передатчика в пределах ±4 % также не оказывает существенного влияния на определение показателей мас-личности и влажности семян подсолнечника, находится в пределах погрешности метода (±0,5 абс. %).

Таблица 3

Влияние расстройки напряжения питания передатчика на измеренные значения мас-личности и влажности семян подсолнечника с масличностью 51,5 %

Расстройка УМР, %	Масличность, %	Влажность, %
-4	51,4	5,4
-2	51,2	5,5
0	51,4	5,2
2	51,5	5,3
4	51,7	5,5

Таблица 4

Влияние расстройки напряжения передатчика на измеренные значения масличности и влажности семян подсолнечника с масличностью 45,4 %

Расстройка УМР, %	Масличность, %	Влажность, %
-4	45,5	6,6
-2	45,3	6,7
0	45,4	6,3
2	45,2	6,5
4	45,2	6,4

На следующем этапе изучалось влияние расстройки РУ на измеренное значение содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника, данные представлены на графиках 1 и 2.

Из данных, представленных на рисунках 1 и 2, видно, что растройка РУ оказывает существенное влияние на измеренное значение содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. В среднем растройка на величину ±10-5 отн. ед. приводит к погрешности до 5,0–5,5 %. Для уменьшения значения этой погрешности до величины не более ±1 % необходимо обеспечить стабильность поддержания оптимальных РУ с погрешностью не более ±2·10-6 отн. ед.

Рисунок 1 – Влияние расстройки РУ на измеренное значение массовой доли олеиновой кислоты (40 %) в масле семян подсолнечника с масличностью 51,5 %

Рисунок 2 – Влияние расстройки РУ на измеренное значение массовой доли олеиновой кислоты (87 %) в масле семян подсолнечника с масличностью 45,2 %

На рисунке 3 и 4 представлены графики влияния растройки мощности УМР на измеренные значения содержания олеиновой кислоты в масле семня подсолнечника.

Рисунок 3 – Влияние расстройки УМР на измеренное значение массовой доли олеиновой кислоты (40 %) в масле семян подсолнечника с масличностью 51,5 %

Рисунок 4 – Влияние расстройки мощности УМР на измеренное значение массовой доли олеиновой кислоты (87 %) в масле семян подсолнечника с масличностью 45,5 %

Из представленных данных видно, что расстройка УМР также оказывает существенное влияние на измеренное значение содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. Так изменение УМР на 1 % приводит к изменению измеренного значения содержания олеиновой кислоты в среднем на 3,5–4,0 %.

Выводы. На основании полученных данных можно сделать следующие выводы. Расстройка РУ (в диапазоне ±4∙10^-5 отн. ед.) и УМР (в диапазоне ±4 %) не оказывает влияния на измеренные значения масличности и влажности семян подсолнечника.

В то же время для измеренных значений содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника указанные выше расстройки являются существенными. Для устранения этого влияния необходима разработка технических решений блоков ЯМР-анализатора, обеспечивающих стабилизацию резонансных условий в пределах не более ±2·10-6 отн. ед. и стабильность мощности УМ не более ±0,2 %.

Поддержание указанных условий позволяет определять содержание олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника в диапазоне от 30–90 % с погрешностью не более 1,5–2,0 % абс. ед.