STEM ასისტენსი

საკვლევი კითხვა:

რომელი საკვები პროდუქტი შეიცავს უფრო მეტ შაქარს და როგორ იცვლება მათი შემცველობა გარემო პირობების გავლენით?

შესავალი:

სინათლის სხივი ერთი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე არედან მეორე ოპტიკური სიმკვრივის არეში გადასვლისას საწყისი მიმართულებიდან გადაიხრება. სინათლის სხივების მიმართულების ასეთ შეცვლას გარდატეხა, ანუ რეფრაქცია ეწოდება.

გარდატეხის შესაფასებლად იყენებენ სინათლის გარდატეხის აბსოლუტურ და ფარდობით მაჩვენებლებს. აბსოლუტური მაჩვენებელი ახასიათებს სხივების მიმართულების ცვლილებას ვაკუუმთან შეფარდებით. პრაქტიკაში გარდატეხის მაჩვენებელს, ჩვეულებრივ, ჰაერის მიმართ ზომავენ და მას გარდატეხის ფარდობით მაჩვენებელს n_ფარდ(  უწოდებენ. გარდატეხის მაჩვენებელი დამოკიდებულია ნივთიერების ბუნებაზე, სინათლის ტალღის სიგრძეზე და ტემპერატურაზე. რეფრაქტომეტრული ანალიზი დამყარებულია ნივთიერების კონცენტრაციის (აგრეთვე მისი აღნაგობის, სისუფთავის) განსაზღვრაზე სინათლის გარდატეხის მაჩვენებლის მიხედვით.

გარდატეხის მაჩვენებლის განსაზღვრისთვის გამოიყენება რეფრაქტომეტრი. გარდატეხის მაჩვენებელი თითოეული ნივთიერებისათვის მუდმივ სიდიდეს წარმოადგენს და შესაძლებელია იგი ნივთიერებების ანალიზში გამოვიყენოთ. ამ ფენომენზე შექმნილია ნივთიერებათა ანალიზის მოქნილი და მარტივი მეთოდი რეფრაქტომეტრია, რომელიც ხშირად გამოიყენება სხვადასხვა ხსნარებში, წვენებში, ხილში, პროდუქტებში ნივთიერებების, მათ შორის საქაროზას შემცველობის განსაზღვრის მიზნით. მეთოდი გამოირჩევა სიმარტივით, სანდოობითა და განსასაზღვრავი ნივთიერების მინიმალური ხარჯით.

ქიმიური, ნავთობგადამამუშავებელი, ფარმაცევტული და კვების პროდუქტები ყოველთვის შეიცავს მინარევებს, მათი გარდატეხის მაჩვენებლები განსხვავდება შესაბამისი ინდივიდუალური ნაერთების გარდატეხის მაჩვენებლებისგან, ამიტომ ხშირად ტექნიკური პროდუქტის გარდატეხის მაჩვენებელი წარმოადგენს სახელმწიფო სტანდარტით გათვალისწინებული სისუფთავის მახასიათებელს.

საქაროზას შემცველობის გამოსახვისთვის იყენებენ ერთეულს Brix, რომელიც აჩვენებს 100 გრამ ხსნარში საქაროზას შემცველობას.

საქაროზას შემცველობის განსაზღვრას ხილსა და სხვა კვების პროდუქტებში ხშირად მიმართავენ. მაგალითად, სასურველია ყურძენში წინასწარ გაიზომოს შაქრიანობა და დადგინდეს, თუ როდის არის სასურველი მისი მოკრეფა. შაქრიანობის გაზომვის ხშირი საჭიროებიდან გამომდინარე შექმნილია შაქრიანობის ავტომატური საზომი მოწყობილობები, რომელიც მოდიფიცირებულ რეფრაქტომეტრს წარმოადგენს. გაზომვის გამარტივების მიზნით იგი ანათვალს უკვე შაქრის შემცველობის მიხედვით (%-ში) იძლევა  ტაბლოზე და არა ზოგადად სხივის გარდატეხის მნიშვნელობას. გარდა ამისა, აკომპენსირებენ ტემპერატურის ცვლილებასაც.

მეთოდი 1.

პროექტში გამოყენებული რესურსები:

შაქრის საზომი მოწყობილობა (შაქრის გამზომ მოწყობილობით STEM-ასისტენსის ჯგუფი გაგიწევთ დახმარებას.)

პასტერის პიპეტი

სხვადასხვა საანალიზო ნიმუში

ბამბის ჩხირი

 უსაფრთხოება:

რეკომენდებულია ლაბორატორიული ხალათის გამოყენება.

ექსპერიმენტის პროცედურა:

ექსპერიმენტის დაწყებამდე მოამზადეთ სამუშაო ხსნარები.

• ექსპერიმენტის დაწყებამდე ყველა ხსნარი დააყოვნეთ და მიიყვანეთ ოთახის ტემპერატურაზე.
• ჩართეთ შაქრის გამზომი ავტომატური მოწყობილობა. დააწექით “Start” ღილაკს და დაიკავეთ დაჭერილ მდგომარეობაში 2-3 წმ. ეკრანზე გამოჩნდება წარწერა “LLL”.

• გაზომვების ჩატარების წინ საჭიროა აპარატის დაკალიბრება. ამისათვის, სინჯის დატანის ოპტიკურ მინაზე დაიტანეთ პიპეტით 1-2 წვეთი წყალი და დააჭირეთ “Start” ღილაკს. ყურადღება! არ შეახოთ მინის ან მეტალის წკირი ოპტიკურ მინას! წარმატებით დაკალიბრების შემთხევაში ეკრანზე გამოჩნდება ჩვენება “000“. თუ ნაჩვენები მნიშვნელობა 0-ზე მეტია, დააწექით ღილაკს

• გაამშრალეთ ოპტიკური მინა ბამბით ან ფილტრის ქაღალდით.

• პასტერის პიპეტის გამოყენებით დაიტანეთ საკვლევი სითხის (ხილის წვენი, ლიმონათი ან სხვა ხსნარი) 1-2 წვეთი. დააწექით ღილაკს “Start” და აიღეთ ანათვალი

• ერთი და იგივე პიპეტი არ გამოიყენოთ სხვადასხვა ხსნარზე.
• ჩაიწერეთ მიღებული შედეგი.
• ერთიდაიგივე ნიმუშისთვის გაზომვა გააკეთეთ სამჯერ და გამოთვალეთ საშუალო.

მეთოდი 2.

პროექტში გამოყენებული რესურსები:

რეფრაქტომეტრი (მოწყობილობით STEM-ასისტენსის ჯგუფი გაგიწევთ დახმარებას.)	პასტერის პიპეტი	სხვადასხვა საანალიზო ნიმუში	სინჯარები, 10 მლ-იანი (6 ცალი
ქიმიური ჭიქები, 100 მლ-იანი	საქაროზა	გამოხდილი წყალი	საზომი კოლბა, 1 ლ-იანი
პიპეტი, 5 მლ-იანი ( 2 ცალი)

კლასიკურ სინათლის რეფრაქტომეტრზე გაზომვის შემთხვევაში გარდატეხის მაჩვენებლების მიღებული მნიშვნელობების გადათვალ უნდა მოხდეს შაქრის პროცენტულ შემცველობაზე. ამისათვის საჭიროა აიღოს საკალიბრო გრაფიკი საქაროზას ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარების გამოყენებით.

საკალიბრო მრუდის აგება

საჭიროა მომზადდეს 6 ნიმუში საკალიბრო მრუდისათვის, თითოეული 5 მლ მოცულობით. საკალიბრო ნიმუშები უნდა მომზადდეს სამუშაო სტანდარტული ხსნარის (საქაროზას 40%-იანი წყალხსნარი) გამოყენებით ისე, რომ საქაროზას კონცენტრაცია საბოლოო ხსნარში (5 მლ-მდე განზავების გათვალისწინებით) იყოს: 4.0%; 8.0%; 16.0%; 24.0%; 32.0% და 40.0%.

ცხრილი 1.

• სინჯარები დანომრეთ შემდეგი თანმიმდევრობით - 1, 2, 3, 4, 5, 6.
• საწყისი სტანდარტული ხსნარიდან აიღეთ 1-ელ ცხრილში მოცემული მოცულობები და პიპეტით შეიტანეთ შესაბამის სინჯარებში.
• თითოეულს პიპეტით დაამატეთ შესაბამისი მოცულობის წყალი.
• რეფრაქტომეტრი დადგით სინათლეზე, გახსენით პრიზმა, დააწვეთეთ მასზე 1-2 წვეთი გამოხდილი წყალი, დააკვირდით გარდატეხის მაჩვენებელს, რომელიც სუფთა წყლისთვის არის n_D²⁰=1.333 საჭიროების შემთხვევაში მიიყვანეთ მნიშვნელობა 1.333-ზე.
• რეფრაქტომეტრზე გაზომეთ საკალიბრო გრაფიკის ასაგებად მომზადებული ხსნარების გარდატეხის მაჩვენებლები და მიღებული შედეგები შეიტანეთ ქვემოთ  მოცემულ ცხრილში (ცხრილი 2). თითოეული გაზომვის შემდეგ პრიზმაზე დააწვეთეთ გამოხდილი წყალი და გაწმინდეთ ფილტრის ქაღალდით.
• გაზომეთ საკვლევი ნიმუშების (ხილის წვენი, ლიმონათი ან სხვა ხსნარი) გარდატეხის მაჩვენებლები.
• ააგეთ საკალიბრო გრაფიკი Excel-ის გამოყენებით. ჩაინიშნეთ წრფის განტოლება და R²-ის მნიშვნელობა.
• გამოიყენეთ საკალიბრო გრაფიკი და წრფის განტოლება და გამოთვალეთ საკვლევ ნიმუშებში საქაროზას კონცენტრაცია.
• განსაზღვრეთ საქაროზას შემცველობა საკვლევ ხსნარებში და შეიტანეთ მნიშვნელობები მე-3 ცხრილში.

ცხრილი 2.

ცხრილი 3.

პროექტის ვარიაციები:

• შაქრების შემცველობის განსაზღვრა ერთიდაიგივე ხილში სხვადასხვა დროს (მაგ., ერთ ან ორ კვირიანი შუალედით).
• შაქრების შემცველობის განსაზღვრა ხილის წვენებში სხვადასხვა ტემპერატურაზე წვენის გაცხელების შემთხვევაში.
• შაქრების შემცველობის შედარება ნატურალურ და ქარხნულად დამზადებულ წვენებში.