Thiết bị đo quang học thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA: Công nghệ thực phẩm
----------

Môn học:
VẬT LÝ THỰC PHẨM
Đề tài:
THIẾT BỊ ĐO QUANG HỌC
THỰC PHẨM

GVGD: Trần Thị Hồng Cẩm
Lớp: thứ 5 tiết 9-10

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 03 năm 2016

1


2


LỜI MỞ ĐẦU
Các phương pháp phân tích bằng công cụ có vai trò đặc biệt quan trọng
trong sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật và công nghệ. Với sự phát
triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử và tin học, các máy móc thiết bị phân
tích cũng được hiện đại hóa, cho phép xác định nhanh chóng với độ chính xác
cao các mẫu chứa hàm lượng rất nhỏ của các chất phân tích. Một trong những
thiết bị chính xác và cần thiết đối với việc phân tích trong ngành thực phẩm là
các thiết bị đo quang học. Với việc ứng dụng các phương pháp đo chỉ số khúc
xạ, đo góc quay cực, hấp thu phân tử, hấp thu nguyên tử, các thiết bị đo đã ra

đời, ngày càng được hiện đại hóa, nâng cao kỹ thuật để đáp ứng tốt nhất trong
việc kiểm tra chất lượng sản phẩm, phục vụ nhu cầu người tiêu dụng.

3


I.

PHƯƠNG PHÁP ĐO CHỈ SỐ KHÚC XẠ VÀ CÁC LOẠI MÁY
1. Nguyên tác phương pháp đo chỉ số khúc xạ và khúc xạ kế Abbe:
[1] Nguyên tắc: Chỉ số khúc xạ của một chất so với không khí là ỷ số giữa giá
trị sin của góc tới và giá trị sin của góc khúc xạ cua3t ia sang truyền từ không
khí vào chất đó
Chỉ số khúc xạ còn được gọi là chiết suất thường được xác định bằng khúc xạ
được đo với chum tia có bước song tương ứng với vạch D của Natri
(58903nm) và ở nhiệt độ 20 độ C và được ký hiệu là nD20
-

-

-

Khúc xạ kế Abbe:
Nguyên tắc hoạt động: Khúc xạ kế Abbe dựa trên nguyên tắc phản xạ toàn
phần. Cụ thể là xác định góc tới hạn của sự phản xạ toàn phần của tia sang đi
từ môi trường có chỉ số khúc xạ cao (như thủy tinh) vào môi trường có chỉ số
khúc xạ bé hơn của chất cần đo.
Cấu tạo:
Bộ phận chính của khúc xạ kế Abbe gồm hai lăng kính tam giác vuông bằng
thủy tinh có cùng chiết suất N. Hai lăng kính này được ghép với nhau theo

mặt huyền sao cho chúng song song với nhau và giữa chúng có khoảng cách
nhỏ có thể chứa lớp chất lỏng cần đo.
Khúc xạ kế còn có các bộ phận hỗ trợ khác như sau:
Hệ thống thị kính có chia vạch đích (hoặc 2 đường thẳng giao nhau) để quan
sát, gương lấy ánh sáng, bộ phận tiêu sắc (khử hiện tượng tán sắc) để có thể
dùng ánh sáng tự niên mà vẫn cho kết quả tốt
Thang chia góc tới hạn có thể quy đổi luôn sang giá trị chiết suất
Có thể có bộ phận ổn nhiệt để duy trì nhiệt độ đo
Trước khi chuẩn độ cần chuẩn hóa máy bằng dung dịch có chiết suất đã biết
như: monobromonapthtalen (nD20=1.6588) hay dùng nước cất mới (nD20=
1.3330; nD20=1.3325, nD20= 1.3306
Ngoài khúc xạ kế Abbe còn có khúc xạ kế cầm tay
Ứng dung: Xác định chỉ số khúc xạ để xác định nồng độ chất tan của chất
trong dung dịch cần đo thông qua việc tra bảng lien quan giữa chỉ số khúc xạ
và nồng độ chất tan [1]

4


[2]The refractometer is often stored with a piece of tissue in the prism
assembly to keep the prism glass from being scratched. Open the prism
assembly and remove the tissue. (Khúc xạ kế thường được đặt một mảnh giấy
mỏng trên lăng kính với mục đích giữ cho lăng kính không bị trầy xước. Mở
lăng kính và bỏ mảnh giấy ra.)

Use a pipet to apply your liquid sample to the prism, being careful not to let
the glass pipet tip touch the prism since this may scratch the soft prism glass.
Add enough sample to achieve a thin film across the whole prism, typically 3
to 4 drops. (Sử dụng pipet để nhỏ mẫu chất lỏng vào lăng kính, thật cẩn thận
không để cho pipet đụng kính vì có thể làm xước lăng kính, nhỏ khoảng chừng

3 hoặc 4 giọt)

Close the prism assembly and turn on the lamp using the switch on the left
side. Adjust the lamp so the light shines on the prism and look through the
eyepiece.(Đậy lăng kính lại và mở đèn sáng bằng nút bên trái. Điều chỉnh vị
trí đèn sao cho ánh sáng chiếu thẳng vào lăng kính và nhìn qua thị kính)

5


If you are close to the index of refraction of your sample you should see that
the view in the eyepiece shows a dark region on the bottom and a lighter
region on the top. If you do not see a light and a dark region, adjust the
handwheel on the right side of the instrument until you do. (Nếu ở gần với chỉ
số khúc xạ của mẫu, bạn sẽ thấy rằng hệ thống thị kính lúc này có một vùng
tối ở phía dưới và vùng sáng ở bên trên. Nếu không thấy hai vùng tối và sáng
này, cần điều chỉnh núm quay bên phải thiết bị)

Before making the final adjustment, it may be necessary to adjust the lamp
position and to sharpen the borderline between the light and the dark regions
using the compensator dial on the front of the refractometer.(Trước khi thực
hiện điều chỉnh lần cuối, sẽ thật cần thiết để điều chỉnh vị trí đèn và làm đậm
hơn đường giao nhau giữa khu vực sáng và tối bằng cách dùng cái bù tròn ở
phía trên mặt của khúc xạ kế.)

6


Once you have a crisp demarcation between the light and dark regions, use
the handwheel on the right hand side to place this borderline exactly on the

center of the crosshairs as shown. (Ngay khi thấy sự phân ranh giới rõ giữa
khu vực sáng và tối, sử dụng tay quay bên phải để đặt đường phân cách chính
xác ngay giữa trung tâm hình chữ thập như hình bên dưới.)

To read the index of refraction, depress the switch on the left hand side of the
refractometer until you see the scale through the eyepiece. (Để đọc được số
đo của khúc xạ kế, ấn nút ở phía bên tay trái của khúc xạ kế cho đến khi thấy
được số đo thông qua hệ thống thị kính.) [2]

7


Máy đo độ ngọt Brix:
[3]Độ Brix: Là tỷ số phần trăm giữa khối lượng đường saccharose và khối
lượng dung dịch nước đường, tính bằng gam, ký hiệu %mas hay 0Brix.
Độ Bx quan sát: là độ Bx đo ở nhiệt độ bất kì bằng khúc xạ kế.
Độ Bx hiệu chỉnh: là độ Bx đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20oC hoặc được
hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn.
Brix – A unit of measure used in the refractometer. The Brix equals to
percent crude carbohydrate per 100 pounds of juice. The higher the
carbohydrate in the plant juice is the higher the mineral content of the plant,
the oil content of the plant, and the protein quality of the plant. (Brix – đơn vị
đo trong khúc xạ kế. Độ Brix tương đương phần trăm phần carbohydrate thô
trên 100 pounds nước ép. Khối lượng carbohydrate càng cao trong trái đồng
nghĩa với lượng nước, lượng dầu, và chất lượng protein trong trái)
Máy đo độ ngọt Brix có ứng dụng rất quan trọng trong công nghệ sản xuất
thực phẩm, cụ thể máy có thể đo được độ ngọt của rất nhiều thực phẩm khác
nhau như : trái cây, súp, các sản phẩm nước uống,…Nhìn chung, chỉ cần thực
phẩm cần đo độ ngọt ở dạng lỏng là có thể sử dụng máy đo độ ngọt Brix để đo
lượng đường trong thực phẩm. Đối với các sản phẩm ở dạng rắn như trái cây,

bạn có thể nghiền chúng ra rồi lấy phần nước trái cây để đo độ ngọt.
Ngày nay, nếu sản phẩm có thương hiệu trên thị trường, quá trình sản xuất
tuân thủ các nguyên tắc nghiêm ngặt và được phân phối trên địa bàn rộng lớn,
đặc biệt nếu có xuất khẩu sản phẩm của mình thì rất cần sử dụng máy đo độ
ngọt Brix. Bởi vì, đo độ ngọt của sản phẩm bằng máy đo độ ngọt Brix giúp
cung cấp chính xác độ ngọt trong sản phẩm khi đã thành phẩm, như vậy sẽ có
thông tin chính xác về độ ngọt – một đặc tính của sản phẩm. Phương pháp tính
độ ngọt của thành phẩm thông qua lượng đường hay chất tạo ngọt dùng trong
sản xuất sẽ chỉ cho một kết quả tương đối chính xác vì trong các nguyên liệu
khác của sản phẩm cũng có thể có một lượng đường nhất định, chúng ta rất
khó để xác định được lượng đường của từng thành phần tạo ra thành phẩm.
CÁCH SỬ DỤNG MÁY ĐO ĐỘ ĐƯỜNG BRIX
Đường là thành phần có trong hầu hết các thực phẩm, với hàm lượng khác
nhau. Đường tạo nên vị ngọt cho thực phẩm, thực phẩm có lượng đường càng
cao thì vị ngọt càng đậm hơn. Trong sản xuất và các lĩnh vực khác của đời
sống, người ta cần đo hàm lượng đường trong thực phẩm. Dụng cụ cần để
thực hiện việc này là máy đo độ đường brix.
8


Sử dụng máy đo độ đường brix với các bước rất đơn giản
Một trong những loại máy đo độ đường brix được sử dụng rộng rãi trên thị
trường là khúc xạ kế đo độ ngọt. Có hai loại khúc xạ kế đo độ ngọt là khúc xạ
kế quang năng ( loại này đọc kết quả đo trên hệ thống vạch ) và khúc xạ kế
điện tử ( loại này tự động hiển thị kết quả đo bằng số trên màn hình LCD ).
Sau đây là hướng dẫn sử dụng máy đo độ đường brix ( loại khúc xạ kế quang
năng ):
Bước 1: Để nước cất tinh khiết lên bề mặt lăng kính. Sau đó thông qua thị
kính, quan sát hệ thống vạch. Nếu nền xanh chỉ về mức 0 thì không cần hiệu
chỉnh lại, nếu nền xanh chưa ở mức 0 thì bạn dùng vít hiệu chỉnh chỉnh về

mức 0. Thông thường, máy đo độ đường brix đã được hiệu chỉnh sẵn tại nơi
sản xuất nên kết quả đo rất chính xác,nhưng bạn vẫn nên thường xuyên thực
hiện bước này để kiểm tra hoạt động của máy.
Bước 2: Để mẫu thử lên lăng kính của máy đo độ đường brix. Mẫu thử ở thể
lỏng và có nhiệt độ nằm trong giới hạn bù nhiệt của máy để có kết quả đo
chính xác nhất. Lưu ý là phải để mẫu thử phân bố đều trên cả bề mặt lăng
kính, tránh việc dung dịch chỉ nằm ở một phần lăng kính. Vì vậy, sau khi đậy
nắp lăng kính, cần di chuyển nhẹ nhàng máy để dung dịch trãi đều lên lăng
kính.
Bước 3: Đọc độ đường của dung dịch. Thông qua thị kính, nhìn thấy hệ thống
vạch theo độ brix. Có thể chỉnh tiêu cự để quan sát rõ hơn. Phần màu trắng
biểu thị độ brix của dung dịch.
Bước 4: Vệ sinh máy đo độ đường brix. Dùng khăn lau nhẹ bề mặt lăng
kính.Không được dùng nước vệ sinh toàn bộ máy, hãy đảm bảo máy luôn
được khô ráo.[3]

9


PHÂN CỰC KẾ
[3]Độ Pol
Là khối lượng đường saccharose có trong dung dịch tính theo phần trăm khối
lượng dung dịch do kết quả đo được bằng máy phân cực kế.
Pol quan sát: Độ quay cực của dung dịch đường ở nhiệt độ nào đó đọc
trực tiếp trên phân cực kế.
Pol hiệu chỉnh (Pol): Độ quay cực của dung dịch đường ở nhiệt độ
chuẩn 200C hoặc được hiệu chỉnh về 200C.[4]
[1] Phân cực kế: là thiết bị có thể cho phép đo góc quay cực của một dung
dịch chất hoạt quang. Để chuyển ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực
người ta dùng kính phân cực. Lăng kính nicol (gọi tắt là nicol) là loại kính

đảm bảo cho tia ló là phân cực thẳng. Lăng kính nicol được ghép từ hai lăng
kính băng lan, cắt theo những góc thích hợp và gắn với nhau bằng keo canada
trong suốt.
Một phân cực kế đơn giản nhất có cấu tạo. Những bộ phận không thể thiếu là
nguồn sáng đơn sắc S, một lăng kính nicol P tạo ánh sáng phân cực (nicol
phân cực), ống đựng dung dịch hay chất lỏng cần đo có chiều dài xác định L
và một nicol A dùng để nhận biết sự phân cực của ánh sáng (nicol phân tích)
cấu trúc giống hệt nicol phân cực
Khi ống L đựng đầy chất hoạt quang (dung môi chẳng hạn) có thể quay nicol
phân tích A đến vị trí Oa sao cho ánh sáng phân cực không qua được A. Thay
dung môi bằng dung dịch đo mặt phẳng phân cực bị quay nên ánh sáng đi
được qua A. Do đó phải quay nicol phân tích đến vị trí mới Oa’ để triệt tiêu
ánh sáng. Góc aOa’ là góc quay cực đo được
Vì mắt người không thể phân biệt được bóng đen hoàn toàn tuyệt đối. Vì vậy
thay vì xác định sự triệt tiêu ánh sáng, người ta sử dụng sự cân bằng ánh sáng
như trong so màu. Muốn vậy trong phân cực kế thường gắn them tấm Laurent,
lúc đó ánh sáng nhìn thấy trong phân cực kế được phân thành hai nửa.
Lúc đó ánh sáng nhìn thấy trong phân cực kế được phân thành hai nửa. Có hai
vị trí cân bằng của hai nửa đó là cả hai cùng rất sáng và cả hai nửa đều sáng
rất yếu. Vị trí của cả hai nửa sáng đều yếu được chọn để xác định vị trí nicol
A triệt tiêu ánh sáng phân cực tới nó.
Nguồn sáng sử dụng trong phân cực kế thường sử dụng đèn hơi natri để tạo ra
tia D sử dụng để đo [1]

10


[4]For mixtures of organic molecules in pure or diluted form, polarimetry
provides a rapid, reliable, quality check that eliminates conventional analysis
like liquid chromatography which can take an hour to do what the

polarimeter accomplishes in minutes. Research chemists use polarimetry to
test the effectiveness of catalysts and asymmetric synthetic processes.
Polarimeter is used in industry for:
Sugar industry
- Quality control of original and end product
- Determination of fructose and glucose
- Sugar concentrations in refined beet and cane sugar, molasses and beet
pulp
Food industry
- Determination of concentration
- Purity control
- Quality control [4]
Đối với hỗn hợp các phân tử hữu cơ ở dạng tinh khiết hoặc pha loãng, phân
cực kế kiểm tra nhanh và đáng tin cậy chất lượng mà không cần những
phương pháp phân tích thông thường như sắc ký lỏng. Các phương pháp
thong thường có thể mất một giờ để làm trong khi phân cực kế chỉ mất vài
phút. Các nhà hóa học nghiên cứu sử dụng phân cực kế để kiểm tra tính hiệu
quả của các chất xúc tác và các quá trình tổng hợp bất đối xứng.
Đối với các ngành công nghiệp, phân cực kế được sử dụng:
Ngành công nghiệp sản xuất đường
- Kiểm tra chất lượng sản phẩm ban đầu và kết thúc
- Xác định hàm lượng fructose và glucose
- Nồng độ đường trong củ cải đường tinh luyện và đường mía, mật
đường và bột củ cải đường
Công nghiệp thực phẩm
- Xác định nồng độ
- Kiểm soát độ tinh khiết
11

-

Kiểm soát chất lượng

PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THU PHÂN TỬ:
[5] Không phụ thuộc vào vùng phổ, các máy đo độ truyền quang và độ hấp
thụ ( mật độ quang ) của dung dịch bao gồm 5 bộ phận cơ bản:
- Nguồn bức xạ có năng lượng ổn định.
- Bộ phận tạo bức xạ đơn sắc cho phép ta chọn bước sóng của bức xạ đơn sắc thích hợp với
chất nghiên cứu.
- Các cuvet chứa dung dịch đo.
- Đêtectơ để chuyển tín hiệu quang - năng lượng bức xạ - thành tín hiệu đo được, thường là
tín hiệu điện.
- Bộ phận chỉ thị kết quả đo của tín hiệu.
Tuỳ theo cấu tạo của các loại thiết bị mà người ta chia ra làm 2 loại máy đo quang là máy 1
chùm tia và máy 2 chùm tia.
Độ phức tạp của các bộ phận riêng của các máy đo phổ hấp thụ của dung dịch cũng phụ
thuộc vào các máy khác nhau, vào vùng bước sóng kể cả vùng sử dụng các số liệu. Ví dụ:
để đo độ hấp thụ trong vùng khả kiến ta có các máy so màu bằng mắt, máy so màu quang
điện, trong vùng hồng ngoại ta có máy quang phổ hồng ngoại IR, hiện nay các máy quang
phổ hấp thụ phân tử thường cho phép đo trong vùng tử ngoại UV và cả vùng khả kiến VIS
từ 190nm đến 1100nm, gọi chung là các máy quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS
Máy quang phổ UV-VIS:
Các máy quang phổ UV-VIS hiện nay được thiết kế để đo phổ trong vùng tử ngoại và trông
thấy, thường sử dụng lăng kính hay cách tử cho phép thay đổi một cách liên tục độ dài
sóng; đêtectơ là nhân quang điện hay ống nhân quang điện.
o Nguồn bức xạ:
Trong các máy quang phổ UV-VIS hiện nay thường trang bị 2 loại nguồn,
trong vùng khả kiến thì dùng đèn vonfram W- Lamp, còn nguồn bức xạ tử ngoại
được biết đến nhiều nhất là đèn hiđrô hay đèn đơteri D- Lamp. Các đèn hiđrô

hay đèn đơteri bức xạ một phổ liên tục do có sự chuyển các phân tử khí vào
trạng thái kích thích. Sự trở về trạng thái ban đầu có kèm theo sự phân hủy của
12


phân tử bị kích thích để tạo ra photon của bức xạ tử ngoại và 2 nguyên tử hiđrô
trong trạng thái cơ bản. Năng lượng được hấp thụ tách ra ở hai dạng và chính là
năng lượng động học của các nguyên tử hiđrô và năng lượng photon của bức xạ
tử ngoại . Năng lượng động học cung cấp cho cả 2 nguyên tử hiđrô không bị
lượng tử hóa, do vậy mà nhận được một phổ rộng của năng lượng các 2 nguyên
tử hiđrô.
o Các nguồn tạo bức xạ đơn sắc ( máy tạo bức xạ đơn sắc ): làm nhiệm

vụ phân li bức xạ thành bức xạ đơn sắc có độ dài sóng khác nhau, có một số
loại
như sau :
- Máy tạo bức xạ đơn sắc bằng lăng kính

Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống tạo bức xạ đơn sắc bằng lăng kính
1- Khe vào ; 2- Thấu kính tập hợp ; 3- Lăng kính ; 4- Thấu kính tiêu điểm;
5- Mặt phẳng tiêu điểm ; 6- Khe ra.
Sự phân giải các bức xạ khả kiến, tử ngoại kể cả hồng ngoại có thể thực
hiện được bằng cách cho chùm bức xạ đi qua cách tử trong suốt hay phản xạ
bức xạ từ một lưới phản xạ. Các cách tử là một cục thủy tinh hay một vật liệu
trong suốt khác trên đó có vạch ra các đường song song. Khi có sự chiếu sáng
cách tử bằng một chùm bức xạ đi qua khe thì mỗi vạch sẽ trở nên một nguồn
bức xạ mới. Kết quả giao thoa của nhiều chùm sáng thì bức xạ sẽ được phân
giải thành các phần với các độ dài sóng khác nhau. Nếu chùm bức xạ được tập
trung trên một mặt phẳng ta sẽ nhận được một phổ mà dạng của nó lập lại
dạng của khe vào. Cách tử thích hợp để dùng trong các vùng khả kiến và tử

ngoại có gần 600 vạch trên 1cm. Các mạng lưới phản xạ nhận được bằng cách
cắt các lỗ rãnh trên bề mặt đã được đánh bóng của kim loại. Tương tự, bức xạ
được phản xạ từ mỗi phần lồi lên của mạng lưới và sự giao thoa của các chùm
phản xạ sẽ gây ra sự phân giải bức xạ.
Ngoài ra còn có các máy tạo bức xạ đơn sắc đôi, bao gồm từ hai cấu phần
phân giải, có nghĩa là gồm hai lăng kính, hai mạng lưới hay lăng kính và
mạng lưới. Sự kết hợp này làm cho khả năng phân giải của máy tăng lên rất
nhiều.
13


o Cuvet: thường sử dụng cuvet thủy tinh cho vùng khả kiến, nếu đo trong

vùng tử ngoại thì phải dùng cuvet thạch anh.
o Các đêtêctơ : Trong các máy UV-VIS thì đêtêctơ là các tế bào quang
điện với hiệu ứng quang điện ngoài hay các nhân quang điện.
Tương tự như các máy so màu quang điện, các máy UV-VIS giống nhau ở
sơ đồ khối nhưng sẽ khác nhau về độ phức tạp, các đặc tính làm việc và giá
thành. Trong các máy hai chùm tia, bằng cách nào đó chùm sáng được chia
đôi hoặc ở giữa máy tạo bức xạ đơn sắc hoặc theo lối ra khỏi máy này : một
chùm đi qua dung dịch phân tích và một chùm khác đi qua dung dịch so sánh.
Trong một số máy, người ta so sánh cường độ của cả hai chùm nhờ một hệ đôi
của các đêtêctơ và các bộ khuyếch đại sao cho nhận được ngay mật độ quang
hay độ truyền quang. Trong các máy khác, bức xạ của nguồn được tách ra một
cách cơ học và các xung ánh sáng lần lượt đi qua các dung dịch phân tích và
dung dịch so sánh. Sau đó chùm sáng cuối cùng được cấu tạo lại và rơi vào
một đêtêctơ, qua bộ phận khuyếch đại và cuối cùng cho nhận tín hiệu đo là
mật độ quang hay độ truyền quang.
Máy quang phổ UV - VIS vận hành trên cơ sở đo độ hấp thụ ánh sáng đặc
trưng cũng như độ truyền quang ở các bước sóng khác nhau, nhờ đó kết quả

thu được nhanh và chính xác, đặc biệt là việc ứng dụng thiết bị trong ngành đồ
uống để xác định thành phần vi lượng cũng như các chỉ tiêu vệ sinh an toàn
thực phẩm.
Trong lĩnh vực công nghệ sản xuất bia, máy quang phổ UV - VIS được ứng
dụng để xác định độ màu của nguyên liệu cũng như bia thành phẩm, thành
phần đạm amin, đường khử, hàm lượng polyphenol, hàm lượng chất đắng và
diacetyl... Ngoài ra, người ta còn sử dụng phương pháp so màu trong phân
tích các kim loại nặng như Cr, As, Zn, Al, Hg,...[5]

14


Máy quang phổ hồng ngoại:
[5] Các máy IR có cấu trúc tương tự như máy UV-VIS, trong đó nguồn bức xạ
liên tục là đèn vonfram cho bức xạ có bước sóng < 2μm); đèn Nernst cho bức
xạ có bước sóng trong khoảng 0,4 ÷ 20μm, là dây lò xo từ oxit ziriconi và ytri
được nung nóng bằng dòng điện đến 1500 oC hoặc Globar, là dây lò xo từ
cacbit silic cho bức xạ có bước sóng trong khoảng 1 ÷ 4μm khi được nung
nóng bằng dòng điện đến 1500oC hoặc cũng có thể là dây Nicrom ( Ni + Cr ).
Đối với vùng hồng ngoại trong đó thủy tinh và thạch anh không trong suốt
thì người ta chế tạo các lăng kính từ vật liệu như natri clorua, liti florua, canxi
florua hay kali bromua. Các vật liệu này cũng dùng để tạo cuvet hay tạo mẫu
đo phổ hồng ngoại. Tuy nhiên những chất này chịu sự phân hủy cơ học và
tương tác của hơi nước, do vậy khi làm việc với chúng phải có các biện pháp
kỹ thuật thích hợp.
Các máy IR nói chung đều là hệ thống hai chùm tia vì thường sử dụng để
thăm dò và ghi một vùng rộng của phổ.
Ứng dụng của máy quang phổ hồng ngoại trong công nghiệp thực phẩm:
Máy quang phổ hồng ngoại được ứng dụng nhiều trong phân tích thực phẩm.
Kỹ thuật phân tích này được coi là sạch và tốt vì không sử dụng hóa chất,

không có vấn đề về sức khỏe và an toàn.
IR phân tích dư lượng acid amin trong protein, đánh giá chất lượng của chất
báo, protein thành phần của các sản phẩm sữa và hạt. Phân biệt giữa bột cá,
bột thịt, bột đậu nành có trong mẫu, phân tích thành phần hóa học các sản
phẩm thực phẩm như phomat, ngũ cốc, bánh kẹo, thịt bò.
Sử dụng máy quang phổ hồng ngoại dễ dàng thực hiện và rất hữu ích trong
việc loại bỏ các nguyên liệu, sản phẩm thực phẩm mà ta nghi ngờ không đạt
chất lượng.
Ngoài ra trong thực phẩm còn xác định hàm lượng tro, béo, xơ, đạm, ẩm,
phosphor trong bột cá và thức ăn cho gia súc; xác định hàm lượng nước trong
dung môi; xác định hàm lượng acid nitric trong dẫn xuất pyridine.

15


PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ:
Máy AAS:
[5] Cấu tạo:
• Nguồn phát bức xạ đơn sắc
Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trước hết phải có nguồn phát
ra tia bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần phân tích để chiếu vào môi trường hấp
thụ. Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc phải thỏa mãn những yêu cầu sau đây:
- Phải tạo được tia phát xạ nhạy ( các vạch phát xạ nhạy, đặc trưng ) của
nguyên tố cần phân tích. Chùm tia này phải có cường độ ổn định và có thể
điều chỉnh được.
- Phải tạo được chùm tia phát xạ thuần khiết chỉ bao gồm một số vạch
nhạy, đặc trưng của nguyên tố cần phân tích còn phổ nền không đáng kể.
- Chùm tia phát xạ đơn sắc phải có cường độ cao, bền vững theo thời gian
và không bị các yếu tố vật lý nhiễu loạn để hạn chế sự ảnh hưởng về vật lí và
về phổ trong phép đo.

Các máy AAS hiện nay dùng chủ yếu ba loại nguồn, đó là: Đèn catốt
rỗng; Đèn phóng điện không điện cực; Đèn phát phổ liên tục đã được biến
điệu.
• Thiết bị nguyên tử hóa mẫu
Quá trình nguyên tử hóa mẫu là một giai đoạn rất quan trọng trong phép
đo AAS bởi vì chỉ các nguyên tử tự do mới cho phổ hấp thụ nguyên tử, số
nguyên tử tự do là yếu tố quyết định cường độ vạch phổ hấp thụ và ảnh hưởng
trực tiếp đến kết quả phân tích. Mục đích của quá trình này là tạo ra được đám
hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn định, để
phép đo đạt kết quả chính xác và có độ lặp lại cao. Hai hệ thống kỹ thuật
nguyên tử hóa mẫu sau đây tạo ra hai dòng máy AAS khác nhau.
Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa
Máy AAS với hệ thống này cho phép đo AAS được ký hiệu là F- AAS (
viết tắt của Flame Atomic Absorption Spectrometry ). Theo kỹ thuật này
người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử
hóa mẫu phân tích.
• Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa
Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hóa
bằng ngọn lửa, nhưng kỹ thuật phát này triển rất nhanh và hiện nay đang được
ứng dụng rất phổ biến. Kỹ thuật này cho phép đo AAS có độ nhạy cao hơn rất
•

16


nhiều so với kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, mức nanogram - ppb. Đây
là ưu điểm chính của kỹ thuật này, vì vậy khi phân tích lượng vết các kim loại
trong nhiều trường hợp không cần thiết phải làm giàu các nguyên tố cần phân
tích, đặc biệt là khi xác định các nguyên tố vi lượng trong các loại mẫu y học,
sinh học, dược phẩm, thực phẩm…

• Hệ thống đơn sắc
Đây là hệ thống quang học, cũng gọi là máy quang phổ có độ phân giải
cao, có nhiệm vụ thu, phân li và chọn vạch phổ hấp thụ cần đo. Hệ này có thể
là một chùm tia hay hai chùm tia bao gồm ba phần chính:
- Hệ chuẩn trực, để chuẩn trực chùm tia vào.
- Hệ thống tán sắc (phân li) để phân li chùm sáng đa sắc thành đơn sắc.
- Hệ buồng tối ( buồng ảnh ) để hội tụ các tia cùng bước sóng lại.
Hệ thống đơn sắc của mỗi máy AAS phải đảm bảo một số yêu cầu sau
đây:
1. Phải có độ tán sắc đủ lớn để có thể tách và cô lập được tốt các vạch phổ
cần đo, tránh sự quấy rối, sự chen lấn của các vạch phổ khác ở bên cạnh.
Trong các máy hiện nay thường là hệ cách tử có hằng số từ 1200 ÷ 2400
vạch/nm.
2. Phải không gây ra các hiện tượng sai lệch làm mất năng lượng của chùm
sáng ở trong máy như sự hấp thụ, sự tán xạ, sự khuyếch tán của các bộ
phận cấu thành máy, đặc biệt là các hệ thống gương, các thấu kính trong máy.
3. Khe vào, khe ra của máy phải có độ mở chính xác và phải điều chỉnh
được cho phù hợp với từng vạch phổ và có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo.
Các thấu kính phải trong suốt trong vùng phổ làm việc của máy.
4. Đêtêctơ để phát hiện cường độ vạch phổ phải có độ nhạy cao, để có thể
phát hiện sự thay đổi nhỏ trong quá trình hấp thụ của vạch phổ của mỗi
nguyên tố. Nói chung trong các máy AAS là loại đêtêctơ nhạy nhất, đó là ống
nhân quang điện ( photomultivlier tube).
Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ: gồm các trang thiết bị
sau:
- Đơn giản nhất là một điện kế chỉ năng lượng hấp thụ của vạch phổ
- Một máy tự ghi pic của vạch phổ
- Bộ hiện số digital
- Bộ máy in hay kể cả tích phân kế
Nói chung các máy hiện nay đều kết nối với một máy vi tính, cho phép

điều khiển toàn bộ quá trình đo; tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo; xử lý
các kết quả đo. Hệ thống máy AAS cũng bao gồm hai loại là hệ một chùm tia
và hệ hai chùm tia.
•

17


Ưu điểm của máy AAS là:
- Độ chính xác của máy AAS cao: RSD <2%
- Độ lặp lại rất tốt: RSD <1%
- Độ nhạy: rất nhạy, đo được hàm lượng tới ppb (microgram /kg)
- Chi phí đầu tư thấp so với máy ICP – OES
- Phân tích được rất nhiều nguyên tố và thời gian phân tích nhanh
Ứng dụng của máy AAS trong công nghiệp thực phẩm:
Ứng dụng trong ngành phân tích rau, sản phẩm và thức ăn động vật. Phân tích
các mẫu thực phẩm để xác định hàm lượng khoáng chất và nguyên tố vi
lượng, xác định các kim loại nặng có hại cho người tiêu dùng. [5]

18


Thiết bị phân tích protein, độ ẩm, độ béo và các thành phần khác của thực
phẩm/phomai tại hiện trường ZX-550 [3]
I. ĐẶC ĐIỂM:
o
Chức năng: Là thiết bị phân tích protein, độ ẩm, độ béo và các thành
phần khác của thực phẩm/phomai tại hiện trường
o
Độ chính xác của kết quả đo: Tương đương độ chính xác của phòng thí

nghiệm khi được hiệu chuẩn theo các mẫu đã được đo ở phòng thí nghiệm
o
Độ tin cậy vô song (không có các bộ phận chuyển động để có thể hỏng
hóc)
o
Đo chính xác trong môi trường có độ ẩm cao
o
Tự động bù nhiệt
o
Đo đồng thời nhiều thành phần
o
Được thiết kế để đo chính xác trên:
o
Phomai nấu chảy
o
Bánh kẹo
o
Thịt bò xay
o
Phomai tự nhiên
o
Các thành phần nguyên liệu thô
o
Ngũ cốc
o
….
o
Được sử dụng để đo:
o
Protein

o
Độ ẩm
o
Độ béo
o
…
o
Cho phép đo chính xác và dễ dàng:
o
Chất rắn
o
Chất lỏng
o
Chất sền sệt
II. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT:
o
Đặc tính quang học:
o
Dải phổ: 14 bộ lọc cho các bước sóng từ 893 ~1045 nm (tiêu chuẩn)
o
Tốc độ quét: Tới 10 lần/giây
o
Dải quang học: 0 ~ 6 AU
o
Độ phân giải: 0.0001 AU
o
Độ ổn đinh: 0.05 Mili-AU
19

o
Chế độ đo: truyền dẫn khuếch tán
o
Thời gian đo: Thay đổi được (thông thường là dưới 1 phút)
o
Thông số đo: giá trị Log 1/T; 14 bước sóng chính và 2 giá trị nhiệt độ
o
Đô chính xác của kết quả đo: Tương đương độ chính xác của phòng thí
nghiệm khi được hiệu chuẩn theo các mẫu đã được đo ở phòng thí nghiệm
o
Bù nhiệt: Tích hợp
o
Thiết bị: 5 oC ~ 45 oC
o
Mẫu: -10 oC ~ 45 oC
[6] Khúc xạ kế đo độ mặn là một sản phẩm kỹ thuật có công dụng đo nồng độ
muối của dung dịch. Sản phẩm này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
thực phẩm và một số ngành khoa học. Đo độ mặn bằng khúc xạ kế có độ tin
cậy cao và dễ sử dụng
PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ MẶN BẰNG KHÚC XẠ KẾ
Khúc xạ kế đo độ mặn là một sản phẩm kỹ thuật có công dụng đo nồng độ
muối của dung dịch. Sản phẩm này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
thực phẩm và một số ngành khoa học. Đo độ mặn bằng khúc xạ kế có độ tin
cậy cao và dễ sử dụng.
Đo độ mặn bằng khúc xạ kế khi lần đầu sử dụng sản phẩm này nên thực hiện
đầy đủ các bước như sau:
Bước 1: Bạn đặt mẫu nước cất tinh khiết lên lăng kính của khúc xạ kế. Khi
nhìn trên hệ thống vạch biểu thị nồng độ, nếu vạch xanh trở về vị trí mức
không thì khúc xạ kế hoạt động tốt. Bạn nên thực hiện bước này khi lần đầu
sử dụng khúc xạ kế để kiểm tra hoạt động của máy.

Bước 2: Đặt mẫu thử lên lăng kính của khúc xạ kế rồi đậy nắp lăng kính lại.
Đo độ mặn bằng khúc xạ kế chỉ áp dụng cho những mẫu thử có dạng lỏng.
Ngoài ra, mẫu thử có thể ở nhiệt độ cao thì máy vẫn có thể cho ra kết quả đo
độ mặn một cách chính xác vì khúc xạ kế có chế độ tự động bù nhiệt.
Bước 3: Đọc nồng độ trên hệ thống vạch của máy. Sau khi có mẫu thử trên
lăng kính, bạn nhìn vào hệ thống vạch chia nồng độ. Bạn sẽ thấy trên hệ thống
vạch biểu thị nồng độ của máy có hai phần, phần màu xanh và màu trắng.
Phần màu trắng biểu thị nồng độ của dung dịch mẫu thử. Nhìn vào thông số
tương ứng với mức cao nhất của phần màu trắng, bạn có thể dễ dàng đọc được
kết quả đo độ mặn bằng khúc xạ kế.
Bước 4: Dùng khăn giấy sạch, mềm lau nhẹ nhàng lăng kính của máy. Bước
này nhằm mục đích vệ sinh lăng kính, tránh được dung dịch vẫn bám trên bề
mặt lăng kính làm cho kết quả trong lần đo kế tiếp không đảm bảo chính xác .
Kết quả đo độ mặn bằng khúc xạ kế sẽ cho bạn một số liệu chính xác để xác
định nồng độ của dung dịch. Chỉ qua các bước đơn giản, nhanh chóng là bạn
20


có thể thu được số liệu mình mong muốn. Khúc xạ kế với thiết kế cầm tay nhỏ
gọn, cơ động trong di chuyển, mẫu mã đẹp và độ bền cao, lại không sử dụng
năng lượng điện hay pin là một thiết bị mà các nhà sản xuất thực phẩm hay
các nhà hải dương học nên trang bị cho mình để đảm bảo công tác sản xuất và
nghiên cứu được tiến hành dễ dàng, thuận lợi và chính xác.[6]

Bài báo khoa học về máy quang phổ UV – VIS và Phân cực kế
[7]
Ultraviolet - Visible Spectroscopy (UV/Vis):
Principle: It involves the absorption of electromagnetic radiation by the
substances in the ultraviolet and visible regions of the spectrum. This will
result in changes in the electronic structure of ions and molecules through the

excitations of bonded and non-bonded electrons.
Instrumentation: It consists of a dual light source viz., tungsten lamp for
visible range and deuterium lamp for ultraviolet region, grating
monochromator, photo-detector, mirrors and glass or quartz cells.
NOTE: For measurements to be made under visible region both glass and
quartz cells can be used. For the measurements under ultraviolet region, only
quartz cell should be used, since, glass cells absorb ultraviolet rays.
There are two types of instrumental designs for this technique as single beam
and double beam spectrophotometers. However double beam
spectrophotometers are widely used and following is the outline of the
instrument:

Applications: It is the most widely used technique for quantitative molecular
analysis, for this Beer-Lambert law is applied. Sometimes it is used in
conjunction with other techniques such as NMR, IR, etc., in the identification
and structural analysis of organic compounds. For qualitative analysis it
21


provides valuable information through the absorption spectrum which is
unique for a given compound.
Disadvantages: Samples should be in solution. Mixture of substances poses
difficult to analyse and requires prior separation. Interference from the
sample’s matrix makes the measurement difficult.
(Tia cực tím – Quang phổ nhìn thấy được (UV-VIS)
Nguyên tắc: Nó liên quan đến sự hấp thụ bức xạ điện từ do các chất trong
vùng cực tím và có thể nhìn thấy của quang phổ. điều này sẽ dẫn đến những
thay đổi trong cấu trúc điện tử của các ion và các phân tử thông qua việc kích
thích các electron ngoại quan và phi ngoại quan.
Thiết bị đo đạc: Bao gồm nguồn ánh sáng kép, đó là đèn Vôn-fram cho vùng

nhìn thấy được và đèn Đơ-tê-ri cho vùng tia cực tím, máy đơn sắc cách tử, bộ
tách sóng quang, gương và những chậu thủy tinh hoặc thạch anh.
Chú ý: Thực hiện phép đo trong vùng nhìn thấy cho cả hai tế bào thủy tinh và
thạch anh. Trong vùng tử ngoại, chỉ có tế bào thạch anh được thực hiện, sau
đó, tế bào thủy tinh hấp thụ tia cực tím.
Có hai loại dụng cụ thiết kế cho kỹ thuật này như chùm đơn và quang phổ
chùm kép. Tuy nhiên quang phổ chùm kép đang được sử dụng rộng rãi và sau
đây là những hình ảnh cụ thể của dụng cụ:
Ngoài ra,nó còn được sử dụng rộng rãi nhất là trong kỹ thuật phân tích phân
tử, áp dụng theo luật Beer-Lambert. Đôi khi nó được sử dụng kết hợp với các
kỹ thuật khác như NMR, Ir, vv, ... trong việc xác định và phân tích cấu trúc
của các hợp chất hữu cơ. Việc phân tích định tính thì cung cấp thông tin có
giá trị thông qua phổ hấp thụ, phổ hấp thụ là duy nhất cho mỗi hợp chất hữu
cơ đó.
Sự bất lợi: Những mẫu nên ở trạng thái hòa tan. Hỗn hợp các chất được đặt
khó có thể phân tích và bắt buộc được ưu tiên phân tách. Sự giao thoa từ mẫu
gốc làm cho phép đo trở nên khó hơn)
Polarimetry
Principle: In the preceding section under spectroscopy interaction of light with
the substances leading to absorption, emission and fluorescence has been
dealt. Here the phenomena concerns with the rotation of the plane of the plane
polarised light when it is passed through the samples which lacks symmetry
(e.g. sugar), these substances which are asymmetric in nature are said to be
optically active substances. A plane polarised light is that which essentially
has its vibration in only one direction or one plane as shown below:
22


A

B

C

In the above illustration “A” refers to the light waves propagating in all
directions or planes (multidirectional), “B” refers to the Nicol prism which
cuts all the planes of light and allows the light to come out with vibration in
only one plane or direction (unidirectional) and “C” is the resultant light
which is said to be a plane polarised light. It is the light, which is utilised for
the measurement of the optical activity of a compound. The plane of this light
will be rotated to certain extend depending on the nature of the compound
under study and forms the basis of this technique.
Instrumentation: It comprises of a sodium lamp, nicol polarizer, sample tube,
nicol analyzer and an eyepiece.

If, the rotation of the plane by a compound is in the clockwise then it is said to
be dextro,if it is in the anticlockwise then it is said to be laevo. For any
compound the rotation depends on the concentration and the length of the
sample tube and importantly on the temperature too.
Applications: It is mainly used as a quantitative tool. It finds extensive
application in the analysis of sugar. In pharmaceutical industry it is used for
the measurement of concentration of optically active drugs.
23


Disadvantages: It requires the samples only in solution form. The sample tube,
after filling with the sample solution, should be free of bubble or any free
particle, otherwise the light path will be affected and hence the accuracy. The
sample holder should be thermostatted, since the optical activities of the
substances vary with temperature.

(Phân cực kế
Nguyên tắc: Trong phần trước dưới sự tương tác quang phổ của ánh sáng với
các chất dẫn đến sự hấp thụ, khí thải và huỳnh quang đã được xử lý. ở đây
những mối quan tâm hiện tượng với vòng quay của mặt phẳng của mặt phẳng
phân cực ánh sáng khi nó được truyền qua các mẫu mà thiếu đối xứng (ví dụ
đường), các chất đó là bất đối xứng trong thiên nhiên được cho là hoạt chất
quang học. một mặt phẳng phân cực ánh sáng là cái cơ bản có rung động của
nó chỉ theo một hướng hoặc một mặt phẳng như hình dưới đây:
Ở hình minh họa trên “A” nói đến sự truyền sóng ánh sáng tới tất cả mọi
hướng hoặc mặt phẳng (đa chiều), “B” là lăng kính Nicol mà nó cắt tất cả
mặt phẳng ánh sáng và cho phép ánh sáng đi ra với sự dao động chỉ trong
một mặt phẳng hoặc một hướng (theo một phương hướng duy nhất) và “C” là
ánh sáng tổng hợp được gọi là ánh sáng mặt phẳng phân cực. Đó là ánh sáng
được sử dụng để đo hoạt động quang học của một hợp chất. Mặt phẳng của
ánh sáng này sẽ được luân chuyển đến mức độ nhất định tùy thuộc vào tính
chất của các hợp chất được nghiên cứu và hình thành cơ sở của kỹ thuật này.
Thiết bị đo đạc: bao gồm một đèn natri, phân cực nicol, ống mẫu, phân tích
nicol và một thị kính
Nếu hợp chất quay theo chiều kim đồng hồ thì được cho là dextro, nếu ngược
chiều kim đồng hồ được cho là laevo. Hợp chất nào cũng phụ thuộc vào nồng
độ, chiều dài của ống mẫu và nhiệt độ.
Ứng dụng: Nó được sử dụng chủ yếu như một công cụ phân tích. Được ứng
dụng rộng rãi trong phân tích đường. Trong ngành công nghiệp dược phẩm
nó được sử dụng để đo nồng độ của thuốc hoạt động quang học.
Sự bất lợi: Yêu cầu mẫu chỉ ở dạng hòa tan. Ống đựng mẫu , sau khi đổ mẫu
hòa tan vào, sẽ nổi lên bong bóng hoặc các phần tử, hoặc đường đi ánh sáng
sẽ bị ảnh hưởng và ảnh hưởng độ chính xác. Đồ đựng mẫu nên được điều
chỉnh nhiệt vì các hoạt động quang học của các chất biến đổi nhiệt)

24

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bài giảng Phân tích hóa lý thực phẩm 1 trường đại học Công nghiệp Thực
Phẩm TPHCM
[2]Web:
/>[3] Luận văn Thạc sĩ Vật lý- Hồ Thị Thân
[4] Web: />[5] Bài giảng phân tích công cụ
[6] Web: />[7] Bài báo khoa học: Instrumental chemical analysis:
Basic principles and techniques của Department of Chemical and
Biomolecular Engineering Faculty of Engineering

25