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Beschreibung:
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Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Uberwachung der Reinheit
von Saccharose-Lösungen, insbesondere zur Bestimmung der Reinheit von zuckerhaltigen
Säften.
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Als Reinheit eines Saftes bezeichnet man in der Zucker-Industrie seinen
auf den Trockensubstanzgehalt bezogenen Saccharosegehalt. Die Ermittlung des Saccharosegehaltes
erfolgt üblicherweise nach Ausfällen störender Nichtzuckerstoffe auf polarimetrischem
Wege. Zur Ermittlung des Trockensubstanzgehaltes bedient man sich im allgemeinen
der Messung des Brechungsindexes oder der Bestimmung der Dichte.
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Es ist grundsätzlich bekannt, daß ein Zusammenhang zwischen der elektrischen
Leitfähigkeit eines Saftes und seiner Reinheit besteht.
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J. PONANT und G. WINDAL beschreiben in INDUSTRIES ALIMENTAIRES ET
AGRICOLES, Band 93 (1976), Seiten 869 bis 877 die Bestimmung der Reinheit von Zuckerlösungen
durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit.
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Sie haben festgestellt, daß die Leitfähigkeit mit zunehmender Konzentration
der Lösung zunächst ansteigt und dann bei weitersteigender Konzentration gemäß der
Gleichung x= a.c.e. -kc wieder abnimmt, weil zunächst der Elektrolytgehalt steiqt,
dann aber die Ionenbeweglichkeit durch Rückgang von Dissoziation und Zunahme der
Viskosität vermindert wird.
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J.C. OBERT beschreibt in REVUE AGRICOLE ET SUCRIERE, Band 58 (1979)
, Seiten 94-102 die von PONANT und
WINDAL verwendete Apparatur noch
näher. In der Veröffentlichung ist angegeben, daß ein linearer Zusammenhang zwischen
der Reinheit einer Lösung und der gefundenen maximalen Leitfähigkeit dahingehend
besteht, daß die maximale Leitfähigkeit mit steigendem Reinheitsgrad der Lösung
abnimmt.
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Diese Ergebnisse decken sich mit den Ergebnissen von H. PARKER, die
er bereits 1959 in INTERNATIONAL SUGAR JOURNAL, Band 61, Seiten 9-13 (1959) unter
dem Titel "THE DETERMINATION OF THE APPARENT PURITY OF BEET SUGAR FACTORY JUICES
AND SYRUPS" veröffentlicht hat.
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Der Nachteil dieser bekannten Methoden besteht darin, daß die Säfte
vor der konduktometrischen Messung verdünnt und temperiert wurden. Die Eichkurve
wurde empirisch ermittelt und geringfügige Temperatur- und Konzentrationsschwankungen
verfälschten das Ergebnis.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das die Nachteile
der bekannten Meßmethoden vermeidet und eine Reinheitsmessung mit hoher Genauigkeit
ohne jede Temperierung gestattet.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Uberwachen der Reinheit
von Saccharose-Lösungen bestimmter Herkunft durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit,
bei dem man die Saccharose-Lösung in einem mit Rührer, Leitfähigkeitsmeßzelle und
Temperaturfühler versehenen Gefäß vorgelegt, mit Wasser verdünnt, kontinuierlich
die sich verändernde Leitfähigkeit mißt und in einem angeschlossenen Rechner die
maximale Leitfähigkeit aufzeichnet, diese auf eine Referenztemperatur korrigiert
und mit empirisch an Lösungen mit
bekanntem Reinheitsgrad ermittelten
Eichwerten vergleicht.
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In Verbindung mit der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert:
Figur 1 zeigt die Kurve des an sich bekannten Verlaufs der Leitfähigkeit mit zunehmender
Konzentration.
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Figur 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Darin ist das Verdünnungsgefäß 1 mit einem Magnetrührer 2, einer Leitfähigkeitsmeßzelle
3 und einem Temperaturfühler 4 versehen. Die vorgelegte Saccharose-Lösung 5 reicht
etwa bis zur angegebenen Höhe. Der gemessene Leitfähigkeitswert wird über das Konduktometer
6 im angeschlossenen Rechner 7 ausgewertet und die schließlich bestimmte Reinheit
im Anzeigegerät 8 ausgedruckt.
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Figur 3 zeigt die Abhänqigkeit von Leitfähigkeit und Temperatur.
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Abbildung 4 gibt den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reinheit
und der maximalen Leitfähigkeit wieder.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also die sich beim Verdünnen
mit Wasser verändernde Leitfähigkeit ( bei 3) und die Temperatur (bei 4) kontinuierlich
gemessen. Der Leitfähigkeitswert wird über das Konduktometer im angeschlossenen
Rechner 7 über ein Polynom zweiter Ordnung F = C + D6 + E gemäß der Beziehung X
R= max auf die gewählte F
Referenztemperatur normiert. Bei der sehr
unterschiedlichen Zusammensetzung der zur Leitfähigkeit von zuckerhaltigen Säften
oder Sirupen beitragenden Ionen war nicht zu erwarten, daß die Temperaturabhängigkeit
der Leitfähigkeit durch diese allgemein gültige Beziehung, in der C Werte zwischen
0,45 und 0,47, D zwischen 0,17x10 und 0,20x10 -1 und E zwischen 0,09x10 1 und 0,11x10
1 annehmen kann, darzustellen ist.
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Hiermit wird der sonst in der Konduktometrie übliche Weg der linearen
Temperaturkorrektur ausgedrückt als Korrekturfaktor t: s = % Leitfähigkeit/K (Abb.3)
verlassen. Dadurch werden zwei Mängel des üblichen Korrekturverfahrens, die zu einer
nicht tragbaren Unschärfe der Aussage führen, beseitigt: 1. Die Temperaturabhängigkeit
der Leitfähigkeit gehorcht einer Gleichung 2.Ordnung. Der Korrekturfaktor dz ist
mithin das Steigungsmaß der Tangente der Funktion X = f (4 # (mit X als Leitfähigkeit
und # als Temperatur). Mit zunehmender Differenz zwischen Meßtemperatur und Referenztemperatur
führt die Temperaturkorrektur zu einer fehlerbehafteten Referenztemperatur (Abb.3).
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Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet diese Fehler und gestattet
eine Reinheitsmessung ohne jede Temperierung mit hoher Genauigkeit.
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2. s hat für Säfte unterschiedlicher Reinheit unterschiedliche Werte.
Die handelsüblichen Konduktometer arbeiten jedoch mit einem wählbaren mittleren
Korrekturfaktor.
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Zur Bestimmung der Reinheiten wird außer der Korrelation zwischen
Leitfähigkeit und Reinheit die Konzentration, bei der die maximale Leitfähigkeit
bestimmt wira, ausgenutzt. Die Kenntnis dieser Konzentration ist für den Erfolg
der Messung insofern ohne Bedeutung, als die Saccharose-Lösung lediglich soweit
verdünnt oder gegebenenfalls konzentriert werden muß, daß für die Messung das Leitfähigkeitsmaximum
erreicht bzw. durchlaufen wird.
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Durch den Einsatz eines empfindlichen Temperaturfühlers, beispielsweise
eines Thermoelementes ist eine automatische Korrektur des Temperatureinflusses auf
das Meßergebnis mittels Computerprogramm möglich.
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Der Meßvorgang läuft, wie in Abbildung 2 schematisch dargestellt ist,
derart ab, daß in einem Verdünnungsgefäß 1 die zu überwachende Saccharose-Lösung
5 vorgelegt und kontinuierliche mit Wasser verdünnt wird.
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Im Verdünnungsgefäß ist ein Rührer 6 vorhanden, um Konzentrationsunterschiede
innerhalb der Lösung möglichst schnell zu egalisieren. Im Verdünnungsgefäß 1 ist
eine Leitfähigkeitsmeßzelle 3, die an ein handelsübliches Konduktometer 6 angeschlossen
ist, sowie ein Temperaturfühler 4 vorhanden, die ihrerseits mit einem Rechner 7
und Anzeigegeräten und Druckern 8 verbunden sind. Beim Verdünnungsvorgang nimmt
die Leitfähigkeit bis zum Maximalwert zunächst zu und fällt dann wieder ab. Mittels
des angeschlossenen Rechners wird die maximale Leitfähigkeit zur Be-
rechnung
der Reinheit nach folgender Gleichung herangezogen: Q = a - b ) V: max.
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Q = Reinheit X max. = maximale Leitfähigkeit (Abb.4) a und b bestimmen
den funktionalen Zusammenhang zwischen der Reinheit und der maximalen Leitfähigkeit.
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Diese Faktoren müssen empirisch an Lösungen mit bekanntem Reinheitsgrad
ermittelt und im Rechner als Eichwerte eingespeichert werden. Diese Faktoren haben
sich für Lösungen bestimmter Herkunft als konstant erwiesen. Beispielsweise sind
die Faktoren für eine Zuckerkampagne konstant.
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Nach Uberschreitung des Maximalwertes der Leitfähigkeit gibt der Rechner
einen Steuerbefehl zum Unterbrechen der automatischen Zufuhr des Verdünnungswassers.
Das Verdünnungsgefäß wird durch ein automatisch zu öffnendes Bodenventil entleert
und mit Verdünnungswasser gespült.
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Anschließend wird neue Meßlösung vorgelegt und ein zweiter Meßvorgang
kann ablaufen. Dieses Meßverfahren eignet sich sowohl für die Durchführung von Einzelbestimmungen
als auch durch die Automatisierung für Reihenanalysen.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß nach einmaliger Ermittlung der Faktoren a und b als Eichwerte an Lösungen bekannten
Reinheitsgraden eine einfache und zuverlässige Messung und Uberwachung der Reinheit
von Saccharose-Lösungen gleicher Herkunft für löngere Zeiträume möglich
ist.
Durch die einfache Programmierung des Rechners, Verwendung handelsüblicher Konduktometer
ist das beschriebene Analysenverfahren wesentlich weniger aufwendig als herkömmliche
Verfahren zur Reinheitsbestimmung und kann auch von ungeübtem Personal einfach rasch
und zuverlässig ausgeführt werden.
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Auf diese Weise ist es möglich, den Erfolg von Entzuckerungen zu verfolgen,
unerwünschte Vermischungen rasch zu erkennen und Mischvorgänge zu überwachen und
zu steuern.
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Das Verfahren ist vorläufig noch nicht anwendbar, wenn die zu untersuchenden
Zuckersirupe einen Ionenaustauschprozess, insbesondere dem Austausch von Kalium
gegen Magnesium unterworfen wurden, weil sich dann die Zusammensetzung der Kationen
gründlich ändert und vor allem der Grad der Ionenaustausches über die Zeit nicht
konstant bleibt.
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