Рефрактометр измеряем НП

Рефрактометр, физика и применение (на основе материалов Брэда Смита, BYO)

Преимущества и недостатки

Покупая свое первое оборудование большинство пивоваров для замера начальной и конечной плотности (НП и КП) выбирают ареометры (в зарубежной литературе известны как гидрометры) - градуированные стеклянные капсулы с навеской, которые для получения показаний погружают в пробирку с отобранным суслом. Позже в их арсенале появляется более дорогой прибор - рефрактометр. Ареометр обеспечивает очень хорошую точность измерений, но в ходе его использования проявляются его недостатки: для каждого замера необходимо брать 100-200 мл сусла, а после затирания его нужно еще и охлаждать. При использовании рефрактометра достаточно нескольких капель сусла, которые к тому же, достаточно быстро остывают до комнатной температуры. В то же время главным недостатком рефрактометра является невозможность точного прямого (т.е. без пересчета) измерения удельной плотности пива после начала его брожения.

Как работает рефрактометр

Рефрактометр - это лабораторный прибор, который измеряет индекс рефракции (коэффициент преломления) образца. Если говорить простым языком, то индекс рефракции - это величина, описывающая способность исследуемого образца "замедлять" (преломлять) свет. Если же давать определение научным языком, то индекс рефракции - это безразмерная величина, которая показывает отношение скорости распространения света в вакууме ("С") к скорости прохождения света в измеряемом образце ("V"). Соответственно индекс: N=C/V.

Вы наверняка замечали, что узкий луч света, проходя через прозрачный стакан с чистой водой, определенным образом преломляется. Это явление получило название - рефракция. Скорость распространения света в воде ниже чем в воздухе. Это замедление мы и наблюдаем в виде преломления. Если в воду добавить сахар, то преломление незначительно усилится. Именно на этом принципе основана работа рефрактометра, только вместо стакана используется призма, а замеряемый образец наносится на одну из ее сторон. Свет, проходя через образец и призму, преломляется, с другой стороны призмы мы фиксируем эти отклонения. Чем больше сахара в образце, тем больше отклонение света. В медицине с помощью рефрактометров измеряют белок плазмы крови, в геологии определяют типы минералов, вычисляют количество соли в морской воде, в промышленности - уровень смазочно-охлаждающей эмульсии в машинном масле и т.д.

Ошибки рефрактометра в пивоварении

На самом деле рефрактометры очень хорошо измеряют количество сахара, а точнее сахарозы в дистиллированной воде. К сожалению сахар в пиве имеет несколько иную природу - это по своему химическому строению скорее мальтоза, а она обладает немного иными рефракционными характеристиками. Поэтому, используя для измерения сахаров в пиве рефрактометры, при снятии прямых показаний мы имеем небольшую ошибку, в том числе при измерении НП сусла. По мере увеличения содержания алкоголя в сусле ошибка увеличивается. Это происходит из-за того, что спирт обладает меньшей чем вода плотностью, соответственно коэффициент преломления проходящего через него света другой. Поэтому чем выше содержание алкоголя, тем больше ошибка.

Виды рефрактометров

Аналоговые рефрактометры представляют собой наиболее дешевые приборы. Основным элементом в них является призма. Для проведения измерений на одну сторону призмы, называемой рабочей поверхностью, наносят одну-две капли жидкости, а показания снимают через окуляр к которому обращена вторая сторона призмы. Чтобы "просветить" образец рефрактометр направляют на любой источник света. Стоимость таких устройств начинается от двадцати долларов.

Цифровые рефрактометры - более дорогие, тут ценник обычно начинается от сотни американских президентов. Они имеют встроенный источник света. Для получения показаний несколько капель заливаются в специальный "колодец" и через несколько секунд на электронном табло вы получаете результат. Эти рефрактометры требуют частой калибровки дистиллированной или неионизированной водой

Лабораторные рефрактометры - немаленькие настольные агрегаты, которые также имеют встроенный источник света. Значения плотности получаются с помощью цифровых датчиков. Самые точные и соответственно самые дорогие рефрактометры.

Шкалы рефрактометров

В окуляре аналогового рефрактометра обычно вы видите светлый круг с заполненным до определенного значения голубым сегментом. Граница голубого и белого цветов формирует линию. Чем больше содержание сахара в образце тем выше эта линия. Перпендикулярно линии мы видим шкалу, с ее помощью мы и считываем нужные нам значения. Раньше в старых рефрактометрах это шкала была размечена значениями коэффициента преломления образца. Позже добавилась шкала Брикс. По мере того как рефрактометры стали популярными у винокуров и пивоваров, производители стали наносить сразу несколько шкал: шкалу Брикс (Brix), градусы Плато и значения удельной плотности (specific gravity - SG). Оптимальным для пивоварения считается прибор с шкалами Брикс и/или удельной плотностью.

Отметим, что в пивоварении шкалы Плато и Брикс считаются практически идентичными и с определенным допущением взаимозаменяемы. Например 10 Брикс эквивалентны 10.001 Плато, а это вряд ли критично для пивовара. Не углубляясь в историю вопроса, "почему так?", просто приведем определения:

Плато - это масса сахара в 100 граммах вещества, измеренная при температуре 17,5С.

Брикc - это масса сахара, измеренная при температуре вещества 15С.

Удельная плотность - это отношение плотности измеряемого вещества (жидкости) к плотности воды.

Для того чтобы перевести удельную плотность в Плато (вплоть до 1.050) пользуются формулой P=SG/4, где P-единицы плато, SG - значение удельной плотности (УП).

Температурная компенсация

Старые рефрактометры не имеют температурной компенсации. При их использовании, чтобы получить наиболее точные показания пивоварам следует производить измерения при 20С. Более новые рефрактометры имеют встроенный блок АТС (Automatic Temperature Compensation), который сравнивает температуры устройства и образца (поскольку капли измеряемой жидкости относительно малы они быстро остывают или нагреваются до температуры устройства). Стоит отметить, что температурный диапазон использования даже таких рефрактометров ограничен, т.е. не следует полагать что при снятии показаний на улице при -20С прибор скомпенсирует холод.

Калибровка рефрактометра

Прежде чем использовать обычный аналоговый или цифровой рефрактометр необходимо убедиться, что он правильно настроен, и при необходимости, провести калибровку. Для этого с помощью мягкой х/б салфетки нужно очистить рабочую поверхность призмы рефрактометра от загрязнений и сторонних жидкостей. Пипеткой нанести несколько капель дистиллированной воды. Равномерно распределить по всей рабочей поверхности и накрыть откидным стеклом. Убедиться в отсутствии пузырей. Прибор должен показать "0" по Брикс и "1.000" по удельной плотности. Если это не так, то на аналоговом рефрактометре следует подкрутить регулировочный винт, на цифровом нажать кнопку "zero". Если ваш рефрактометр очень старый и в нем возможность калибровки отсутствует, вам придется запомнить или записать поправку и учитывать ее при каждом последующем измерении.

Измерение несброженного сусла с помощью рефрактометра

Для начала рассчитаем поправочный коэффициент, который понадобится нам при работе с пивным суслом. Для этого подготовим дистиллированную воду - 227 мл, сухой солодовый экстракт (DME) - 56 грамм и ареометр, например с шкалой Плато. Растворим экстракт в воде и проведем измерения получившейся жидкости с помощью обоих приборов (рефрактометра и ареометра). Далее рассчитаем по формуле:

Попр_коэфф=показания_рефракт_Брикс/показания_ареометра_Плато

Лучше сделать несколько измерений и определить среднее арифметическое. Часто в результате получается значение близкое к "1.04". Зная коэффициент, можно переходить непосредственно к работе с осахаренным суслом.

Также очищаем с помощью салфетки поверхность рефрактометра. Пипеткой наносим на призму несколько капель сусла. Равномерно распределяем по поверхности, закрываем, проверяем "на пузыри", ждем 30 секунд (даем температуре сусла сравняться с температурой прибора). Получаем значение в Брикс. Искомое "мальтозное" значение рассчитываем по формуле:

Скоректированное_знач_Плато=показания_рефракт_Брикс/Попр_коэфф

Помним, что в пивоварении ввиду малой ошибки шкалы Плато и Брикс считаются практически идентичными.

Что касается измерений сбраживаемого сусла, то этому будет посвящена отельная тема.

Автор:
Оставьте комментарий к этой записи ↓

Войти, чтобы оставить комментарий