Рефрактометр спиртовой 0 - 80%. Проверяем влияние различных веществ на измерение крепости спиртового раствора.

Несомненно, самым простым и распространённым в народе методом определения крепости спиртных напитков является использование спиртометра/ареометра. Есть они у многих, продаются на каждом шагу, начиная от хозмагов и заканчивая аптечными лавками. Простенькие, бытовые стоят недорого, бывают разных видов, начиная от рюмошных и заканчивая поверенными измерительными средствами АСП-1/АСП-3. Есть они и у меня, обзоры на некоторые модели я здесь публиковал. В принципе всем устраивают, но есть пара НО.

Во-первых, для проведения измерения нужно иметь соответствующую ёмкость, обеспечивающую нужную высоту столба жидкости, а в случае использования наиболее точного ареометра АСП-1 это целых 30 см. Значит для такого замера нужен здоровенный мерный цилиндр объемом под 300 мл и внушительное количество спиртоматериала, а иногда возникает необходимость произвести замер, когда его совсем не много.

Во-вторых, все спиртометры/ареометры имеют хрупкую стеклянную колбу и рано или поздно, как с ними бережно не обращайся, разбиваются вдребезги. Если используется простенький бытовой спиртометр за 50 р. из хозмага, то особой проблемы нет – пошёл, да купил новый. А если привык работать с АСП, то их и купить-то не везде можно, да и стоят они далеко не 50 рэ.

Долго я откладывал покупку рефрактометра, но очередной разбитый ареометр АСП-3 всё-таки заставил меня это сделать.

Поставляется рефрактометр в прочном пластиковом футляре с защёлкой. На наклейке указан диапазон измерения – 0 – 80%. 

Почему я выбрал именно такой диапазон? Потому, что единственный результат изготовления спиртовой смеси за пределами этого диапазона получается после дробной/фракционной перегонки и в случае работы на аппарате колонного типа, он всегда постоянен, если процесс перегонки произведён верно. Т.е., если колонна выдаёт 93%, как у меня или 96%, при использовании высокой насадочной колонны, то эти цифры такими всегда и будут. Один раз замерил ареометром и достаточно. Постоянно измерять их нет никакого смысла. 

А вот те измерения, которые не постоянны, находятся именно в диапазоне 0 – 80%. Это например определение крепости спирта-сырца, получаемого после первой перегонки и по результатам измерения которого определяется количество головных фракций, которые нужно будет отобрать при дробной перегонке. 

Это не совсем корректный метод, так как рефрактометр, так же, как и ареометр, верно измеряют лишь крепость смеси, состоящей всего из двух фракций – спирта и воды, а в сырце много чего ещё есть. Однако, такое измерение даёт приближенные к истине сведения о крепости и в бытовых условиях такой погрешностью можно пренебречь, так как альтернативный метод отбора по запаху ещё более не точен, так как совершенно субъективен, да и далеко не всем по силам (по носу).

Вторая потребность в таком диапазоне – это разведение спирта до питейной крепости, обычно это 40%. Если нам и так уже известно начальное значение крепости спирта, то в калькуляторе просто вводим это значение вместе с объёмом спирта и тут же получаем необходимый объём растворителя до нужной крепости, которую потом и будем контролировать рефрактометром или ареометром.

Ну и третья потребность – это разведение спирта для приготовления настоек и наливок. Обычно требуемая крепость здесь начинается от 30% для всяких ликёров и сладких ягодных напитков, предназначенных женской аудитории и заканчивается 70-80% в случае приготовления абсента для суровых почитателей таланта  Ван Гога.

На крышке футляра с рефрактометром выштампована надпись – portable refractometer.

Внутренняя часть футляра отделана слоем поролона, обеспечивающим приемлемую степень транспортировочной защиты. Рефрактометр и комплектующие лежат в предназначенных для них углублениях.

Комплект поставки включает в себя мягкую пластиковую пипетку с длинным носиком и разметкой объёма.

Миниатюрную отвёртку с плоским шлицем, предназначенную для регулировки винта калибровки прибора.

Небольшой пластиковый пузырёк, как я понимаю с дистиллированной водой, по которой и нужно калибровать шкалу рефрактометра.

Ну и непосредственно сам рефрактометр. 

В отличие от ареометра, который по плотности водно-спиртовой смеси определяет её спиртуозность, принцип работы рефрактометра основан на определении концентрации искомого вещества по показателю (коэффициенту) преломления (рефракции). Таким образом, методом рефрактомии можно измерить не только концентрацию веществ в жидкостях, но и в газах, и даже в твёрдых телах. Относительный показатель преломления n представляет собой отношение скоростей света в граничащих средах. Для жидкостей и твердых тел n обычно определяют относительно воздуха, а для газов — относительно вакуума (абсолютный показатель преломления). Значения n зависят от длины волны λ света и температуры. По сути, рефрактометр это оптический прибор, который по коэффициенту преломления светового луча, показывает степень отличия концентрации спирта, а точнее воды в исследуемой водно-спиртовой смеси, по сравнению с дистиллированной водой. 

Исследуемую жидкость наносят покапельно на предметное стекло и накрывают прижимным стеклом.

Но сначала прибор калибруется по дистиллированной воде, коэффициент преломления которой принимается за нулевую точку отсчёта. Для калибровки предназначен специальный винт, закрытый силиконовым колпачком.

Для удобства интерпретации результатов  измерения, прибор имеет шкалу содержания искомого вещества в %. Данную шкалу можно увидеть, если поднести окуляр прибора к глазу и посмотреть на источник света.

При первом просмотре изображение нерезкое. Но это не беда, как и любой оптический прибор, рефрактометр имеет подстройку глубины резкости. Для этого нужно покрутить визир на требуемое количество оборотов в ту или иную сторону.

В результате подстройки добиваемся чёткой и ясной шкалы.

Для рефрактометрии растворов в широких диапазонах концентраций пользуются таблицами или эмпирическими формулами, важнейшие из которых (для растворов сахарозы, этанола, антифриза и др.) утверждаются международными соглашениями и лежат в основе построения шкал специализированных рефрактометров для анализа промышленной и сельскохозяйственной продукции. Помимо спиртовых существуют ещё и рефрактометры для определения сахара в растворе, влажности в мёде и антифризе, жирности молока и пр.

Перед использованием рефрактометр нужно откалибровать согласно инструкции. Кстати, а где же она? Ещё раз осматриваем футляр и замечаем её под поролоном в крышке. Помимо двух инструкций, одна на китайском, вторая на английском, здесь же ещё лежит салфетка из микрофибры для протирки предметного стекла.

Переводим инструкцию и знакомимся с её содержимым.

Следуем инструкции и проводим первоначальную калибровку рефрактометра. Сначала тщательно протираем предметно стекло комплектной салфеткой.

Затем открываем пузырёк с калибровочной жидкостью и капаем 2-3 капли на предметное стекло.

Затем накрываем его прижимным стеклом и ждём полминутки, чтобы жидкость растеклась под стеклом ровным, однородным пятном, не оставляя пузырьков.

После чего смотрим в окуляр. В принципе, корректировать нужно совсем немного, видимая граница расположилась на пару делений ниже нулевой отметки.

Берём в руки отвёртку и начинаем подстройку калибровочного винта таким образом, чтобы цветовая граница оказалась ровно на нулевой отметке шкалы.

Результат правильной калибровки рефрактометра должен выглядеть так.

Прибор настроен, можно приступам к испытаниям. У меня осталось какое-то количество спиртового раствора невысокой крепости, которую я хотел потратить на ликёр Бейлис. Делал всё строго по рецепту. Потратил на ингредиенты, включая натуральную ваниль, кучу денег, а итог супруге не понравился. Сам я тоже сладкие спиртные напитки не люблю, поэтому сортировка болтается ни туда  - ни сюда. Её-то и пустим на опыты. Сначала проверим температуру спиртового раствора, чтобы быть уверенными в результатах измерения ареометром. Для него это важно. Истинную спиртуозность он верно определяет лишь при 20°С, а если температура отличается, то необходимо пользоваться специальной поправочной таблицей.

Замер даёт нам почти 23°С, значит замеренное ареометром значение нужно уменьшить на 1%, чтобы получить истинную спиртуозность водно-спиртовой смеси. 

Замеряем крепость двумя имеющимися у меня ареометрами из китайских наборов.

Как я уже замечал за ними раньше, они врут друг-другу, хотя оба отградуированы на одинаковый диапазон 0 — 40%. Проверим всеми имеющимися у меня спиртометрами и ареометрами.

Тут тоже разброд и шатание. Жаль разбился поверенный АСП-3. Приблизительно можно понять, что спиртуозность данного раствора колеблется в пределах 30 — 35%. А что же нам покажет рефрактометр? Протираем предметное стекло мягкой х/б тканью, отлично для этой цели подходит чистый носовой платок.

Берём комплектную пипетку, набираем в неё раствор и наносим на предметное стекло пару капель, снова ждём пока капли превратятся в однородное пятно.

Смотрим в окуляр. Рефрактометр показывает на своей шкале 31%.

Так как другого ориентира точности у нас нет (ещё раз всхлипнул за АСП-3), то примем за эталон показания рефрактометра. В дальнейших опытах нам важна не точность измерения, а близость начальных показаний рефрактометра и спиртометра друг к другу. Таким образом наиболее близкие показания нам дают два этих спиртометра.

Шкала у китайского ареометра побольше, им и будем пользоваться в дальнейшем. Он показывает 32% с учётом тепловой поправки, выходим на те же 31%. Насколько я понял, для рефрактометра такая поправка не требуется, если температура не уходит далеко от 20°С.
С водно-спиртовым раствором всё понятно. Теперь проверим, как влияет на такой раствор примешивание не воды, а какой-то иной жидкости или веществ. Сначала проверим влияние яблочного сока. Набираем в мерный цилиндр 40 мл нашего 31% спиртового раствора.

И добавляем к нему пипеткой 4 мл яблочного сока.

Итого у нас в цилиндре 44 мл раствора.

Рассчитываем теоретическую спиртуозность полученной смеси в специальном калькуляторе.

Она получается равной 28% при условии, что крепость разбавителя 0% (я надеюсь, что у свежего сока она такая и есть). Теперь проверяем это значение ареометром. Он показывает 26%, а с учётом поправки на температуру так и вовсе 25%.

Набираем из цилиндра несколько капель раствора и отправляем их на предметное стекло рефрактометра.

Смотрим в окуляр. А вот здесь результат практически совпадает с расчётным значением — 28%.

Теперь проверим влияние на спиртовой раствор молока жирностью 3,2%. Снова берём 40 мл 31% спиртового раствора и добавляем к нему 4 мл молока. Итоговая крепость опять должна быть по расчёту 28%.

Проверяем ареометром и рефрактометром.

Вот тут ситуация получилась обратная — ареометр показал такое же значение, как и расчётное — 28%. Поправку на температуру делать не будем, так как молоко из холодильника, а вот рефрактометр выдал почти 31%. Даже и не знаю, как это прокомментировать.

Больше всего меня интересовал вопрос влияния дубильных и прочих вкусоароматических веществ, которые переходят в спирт после выдержки в дубовой бочке. Я часто замечал, что после выдержки крепость содержимого в бочке меняется. Это происходит из-за влажности в помещении, в котором стоит бочка. Если влажность большая — крепость уменьшается, если низкая — увеличивается. А вот влияние отданного бочкой мне не известно. 
Проверим данный нюанс. Чтобы исключить влияние влажности и не ждать год выдержки, искусственно состарим наш 31% раствор, добавив в него специально подготовленную и обжаренную дубовую щепу и обработав затем в ультразвуковой ванне.
Насыпаем в стеклянную баночку щепы, заливаем её спиртовым раствором и отправляем на реформинг в ультразвуковую ванну.

Процесс экстрагирования дубильных и прочих веществ из дубовой древесины идёт быстро, уже через полчаса цвет в банке меняется.

Через час получаем вот такой приятный соломенный оттенок, очень похожий на годовалую выдержку в бочке средней обжарки.

За время обработки напиток сильно нагрелся, проверяем его температуру.

Это много для наших опытов. Охлаждаем раствор в холодильнике (с красной крышкой стакан с недо-бренди очень похож на контейнер для забора биоматериала)) и вновь измеряем его температуру. 

Вот теперь то, что нужно — те же 22 — 23°С, которые и были изначально. Проверяем спиртуозность ареометром — те же 32%, что и были до ультразвукового реформинга.

Которые в температурной поправке дают те же истинные 31% крепости.

Проверяем теперь крепость рефрактометром.

Вновь мы видим 31% — что и требовалось доказать. 
Вывод: наличие в спиртовом растворе дубильных веществ (танинов, кислот и лигнинов — одеревеневших стенок растительных клеток, представляющих собой смесь ароматических полимеров) никак не влияет на измерение крепости напитка.