![\"\"](\"http:\/\/projektcydr.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/09\/IMG_1332.jpg\")
<\/a><\/p>\nZdj\u0119cie 1 – Pomiar areometrem<\/p>\n
Producent kt\u00f3ry to narz\u0119dzie najpierw zaprojektowa\u0142 a nast\u0119pnie zapewne\u00a0 opomiarowa\u0142, wie dok\u0142adnie ile taki areometr wa\u017cy, jak\u0105 ma obj\u0119to\u015b\u0107, oraz jak ta obj\u0119to\u015b\u0107 zmienia si\u0119 wraz z zanurzeniem. Waga jest sta\u0142a, a ka\u017cdemu miejscu na szyjcie odpowiada pewna konkretna obj\u0119to\u015b\u0107 wypartej cieczy – a co to jest masa podzielona przez obj\u0119to\u015b\u0107? Oczywi\u015bcie: g\u0119sto\u015b\u0107 – i to w\u0142a\u015bnie j\u0105 mierzy areometr, st\u0105d te\u017c inna czasem u\u017cywana nazwa: g\u0119sto\u015bciomierz. Wszystkie inne skale jakie mo\u017cna na areometrach znale\u017a\u0107 to s\u0105 skale wt\u00f3rne – wyliczone lub oszacowane na podstawie g\u0119sto\u015bci.<\/p>\n
No w\u0142a\u015bnie – skale. O ile g\u0119sto\u015b\u0107 jest miar\u0105 podstawow\u0105 i bezwzgl\u0119dn\u0105 – mierzony p\u0142yn po prostu ma tak\u0105 a nie inn\u0105 g\u0119sto\u015b\u0107 – wi\u0119kszo\u015b\u0107 areometr\u00f3w podaje wynik przeliczony ju\u017c na inne jednostki. Popularne s\u0105 dwie skale: SG oraz Brix\/Blg.<\/p>\n
SG – specific gravity, czyli po naszemu ci\u0119\u017car w\u0142a\u015bciwy – jest jednostk\u0105 bardzo matematycznie blisk\u0105 g\u0119sto\u015bci: jest to zasadniczo nic innego jak zmierzona g\u0119sto\u015b\u0107 podzielona przez g\u0119sto\u015b\u0107 wody. Zamys\u0142 jest taki, \u017ce w\u0142o\u017cony do czystej, destylowanej wody, areometr wyskalowany w SG ma pokaza\u0107 1 – czyli nie trzeba pami\u0119ta\u0107 jak\u0105 woda ma g\u0119sto\u015b\u0107: wszystko co jest powy\u017cej 1 jest ci\u0119\u017csze od wody, poni\u017cej l\u017cejsze.<\/p>\n
Oczywi\u015bcie g\u0119sto\u015b\u0107 wody zale\u017cy od temperatury: w 20C wynosi 998,23 kg\/m3 (g\/L), przy 4C jest to dok\u0142adnie 1 kg\/L – st\u0105d na areometrze zawsze podane jest w jakiej temperaturze nale\u017cy wykonywa\u0107 pomiar, bo tylko w takiej temperaturze wskazanie w wodzie b\u0119dzie wynosi\u0142o 1: w zale\u017cno\u015bci temperatury deklarowanej na areometrze, g\u0119sto\u015b\u0107 zosta\u0142a podzielona przez 998,23, lub przez odpowiedni\u0105 inn\u0105 warto\u015b\u0107.<\/p>\n
SG jest miar\u0105 powszechnie u\u017cywan\u0105 w przypadku cydru i zasadniczo ca\u0142a „cydrowa” literatura pos\u0142uguje si\u0119 w\u0142a\u015bnie t\u0105 jednostk\u0105.<\/p>\n
Dobrze, ale jak ta g\u0119sto\u015b\u0107 czy SG maj\u0105 si\u0119 do zawarto\u015bci cukru? Bo przecie\u017c po to w\u0142a\u015bnie robimy ten pomiar, \u017ceby dowiedzie\u0107 si\u0119 jak du\u017co cukru jest w danym soku. Tutaj sprawy zaczynaj\u0105 si\u0119 ju\u017c nieco komplikowa\u0107. Intuicyjnie mo\u017cna by pomy\u015ble\u0107, \u017ce jak to: znamy przecie\u017c g\u0119sto\u015b\u0107, wi\u0119c wiemy ile wa\u017cy litr soku – wszystko ponad 1kg to jest cukier! Niestety tak to nie dzia\u0142a. Po pierwsze w soku opr\u00f3cz cukru jest wiele innych substancji, kt\u00f3re wp\u0142ywaj\u0105 na g\u0119sto\u015b\u0107 (kwasy, witaminy, minera\u0142y, etc.), a po drugie nawet je\u015bli by\u0142by to sam cukier, to nie znamy jego obj\u0119to\u015bci po rozpuszczeniu – wi\u0119c nie wiemy ile konkretnie w tym litrze jest wody (tylko jej ci\u0119\u017car dok\u0142adnie znamy), a ile zajmuje cukier. Bez tej informacji niczego si\u0119 nie da wyliczy\u0107.<\/p>\n
I tutaj – ca\u0142y na bia\u0142o – wkracza Blg\/Brix ;). Historia z tymi jednostkami jest taka, \u017ce poniewa\u017c – jak wspomnia\u0142em powy\u017cej – na podstawie g\u0119sto\u015bci nie da s\u0105 si\u0119 okre\u015bli\u0107 ilo\u015bci rozpuszczonego w roztworze cukru, w po\u0142owie XIX w. pan Balling wzi\u0105\u0142 i zacz\u0105\u0142 po prostu wyznacza\u0107 t\u0119 zale\u017cno\u015b\u0107 do\u015bwiadczalnie. Przygotowywa\u0142 sobie mieszaniny o znanej wagowej<\/span> zawarto\u015bci sacharozy<\/span> (bia\u0142y cukier): 1g\/100g, 2g\/100g etc., i dla ka\u017cdej z nich mierzy\u0142 g\u0119sto\u015b\u0107. Tak powsta\u0142a skala Blg: 1 Blg to 1g cukru w 100g roztworu, etc.<\/p>\n Co najwa\u017cniejsze: Balling da\u0142 nam do\u015bwiadczalnie wyznaczon\u0105 zale\u017cno\u015b\u0107 pomi\u0119dzy g\u0119sto\u015bci\u0105 (a co za tym idzie SG) i Blg<\/span>. Ta zale\u017cno\u015b\u0107 jest podawana zwykle w postaci tabel, gdzie dla konkretnych warto\u015bci SG mo\u017cna odczyta\u0107 odpowiadaj\u0105ce Blg (i na odwr\u00f3t), np. Circular 440<\/a>. Nie jest to zale\u017cno\u015b\u0107 liniowa<\/span> i nie ma prostego matematycznego wzoru umo\u017cliwiaj\u0105cego przeliczanie pomi\u0119dzy tymi jednostkami. Wzory kt\u00f3rymi z konieczno\u015bci pos\u0142uguj\u0105 si\u0119 internetowe kalkulatory (w tym m\u00f3j) to przybli\u017cone wielomiany lepiej lub gorzej dopasowane do zawartych w tabelach warto\u015bci.<\/p>\n Informacja jak\u0105 daje nam powi\u0105zanie g\u0119sto\u015bci\/SG z zawarto\u015bci\u0105 cukru w 100g roztworu jest bezcenna. Na podstawie g\u0119sto\u015bci wiemy ile wa\u017cy litr, a na podstawie Blg wiemy ile gram\u00f3w z tej wagi stanowi w\u0142a\u015bnie cukier – \u0142\u0105cz\u0105c te informacje wiemy ile w litrze jest gram\u00f3w cukru.<\/p>\n Pomimo \u017ce pan Balling zrobi\u0142 jak na swoje czasy kawa\u0142 \u015bwietnej roboty, wyniki jego pomiar\u00f3w by\u0142y obarczone pewnymi niedoskona\u0142o\u015bciami. Z biegiem lat jego skal\u0119 poddawano dalszym ulepszeniom – i tak na bazie Blg powsta\u0142y takie jednostki jak m.in. powszechnie u\u017cywany w og\u00f3lnopoj\u0119tym przemy\u015ble cukrowniczym\u00a0Brix, czy piwowarski Plato. Niemniej jednak, r\u00f3\u017cnice pomi\u0119dzy tymi jednostkami s\u0105 nieznaczne i w przypadku naszych zastosowa\u0144 mo\u017cna \u015bmia\u0142o nie zawraca\u0107 sobie nimi g\u0142owy. Szczeg\u00f3lnie, \u017ce dalsze uproszczenia jakie stosuje si\u0119 \u017ceby ostatecznie oszacowa\u0107 ilo\u015b\u0107 cukru wprowadzaj\u0105 tak du\u017cy b\u0142\u0105d, \u017ce widoczne dopiero na kolejnych miejscach po przecinku r\u00f3\u017cnice mi\u0119dzy Blg i Brix nie maj\u0105 przy tym kompletnie \u017cadnego znaczenia.<\/p>\n Na tym etapie wa\u017cne jest \u017ceby dobrze zrozumie\u0107, \u017ce Brix (od teraz b\u0119d\u0119 pos\u0142ugiwa\u0142 si\u0119 w\u0142a\u015bnie t\u0105 nazw\u0105) jest miar\u0105 zawarto\u015bci sacharozy<\/span> i dzia\u0142a bezb\u0142\u0119dnie wy\u0142\u0105cznie w przypadku, gdy mamy wod\u0119 w kt\u00f3rej rozpuszczony zosta\u0142 w\u0142a\u015bnie ten rodzaj cukru. Ka\u017cdy inny cukier po rozpuszczeniu daje roztw\u00f3r o nieco innej g\u0119sto\u015bci! Je\u015bli b\u0119dziemy mieli roztw\u00f3r innego cukru, zmierzymy jego „Brix”, i na tej podstawie wyliczymy zawarto\u015b\u0107 cukru w gramach na litr („tak jakby to by\u0142a sacharoza”) – pope\u0142nimy b\u0142\u0105d!<\/p>\n Dla przyk\u0142adu, poni\u017cej jest wykres na kt\u00f3rym na osi poziomej jest pokazana rzeczywista zawarto\u015b\u0107 cukr\u00f3w w g\/L, a na osi pionowej pokazany jest w\u0142a\u015bnie b\u0142\u0105d jaki robimy wyliczaj\u0105c do\u015bwiadczalnie zawarto\u015b\u0107 cukru na podstawie pomiaru Brix. Chodzi o to, \u017ce mamy roztw\u00f3r o znanej zawarto\u015bci cukru, np. 100g\/L samej glukozy, albo 100g\/L fruktozy, etc. – mierzymy Brix takiego roztwory areometrem i por\u00f3wnujemy jak wyznaczona na podstawie takiego pomiaru zawarto\u015b\u0107 ma si\u0119 do rzeczywisto\u015bci:<\/p>\n Wykres 1 – R\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy rzeczywist\u0105 zawarto\u015bci\u0105 cukru, a wyliczon\u0105 na podstawie wskazania areometru<\/p>\n Wida\u0107 \u017ce dla Sacharozy b\u0142\u0105d wynosi 0 w ca\u0142ym zakresie – nic dziwnego, bo skala Brix jest zrobiona przecie\u017c w\u0142a\u015bnie dla tego cukru. Ale ju\u017c dla fruktozy, czyli cukru kt\u00f3ry dominuje w soku jab\u0142kowym, wyliczenia na podstawie Brix b\u0119d\u0105 przeszacowane – w rzeczywisto\u015bci cukru b\u0119dzie nieco mniej ni\u017c by to wynika\u0142o z pomiaru. Za to glukozy w rzeczywisto\u015bci b\u0119dzie 1,5-2% wi\u0119cej. Natomiast w przypadku maltozy – kt\u00f3rej akurat w soku jab\u0142kowym nie ma, ale za to jest dominuj\u0105cym cukrem w piwnej brzeczce – wszystko zale\u017cy od tego, w zakresie jakich g\u0119sto\u015bci si\u0119 poruszamy: przy ma\u0142ych st\u0119\u017ceniach pomiar wyka\u017ce zbyt du\u017co cukru, za\u015b przy wi\u0119kszych st\u0119\u017ceniach – zbyt ma\u0142o!<\/p>\n Jak wida\u0107 co cukier to inna zale\u017cno\u015b\u0107. Czyli zasadniczo, nawet je\u015bli w soku nie by\u0142oby innych substancji tylko same cukry, wynik pomiaru ju\u017c na wst\u0119pie by\u0142by obarczony pewnym b\u0142\u0119dem. Jakim konkretnie – tego nie wiadomo, bo proporcje pomi\u0119dzy zawarto\u015bci\u0105 poszczeg\u00f3lnych cukr\u00f3w w soku s\u0105 zmienne i zale\u017c\u0105 od odmiany, pogody, nawo\u017cenia, itd. Ale najgorsze jest to, \u017ce w soku opr\u00f3cz cukr\u00f3w jest sporo innych substancji – nie wiemy dok\u0142adnie ile ich jest, jak r\u00f3wnie\u017c nie wiemy w jaki spos\u00f3b wp\u0142ywaj\u0105 na wynik pomiaru… Czyli co tak na prawd\u0119 m\u00f3wi nam zmierzona warto\u015b\u0107 Brix?<\/p>\n \u017beby zapanowa\u0107 nad sytuacj\u0105, musimy zrobi\u0107 pewne grube przybli\u017cenie<\/strong>. Wynik pomiaru w Brix interpretujemy tak: gdyby ten sok by\u0142 wod\u0105 z sacharoz\u0105, to by\u0142oby w nim tyle sacharozy ile wskazuje Brix – ale poniewa\u017c wiemy, \u017ce to nie jest tak na prawd\u0119 sacharoza tylko cukry oraz inne substancje: umawiamy si\u0119<\/span> po prostu \u017ce tych wszystkich rozpuszczonych substancji w soku jest w\u0142a\u015bnie tyle ile by\u0142oby tam sacharozy<\/span>. Czyli je\u015bli areometr pokazuje 10 Brix, m\u00f3wimy \u017ce w soku rozpuszczone jest 10g\/100g wszystkich substancji. Z grubsza ma to sens, cho\u0107 nie da si\u0119 ukry\u0107 \u017ce tracimy przy tym na dok\u0142adno\u015bci. Jak du\u017cego przybli\u017cenia dokonujemy? Je\u015bli ju\u017c w obr\u0119bie r\u00f3\u017cnych rodzaj\u00f3w cukr\u00f3w wprowadzony w ten spos\u00f3b b\u0142\u0105d jest na poziomie 1-2% (powy\u017cszy wykres), to rozszerzaj\u0105c przybli\u017cenie na inne, nie b\u0119d\u0105ce cukrami substancje, najpewniej zwi\u0119kszamy t\u0119 rozbie\u017cno\u015b\u0107 o kolejne kilka procent. Nie bardzo jednak mamy lepsz\u0105 alternatyw\u0119 – oczywi\u015bcie mo\u017cna by odparowa\u0107 ca\u0142y sok i zwa\u017cy\u0107 pozosta\u0142o\u015bci, ale nie jest to rozwi\u0105zanie szczeg\u00f3lnie praktyczne.<\/p>\n A to jeszcze nie koniec – teraz robimy drugie grube przybli\u017cenie!<\/strong> Oszacowali\u015bmy sobie ilo\u015b\u0107 rozpuszczonych substancji – ale ile z tego stanowi\u0105 cukry? Ponownie, nie ma tutaj precyzyjnej odpowiedzi – ca\u0142kowita zawarto\u015b\u0107 cukr\u00f3w w soku jab\u0142kowym zale\u017cy od wielu czynnik\u00f3w. Ze statystyk wiadomo, \u017ce w soku jab\u0142kowym fermentowalne cukry stanowi\u0105 ~80% wszystkich rozpuszczonych substancji<\/span>. Tak wi\u0119c ponownie – umawiamy si\u0119, \u017ce je\u015bli przemno\u017cymy oszacowan\u0105 na podstawie Brix ca\u0142kowit\u0105 zawarto\u015b\u0107 substancji przez 0,8 w rezultacie dostaniemy ilo\u015b\u0107 zawartych w soku fermentowalnych cukr\u00f3w… Nie da si\u0119 ukry\u0107 \u017ce jest to kolejny cios wymierzony w dok\u0142adno\u015b\u0107: w rzeczywisto\u015bci tych cukr\u00f3w b\u0119dzie raz 78%, a innym razem 82%…<\/p>\n Do czego zmierzam? Chc\u0119 jasno pokaza\u0107 \u017ce zar\u00f3wno pomiar Brix jak i wyznaczanie zawarto\u015bci cukr\u00f3w w soku za pomoc\u0105 areometru nale\u017cy traktowa\u0107 wy\u0142\u0105cznie orientacyjnie. Nie ma tutaj mowy o \u017cadnych dok\u0142adnych wynikach – w rzeczywisto\u015bci cukr\u00f3w mo\u017ce by\u0107 zar\u00f3wno wi\u0119cej, jak i mniej ni\u017c to sobie wyliczymy.<\/p>\n Dok\u0142adno\u015b\u0107 areometru nie ma tutaj tak na prawd\u0119 wi\u0119kszego znaczenia, bior\u0105c pod uwag\u0119 b\u0142\u0105d wprowadzany przez kolejne przybli\u017cenia. Dok\u0142adny areometr przydaje si\u0119 zasadniczo wy\u0142\u0105cznie do monitorowania przebiegu powolnych fermentacji: wtedy nie skupiamy si\u0119 ju\u017c na tym ile nastaw ma cukru, ale ile go uby\u0142o od ostatniego pomiaru.<\/p>\n Czasami areometry opr\u00f3cz skali SG czy Brix podaj\u0105 r\u00f3wnie\u017c orientacyjn\u0105 zawarto\u015b\u0107 alkoholu, jak\u0105 osi\u0105gnie nastaw po ca\u0142kowitym odfermentowaniu. Alternatywnie, s\u0105 internetowe kalkulatory, kt\u00f3re podaj\u0105 przewidywany %vol na podstawie Brix lub SG. Ale bior\u0105c pod uwag\u0119, \u017ce ju\u017c na samym wst\u0119pie nie wiemy tak na prawd\u0119 ile w takim nastawie jest fermentowalnych cukr\u00f3w, a do tego obliczenia przemiany cukru w alkohol obarczone s\u0105 kolejnymi przybli\u017ceniami – wyliczony procent trzeba traktowa\u0107 z du\u017c\u0105 rezerw\u0105. Nie ma si\u0119 zatem co dziwi\u0107, \u017ce wyznaczenie zawarto\u015bci alkoholu na postawie pomiaru refraktometrem nie jest akceptowane przez urz\u0119dy zajmuj\u0105ce si\u0119 kontrol\u0105 wyrob\u00f3w alkoholowych.<\/p>\n Jedyne czego w przypadku areometru mo\u017cemy by\u0107 pewni, to \u017ce poprawnie mierzy g\u0119sto\u015b\u0107 i ci\u0119\u017car w\u0142a\u015bciwy. I to prawdopodobnie dlatego to w\u0142a\u015bnie te jednostki – jako jedyne bezdyskusyjne i prawdziwe – ciesz\u0105 si\u0119 w przypadku cydru zdecydowanie wi\u0119ksz\u0105 popularno\u015bci\u0105 ni\u017c nieco abstrakcyjny w tym kontek\u015bcie Brix.<\/p>\n Uzbrojeni w powy\u017csz\u0105 wiedz\u0119, mo\u017cemy wreszcie zmierzy\u0107 si\u0119 z refraktometrem! \ud83d\ude42<\/p>\n Nie wnikaj\u0105c w szczeg\u00f3\u0142y mo\u017cna by powiedzie\u0107, \u017ce refraktometr spe\u0142nia tak\u0105 sam\u0105 funkcj\u0119 jak areometr: wykonuj\u0105c pomiar poznajemy „Brix”, i na tej podstawie – pos\u0142uguj\u0105c si\u0119 szeregiem opisanych powy\u017cej za\u0142o\u017ce\u0144 i przybli\u017ce\u0144 – szacujemy zawarto\u015b\u0107 fermentowalnych cukr\u00f3w.<\/p>\n Ale na tym zasadniczo podobie\u0144stwa si\u0119 ko\u0144cz\u0105. Oba narz\u0119dzia dzia\u0142aj\u0105 na kompletnie innej zasadzie: areometr mierzy g\u0119sto\u015b\u0107, za\u015b podstawow\u0105 w\u0142asno\u015bci\u0105 fizyczn\u0105 mierzon\u0105 przez refraktometr jest wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania \u015bwiat\u0142a – dwie kompletnie r\u00f3\u017cne rzeczy, i cho\u0107 koniec ko\u0144c\u00f3w oba te pomiary potrafimy prze\u0142o\u017cy\u0107 na „Brix”, dochodzimy do tego – \u017ce tak to ujm\u0119 – zupe\u0142nie od innej strony. Zacznijmy od tego co to jest ten za\u0142amuj\u0105cy wsp\u00f3\u0142czynnik, bo to jest wa\u017cne dla zrozumienia jak dzia\u0142a refraktometr.<\/p>\n To \u017ce \u015bwiat\u0142o przechodz\u0105c przez granic\u0119 dw\u00f3ch o\u015brodk\u00f3w ulega ugi\u0119ciu nie powinno by\u0107 dla nikogo nowo\u015bci\u0105 – ryba w wodzie wydaje si\u0119 by\u0107 bli\u017cej ni\u017c jest naprawd\u0119, s\u0142omka w\u0142o\u017cona do napoju wygl\u0105da z boku jakby zosta\u0142a przerwana, a promie\u0144 czerwonego laserka skierowanego na szklank\u0119 z wod\u0105 przechodzi przez ni\u0105 nie ca\u0142kiem na wprost. Wszystkiemu winny jest wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania, kt\u00f3ry ma swoje \u017ar\u00f3d\u0142o w tym, \u017ce \u015bwiat\u0142o porusza si\u0119 w r\u00f3\u017cnych o\u015brodkach z nieco inn\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105 (do „pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a” rozp\u0119dza si\u0119 dopiero w pr\u00f3\u017cni).<\/p>\n Rysunek 1 – Za\u0142amanie \u015bwiat\u0142a na granicy dw\u00f3ch o\u015brodk\u00f3w<\/p>\n Na powy\u017cszym rysunku \u015bwiat\u0142o padaj\u0105c od g\u00f3ry przechodzi z o\u015brodka optycznie rzadszego do optycznie g\u0119stszego, czyli np. z powietrza do szk\u0142a. Poj\u0119cie optycznej g\u0119sto\u015bci odnosi si\u0119 tutaj do pr\u0119dko\u015bci z jak\u0105 porusza si\u0119 \u015bwiat\u0142o: im g\u0119\u015bciej tym wolniej.<\/p>\n Wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania to jest po prostu liczba, kt\u00f3ra okre\u015bla zale\u017cno\u015b\u0107 miedzy k\u0105tami promienia \u015bwiat\u0142a: padaj\u0105cego i po przej\u015bciach. Definiuje si\u0119 go jako:<\/p>\n \u00a0\u00a0\u00a0 n = sin \u03b1 \/ sin \u03b2 <\/em><\/p>\n To jak bardzo promie\u0144 \u015bwiat\u0142a zostanie ugi\u0119ty, zale\u017cy od konkretnej substancji (inaczej \u015bwiat\u0142o ugina roztw\u00f3r cukru, a inaczej np. soli), jak r\u00f3wnie\u017c od jej st\u0119\u017cenia. Wiedz\u0105c z jak\u0105 substancj\u0105 mamy do czynienia, na podstawie pomiaru wsp\u00f3\u0142czynnika za\u0142amania mo\u017cemy z powodzeniem okre\u015bli\u0107 ile tego cukru czy soli jest tam rozpuszczone: podobnie jak Balling do\u015bwiadczalnie wyznaczy\u0142 zale\u017cno\u015b\u0107 pomi\u0119dzy g\u0119sto\u015bci\u0105 i procentem wagowym, tak samo i w tym przypadku s\u0105 specjalne tabele, z kt\u00f3rych mo\u017cna odczyta\u0107 jaki danemu wsp\u00f3\u0142czynnikowi za\u0142amania odpowiada „Brix”. Tabele te mo\u017cna znale\u017a\u0107 np. w „CRC Handbook of Chemistry and Physics”, gdzie\u015b w okolicach strony 1300, lub szukaj\u0105c po „refractive index”.<\/p>\n Jak na razie nie wygl\u0105da to zbyt skomplikowanie – wystarczy znaj\u0105c k\u0105t padania \u015bwiat\u0142a zmierzy\u0107 k\u0105t ugi\u0119cia, podzieli\u0107 sinusy, i z tablicy odczyta\u0107 odpowiadaj\u0105cy Brix. Problem polega na tym, \u017ce normalne \u017ar\u00f3d\u0142a (s\u0142o\u0144ce, \u017car\u00f3wka) daj\u0105 \u015bwiat\u0142o rozproszone – emitowane promienie rozchodz\u0105 si\u0119 w wielu kierunkach, odbijaj\u0105 si\u0119 od r\u00f3\u017cnych powierzchni, i w efekcie docieraj\u0105 do celu z wielu r\u00f3\u017cnych stron na raz. Nie da si\u0119 wyszczeg\u00f3lni\u0107 jednego konkretnego k\u0105ta. Spraw\u0119 m\u00f3g\u0142by rozwi\u0105za\u0107 laser, kt\u00f3ry zasadniczo zachowywa\u0142by si\u0119 dok\u0142adnie jak promienie z powy\u017cszego rysunku – jednak pakowanie lasera do refraktometru nie by\u0142oby rozwi\u0105zaniem zbyt praktycznym.<\/p>\n Z pomoc\u0105 przychodzi tutaj zjawisko ca\u0142kowitego wewn\u0119trznego odbicia:<\/p>\n Rysunek 2 – K\u0105t graniczny i zjawisko ca\u0142kowitego wewn\u0119trznego odbicia<\/p>\n Nie ma znaczenia czy na powy\u017cszym rysunku promienie biegn\u0105 z g\u00f3ry na d\u00f3\u0142, czy z do\u0142u do g\u00f3ry. Patrz\u0105c „od do\u0142u”: o\u015bwietlaj\u0105c powierzchni\u0119 pod coraz wi\u0119kszym k\u0105tem, dojdziemy w ko\u0144cu do momentu, kiedy promienie przestaj\u0105 przechodzi\u0107 na drug\u0105 stron\u0119 i zaczynaj\u0105 odbija\u0107 si\u0119 od powierzchni. K\u0105t, przy kt\u00f3rym promienie po za\u0142amaniu przyjm\u0105 kierunek praktycznie r\u00f3wnoleg\u0142y do powierzchni nazywa si\u0119 k\u0105tem granicznym: \u03b2gr<\/sub><\/em> . Patrz\u0105c „od g\u00f3ry”: mo\u017cemy o\u015bwietla\u0107 powierzchni\u0119 pionowo, lub pod pewnym k\u0105tem, ale si\u0142\u0105 rzeczy nie da si\u0119 \u015bwieci\u0107 pod k\u0105tem wi\u0119kszym ni\u017c 90 stopni; st\u0105d te\u017c k\u0105ty za\u0142amanych promieni nigdy nie przekrocz\u0105 pewnej granicznej warto\u015bci.<\/p>\n Czyli zasadniczo nie interesuje nas pod jakimi k\u0105tami padaj\u0105 promienie, wr\u0119cz jest nam na r\u0119k\u0119 \u017ceby r\u00f3wnomiernie o\u015bwietla\u0142y powierzchni\u0119 z mo\u017cliwie wszystkich kierunk\u00f3w – to czego szukamy to k\u0105t, kt\u00f3ry wyznacza granic\u0119 cienia, czyli rozdziela obszar o\u015bwietlony od tego, do kt\u00f3rego nie dotar\u0142y ju\u017c \u017cadne promienie. Pos\u0142uguj\u0105c si\u0119 k\u0105tem granicznym, wz\u00f3r z jakiego wyliczamy wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania upraszcza si\u0119 do nast\u0119puj\u0105cej postaci:<\/p>\n \u00a0\u00a0\u00a0 n =\u00a0<\/em> sin 90o<\/sup> \/ sin \u03b2gr<\/sub><\/em> = 1 \/ sin \u03b2gr<\/sub><\/em><\/p>\n Nic tylko mierzy\u0107 i dzieli\u0107 \ud83d\ude09 . Chocia\u017c zwykle to dzielenie kto\u015b ju\u017c za nas wykona\u0142, a nam pozostanie jedynie odczytanie wyniku ze skali.<\/p>\n W zastosowaniach nie-laboratoryjnych dominuj\u0105 dwie podstawowe konstrukcje refraktometr\u00f3w:<\/p>\n Zdj\u0119cie 1 – Refraktometry lunetkowe<\/p>\n Zdj\u0119cie 2 – Refraktometr cyfrowy<\/p>\n Poniewa\u017c refraktometry maj\u0105 zdecydowanie wi\u0119cej zastosowa\u0144 ni\u017c tylko pomiar zawarto\u015bci cukru w soku, r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 prezentowanymi na skali jednostkami oraz zakresami mierzonych warto\u015bci.<\/p>\n Najbardziej „agnostyczne” modele jako wynik podaj\u0105 po prostu wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania, bo de facto<\/em> to przecie\u017c w\u0142a\u015bnie mierz\u0105 (analogicznie niekt\u00f3re areometry pokazuj\u0105 po prostu zmierzon\u0105 g\u0119sto\u015b\u0107). Jest to bardzo uniwersalny spos\u00f3b, bo taki wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania mo\u017cna sobie potem na podstawie tabel prze\u0142o\u017cy\u0107 na dowoln\u0105 inn\u0105 miar\u0119 – na przyk\u0142ad na stopie\u0144 zasolenia, czy st\u0119\u017cenie alkoholu. Niemniej jednak zdecydowanie popularniejsze s\u0105 modele gdzie skala przedstawiona jest w specyficznych dla danego zastosowania jednostkach – w grupie refraktometr\u00f3w przeznaczonych do pomiaru zawarto\u015bci cukru dominuje Brix.<\/p>\n Je\u015bli chodzi o r\u00f3\u017cne zakresy warto\u015bci – co innego mierzy\u0107 zawarto\u015b\u0107 cukru w soku jab\u0142kowym gdzie praktycznie nie zdarza si\u0119 przekroczy\u0107 18Brix, a co innego na przyk\u0142ad w miodzie czy koncentracie, gdzie zawarto\u015b\u0107 cukru si\u0119ga np. 70Brix. St\u0105d te\u017c jest wiele modeli refraktometr\u00f3w, kt\u00f3re r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 miedzy sob\u0105 jedynie maksymaln\u0105 warto\u015bci\u0105 jak\u0105 mo\u017cna odczyta\u0107 ze skali. Intuicyjnie mo\u017cna by pomy\u015ble\u0107, \u017ce co to za problem wzi\u0105\u0107 refraktometr z mo\u017cliwe najszersz\u0105 skal\u0105 – kiedy\u015b si\u0119 przecie\u017c mo\u017ce przyda\u0107. O ile w przypadku cyfrowych refraktometr\u00f3w takie podej\u015bcie jak najbardziej si\u0119 sprawdza – tam odczytu dokonuj\u0105 za nas wysokiej rozdzielczo\u015bci sensory, a wynik prezentowany jest na wy\u015bwietlaczu ju\u017c w postaci gotowego numerka – o tyle w przypadku refraktometr\u00f3w lunetkowych im szerszy zakres warto\u015bci tym trudniej o jednoznaczne odczytanie wyniku. Nawet w modelach gdzie zakres warto\u015bci jest niewielki, poszczeg\u00f3lne kreseczki na skali u\u0142o\u017cone s\u0105 na prawd\u0119 blisko siebie:<\/p>\n Zdj\u0119cie 3 – Widok na skale refraktometr\u00f3w lunetkowych<\/p>\n Jak wida\u0107 te refraktometry podaj\u0105 wyniki z rozdzielczo\u015bci\u0105 0.1Brix, co przek\u0142ada si\u0119 na ~SG 0.0004. Skala skal\u0105, ale co najwa\u017cniejsze r\u00f3wnie\u017c deklarowana przez producent\u00f3w dok\u0142adno\u015b\u0107 pomiaru jest tego samego rz\u0119du i wynosi +\/-0.1 do +\/-0.2 Brix (w zale\u017cno\u015bci od modelu). Pozostaje kwestia poprawnego odczytania wyniku, bo trzeba mie\u0107 na uwadze, \u017ce sama granica \u015bwiat\u0142o-cie\u0144 nie jest nigdy tak na prawd\u0119 idealnie ostra.<\/p>\n Je\u015bli chodzi o cen\u0119, refraktometry wci\u0105\u017c nie nale\u017c\u0105 do rzeczy tanich. Najprostszego „chi\u0144czyka” mo\u017cna kupi\u0107 za nieco ponad 100z\u0142, modele „made in Japan” to wydatek ju\u017c rz\u0119du 1000z\u0142, a wersje cyfrowe zaczynaj\u0105 si\u0119 do oko\u0142o 1300z\u0142.<\/p>\n Jak mia\u0142em okazj\u0119 si\u0119 przekona\u0107, r\u00f3\u017cnica w cenie faktycznie si\u0119 na co\u015b przek\u0142ada. Pomi\u0119dzy dok\u0142adno\u015bci\u0105 „chi\u0144czyka” i „japo\u0144czyka” jest po prostu przepa\u015b\u0107, za\u015b cyfrowy refraktometr dodatkowo uwalnia u\u017cytkownika od zawracania sobie g\u0142owy temperatur\u0105 pomiaru, jak r\u00f3wnie\u017c – co w praktyce okazuje si\u0119 do\u015b\u0107 istotne – nie wymaga dobrego o\u015bwietlenia. Ale o tym w szczeg\u00f3\u0142ach b\u0119dzie p\u00f3\u017aniej.<\/p>\n Zasad\u0119 dzia\u0142ania ju\u017c sobie om\u00f3wili\u015bmy, teraz przygl\u0105dnijmy si\u0119 jak w praktyce zrobiony jest taki refraktometr. We\u017amy na przyk\u0142ad wspomnianego „chi\u0144czyka”:<\/p>\n Zdj\u0119cie 5 – Refraktometr lunetkowy, zestaw<\/p>\n \u015arubokr\u0119t i pipeta by\u0142y elementem zestawu – zastosowanie pipety jest oczywiste, za to \u015brubokr\u0119t s\u0142u\u017cy do kalibracji, czyli kr\u0119cenia umieszczon\u0105 tu\u017c za pryzmatem \u015brubk\u0105, kt\u00f3ra steruj\u0105c po\u0142o\u017ceniem umieszczonej w \u015brodku niewielkiej soczewki przesuwa widoczny na skali obraz g\u00f3ra-d\u00f3\u0142.<\/p>\n W celu dokonanie pomiaru, na niebieski pryzmat nak\u0142ada si\u0119 kropl\u0119 soku i nast\u0119pnie dociska klapk\u0105:<\/p>\n Zdj\u0119cie 6 – Aplikacja soku<\/p>\n Wynik widoczny jest przez wziernik, odczytu dokonuje si\u0119 na granicy mi\u0119dzy kolorami:<\/p>\n Zdj\u0119cie 7 – Odczytywanie wyniku ze skali<\/p>\n Wziernik w tym konkretnym modelu ma mo\u017cliwo\u015b\u0107 dostosowania ostro\u015bci, \u017ceby zniwelowa\u0107 ewentualn\u0105 wad\u0119 wzroku (odczyt w okularach jest tutaj niezbyt wygodny, ze wzgl\u0119du na du\u017cych rozmiar\u00f3w gumowy pier\u015bcie\u0144, nie pozwalaj\u0105cy odpowiednio zbli\u017cy\u0107 oka).<\/p>\n Zdj\u0119cie 8 – Korekta wady wzroku<\/p>\n W \u015brodku ten refraktometr wygl\u0105da tak:<\/p>\n Zdj\u0119cie 9 – Wn\u0119trze refraktometru<\/p>\n Jak wida\u0107 skala z kt\u00f3rej odczytuje si\u0119 wynik znajduje si\u0119 na przeciwleg\u0142ym ko\u0144cu ni\u017c pryzmat, i jest zaskakuj\u0105co ma\u0142a. Warto zwr\u00f3ci\u0107 uwag\u0119 – co lepiej wida\u0107 na kolejnym zdj\u0119ciu – \u017ce nie jest przymocowana do korpusu na sztywno, tylko jest osadzona na blaszce. Do roli blaszki wr\u00f3cimy.<\/p>\n Niebieski element z przodu to pryzmat – to w\u0142a\u015bnie w nim ma miejsce za\u0142amanie promieni:<\/p>\n Zdj\u0119cie 10 – Wyj\u0119ty pryzmat<\/p>\n Pryzmat jest szklany, a niebieski kolor bierze si\u0119 st\u0105d \u017ce d\u00f3\u0142 oraz boki ma pokryte lakierem. Po usuni\u0119ciu lakieru pryzmat wygl\u0105da tak:<\/p>\n Zdj\u0119cie 11 – Pryzmat po usuni\u0119ciu lakieru<\/p>\n W przekroju refraktometr prezentuje si\u0119 nast\u0119puj\u0105co: Rysunek 3 – Refraktometr w przekroju<\/p>\n Pomi\u0119dzy pryzmatem i klapk\u0105, \u017c\u00f3\u0142tym kolorem zaznaczona jest warstwa p\u0142ynu, kt\u00f3rego dotyczy pomiar. Wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania dotyczy granicy pomi\u0119dzy \u017c\u00f3\u0142t\u0105 warstw\u0105 i pryzmatem.<\/p>\n Pierwsza na drodze promieni soczewka s\u0142u\u017cy wst\u0119pnemu skupieniu oraz kalibracji, druga powi\u0119kszeniu samej skali i ewentualnej korekcie wad wzroku.<\/p>\n Bieg promieni jest zaznaczony symbolicznie i ma na celu pokazanie w jaki spos\u00f3b powstaje granica \u015bwiat\u0142o-cie\u0144. Tak na prawd\u0119 przebieg promieni jest nieco bardziej skomplikowany, jak r\u00f3wnie\u017c same k\u0105ty pod jakimi za\u0142amuj\u0105 si\u0119 promienie s\u0105 tutaj wyssane z palca – ale mam nadziej\u0119 \u017ce ide\u0119 wida\u0107: na ko\u0144cu jest skala na kt\u00f3rej zaznaczony na niebiesko promie\u0144 wskazuje miejsce z kt\u00f3rego nale\u017cy odczyta\u0107 wynik.<\/p>\n W tym miejscu warto wspomnie\u0107, \u017ce klapka nie od parady zrobiona jest ze zmatowionego plastiku – zmatowienie ma na celu rozpraszanie \u015bwiat\u0142a, tak aby o\u015bwietlaj\u0105ce refraktometr promienie, nawet je\u015bli pochodz\u0105 w wi\u0119kszo\u015bci z jednego kierunku (np. lampa), pada\u0142y na pryzmat pod wszystkimi mo\u017cliwymi k\u0105tami:<\/p>\n Rysunek 4 – Rozpraszanie \u015bwiat\u0142a na matowej klapce<\/p>\n Ciekawa jest r\u00f3wnie\u017c kwestia koloru pryzmatu. Wszyscy wiemy co to t\u0119cza – taka prawdziwa, apolityczna: czerwie\u0144, pomara\u0144cz, \u017c\u00f3\u0142\u0107, ziele\u0144, b\u0142\u0119kit, fiolet… Sk\u0105d si\u0119 bierze t\u0119cza? Ano st\u0105d, \u017ce promienie \u015bwiat\u0142a za\u0142amuj\u0105 si\u0119 pod mniejszym lub wi\u0119kszym k\u0105tem, w zale\u017cno\u015bci od tego jak\u0105 maj\u0105 barw\u0119 (d\u0142ugo\u015b\u0107 fali). A na jakiej postawie my staramy si\u0119 wyznaczy\u0107 Brix? W\u0142a\u015bnie bazuj\u0105c na k\u0105cie pod jakim za\u0142amuj\u0105 si\u0119 promienie!<\/p>\n Jak du\u017cy wp\u0142yw ma barwa \u015bwiat\u0142a na za\u0142amanie promieni? Jakby por\u00f3wna\u0107 dwie skrajne warto\u015bci: u\u017cy\u0107 raz \u015bwiat\u0142a czerwonego a nast\u0119pnie fioletowego – r\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy wynikami wynios\u0142aby a\u017c 7 Brix! Jak to si\u0119 wi\u0119c dzieje, \u017ce refraktometr dzia\u0142a pomimo tego \u017ce o\u015bwietlamy go \u015bwiat\u0142em bia\u0142ym, czyli takim kt\u00f3re zawiera wszystkie widzialne barwy?<\/p>\n Tutaj dochodzimy do koloru pryzmatu. Ot\u00f3\u017c nie od parady pryzmat w refraktometrze nie jest po prostu posrebrzany tak jak lustra, tylko ma okre\u015blony kolor. Kolor pryzmatu s\u0142u\u017cy temu \u017ceby odbi\u0142y si\u0119 od niego tylko promienie o konkretnej barwie. Wiadomo, \u017ce kolor niebieski jest niebieski dlatego \u017ce odbija \u015bwiat\u0142o w\u0142a\u015bnie o kolorze niebieskim, a innego nie odbija. Jest przy tym barw\u0105 podstawow\u0105, to znaczy nie sk\u0142ada si\u0119 z kombinacji innych barw.<\/p>\n Wspomina\u0142em \u017ce pokazany na poprzednich rysunkach przebieg promieni jest nieco uproszczony – tak na prawd\u0119 ulegaj\u0105 one dodatkowemu odbiciu od \u015bciany pryzmatu, i to dzi\u0119ki temu mo\u017cliwe jest odfiltrowanie wszystkich innych promieni poza jednym – niebieskim. Gdyby nie ten sprytny zabieg, na skali zobaczyliby\u015bmy prawdopodobnie t\u0119cz\u0119.<\/p>\n<\/a><\/p>\n2. Refraktometr<\/h1>\n
<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\nRodzaje refraktometr\u00f3w<\/h1>\n
\n
<\/a> <\/a><\/p>\n\n
<\/a><\/p>\n<\/a><\/a><\/p>\nBudowa refraktometru lunetkowego<\/h1>\n
<\/a><\/p>\n<\/a> <\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a> <\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n