Bestimmung der Osmolrarität von Getränken
Geeignet für karbonisierte und nicht karbonisierte Getränke
Die Osmolalität gibt die Teilchenanzahl osmotisch aktiven Substanzen pro Kilogramm Lösungsmittel (in der Regel Wasser) an. Größe oder Art der Teilchen sind für den osmotischen Druck bedeutungslos, einzig die Zahl der Teilchen (Kationen, Anionen, Zucker, org. Säuren, Aminosäuren, Proteine, Ethanol, etc.) ist entscheidend. Durch die gelösten Bestandteile wird der Gefrierpunkt einer wässrigen Lösung verglichen mit reinem Wasser herabgesetzt. Diese Gefrierpunktserniedrigung ist proportional der Zahl der gelösten Teilchen. Die Messung des Gefrierpunktes einer Lösung ermöglicht daher die Berechnung der Konzentration an gelösten Teilchen. Die Gefrierpunktserniedrigung fällt umso größer aus, je mehr gelöste Teilchen in der Lösung sind.
Bestimmung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch elektrochemische Sauerstoffsensoren mit membranbedeckten Elektroden
Die Bestimmung der Konzentration des Sauerstoffgehalts amperometrisch (Stromfluss) mittels Elektroden. Die Clark-Elektrode besteht aus Kathode und Anode, die über einen flüssigen Elektrolyten (KCI/KOH-Lösung) miteinander leitend verbunden sind. Dabei werden Edelmetalle wie Platin oder Gold für die Kathode gewählt und Silber für die Anode. Die gasdurchlässige Membran trennt das Elektrodenpaar von der Messlösung. Der Sauerstoff diffundiert durch die Membran in die Messzelle und wird an der Kathodenoberfläche unter Bildung von Hydroxidionen reduziert.
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Reaktion an der Kathode: |
O2 + 4e– + 2 H2O |
→ 4 OH− |
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Reaktion an der Anode: |
4 Ag+ + 4 Cl− |
→ 4 AgCI + 4e− |
Aus diesen chemischen Reaktionen resultiert ein Strom, der proportional zum Sauerstoffpartialdruck 
ist. Die Sauerstoffelektrode verbraucht laufend Sauerstoff, der aus der Messlösung herausgelöst wird. Nach dem Gesetz von Henry kann unter Beachtung des Sauerstofflöslichkeitskoeffizienten im Medium die Sauerstoffkonzentration bestimmt werden [1].
Mittels des gemessenen Stroms und der Temperatur wird die Sauerstoffkonzentration berechnet.
Elektroden mit Schutzringelektrode zeichnen sich durch eine verkürzte Ansprechzeit aus (Hach Lange).
Elektroden mit saurem Elektrolyten (Hamilton) zeigen eine bessere Stabilität bei Messungen in karbonisierten Medien.
Bestimmung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch elektrochemische Sauerstoffsensoren mit optochemischem Sensor
Die Grundlage der O2-Messung ist eine Messung der Fluoreszenz einer sauerstoffempfindlichen Schicht. Fluoreszenz, ist die Emission von Licht durch eine Substanz, die Licht oder andere elektromagnetische Strahlung absorbiert hat. Diese Technologie verbraucht keinen Sauerstoff. Daher ist in langsamer oder stagnierender Flüssigkeit kein Rühren erforderlich. Die Fluoreszenz ändert sich abhängig vom Sauerstoff-Partialdruck. Anhand des gemessenen Sauerstoff-Partialdrucks und der gemessenen Temperatur wird die Menge an gelöstem Sauerstoffgas in der Flüssigkeit berechnet. Der Sauerstoffsensor ermittelt den O2-Gehalt der Flüssigkeit mittels einer optischen Messung nach dem Lumineszensverfahren, wobei eine sauerstoffempfindliche Schicht mit blauem Licht bestrahlt wird. Dadurch werden die Moleküle in der sauerstoffempfindlichen Schicht in einen angeregten Zustand gebracht. Bei Abwesenheit von Sauerstoff leuchten die Moleküle rot auf. Ist Sauerstoff anwesend, kollidiert er mit den Molekülen in der sauerstoffempfindlichen Schicht. Die mit dem Sauerstoff kollidierenden Moleküle leuchten nicht mehr. Aufgrund dieses Verhaltens besteht ein Zusammenhang zwischen der Sauerstoffkonzentration und sowohl der Lichtintensität als auch der Geschwindigkeit der Abnahme der Lichtintensität. Die Lichtintensität nimmt mit höheren Sauerstoffkonzentrationen ab, wobei die Geschwindigkeit der Intensitätsabnahme steigt. Anhand des Zeitunterschiedes zwischen Bestrahlen und Aufleuchten (Phasenverschiebung) unter Produkttemperatur wird der Sauerstoffwert berechnet.
Der Aufbau erlaubt es, mit einer Photodiode den Zustand der blauen LED zu überwachen. Eine andere Photodiode – mit rotem Filter – misst das sauerstoffabhängige rote Licht.Dieses entsteht am Luminophor durch Lumineszenz (Fluoreszenz) nach Anregung durch blaues Licht. Dabei werden Elektronen des Luminophor auf ein höheres Energieniveau gepumpt und fallen unter Abstrahlung roten Lichts wieder auf ihr Ursprungsniveau ab.
Bestimmung der Gesamtluft in Flaschen und Dosen
Bestimmung der Gesamtluft in Gebinden mit Bier, Biermischgetränken und karbonisierten Getränken
Die im Bier enthaltenen Gase werden durch Schütteln und Erwärmen in eine mit Kalilauge gefüllte Bürette überführt. Das Kohlendioxid wird durch die Kalilauge absorbiert, das verbleibende Restvolumen an Sauerstoff und Stickstoff gemessen [1].
Bestimmung des gelösten Stickstoffs (N2) in karbonisierten und nicht karbonisierten Getränken, die mit N2 versetzt sind, mittels Wärmeleitfähigkeitsmessung
Geeignet zur Bestimmung der Konzentration an gelöstem Stickstoff (N2) in karbonisierten und nicht karbonisierten Getränken die mit N2 versetzt sind.
Mit dem gleichen Messverfahren wie die CO2-Messung mittels Wärmeleitfähigkeitsmessung wird der gelöste Stickstoff in flüssigen Medien bestimmt.
Als Spülgas wird aber CO2 eingesetzt und damit die Verschiebung der Wärmeleitfähigkeit von CO2 zu Stickstoff hin gemessen. Die Wärmeleitfähigkeit wird in einer kleinen Messkammer bestimmt, die wiederum durch eine semipermeable Membran vom Messgut getrennt ist. Mit der Diffusion durch die Membran ändert sich die Wärmeleitfähigkeit in der Messkammer.
Das Gasvolumen in der Messkammer wird in Zyklen von 10–20 s vollständig ausgetauscht. Die Änderungen der Wärmeleitfähigkeit über die Zeit sind ein Maß der Diffusion von N2 durch die Membran, wodurch sich die Konzentration im Messmedium unter Berücksichtigung der Temperatur berechnen lässt.
Die Berechnung der N2âKonzentration ergibt sich, unter Berücksichtigung der Temperatur, aus der Veränderung der Wärmeleitfähigkeit in der Messkammer. Auf diese Art kann Stickstoff auch bei Anwesenheit von CO2 gemessen werden.
Da Sauerstoff eine ähnliche Wärmeleitfähigkeit hat wie Stickstoff, muss unter Umständen über den zweiten Kanal eine zusätzliche Kompensation durchgeführt werden [1].
Die Methode gibt die Definitionen der verschiedenen Arten der Wasserhärte und deren Berechnungen wieder.
Wasser, das in der Brau- und Lebensmittelindustrie verwendet wird.
Nach DIN 38409 Teil 6 (Januar 1986) wird als „Härte" eines Wassers sein Gehalt an Calcium- und Magnesium-Ionen verstanden. In einigen Spezialfällen kann es sinnvoll sein, daneben auch Barium- und Strontium-Ionen der Härte zuzurechnen. Wenn auch der Härtebegriff aus wissenschaftlicher Sicht nicht erforderlich und sogar – weil keine SI-Einheit – im Prinzip gesetzlich unzulässig ist, so scheint er doch in manchen Fällen notwendig oder wirkt vereinfachend. Aus diesem Grunde soll an dieser Stelle neben den Angaben in mg/l, mval/l und mmol/l noch die ältere Einheit berücksichtigt werden. Die Maßeinheit 1 Deutscher Grad, 1°d (früher auch 1°dH) entspricht (bezogen auf CaO) 0,3566 mval/l = 0,179 mmol/l: *)
*) SI-Einheiten ab 01. 01. 1978 im amtlichen und rechtgeschäftlichen Verkehr, wobei °d in mmol/l ausgedrückt werden soll.
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10,00 mg/l CaO |
= |
7,15 mg/l Ca2+ |
= |
0,3566 mval/l |
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7,19 mg/l MgO |
= |
4,34 mg/l Mg2+ |
= |
0,3566 mval/l |
Bei der Maßeinheit 1 mval/l sind die obigen Werte um den Faktor 2,804 höher (1/10 des CaO-Äquivalentgewichts).
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28,04 mg/l CaO |
= |
20,04 mg/l Ca2+ |
= |
2,804 °d |
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20,15 mg/l MgO |
= |
12,15 mg/l Mg2+ |
= |
2,804 °d |
Eine Konzentration von 1 mg/l an Erdalkali-lonen entspricht:
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1 mg/l Ca2+ |
= |
0,1399 °d |
= |
0,0499 mval/l Härte |
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1 mg/l Mg2+ |
= |
0,2306 °d |
= |
0,0822 mval/l Härte |
In natürlichen Wässern überwiegen von den Erdalkali-lonen Calcium und Magnesium.
Für bestimmte Verwendungszwecke und/oder Aufbereitungsverfahren genügt es nicht, die Gesamthärte zu kennen, sondern man unterscheidet, von welchen Erdalkali-lonen sie verursacht wird (Calcium- oder Magnesium-lonen) und welchen Anionen sie äquivalent entsprechen. Hier spielen die lonen der Kohlensäure eine besondere Rolle (Carbonat- und Hydrogencarbonat-lonen).
Die Untergruppen der Härte lassen sich folgendermaßen charakterisieren
Calcium- oder Kalkhärte (Ca-H):
Durch Calcium-lonen verursachter Anteil der Härte des Wassers.
Magnesium- oder Magnesiahärte (Mg-H):
Durch Magnesium-lonen verursachter Anteil der Härte des Wassers.
Gesamthärte (GH):
Unter diesem Begriff wird die Summe der Einzelhärten (Ca-H + Mg-H) verstanden.
Carbonathärte (KH):
Die Carbonathärte entspricht dem Anteil der Erdalkali-lonen, der den im Wasser vorhandenen Hydrogencarbonat- und Carbonat-lonen äquivalent ist. Diese lonen werden durch die Bestimmung des m-Wertes in mval/l erfasst. Wasser ohne Säureverbrauch (pH < 4,3) hat keine Carbonathärte. Der m-Wert entspricht der Carbonathärte in mval/l, solange dieser Wert die Gesamthärte in mval/l nicht übersteigt, da die Carbonathärte definitionsgemäß nicht höher sein kann als die Gesamthärte. Wasser, dessen m-Wert die Gesamthärte in mval/l übersteigt, nennt man „sodaalkalisch", da es Natrium enthält. Für die Wahl des Aufbereitungsverfahrens kann es noch angebracht sein, zwischen Kalk- und Magnesia-Carbonathärte zu differenzieren (Kalk-KH und Magnesia-KH).
Nichtcarbonathärte (NKH):
Sie ist die Differenz zwischen der Gesamthärte und der Carbonathärte und somit der Anteil an Calcium- und Magnesium-lonen, für die kein äquivalenter Anteil an Hydrogencarbonat- und Carbonat-lonen im Wasser vorhanden ist, sondern für die eine äquivalente Menge anderer lonen vorliegt (z. B. Hydroxid, Chlorid, Sulfat, Nitrat, Phosphat, Silicat, Humat). Wässer, deren m-Wert ≥ GH (mval/l) ist, haben keine Nichtcarbonathärte.
Benötigte Analysendaten:
Gehalt an Calcium-lonen in mg/l oder mval/l
Gehalt an Magnesium-lonen in mg/l oder mval/l
Säureverbrauch, m-Wert in mval/l