COVID-19 spowodował, że produkcja środków dezynfekcyjnych trafiła pod strzechy. Nie zawsze z pożytkiem dla produktu finalnego. Postanowiłem więc wyjaśnić jak wykorzystać refraktometr do pomiaru stężenia alkoholu oraz jak nie dać się wprowadzić w błąd ofertom krążącym po necie. Chodzi tu o nasze bezpieczeństwo, zdrowie a może i życie.

Czy można refraktometrem mierzyć stężenie alkoholu?

Tak. Refraktometry mogą mieć skale przystosowane do pomiaru stężenia alkoholu, ale z założenia mierzą tylko i wyłącznie jednoskładnikowy wodny roztwór alkoholu. Jeżeli masz mieszaninę np. alkoholu i cukrów, pomiar nie bedzie miał większego sensu. Refraktometr zmierzy łącznie zarówno alkohol jak i cukry. Nie można z takiego wyniku dociec ile było alkoholu. Tak samo jak znając tylko wynik dodawania równy 5 nie dojdziesz czy było to 1+4, czy 2+3, czy może 4+1. Dodatkowo pamietaj, że alkohol alkoholowi nie równy. Musisz wiedzieć jaki alkohol chcesz mierzyć (etylowy, metylowy, izopropylowy). To nie wszystko. Chcesz mierzyć stężenie, to oczywiste, ale upewnij się jakie: objętościowe (v/v wyrażane w ml/100ml) czy masowe (w/w wyrażane w g/100g).

Na przykład refraktometry PAL-33S oraz PAL-34S mierzą stężenie alkoholu etylowego w wodzie. Pierwszy jednak podaje wynik w stężeniu objętościowym, drugi w masowym. To będą różne wartości!

Refraktometr do alkoholu etylowego (v/v) PAL-33S
Refraktometr do alkoholu etylowego (w/w) PAL-34S

Czy tym samym refraktometrem mogę mierzyć każdy alkohol?

Nie. Każdy alkohol ma nieco inną charakterystykę oraz inną zależność poprawek temperaturowych. By zagwarantować dokładność, refraktometry ATAGO są zaprogramowane do mierzenia konkretnego rodzaju alkoholu i w korektywnej skali stężenia: objętościowego lub masowego. 

Funkcja automatycznej kompensacji temperatury (ATC) jest bardzo ważna. Współczynnik załamania światła każdej substancji, także alkoholu, zależy od temperatury. Refraktometry ATAGO wykonują tak na prawdę dwa pomiary: refrakcji i temperatury, korygując odpowiednio wynik tak, by wpływ temperatury był zniwelowany.

Czy można bezpośrednio mierzyć stężenie alkoholu do 100%?

Nie można. Stoją tu na przeszkodzie prawa fizyki. Refraktometr mierzy wsp. załamania światła (RI) i przelicza go na stężenie alkoholu w wodzie. Alkohole mają jednak charakterystykę zależności stężenia od RI w kształcie paraboli, z płaskim szczytem w okolicy ok. 80%. Teoretycznie można mierzyć do 80% ale potem RI maleje. Oznacza to, że stężenie 100% da ten sam wynik co 50%.

[Taschenbuch für Chemiker und Physiker (D'Ans-Lax ), Band 2: Organische Verbindungen.  Springer (1983).  ISBN 978-3-540-12263-0, Geb.]

Dodatkowym problemem jest dokładność. Jak widać na zamieszczonym wykresie, powyżej 60% charakterystyka staje się coraz bardziej płaska. Pomiar w zakresie od 60% do 80% obarczony jest tak dużym błędem, że nie ma żadnej wartości metrologicznej. Żaden odpowiedzialny producent nie oferuje refraktometrów o zakresie wyższym niż 53%. Z uwagi na nieliniową charakterystykę, bardzo często dokładność jest określana dla poszczególnych podzakresów. Dobrym przykładem jest tu refraktometr PET-109.

Refraktometr do alkoholu etylowego PET-109

Jak zatem mierzyć stężenie alkoholu powyżej 60%?

Rozwiązanie jest proste. Przed pomiarem próbkę należy rozcieńczyć. Np. rozcieńczenie dwukrotne alkoholu wysokoprocentowego pozwala na wykorzystanie najdokładniejszej części charakterystyki refraktometru - tam, gdzie jest ona najbardziej stroma, czyli w zakresie 0 do 50%. Oczywiście wynik wyświetlany na refraktometrze należy przemnożyć przez krotność rozcieńczenia.
Najprościej jest wykonywać rozcieńczenia dwukrotne (50% pierwotnego). Jeżeli przy pomiarze roztworu rozcieńczonego refraktometr pokarze 45%, znaczy to, że rzeczywiste stężenie przed rozcieńczeniem wynosiło 45% * 2 = 90%. 

Nie mam czasu i nie umiem przeliczać rozcieńczeń, można prościej?

Ależ można. Dokładnie w tym celu został opracowany refraktometr PAL-COVID-19. Służy do pomiaru stężenia alkoholu etylowego w zakresie do 53% (bez rozcieńczenia) i do 100% (przy rozcieńczeniu 1:1). W zestawie znajduje się zlewka i łyżka miarowa do szybkiego wykonania rozcieńczenia 1:1. Nie jest potrzebna wiedza specjalistyczna. Jeżeli pracujemy w trybie rozcieńczeń, refraktometr możemy tak zaprogramować, by na wyświetlaczu pokazywany był wynik już przeliczony na pierwotne stężenie przed rozcieńczeniem.

Refraktometr do alkoholu etylowego PAL-COVID-19

Produkuję żel, czy moge refraktometrem zmierzyć zawartość alkoholu w produkcie końcowym?

Wystarczy, że na refraktometrze zmierzysz sam żel bez dodatku alkoholu (bazę). Jeżeli wynik będzie większy od 0%, oznacza to, że prosty pomiar zawartości alkoholu nie będzie możliwy. Wynik będzie zawsze przekłamany przez wpływ samego żelu, którego właściwości też mogą się zmieniać. Jeżeli masz wykształcenie chemiczne możesz obejść ten problem. Jeżeli nie, używaj refraktometru wyłącznie do badania stężenia alkoholu w roztworach wodnych, bez innych dodatków wypływających na wynik.

 Wybrane refraktometry do pomiaru alkoholu

Życzę udanych pomiarów!