B-420.26.032 [2020-10] Kohlendioxid mittels Volumenexpansion
Der Gehalt des Bieres an gelöstem Kohlendioxid ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Eine angemessene Kohlendioxidmenge (untergäriges Bier 0,40–0,60 GG-%, obergäriges Bier 0,40–0,80 GG-%) trägt zur Rezenz des Bieres wesentlich bei.
Die manometrishen Methoden beruhen auf dem Henry-Dalton‘schen Gesetz, wonach bei gegebener Temperatur die Konzentration des in einer Flüssigkeit gelösten idealen Gases dem Partialdruck des Gases in der Gasphase proportional ist, sofern ein Gleichgewichtszustand besteht. Dieser Gleichgewichtszustand wird durch kräftiges Schütteln des karbonisierten Getränks erreicht. Zur Messung des Gesamtdrucks dient ein Manometer.
Bei abgefüllten karbonisierten Getränken ist jedoch neben dem Kohlendioxid immer eine gewisse Menge Luft im Flaschenhals vorhanden, wodurch der Partialdruck des Kohlendioxids verändert wird. Der „Luftgehalt“ Getränks wird bei der Gesamtdruckmessung miterfasst, d. h. die Messwerte sind, bedingt durch das Messprinzip, immer zu hoch. Für präzise Messungen des CO2-Gehalts ist der Partialdruck der Fremdgase (z. B. O2, N2) zu berücksichtigen.
Das Ergebnis wird nach der sogenannten Haffmans-Formel ermittelt:
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p |
= Überdruck in bar (CO2-Partialdruck) |
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T |
= Temperatur in °C |
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1,013 |
= Atmosphärendruck in bar |
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P |
= Absolut-Druck in bar (CO2-Partialdruck) |
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T |
= Temperatur in °C |
Für p = Überdruck in bar und P = Absolut-Druck in bar ist der CO2-Partialdruck einzusetzen.
Die CO2-Formel von Haffmans basiert auf der Löslichkeit von CO2 in Bier mit einem Stammwürzegehalt von 12 GG-% und einem scheinbaren Vergärungsgrad von 80 %.
In Bier ändert sich die Löslichkeit von CO2 um ca. 1 % pro 3 GG-% Stammwürze.
Die Haffmans-Formel mit den darin enthaltenen Konstanten (‑10,73797 und 2617,25) wird unabhängig vom Alkoholgehalt des Getränkes angewendet.
Bei karbonisierten Getränken mit einem Zuckergehalt von mehr als 10 g/l muss die durch den gelösten Zucker bedingte geringere Löslichkeit der Kohlensäure berücksichtigt werden. So sind je 30 g/l Zucker vom gemessenen Druck 0,098 bar abzuziehen.
Aufgabenstellung/Zweck
Bestimmung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid in karbonisierten Getränken mittels Volumenexpansion
Anwendungsbereich
Geeignet zur Bestimmung der Konzentration an gelöstem Kohlendioxid in karbonisierten Getränken. Konzentrationsbereich 2,5 bis 6,2 g/l.
Prinzip
Das Gerät beruht auf der Mehrfachvolumen-Expansionsmethode Patent Anton Paar). Hierbei wird das Volumen der Messkammer in zwei gesonderten Schritten vergrößert und zweimal der Gleichgewichtsdruck und die Temperatur registriert und zur Berechnung herangezogen. Der wahre Kohlendioxidgehalt wird unabhängig vom Gehalt an gelösten Fremdgasen ermittelt [1, 2, 3].
Die Abbildung Luftdruckkorrektur zeigt, wie der Einfluss von gelösten Fremdgasen (Luft oder Stickstoff) auf das Messergebnis durch die Methode der mehrfachen Volumenexpansion eliminiert wird. Der CO2-Gehalt wird bei zwei verschiedenen Volumenexpansionen der Messkammer gemessen. Sind keine gelösten Fremdgase vorhanden, so sind die zwei Ergebnisse identisch, und keine Korrektur ist notwendig. Gelöste Fremdgase bewirkt, dass das Ergebnis bei größerer Volumenexpansion (2. Messung) niedriger ist als das Ergebnis bei kleinerer Volumenexpansion (1. Messung). Aus der Differenz beider Ergebnisse wird ein Korrekturwert berechnet, durch den der Einfluss des gelösten Fremdgases (Luft oder Stickstoff) auf das Messergebnis vollständig eliminiert wird.