Определение содержания этилового спирта

Содержание этилового спирта в водно-спиртовом растворе (крепость водно-спиртового раствора) выражают в объемных, массовых и молярных процентах. Объемные проценты (% об.) показывают число объемных частей безводного спирта, содержащихся в 100 объемах водно-спиртового раствора при 20° С; массовые проценты (% мас.) выражают число единиц массы безводного спирта в 100 единицах массы водно-спиртового раствора; молярные проценты (% мол.) - число киломолей спирта в 100 киломолях водно-спиртового раствора.

В спиртовом и ликеро-водочном производствах содержание этилового спирта выражают в объемных процентах, а в пивоваренном и квасоваренном производствах содержание этилового спирта в пиве, хлебном квасе выражают в массовых процентах.

Наиболее распространенным методом определения содержания спирта в водно-спиртовых растворах является определение специальными ареометрами-спиртомерами.

Этот метод определения основан на том, что между плотностью водно-спиртового раствора и содержанием в нем спирта существует строгая обратная зависимость: с изменением содержания спирта в водно-спиртовом растворе изменяется плотность последнего, уменьшаясь с увеличением содержания спирта.

Гениальный русский ученый, создатель периодической системы элементов, Д. И. Менделеев впервые с непревзойденной точностью определил плотности водно-спиртовых растворов, которые положены в основу спиртометрии в большинстве стран мира. Спиртометрией называют совокупность методов, служащих для определения количества безводного спирта в водно-спиртовых растворах.

Пользуясь зависимостью между плотностью водно-спиртового раствора и содержанием в нем спирта, можно определить содержание спирта пикнометром. Этим прибором определяют плотность и затем по табл. 4 и 5 приложения находят содержание спирта в объемных или массовых процентах.

Между коэффициентом преломления водно-спиртового раствора и содержанием в нем спирта также существует строгая зависимость. На этом основано применение рефрактометра для определения содержания спирта в водно-спиртовых растворах. Наиболее подходящим рефрактометром для этой цели является рефрактометр ИРФ-1.

В чистых водно-спиртовых растворах содержание спирта определяют непосредственно спиртомером, пикнометром или рефрактометром. Ряд продуктов (ликеро-водочные изделия, пиво и другие) содержит, кроме спирта и воды, растворимые сухие вещества (экстрактивные вещества). В таких продуктах определять содержание спирта непосредственно указанными приборами нельзя, так как наличие экстрактивных веществ повышает плотность растворов и коэффициент преломления. Поэтому продукты, содержащие экстрактивные вещества, для определения содержания в них спирта подвергают перегонке и в полученном дистилляте (доведенном водой до первоначального объема или массы) определяют содержание спирта. Известны также химические методы определения содержания этилового спирта. Они пригодны при определении этилового спирта в водно-спиртовых растворах низкой концентрации.

Спиртомеры

Применяют металлические и стеклянные спиртомеры. Металлический спиртомер представляет собой ареометр переменной массы, градуированный в условных единицах. Этот спиртомер (рис. 25) состоит из латунного шарика, к верхней и нижней частям которого припаяны стержни: верхний - со шкалой, нижний - с небольшим утолщением на конце для навешивания гирек. Для предохранения от окисления спиртомер и гирьки к нему позолочены. На верхнем стержне (шкале) нанесено 10 больших равных делений, у которых снизу вверх стоят цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Внизу, под нулевой чертой, стоит число 100. Каждое большое деление шкалы в свою очередь подразделено на пять малых; следовательно, каждое малое деление равно 0,2 большого деления. Все деления считают снизу вверх.

К спиртомеру прилагается восемь круглых (с вырезом посередине) гирек, обозначенных числами 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90; чем выше порядковый номер гирьки, тем она легче. Раньше к спиртомерам изготовляли комплект из десяти гирек с обозначениями 0 и 10 в дополнение к указанным выше. При определении гирьки навешивают по мере надобности на нижний стержень спиртомера при помощи выреза, причем надетая гирька должна быть обращена выпуклой стороной вниз и плотно лежать на нижней утолщенной части стержня.

Надевать гирьки на верхнюю утонченную часть стержня надо осторожно, чтобы не поцарапать позолоту стержня, и слегка придерживать, пока она не опустится до нижней части стержня. Каждый спиртомер имеет свой номер, который нанесен на всех гирьках к нему. Гирьки одного металлического спиртомера нельзя использовать для работы с другим спиртомером.

Стеклянный спиртомер (рис. 26) является ареометром постоянной массы. Он представляет собой поплавок правильной цилиндрической формы, состоящий из двух частей: нижней большого диаметра, куда помещается груз в виде металлической дроби, и верхней меньшего диаметра с измерительной шкалой. Деления шкалы при температуре 20° С показывают содержание спирта в растворе в объемных процентах.

В комплект стеклянных спиртомеров входит 11 спиртомеров со следующими пределами шкал в % об.: 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 90-100, 95-105. Спиртомер со шкалой 95-105. применяют для анализа растворов высокой крепости при температурах выше 20° С; шкала в диапазоне от 100 до 105 выражена в условных единицах. Стеклянные спиртомеры выпускают типов А, Б, В, Г без термометров и типа Д с термометром. Они различаются ценой наименьшего деления и пределами измерений. Спиртомер типа А с ценой наименьшего деления 0,1% об. применяют при анализе спирта.

Определение содержания спирта металлическим спиртомером

Для работы со спиртомером необходим стеклянный цилиндр такого диаметра, чтобы спиртомер свободно опускался в цилиндр, не касаясь его стенок. Перед определением цилиндр должен быть тщательно вымыт, вытерт и ополоснут исследуемым спиртом. Показания спиртомера зависят от относительной плотности водно-спиртового раствора и его температуры. Температура исследуемого раствора измеряется специальным термометром со шкалой от -25 до +30° С и ценой деления 0,5 град. Перед определением водно-спиртовой раствор тщательно перемешивают и наливают в цилиндр. Удаление пузырьков воздуха, появившихся в цилиндре при наливании, ускоряется перемешиванием, которое можно проводить термометром до погружения в раствор спиртомера.

Необходимо полностью удалить пузырьки воздуха, так как они при опускании спиртомера в цилиндр будут выталкивать или подбрасывать спиртомер кверху и тем самым могут быть причиной неверных показаний спиртомера. После удаления всех пузырьков воздуха, не вынимая термометра, в цилиндр осторожно опускают спиртомер, держа его за узкие ребра верхнего стержня большим и указательным пальцами и не касаясь руками погружаемой части. Спиртомер не должен касаться ни опущенного в спирт термометра, ни стенок цилиндра. Спиртомер должен быть совершенно чистым. Загрязненный спиртомер необходимо прополоскать в крепком спирте и вытереть, слегка обжимая его, специально для этого предназначенным мягким полотенцем или марлей.

Пузырьки воздуха с поверхности спиртомера удаляют осторожным встряхиванием спиртомера, не вынимая его из жидкости. В случае смачивания стержня спиртомера более чем на два малых деления выше мениска спиртомер приподнимают, не обнажая корпуса, и вытирают стержень. Выдержав в жидкости спиртомер и термометр 3-5 мин, проводят одновременно отсчет погружения спиртомера и показаний термометра. При отсчете глаз должен находиться несколько ниже уровня жидкости, так как именно при таком положении яснее видна черта пересечения уровня жидкости со шкалой.

Показания спиртомера отсчитывают после того, как он совершенно спокойно установится в жидкости. Выравнивать температуру жидкости во время нахождения в ней спиртомера перемешиванием термометром нельзя, так как термометр может случайно разбиться и амальгировать ртутью спиртомер. После записи показаний термометр и спиртомер вынимают из жидкости, осторожно вытирают полотенцем и помещают в специально предназначенные для хранения футляры.

Отсчет показаний металлического спиртомера

Опустив спиртомер в жидкость без гирьки или с той или иной гирькой, смотрят, на сколько он погрузился; если нижняя (нулевая) черта на шкале находится над жидкостью, то спиртомер вынимают и заменяют гирьку более тяжелой; если же уровень жидкости оказался выше верхней черты шкалы, гирьку заменяют более легкой. Подобрав гирьки, последовательно переходя от меньшей к большей, и найдя точку погружения, проводят отсчет следующим образом. Если спиртомер без гирьки погрузился до уровня M-H (см. рис. 25), показание спиртомера будет 109,6, так как уровень жидкости стоит на три деления выше 9 (напомним, что цена каждого маленького деления равна 0,2). К 9,6 прибавляется число 100, обозначенное на стержне спиртомера над нулевой чертой. Если бы спиртомер без гирьки опустился до уровня О-П, отсчет был бы равен 105,8. Если спиртомер с гирькой 50 погрузился до уровня М-H, показание его было бы равным 59,6. В случае, если спиртомер с гирькой 60 погрузился до уровня Р-С, показание его равнялось бы 60,4.

Определение содержания спирта стеклянным спиртомером

Определение содержания спирта стеклянным спиртомером проводят таким же образом, как и металлическим. Стеклянные спиртомеры показывают содержание спирта в % об. при температуре исследуемого водно-спиртового раствора 20° С. Приведение температуры водно-спиртового раствора к 20° С часто бывает затруднительно и не всегда возможно. Поэтому для определения содержания спирта при 20° С по показаниям стеклянного спиртомера, полученным при другой температуре, пользуются таблицами.

Таблицы к спиртомерам

Как упоминалось, металлический спиртомер градуирован в условных единицах. Для перевода показаний его в объемные проценты служат специальные таблицы (таблицы для металлического спиртомера). Имеются также таблицы для определения содержания спирта при 20° С по показаниям стеклянного спиртомера, полученным при другой температуре (таблицы для стеклянного спиртомера).

Объем водно-спиртового раствора выражается в литрах при температуре раствора 20° С. При учете спирта определяют количество литров безводного спирта, заключающееся в данном объеме водно-спиртового раствора. При температуре 20° С количество безводного спирта находят умножением объема водно-спиртового раствора на содержание спирта в объемных процентах.

В большинстве случаев при учете водно-спиртовых растворов объемы их приходится измерять при температурах, отличающихся от 20° С, и, следовательно, содержание спирта в единице объема меняется; с понижением температуры возрастает, а с повышением - уменьшается. Поэтому имеется таблица множителей, необходимых для определения объема безводного спирта при 20° С, заключающегося в данном объеме водно-спиртового раствора, независимо от изменения объема жидкости под влиянием температурных колебаний. Множитель находят, зная содержание спирта в % об. и температуру, при которой измеряли объем водно-спиртового раствора. Умножая объем водно-спиртового раствора, определенный при данной температуре, на найденный множитель, получают объем содержащегося в жидкости безводного спирта, отнесенный к температуре 20° С.

Все указанные таблицы помещены в книге «Таблицы для определения содержания этилового спирта в водно-спиртовых растворах при 20° С» (Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР. М., 1966).

Ниже приведены примеры пользования указанными таблицами.

Пример 1. Показания стеклянного спиртомера 89,5 при температуре 12° С. По табл. III находим содержание спирта 91,52% об.

Если при измерении температура водно-спиртового раствора и показания спиртомера получены в дробных числах, которых нет в таблице, то соответствующее им содержание спирта находят линейным интерполированием.

Пример 2. Допустим, что показания стеклянного спиртомера 96,0 при температуре 21,45° С. Требуется найти содержание спирта. Выписываем из табл. III два значения содержания спирта по ближайшим к установленным температурам для показания спиртомера 96,00. располагая их в следующем порядке.

Из уравнения

находим содержание спирта x = 95,69% об.

Пример 3. Определить содержание спирта в водно-спиртовом растворе при показании стеклянного спиртомера 52,76 и при температуре 22° С. Выписываем из табл. III два значения содержания спирта по ближайшим к показаниям спиртомера 52,76 при температуре 22° С.

откуда x = 51,28% об.

Пример 4. Определить содержание спирта в водно-спиртовом растворе (х) при показании стеклянного спиртомера 48,64 и температуре 23,45° С. Выписываем из табл. III значения для содержания спирта по ближайшим к данным значениям температуры и показаниям спиртомера. Обозначим содержание спирта при температуре 23,45° С и при показании спиртомера 49,0 через А; содержание спирта при показании спиртомера 48,5 - через В; содержание спирта при показании спиртомера 48,64 - через х. Составим вспомогательную таблицу.