چگالی سنج چیست؟

آنان که مسائل را از نظر علمی دنبال می کنند متوجه هستند که نام این ابزار در تعریف غلط است و باید آنرا در حقیقت وزن مخصوص سنج نامید زیرا ما بر روی زمین زندگی می کنیم. از طرفی غلط مصطلح را براحتی می پذیریم و آنرا اشتباه نمیدانیم، لذا دوستان خرده نگیرند که چگالی سنج واژه درستی نیست. تعدادی از دوستان هنوز از طرز کار انواع چگالی سنج اطلاع کاملی ندارند و برایشان سئوالی دایمی هست که این ابزار چگونه کار می کند؟ چه ارزشی دارد؟ میزان دقت آن چقدر است؟ کار کردن یا نکردن با آن چه تغییری در تهیه مشروبات می دهد؟ و از همه مهمتر چگونه آنرا بخوانند؟

روش کار چگالی سنج

اساس کار تمام چگالی سنج ها از قوانین ایستایی سیالات (شاره ها) ارشمیدس دانشمند اهل سیراکوز میباشد که: هر جسم غوطه ور در آب به اندازه وزن هم حجم خود از آب سبکتر می شود. این رابطه ساده به چند عامل بستگی دارد. جرم ماده ، گرایش (جاذبه) زمین، حجم ماده. (جدیدا درجه حرارت نیز به آن اضافه شده است)
می دانیم که جرم با وزن متفاوت است. جرم یک جسم همیشه ثابت است ولی وزن ممکن است در هر ارتفاعی متفاوت باشد. به زبان ساده، گرایش زمین بر وزن اثر میگذارد ولی بر جرم اثری ندارد.

• جرم: مقدار ماده موجود در هر جسم است.
• حجم: مقدار فضای اشغال شده توسط جسم است.
• وزن: مقدار نیروئی که توسط نیروی گرانیکای (جاذبه) زمین بر جسم وارد میشود.
• وزن مخصوص: وزن یک ماده تقسیم بر حجم آن ماده. (وزن حجمی)
• چگالی: نسبت جرم یک ماده به حجم آن ماده. (جرم حجمی)
• چگالی ویژه: وزن مخصوص یک ماده تقسیم بر وزن مخصوص آب خالص.

آنچه در اینجا از آن بنام چگالی سنج نامبرده می شود ابزار مشخصی است که با آن میزان ناخالصی ماده در مایع را اندازه میگیریم. این ابزار بر اساس قانون اول ارشمیدس ساخته شده و کار آن بطور کلی تعیین مقدار در صد از ماده محلول خارجی در آب خالص است. انواع مختلف دارد که بعضی از آنها در زیر قید شده است. الکل سنج (Alcoholmeter)، شیرینی سنج (saccharimeter)، آبسنج (Hydrometer)، شراب سنج (Vinometer)، نمک سنج (Saltmeter)، اسید سنج (Acidometer)، غلظت سنج (Viscometer) و ...

برخی مدل های پیشنهادی با توجه به این زمینه کاری

برند تمامی محصولات زیر Extech ساخت امریکا می باشد

• مجموعه PH متر /کنداکتیوی متر EC510
• PH متر PH100
• PH متر PH150-C
• PH متر ضدآب PH220-C
•  PHمتر / MV متر / دما سنج ضد آب PH300
• مجموعه PH/کنداکتیوی DO610
• کنداکتیوی متر / TDS/ دما / شوری سنج EC400
• کنداکتیوی متر کتابی همراه باPHمتر و TDSمتر و شوری سنج 341350A-P

ابزار چگالی سنج در مورد مشروبات الکلی

الکل سنج

ابزاریست که از عدد یک تا صد و از پائین به بالا درجه بندی شده و با قرار دادن آن در لوله مدرج حاوی الکل و آب میزان خلوص الکل در آب خالص را تعیین میکند. اعداد نوشته شده از پائین به بالا افزایش میابد. بزبان ساده هر چه الکل زیادتر باشد، الکل سنج بیشتر به درون مایع غوطه ور میشود. این ابزار قادر به تعیین میزان الکل در شراب یا آبجو نیست زیرا مایع شراب و آبجو، آب خالص نیست و مقادیر زیادی املاح آلی و معدنی را بهمراه الکل در خود دارد.

شیرینی سنج

ابزاریست که معمولا از عدد 0.800 تا 1.1500 از بالا به پائین درجه بندی شده ، (در بعضی این مقدار از 0.900 تا 1.120 و در بعضی دیگر از 900 تا 1120 درجه بندی شده. تقریبا هر کارخانه تولید کننده ای نوع ویژه را تهیه می کند) و میزان وزن قند را در آب خالص نشان می دهد. در مورد تعیین اندازه قند در مایع شراب (که فقط آب نیست) این خاصیت پیش بینی شده است و با تغییراتی در وزن سرب انتهای وزنه ، میتواند میزان قند در مایع شراب را نشان دهد. درجه بندی این ابزار از بالا به پائین افزایش می یابد. بزبان ساده تر هر چه میزان قند حل شده در مایع بیشتر باشد شیرینی سنج کمتر در مایع فرو می رود. این ابزار قادر به نشان دادن فقط قند موجود در مایع است و اگر مواد دیگری در مایع محلول باشد از دقت آن کاسته میشود.

آب سنج

ابزاریست که نسبت وزن مخصوص مایعی را به آب خالص تعیین میکند. امروزه بیشتر آبسنج ها بر اساس فهرست انکساری بریکس کار می کند. آبسنج ها قادر به شیرینی سنجی نیز هستند. از آنجا که هر مولکول قند موجود در شراب C6H12O6 => 2(CH3CH2OH) + 2(CO2) تبدیل به دو مولکول الکل اتیلیک و دو مولکول اکسید کربن میشود پس میتوان گفت در عمل از هر مولکول قند که شکسته می شود دو مولکول الکل اتیلیک در مایع تخمیری باقی میماند و دو مولکول گازی از مایع تخمیری خارج و تصعید می شود. وزن مولکولی الکل اتیلیک 46.0688 و وزن مولکولی اکسید کربن 44.0098 می باشد. نسبت وزن مولکولی الکل اتیلیک به اکسید کربن (1.046785) یا 1.047 می باشد. وزن مخصوص الکل اتیلیک از آب کمتر و 0.79 می باشد.

چگونه با آبسنج میتوان میزان الکل در شراب یا آبجو را محاسبه کرد؟

این آزمایش بر اساس تفاضل (وزن مخصوص اولیه شراب خام یا حریره آبجو) از (وزن مخصوص نهایی) هر یک بدست می آید.
آزمایش 1
 در هنگام تهیه شراب، پس از له کردن میوه و احتمالا اضافه کردن مقداری قند، آبسنج مقدار وزن مخصوص قند در ابتدای تخمیر را 1.12 نشان میدهد. پس از تخمیر نهایی و هنگام شیشه کردن یکبار دیگر آزمایش را تکرار میکنیم و این بار عدد 1.02 را نشان میدهد. حاصل تفاضل عدد دوم از عدد اول میزان 0.1000 میباشد. این مقدار جرم جسمی گاز اکسید کربن خارج شده از کل ماده تخمیری بر حسب کیلو گرم بر لیتر میباشد. از طرفی این عدد نشان دهنده سبک تر شدن وزن کل شراب ماست زیرا از جرم جسمی شراب ما بصورت گاز اکسید کربن تصعید شده است. حال اگر تفاضل باقیمانده را در نسبت وزن الکل اتیلیک در شراب ضرب کنیم ، حاصل می شود: 0.1047 = 1.0470.1000 x
حال جرم شراب نهایی 1.0200 (کیلوگرم بر لیتر) و جرم اکسید کربن 0.1047 (کیلوگرم بر لیتر) از دست رفته را در اختیار داریم. در صد این دو جرم را میتوان بهم تقسیم نمود تا میزان الکل موجود در شراب بر حسب در صد بدست آید: 0.102467 = 1.0200 / 0.1047 یا 10.25% که میزان الکل در شراب نهایی ماست.
آزمایش 2
در هنگام تهیه آبجو مقدار عدد خوانده شده توسط آبسنج و در ابتدای کار برابر با 1.065 بوده و بعد از تخمیر به میزان 1.030 تقلیل یافته است. حال میخواهیم میزان تقریبی الکل موجود در آبجو را محاسبه کنیم. با مروری در آزمایش (1) متوجه می شویم که: 0.035 = 1.035 – 1.065 کیلو گرم بر لیتر مقدار گازی است که از مایع آبجو خارج شده است. و با محاسبه 0.035 x 1.047 = 0.037 معلوم میشود مقدار الکل موجود در آبجو 0.037 کیلو بر لیتر میباشد. حال اگر مقدار فوق را بر 1.035 خوانده شده در مرحله دوم قسمت کنیم عدد حاصل تقریبا برابر با 0.037 / 1.035 = 0.036 خواهد بود که برابر با 3.6% الکل در کل آبجو می شود.
در اروپا سال هاست از قانونی مطابعت میشود که کارخانه باید میزان در صد وزنی الکل مشروب را بر روی ظرف حاوی آن قید کند و مثلا وقتی نوشته میشود فلان آبجو دارای 4.3% الکل است، درست باید این میزان در صد وزنی الکل در آبجو موجود باشد ولی در بعضی از ایالات آمریکا این قانون بصورت داخلی برسمیت شناخته نمیشود و از فرمول حجمی استفاده می کنند و همین آبجو دارای 4.3% الکل را بصورت v.v4.5 می نویسند یا مشروب الکلی 32% را 40v.v می نویسند (این مقدار از تقسیم بر وزن مخصوص الکل بدست می آید یعنی مقدار در صد مشروب را بر 0.79 که وزن مخصوص الکل است تقسیم میکنند) ولی در مشروبات صادراتی آمریکا از همان قانون در صد الکل اروپایی اطاعت می شود. یکی از دلایلی که تمام قند موجود در شراب یا آبجو تبدیل به الکل اتیلیک نمی شود وجود قند تجزیه و شکسته نشده در مایع تخمیری است. برای اطلاع از این امر بهتر است به مقاله " شراب، اکسیر جوانی " مراجعه کنید Pentose) قند پنتوس.

شراب سنج

ابزاری برای تشخیص میزان الکل در شراب است. این ابزار ظاهرا شبیه تب گیر جیوه ای است که قیف کوچکی به آن اضافه شده ولی در مکانیک عملکرد، پیپت قیف داری است که لوله درونی پیپت بسیار باریک و موئین است. روی بدنه خارجی میله درجه بندی شده (معمولا از عدد یک تا 25) و با واژگون گرفتن آن مقداری از شراب مورد آزمایش را درون قسمت قیف شکل ریخته و میگذاریم تا مقداری از شراب بصورت آزاد از انتهای لوله موئین پیپت عبور کند. سپس به آرامی شراب سنج را سر و ته کرده و روی سطح صافی قرار می دهیم. شراب به آرامی از لوله موئین پائین می آید. شراب در هنگام پایین آمدن از لوله موئین در نقطه ای متوقف میشود. عدد مقابل آنرا خوانده که اندازه تقریبی الکل در شراب است. علت ماندن شراب در لوله موئین بر اساس قانون فشار اوسموزی مایعات می باشد.
دو اشکال مهم در این ابزار موجود است.

1. در نوع دقیق این ابزار که لوله موئین بسیار باریک است اگر شراب مورد آزمایش به رنگ سفید باشد، خواندن آن به سختی قابل رویت و تشخیص است.
2.  در هنگام آزمایش با شراب قرمز میزان خطای آن بدلیل ناخالصی رنگ بالا می رود.

این ابزار برای تشخیص شراب دبش (شراب رومیزی) که شیرینی کمی دارد بهترین است. امروز تقریبا در جیب هر شرابسازی یکی از آنها یافت میشود، زیرا مساعد ترین وسیله تشخیص میزان الکل در شراب است ولی کارکرد و نتیجه گیری از آن به تکرار و تجربه شرابساز در خواندن صحیح ابزار نیاز دارد.
چگالی سنج سه کاره ای در بازار های خارجی موجود است که قادر به نشان دادن درجه فهرست انکساری بریکس مایع، میزان قند فروکتوز در شراب، میزان قند مالتوز در آبجو و همچنین میزان ساکاروز موجود در آب (قند حل شده در آب) نیز هست.

روش خواندن چگالی سنج

دستگاه چگالی سنج دارای لوله آزمایش و مایع مورد آزمایش در لوله را تا حدود سه چهارم از مایع پر کرده، لوله آزمایش را روی سطح میز یا محل بلند دیگری قرار داده و چگالی سنج را به آرامی درون لوله آزمایش فرو کرده و به آرامی و با کمک دو انگشت چرخش مختصری به آن می دهیم تا اگر حباب هوا به بدنه آن چسبیده باشد آزاد شود. دید چشم خود را مقابل محل برخورد هوا با مایع درون لوله آزمایش قرار داده و از فاصله 20 سانتیمتری عددی را که چگالی سنج نشان میدهد میخوانیم. محل خواندن عدد درست در محل برخورد هوا با مایع درون لوله آزمایش است.
برای خواندن درجه صحیح آب سنج (شیرینی سنج) همیشه زیر گوژ (قعر یا گودی) مایع موجود در لوله آزمایش خوانده شده و برای خواندن الکل سنج روی کاو (هلال لبه) مایع خوانده می شود.