11/11/2020
Door Ad Spijkers
Met een nieuw meetinstrument kan het CO2-gehalte in frisdrankflessen worden bepaald zonder de fles te openen en de drank over te hevelen naar een sensor.
Bij conventionele methoden wordt meestal een gat in de dop van de fles gemaakt om de druk en temperatuur binnenin te bepalen. Fles en de inhoud moeten vervolgens worden weggegooid. Technici van de Ruhr Universität Bochum (RUB) en Steinfurth Mess-Systeme uit Essen hebben samen een niet-destrictieve methode ontwikkeld. Deze is gebaseerd op absorptiespectroscopie, werkt met elke transparante drankfles en maakt ook metingen over langere termijn mogelijk.
Laserlicht onthult koolzuurgehalte
Voor veel dranken is het koolzuurgehalte een van de belangrijkste parameters voor de smaak. Omdat CO2 na verloop van tijd ook uit goed afgesloten flessen ontsnapt, is het voor drankenproducenten en retailers interessant om te weten of het kooldioxidegehalte in een drankfles binnen het gewenste bereik ligt. Dit kan worden berekend uit de absolute druk en de temperatuur van de drank in de houder. Bij gedeeltelijk doorzichtige glazen en kunststof flessen kan de absolute druk spectroscopisch worden bepaald zonder de fles te openen.
Voor de procedure sturen de onderzoekers laserlicht met een bepaalde golflengte door de gasruimte in de flessenhals en meten ze hoeveel licht aan de andere kant van de fles binnenkomt. Ze kiezen de golflengte van het licht zodanig dat het bij voorkeur wordt geabsorbeerd door CO2-moleculen. De hoeveelheid licht die bij verschillende golflengten in een bereik van ongeveer 2004 nm wordt geabsorbeerd, geeft informatie over de hoeveelheid kooldioxide en dus de absolute druk.
De nieuwe methode werkt optisch zodat de fles bij de meting intact blijft.
Bij spectroscopische methoden wordt normaal gesproken een achtergrondspectrum opgenomen op de lege container, waarmee storende invloeden - bijvoorbeeld door krassen of stof op het oppervlak - kunnen worden berekend. Dit is niet mogelijk met verzegelde flessen. De wetenschappers meten een fles daarom niet één keer, maar herhaaldelijk een paar seconden vanuit verschillende richtingen. Storingen kunnen van meting tot meting variëren, maar de dichtheid van CO2-moleculen blijft constant.
De onderzoekers bepalen vervolgens met een wiskundige benadering de interferentie uit het absorptiespectrum. De absolute druk is dan gemakkelijk af te lezen uit het spectrum. De temperatuur van de drank wordt non-destructief gemeten met een pyrometer.
Nauwkeurig proces
Het proces werkt voor glazen en PET-flessen van verschillende kleuren en vormen. Het enige vereiste is dat de fles doorschijnend is. Omdat de verpakking onbeschadigd blijft, kan ook meerdere keren over een langere periode gemeten worden, wat onder andere de houdbaarheid van het product kan bepalen.
De meetnauwkeurigheid is momenteel minimaal 50 mbar, afhankelijk van de druk in de fles. Met andere woorden, dit betekent dat de hoeveelheid CO2 kan worden gemeten met een nauwkeurigheid van 0,1 g/dm3. Dit betekent dat de meetnauwkeurigheid ongeveer gelijk is aan die van een invasief apparaat; het Steinfurth CDA MK-6-model haalt bijvoorbeeld een meetnauwkeurigheid van 30 millibar.
Foto's: Ruhr Universität Bochum, Katja Marquard