Ein Kryoskop ist ein wissenschaftliches Instrument, das in Forschungs- und Industrielabors verwendet wird, um den Gefrierpunkt einer Flüssigkeit oder Lösung zu bestimmen. Kryoskopie, das Gefrierpunktsmaß, wird häufig verwendet, um die Konzentration einer Lösung oder die Menge des gelösten Stoffes, der in einem Lösungsmittel gelöst wurde, zu bestimmen. Da sich der Gefrierpunkt proportional zur Menge des gelösten Stoffes in der Lösung ändert, kann ein Kryoskop Forschern helfen, die Konzentration mit hoher Präzision zu bestimmen. Diese Technik wird vor allem in der Milchindustrie eingesetzt, wo höhere oder niedrigere Gefrierpunkte oft wichtige Informationen über die Qualität der Milch liefern.
Um den Gefrierpunkt zu bestimmen, verwendet das Kryoskop ein Prinzip, das als Unterkühlung bekannt ist. Wenn eine Lösung unterkühlt wird, wird ihre Temperatur über ihren Gefrierpunkt gesenkt, ohne dass sie gefriert. Die Lösung bleibt in ihrer flüssigen Phase, da es keinen Impfkristall oder keine Struktur gibt, um die sie kristallisieren kann. Wenn eine Struktur eingeführt oder die Lösung mechanisch gerührt wird, gefriert sie plötzlich fest.
Nachdem eine Probenlösung in das Kryoskop gegeben wurde, führt das Gerät einen Temperaturfühler und einen Rührstab in die Lösung ein und beginnt sie abzukühlen. Schließlich überschreitet die Temperatur der Lösung ihren Gefrierpunkt, wenn sie auf ein bestimmtes Niveau unterkühlt wird. Sobald die Lösung unterkühlt ist, rührt der Rührstab die Flüssigkeit, wodurch ein abruptes Gefrieren auftritt. Die bei der Kristallisationsreaktion des Gefrierens freigesetzte Wärme, die sogenannte Schmelzwärme, lässt die Temperatur der Lösung wieder auf ihren Gefrierpunkt schießen, wo sie für eine gewisse Zeit auf einem Plateau bleibt, bevor sie wieder abfällt. Das Kryoskop führt seine Messung während dieses Plateaus durch, wenn die Temperatur der Lösung genau am Gefrierpunkt liegt.
Kryoskope werden in der Milchindustrie häufig verwendet, um die Qualität von Milch zu bestimmen. Obwohl der Gefrierpunkt von Milch je nach Tierart, Ernährung und Rasse variiert, haben die Regulierungsbehörden der Industrie einen akzeptablen Gefrierpunkt für nicht kontaminierte und unverdünnte Kuhmilch festgelegt. Kryoskope verwenden diesen Punkt als Standard für die Kalibrierung. Wenn festgestellt wird, dass der Gefrierpunkt der Milchprobe wärmer ist als der Standard, wurde sie wahrscheinlich verdünnt, d. h. ihr wurde Wasser zugesetzt. Milchproben mit einem kälteren Gefrierpunkt als der Norm können verunreinigt oder sauer sein.
Die Zugabe von gelösten Stoffen, wie sie in Milch enthalten sind, erschwert das Gefrieren von Wasser – mit anderen Worten, sie senken den Gefrierpunkt und die Lösung gefriert bei einer kälteren Temperatur. Mehr Wasser hingegen bedeutet, dass die Lösung bei einer höheren Temperatur gefriert – ihr Gefrierpunkt wird erhöht, da sie leichter einzufrieren ist. Durch den Vergleich der Gefrierpunkte von Milchproben können Kryoskope nicht nur feststellen, ob der Milch Wasser zugesetzt wurde, sondern auch genau, wie viel Wasser hinzugefügt wurde. Industrielabore verwenden diese Messungen, um die Milchqualität zu überwachen und aufrechtzuerhalten.