Mezinárodní cukerná stupnice
Jednotka mimo SI · veličina: obsah sacharózy podle úhlu stočení roviny polarizace
Roztok cukru dovede stočit rovinu polarizace světla, a toto stočení je úměrné množství rozpuštěné sacharózy, takže stačí posvítit skrze trubici a podívat se, o kolik stupňů bylo třeba otočit analyzátorem. Objev náleží Biotovi a byl učiněn roku 1815, a obchod se ho chopil proto, že optika odpovídá na otázku, na kterou neodpoví žádný hustoměr: kolik je v sirupu právě sacharózy, a nikoli rozpuštěných látek vůbec.
Odtud i krásná dvojice se stupněm Brix, jímž se týž vzorek měří podle hustoty. Brix vidí vše rozpuštěné — sacharózu, invertní cukr, soli, barviva —, kdežto polarizace odpovídá téměř jen na sacharózu, a proto je rozdíl obou čísel právě onou příměsí, za niž kupující platit nechce. Poměr těchto čísel se v cukrovaru nazývá čistotou, a právě on, a nikoli sladkost sama, určuje cenu šarže.
01 · Definice
Sto stupňů mezinárodní cukerné stupnice je vyhrazeno normální navážce: 26,000 gramu čisté sacharózy, rozpuštěné a doplněné na sto mililitrů a prosvícené trubicí dlouhou dvě stě milimetrů při dvaceti stupních Celsia. Takový vzorek stočí rovinu polarizace o 34,626 stupně, svítí-li se žlutou čarou sodíku, a celá stupnice je prostě tento úhel, vzatý za sto a rozdělený na sto stejných dílů.
Schopnost stáčet polarizaci se nazývá optická aktivita a spočívá na tom, že molekula sacharózy nesplývá se svým zrcadlovým obrazem. Stočení je úměrné jak koncentraci, tak délce dráhy v roztoku, a součinitel úměrnosti se zove specifická otáčivost; u sacharózy činí plus šedesát šest a půl, přičemž plus znamená stočení doprava, po směru hodinových ručiček pro pozorovatele hledícího proti paprsku.
Výhrad je při tom přesně tolik jako u kterékoli úmluvné stupnice. Specifická otáčivost závisí na vlnové délce, a proto stojí v označení písmeno D — žlutá čára sodíku —, ačkoli dnešní sacharimetry svítí zelenou čarou rtuti, kde stu stupňů odpovídá již 40,777 stupně stočení. Závisí i na teplotě a na koncentraci samotného vzorku, takže tabulky ICUMSA uvádějí opravy zvlášť a trubice se drží v termostatu.
Zvláštní jemnost je v tom, že přístroj nepočítá sacharózu, nýbrž součet stočení všeho, co v roztoku je. Dokud jsou příměsi opticky neaktivní, je údaj poctivý, jakmile se však sacharóza rozloží na glukózu a fruktózu, stočení klesá a dokonce mění znaménko, protože fruktóza otáčí doleva silněji než glukóza doprava. Jev se nazývá inverze a na něm je vystavěna celá metoda stanovení sacharózy z rozdílu dvou měření.
Jezdec udává, kolik je ve vzorku celkem rozpuštěno, a tlačítka volí, co přesně tam rozpuštěno je. Hustoměr s refraktometrem počítají vše po řadě a dávají stupně Brix, polarimetr odpovídá téměř jen na sacharózu a dává stupně cukerné stupnice, takže mezera mezi oběma proužky jsou právě necukry, za něž nikdo platit nebude.
Dokud je sacharóza celá, roste stočení doprava spolu s jejím množstvím. Rozpadne-li se však, vzniknou z jedné látky dvě, otáčející na různé strany: glukóza doprava o padesát tři, fruktóza doleva o devadesát dva, takže součet jde do minusu. Právě pro tuto změnu znaménka byl jev nazván inverzí, a na rozdílu otáčivostí před ní a po ní je vystavěna Clergetova metoda.
02 · Převod
Zadejte, co přístroj ukázal
Uvnitř optiky jsou převody přesné, neboť stupeň stupnice je prostě úhel dělený stálým číslem. Přiblížení začíná tam, kde se od optiky přechází k hmotnosti: koncentrace se z úhlu získává v gramech na mililitr, kdežto hmotnostní procenta žádají hustotu roztoku, kterou berou z tabulek.
Délku trubice lze změnit v jemných nastaveních listu: obvyklá je dvě stě milimetrů, ale pro tmavé sirupy se bere sto a pro velmi slabé roztoky čtyři sta.
Křemenná kontrolní destička — to je, co tuto stupnici doopravdy střeží. Sacharóza se za etalon nehodí, neboť táhne vodu, kalí se a pomalu sama invertuje, kdežto křemen stáčí světlo mocí vlastní stavby a činí to léta beze změny, takže se sacharimetr neověřuje cukrem, nýbrž destičkou atestovanou ve stupních téže stupnice.
| Hodnota | Poznámka | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Řády veličin
specifická otáčivost: doleva a doprava04 · Měřicí přístroje
Čím se cukr měří
Přístroj je vystavěn chytře: místo aby měřil úhel přímo, ruší stočení roztoku protistočením křemenného klínu, jímž se posouvá, dokud pole nezůstane stejnorodé. Stupnice je při tom dělena rovnou ve stupních cukerné stupnice, a proto obsluha nemusí ani počítat, ani nahlížet do tabulek.
Univerzální přístroj chemikův, jehož stupnice je poctivě dělena v úhlových stupních a jehož zdrojem je sodíková výbojka s onou čarou D. Měří se jím otáčivost kterékoli opticky aktivní látky, nejen cukru, a proto všechny tabulkové hodnoty specifické otáčivosti byly získány právě na něm.
Přístroje sousední stupnice: jeden zachycuje lom paprsku na stěně hranolu, druhý prostě váží známý objem, a oba dávají stupně Brix, tedy součet všeho rozpuštěného. Bez nich zůstává polarizace číslem bez jmenovatele, neboť čistota šarže se počítá jako poměr jednoho údaje k druhému.
Jediný přístroj, který počítá každý cukr zvlášť: vzorek se rozdělí na koloně a získají se oddělené vrcholy sacharózy, glukózy a fruktózy. U sporných šarží a v laboratorní arbitráži se věří právě jemu, kdežto polarizace zůstává v obchodě proto, že odpoví do minuty a nežádá ani činidla, ani kolonu.
05 · Pravidla zápisu
Znaménko otáčivosti váží více než její velikost
Stupeň stupnice se píše bez mezery s velkým latinským písmenem a hodnota se odděluje mezerou. U specifické otáčivosti je znaménko nezbytné, poněvadž bez něho není známo, kam se rovina stáčí, a v označení se uvádí vlnová délka a teplota: písmeno D odpovídá žluté čáře sodíku a horní index dvaceti stupňům Celsia. Stupně cukerné stupnice nelze klást rovnými stupňům Brix ani pro čistý roztok: čísla se mohou shodovat, ale měří něco jiného.
Druhý zápis vynechal znaménko a bez něho ztrácí veličina polovinu smyslu: sacharóza a fruktóza se neliší ani tak číslem, jako směrem. Třetí klade rovnítko mezi polarizaci a hustotu, ačkoli shoda čísel je možná jen u čisté sacharózy a nic nedokazuje. Čtvrtý mluví o «cukru» vůbec, přestože polarimetr vidí samotnou sacharózu a invertní cukr počítá s opačným znaménkem, a tedy odečítá.
06 · Sousední jednotky
Nejbližší příbuzní jsou stupeň Brix, jímž se týž vzorek čte podle hustoty, a stupeň Plato, ustrojený stejně, jen pro pivní mladinu. Obě stupnice odpovídají na otázku «kolik je celkem rozpuštěno», kdežto cukerná stupnice odpovídá na otázku «kolik z toho je sacharózy», a proto se v cukrovaru drží vždy pohromadě.
jen sacharóza
veškerá sušina
čistota šarže
Z listů Simetria vedle stojí stupeň Brix a stupeň Plato, stupnice hustoměru °Bé / °Tw / °API, kde se táž hustota čte po ropařsku, síla lihu, kam cukr odchází po kvašení, a hustota v kg/m³ jako společný základ všech těchto stupnic.
07 · Historický oddíl
Od stočení světla k ceně šarže
Jean-Baptiste Biot objevil, že rovinu polarizace stáčejí nejen krystaly, ale i roztoky, a že velikost stočení roste s koncentrací. Chemické vysvětlení tehdy nebylo, zato bylo hned jasné, že optika dovede nahlédnout dovnitř látky, aniž by vzorek zničila, a to se ukázalo důležitější než sama teorie.
Karl Ventzke přišel na to, dělit přístroj nikoli v úhlových stupních, nýbrž rovnou v procentech cukru, když za sto vzal stočení určité navážky. Obsluha od té doby nemusela ani počítat, ani rozumět optice: četla číslo, které bylo možné přepsat do nákladního listu, a cukrovar dostal svůj první opravdový měřicí přístroj.
Clerget pochopil, že změna znaménka při rozkladu sacharózy není překážkou, nýbrž nástrojem: změří-li se vzorek před inverzí a po ní, závisí rozdíl otáčivostí jedině na sacharóze, kdežto vše ostatní v roztoku se ruší. Metoda dvojí polarizace učinila údaj rázem spolehlivým i pro kalné cukrovarnické sirupy.
Národní stupnice se po staletí rozcházely ve třetí číslici a Mezinárodní komise pro jednotné metody cukerné analýzy je svedla v jednu tím, že sto přivázala k normální navážce a k zelené čáře rtuti. Od té doby se burzovní kontrakt na surový cukr píše v těchto stupních a příplatek za desetinu stupně znamená totéž v Londýně i v São Paulu.
Cukernou stupnici střeží křemen, nikoli cukr
Zdálo by se, že etalonem takové stupnice má být sama sacharóza, avšak k této úloze se nehodí naprosto: sacharóza táhne vodu ze vzduchu, kalí se od nejmenší příměsi a rozpadá se sama sebou, a její roztok žije počítané dny. Křemen naproti tomu stáčí rovinu polarizace mocí vlastní stavby, činí to léta beze změny a nežádá ani navážku, ani baňku, a proto se sacharimetry ověřují křemennou destičkou atestovanou ve stupních téže stupnice.
Vychází najevo, že veličina pojmenovaná po cukru a vymyšlená pro cukerní obchod je přivázána k nerostu, k vlnové délce a ke geometrii trubice, kdežto sám cukr se v tom řetězu objeví teprve na konci, když přístroj hledí na vzorek. Právě toto ustrojení z ní činí stupnici úmluvnou, a nikoli přírodní konstantu: reprodukuje se zde nikoli cukr, nýbrž shoda mezi přístroji, a proto ICUMSA nepřepisuje přírodu, nýbrž předpis.
Katalog · měřicí jednotky
List pro každou veličinu
Sedm základních jednotek SI, dvaadvacet odvozených s vlastními jmény a veličiny mimo soustavu, bez nichž by nefungovala ani technika, ani kalendář.