Den internationale sukkerskala
Enhed uden for SI · størrelse: saccharoseindholdet efter drejningsvinklen for polarisationsplanet
En sukkeropløsning formår at dreje lysets polarisationsplan, og den drejning er ligefrem proportional med mængden af opløst saccharose, så det er nok at lyse gennem et rør og se, hvor mange grader analysatoren måtte drejes. Opdagelsen tilhører Biot og blev gjort i 1815, og handelen greb den, fordi optikken svarer på det spørgsmål, som intet aræometer svarer på: hvor meget i sirupen der netop er saccharose og ikke opløst stof i almindelighed.
Heraf også den smukke parring med graden Brix, hvormed den samme prøve måles gennem massefylden. Brix ser alt, hvad der er opløst — saccharose, invertsukker, salte, farvestoffer — mens polarisationen næsten kun svarer på saccharose, og derfor er forskellen mellem de to tal netop den iblanding, køberen ikke vil betale for. Forholdet mellem disse tal kaldes på fabrikken renhed, og det er det, og ikke sødmen selv, der afgør partiets pris.
01 · Definition
Hundrede grader på den internationale sukkerskala er tildelt normalvejningen: 26,000 gram ren saccharose, fyldt op til hundrede milliliter og gennemlyst i et rør på to hundrede millimeter ved tyve grader Celsius. En sådan prøve drejer polarisationsplanet med 34,626 grader, når man lyser med natriumets gule linje, og hele skalaen er ganske enkelt den vinkel, taget for hundrede og delt i hundrede lige dele.
Evnen til at dreje polarisationen kaldes optisk aktivitet og hviler på, at saccharosemolekylet ikke falder sammen med sit eget spejlbillede. Drejningen er proportional både med koncentrationen og med vejlængden gennem opløsningen, og proportionalitetsfaktoren kaldes specifik drejning; for saccharose er den plus seksogtres og en halv, hvor plus betyder en drejning mod højre, med uret for en iagttager, der ser strålen i møde.
Forbehold er der herved præcis lige så mange af som ved enhver aftalt skala. Den specifikke drejning afhænger af bølgelængden, og derfor står bogstavet D i betegnelsen — natriumets gule linje — skønt nutidens saccharimetre lyser med kviksølvets grønne linje, hvor hundrede grader allerede svarer til 40,777 graders drejning. Den afhænger også af temperaturen og af prøvens egen koncentration, så ICUMSA's tabeller anfører rettelserne for sig, og røret holdes i en termostat.
En særlig finhed er, at instrumentet ikke tæller saccharosen, men summen af drejningerne fra alt, hvad der er i opløsningen. Så længe iblandingerne er optisk inaktive, er aflæsningen ærlig, men lad saccharosen falde fra hinanden i glukose og fruktose, så falder drejningen og skifter endda fortegn, fordi fruktose drejer stærkere mod venstre end glukose mod højre. Fænomenet kaldes inversion, og på det er bygget en hel metode til at bestemme saccharose ud fra forskellen mellem to målinger.
Skyderen angiver, hvor meget der i alt er opløst i prøven, og knapperne vælger, hvad der nærmere bestemt er opløst deri. Aræometret og refraktometret tæller alt på række og giver grader Brix; polarimetret svarer næsten kun på saccharose og giver grader på sukkerskalaen, så afstanden mellem de to bjælker netop er de ikke-sukker, som ingen vil betale for.
Så længe saccharosen er hel, vokser drejningen mod højre sammen med dens mængde. Falder den derimod fra hinanden, bliver der af ét stof to, som drejer til hver sin side: glukose mod højre med treoghalvtreds, fruktose mod venstre med tooghalvfems, så summen går i minus. Netop for dette fortegnsskift kaldte man fænomenet inversion, og på forskellen mellem drejningerne før og efter er Clergets metode bygget.
02 · Omregning
Indtast det, instrumentet viste
Inden for optikken er omregningerne nøjagtige, thi en grad på skalaen er ganske enkelt en vinkel delt med et fast tal. Tilnærmelsen begynder der, hvor man går fra optikken til massen: koncentrationen fås af vinklen i gram pr. milliliter, mens vægtprocent kræver opløsningens massefylde, som hentes i tabeller.
Rørets længde kan ændres i bladets fine indstillinger: den sædvanlige er to hundrede millimeter, men til mørke sirupper tager man hundrede og til meget svage opløsninger fire hundrede.
En kvartskontrolplade er det, der i virkeligheden vogter denne skala. Saccharose duer ikke som normal, thi den trækker vand, bliver uklar og inverterer langsomt af sig selv, mens kvarts drejer lyset i kraft af sin egen bygning og gør det uforandret i årevis, så et saccharimeter prøves ikke med sukker, men med en plade, der er attesteret i grader på samme skala.
| Værdi | Bemærkning | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Størrelsesordener
specifik drejning: mod venstre og mod højre04 · Måleinstrumenter
Hvad sukker måles med
Instrumentet er snedigt bygget: i stedet for at måle vinklen direkte ophæver det opløsningens drejning med moddrejningen af en kvartskile, som forskydes, indtil feltet bliver ensartet. Skalaen er herved inddelt direkte i grader på sukkerskalaen, og derfor behøver den, der betjener den, hverken at regne eller slå op i tabeller.
Kemikerens universalinstrument, hvis skala er ærligt inddelt i vinkelgrader, og hvis kilde er en natriumlampe med netop den D-linje. Med det måles drejningen for ethvert optisk aktivt stof og ikke blot for sukker, og derfor er alle tabellerede værdier for den specifikke drejning netop opnået på det.
Naboskalaens instrumenter: det ene fanger strålens brydning ved et prismes flade, det andet vejer ganske enkelt et kendt rumfang, og begge giver grader Brix, altså summen af alt opløst. Uden dem forbliver polarisationen et tal uden nævner, thi et partis renhed regnes som forholdet mellem den ene aflæsning og den anden.
Det eneste instrument, der tæller hvert sukker for sig: prøven skilles på en søjle, og man får adskilte toppe for saccharose, glukose og fruktose. Ved omtvistede partier og i laboratorievoldgift tror man netop på det, mens polarisationen bliver i handelen, fordi den svarer inden for et minut og hverken kræver reagenser eller søjle.
05 · Skriveregler
Drejningens fortegn vejer tungere end dens størrelse
Skalaens grad skrives uden mellemrum med stort latinsk bogstav, og værdien skilles fra med et mellemrum. Ved den specifikke drejning er fortegnet uomgængeligt, thi uden det vides ikke, hvilken vej planet drejer, og i betegnelsen angives bølgelængde og temperatur: bogstavet D står for natriumets gule linje og det øvre indeks for tyve grader Celsius. Grader på sukkerskalaen må ikke sidestilles med grader Brix, end ikke for en ren opløsning: tallene kan falde sammen, men de måler noget forskelligt.
Den anden skrivemåde har udeladt fortegnet, og uden det mister størrelsen halvdelen af sin mening: saccharose og fruktose adskiller sig ikke så meget i tal som i retning. Den tredje sætter lighedstegn mellem polarisation og massefylde, mens et sammenfald af tallene kun er muligt for ren saccharose og intet beviser. Den fjerde taler om «sukker» i almindelighed, skønt polarimetret ser saccharosen alene og tæller invertsukkeret med omvendt fortegn og derfor trækker fra.
06 · Naboenheder
Nærmeste slægtning er graden Brix, hvormed samme prøve læses gennem massefylden, og graden Plato, bygget på samme måde, blot til ølurt. Begge skalaer svarer på spørgsmålet «hvor meget er der i alt opløst», mens sukkerskalaen svarer på spørgsmålet «hvor meget af det er saccharose», og derfor holder man dem på fabrikken altid sammen.
kun saccharose
alt tørstof
partiets renhed
Blandt Simetriums datablade står ved siden af grad Brix og grad Plato, aræometerskalaerne °Bé / °Tw / °API, hvor samme massefylde læses på oliemandens vis, alkoholstyrke, hvor sukkeret bliver af efter gæringen, og densitet i kg/m³ som fælles grundlag for alle disse skalaer.
07 · Historisk afsnit
Fra lysets drejning til partiets pris
Jean-Baptiste Biot fandt, at polarisationsplanet drejes ikke blot af krystaller, men også af opløsninger, og at drejningens størrelse vokser med koncentrationen. Nogen kemisk forklaring fandtes ikke dengang, men det stod straks klart, at optikken formår at se ind i et stof uden at ødelægge prøven, og det viste sig vigtigere end selve teorien.
Karl Ventzke fandt på at inddele instrumentet ikke i vinkelgrader, men direkte i sukkerprocent, idet han tog drejningen fra en bestemt indvejning for hundrede. Den, der betjente det, behøvede fra da af hverken at regne eller at kunne optik: han læste et tal, som kunne skrives ind i et fragtbrev, og sukkerfabrikken fik sit første virkelige måleinstrument.
Clerget indså, at fortegnsskiftet ved saccharosens nedbrydning ikke er en hindring, men et værktøj: måler man prøven før inversionen og efter, afhænger forskellen mellem drejningerne alene af saccharosen, mens alt andet i opløsningen ophæver sig selv. Metoden med dobbelt polarisation gjorde aflæsningen pålidelig med ét slag, selv for uklare fabrikssirupper.
De nationale skalaer skiltes i fjerde ciffer gennem århundreder, og Den Internationale Kommission for Ensartede Metoder til Sukkeranalyse førte dem sammen til én ved at binde hundredetallet til normalvejningen og til kviksølvets grønne linje. Siden skrives børskontrakten på råsukker i disse grader, og et tillæg for en tiendedels grad betyder det samme i London og i São Paulo.
Sukkerskalaen vogtes af kvarts, ikke af sukker
Man skulle tro, at en sådan skalas normal burde være saccharosen selv, men til den rolle duer den slet ikke: saccharose trækker vand ud af luften, bliver uklar af den mindste iblanding og falder fra hinanden af sig selv, og en opløsning af den lever talte dage. Kvartsen derimod drejer polarisationsplanet i kraft af sin egen bygning, gør det uforandret i årevis og kræver hverken indvejning eller kolbe, og derfor prøves saccharimetre med en kvartsplade, der er attesteret i grader på samme skala.
Det viser sig, at en størrelse, opkaldt efter sukkeret og udtænkt til sukkerhandelen, er bundet til et mineral, til en bølgelængde og til et rørs geometri, mens sukkeret selv først optræder i den kæde til sidst, når instrumentet ser på prøven. Netop denne indretning gør den til en aftalt skala og ikke til en naturkonstant: det, der gengives her, er ikke sukkeret, men overensstemmelsen mellem instrumenter, og derfor omskriver ICUMSA ikke naturen, men en forskrift.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-basisenheder, toogtyve afledte med egne navne og størrelser uden for systemet, som hverken teknikken eller kalenderen kan undvære.