Διεθνής ζαχαρική κλίμακα
Μονάδα εκτός SI · μέγεθος: η περιεκτικότητα σε σακχαρόζη κατά τη γωνία στροφής του επιπέδου πόλωσης
Ένα διάλυμα ζάχαρης ξέρει να στρέφει το επίπεδο πόλωσης του φωτός, και η στροφή αυτή είναι ανάλογη με την ποσότητα της διαλυμένης σακχαρόζης, ώστε αρκεί να φωτίσει κανείς μέσα από έναν σωλήνα και να δει κατά πόσες μοίρες χρειάστηκε να στραφεί ο αναλυτής. Η ανακάλυψη ανήκει στον Biot και έγινε το 1815, και το εμπόριο την άρπαξε επειδή η οπτική απαντά στο ερώτημα στο οποίο δεν απαντά κανένα αραιόμετρο: πόση από το σιρόπι είναι ακριβώς σακχαρόζη, και όχι διαλυμένες ουσίες εν γένει.
Από εδώ και το ωραίο ζευγάρι με τον βαθμό Brix, με τον οποίο το ίδιο δείγμα μετριέται μέσω της πυκνότητας. Ο Brix βλέπει καθετί διαλυμένο — σακχαρόζη, ανεστραμμένη ζάχαρη, άλατα, χρωστικές — ενώ η πόλωση ανταποκρίνεται σχεδόν μόνο στη σακχαρόζη, και γι' αυτό η διαφορά των δύο αριθμών είναι ακριβώς εκείνη η πρόσμειξη για την οποία ο αγοραστής δεν θέλει να πληρώσει. Τον λόγο αυτών των αριθμών τον λένε στο εργοστάσιο καθαρότητα, και αυτός, και όχι η ίδια η γλυκύτητα, ορίζει την τιμή της παρτίδας.
01 · Ορισμός
Εκατό βαθμοί της διεθνούς ζαχαρικής κλίμακας δόθηκαν στο κανονικό ζύγισμα: 26,000 γραμμάρια καθαρής σακχαρόζης, διαλυμένα και συμπληρωμένα ως τα εκατό χιλιοστόλιτρα και διαφωτισμένα σε σωλήνα διακοσίων χιλιοστών στους είκοσι βαθμούς Κελσίου. Ένα τέτοιο δείγμα στρέφει το επίπεδο πόλωσης κατά 34,626 μοίρες, αν φωτίσει κανείς με την κίτρινη γραμμή του νατρίου, και όλη η κλίμακα δεν είναι παρά αυτή η γωνία, παρμένη για εκατό και μοιρασμένη σε εκατό ίσα μέρη.
Η ικανότητα να στρέφεται η πόλωση λέγεται οπτική ενεργότητα και στηρίζεται στο ότι το μόριο της σακχαρόζης δεν συμπίπτει με το ίδιο του το είδωλο στον καθρέφτη. Η στροφή είναι ανάλογη και με τη συγκέντρωση και με το μήκος της διαδρομής μέσα στο διάλυμα, και τον συντελεστή αναλογίας τον λένε ειδική στροφή· στη σακχαρόζη ισούται με συν εξήντα έξι και μισό, όπου το συν σημαίνει στροφή δεξιά, κατά τη φορά των δεικτών για παρατηρητή που κοιτάζει προς τη δέσμη.
Οι επιφυλάξεις εδώ είναι ακριβώς τόσες όσες σε κάθε συμβατική κλίμακα. Η ειδική στροφή εξαρτάται από το μήκος κύματος, και γι' αυτό στο σύμβολο στέκει το γράμμα D — η κίτρινη γραμμή του νατρίου — μολονότι τα σημερινά σακχαρόμετρα φωτίζουν με την πράσινη γραμμή του υδραργύρου, όπου στους εκατό βαθμούς αντιστοιχούν ήδη 40,777 μοίρες στροφής. Εξαρτάται και από τη θερμοκρασία και από τη συγκέντρωση του ίδιου του δείγματος, ώστε οι πίνακες της ICUMSA δίνουν τις διορθώσεις χωριστά και ο σωλήνας κρατιέται σε θερμοστάτη.
Ξεχωριστή λεπτότητα βρίσκεται στο ότι το όργανο δεν μετρά τη σακχαρόζη, αλλά το άθροισμα των στροφών όλων όσων υπάρχουν στο διάλυμα. Όσο οι προσμείξεις είναι οπτικά ανενεργές, η ένδειξη είναι τίμια, μόλις όμως η σακχαρόζη διασπαστεί σε γλυκόζη και φρουκτόζη, η στροφή πέφτει και μάλιστα αλλάζει πρόσημο, επειδή η φρουκτόζη στρέφει αριστερά πιο ισχυρά απ' ό,τι η γλυκόζη δεξιά. Το φαινόμενο λέγεται αναστροφή, και πάνω του χτίστηκε μια ολόκληρη μέθοδος προσδιορισμού της σακχαρόζης από τη διαφορά δύο μετρήσεων.
Ο ολισθητήρας ορίζει πόσο είναι συνολικά διαλυμένο στο δείγμα, και τα κουμπιά επιλέγουν τι ακριβώς είναι εκεί διαλυμένο. Το αραιόμετρο με το διαθλασίμετρο μετρούν τα πάντα στη σειρά και δίνουν βαθμούς Brix· το πολωσίμετρο ανταποκρίνεται σχεδόν μόνο στη σακχαρόζη και δίνει βαθμούς της ζαχαρικής κλίμακας, ώστε το κενό ανάμεσα στις δύο ράβδους να είναι ακριβώς τα μη σάκχαρα, για τα οποία κανείς δεν θα πληρώσει.
Όσο η σακχαρόζη είναι ακέραιη, η στροφή αυξάνεται δεξιά μαζί με την ποσότητά της. Αν όμως διασπαστεί, από μία ουσία γίνονται δύο που στρέφουν προς διαφορετικές μεριές: η γλυκόζη δεξιά κατά πενήντα τρεις, η φρουκτόζη αριστερά κατά ενενήντα δύο, ώστε το άθροισμα να πηγαίνει στο αρνητικό. Ακριβώς γι' αυτή την αλλαγή προσήμου το φαινόμενο ονομάστηκε αναστροφή, και πάνω στη διαφορά των στροφών πριν και μετά χτίστηκε η μέθοδος του Clerget.
02 · Μετατροπή
Εισαγάγετε ό,τι έδειξε το όργανο
Μέσα στην οπτική οι μετατροπές είναι ακριβείς, εφόσον ο βαθμός της κλίμακας δεν είναι παρά μια γωνία διαιρεμένη με σταθερό αριθμό. Η προσέγγιση αρχίζει εκεί όπου από την οπτική περνά κανείς στη μάζα: η συγκέντρωση βγαίνει από τη γωνία σε γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο, ενώ τα κατά μάζα τοις εκατό απαιτούν την πυκνότητα του διαλύματος, που παίρνεται από πίνακες.
Το μήκος του σωλήνα αλλάζει στις λεπτές ρυθμίσεις του δελτίου: το συνηθισμένο είναι διακόσια χιλιοστά, αλλά για σκούρα σιρόπια παίρνουν εκατό και για πολύ αραιά διαλύματα τετρακόσια.
Μια χαλαζιακή πλάκα ελέγχου είναι εκείνο που στην πραγματικότητα φυλάει αυτή την κλίμακα. Η σακχαρόζη δεν κάνει για πρότυπο, αφού τραβά νερό, θολώνει και αναστρέφεται αργά από μόνη της, ενώ ο χαλαζίας στρέφει το φως δυνάμει της δικής του δομής και το κάνει αναλλοίωτα για χρόνια, ώστε το σακχαρόμετρο να ελέγχεται όχι με ζάχαρη αλλά με πλάκα πιστοποιημένη σε βαθμούς της ίδιας κλίμακας.
| Τιμή | Σημείωση | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Τάξεις μεγέθους
ειδική στροφή: αριστερά και δεξιά04 · Όργανα μέτρησης
Με τι μετριέται η ζάχαρη
Το όργανο είναι χτισμένο πονηρά: αντί να μετρά τη γωνία απευθείας, ακυρώνει τη στροφή του διαλύματος με την αντίστροφη στροφή μιας χαλαζιακής σφήνας, που μετακινείται ώσπου το πεδίο να γίνει ομοιόμορφο. Η κλίμακα είναι τότε βαθμονομημένη κατευθείαν σε βαθμούς της ζαχαρικής κλίμακας, και γι' αυτό ο χειριστής δεν χρειάζεται ούτε να υπολογίζει ούτε να ανατρέχει σε πίνακες.
Το γενικό όργανο του χημικού, του οποίου η κλίμακα είναι τίμια βαθμονομημένη σε μοίρες γωνίας και του οποίου η πηγή είναι λυχνία νατρίου με αυτή ακριβώς τη γραμμή D. Με αυτό μετριέται η στροφή οποιασδήποτε οπτικά ενεργής ουσίας, και όχι μόνο της ζάχαρης, και γι' αυτό όλες οι τιμές των πινάκων της ειδικής στροφής πάρθηκαν ακριβώς σε αυτό.
Τα όργανα της γειτονικής κλίμακας: το ένα πιάνει τη διάθλαση της δέσμης στην έδρα ενός πρίσματος, το άλλο ζυγίζει απλώς έναν γνωστό όγκο, και τα δύο δίνουν βαθμούς Brix, δηλαδή το άθροισμα όλων των διαλυμένων. Χωρίς αυτά η πόλωση μένει αριθμός δίχως παρονομαστή, αφού η καθαρότητα μιας παρτίδας λογαριάζεται ως ο λόγος της μιας ένδειξης προς την άλλη.
Το μόνο όργανο που μετρά κάθε σάκχαρο χωριστά: το δείγμα διαχωρίζεται σε στήλη και προκύπτουν ξεχωριστές κορυφές σακχαρόζης, γλυκόζης και φρουκτόζης. Σε αμφισβητούμενες παρτίδες και στη διαιτησία του εργαστηρίου πιστεύουν ακριβώς αυτό, ενώ η πόλωση μένει στο εμπόριο επειδή απαντά μέσα σε ένα λεπτό και δεν απαιτεί ούτε αντιδραστήρια ούτε στήλη.
05 · Κανόνες γραφής
Το πρόσημο της στροφής βαραίνει πιο πολύ από το μέγεθός της
Ο βαθμός της κλίμακας γράφεται κολλητά με κεφαλαίο λατινικό γράμμα, και η τιμή χωρίζεται με ένα κενό. Στην ειδική στροφή το πρόσημο είναι απαραίτητο, αφού χωρίς αυτό αγνοείται προς τα πού στρέφεται το επίπεδο, και στο σύμβολο δηλώνονται το μήκος κύματος και η θερμοκρασία: το γράμμα D αντιστοιχεί στην κίτρινη γραμμή του νατρίου και ο πάνω δείκτης στους είκοσι βαθμούς Κελσίου. Οι βαθμοί της ζαχαρικής κλίμακας δεν εξισώνονται με τους βαθμούς Brix ούτε για καθαρό διάλυμα: οι αριθμοί μπορεί να συμπέσουν, μετρούν όμως διαφορετικά πράγματα.
Η δεύτερη γραφή παρέλειψε το πρόσημο, και χωρίς αυτό το μέγεθος χάνει τη μισή του σημασία: σακχαρόζη και φρουκτόζη διαφέρουν όχι τόσο στον αριθμό όσο στην κατεύθυνση. Η τρίτη βάζει ίσον ανάμεσα σε πόλωση και πυκνότητα, ενώ η σύμπτωση των αριθμών είναι δυνατή μόνο για καθαρή σακχαρόζη και δεν αποδεικνύει τίποτε. Η τέταρτη μιλά για «ζάχαρη» εν γένει, μολονότι το πολωσίμετρο βλέπει μόνο τη σακχαρόζη και την ανεστραμμένη ζάχαρη τη μετρά με αντίθετο πρόσημο, άρα την αφαιρεί.
06 · Γειτονικές μονάδες
Η πλησιέστερη συγγένεια είναι ο βαθμός Brix, με τον οποίο το ίδιο δείγμα διαβάζεται μέσω της πυκνότητας, και ο βαθμός Plato, φτιαγμένος το ίδιο αλλά για το γλεύκος της μπίρας. Και οι δύο κλίμακες απαντούν στο ερώτημα «πόσο είναι συνολικά διαλυμένο», ενώ η ζαχαρική κλίμακα απαντά στο ερώτημα «πόσο από αυτό είναι σακχαρόζη», και γι' αυτό στο εργοστάσιο τις κρατούν πάντα μαζί.
μόνο σακχαρόζη
όλη η ξηρή ουσία
καθαρότητα της παρτίδας
Από τα δελτία του Simetrium δίπλα στέκονται βαθμός Brix και βαθμός Plato, οι κλίμακες αραιομέτρου °Bé / °Tw / °API, όπου η ίδια πυκνότητα διαβάζεται με τον τρόπο των πετρελαϊκών, αλκοολικός βαθμός, όπου πηγαίνει η ζάχαρη μετά τη ζύμωση, και πυκνότητα σε kg/m³ ως κοινό θεμέλιο όλων αυτών των κλιμάκων.
07 · Ιστορικό μέρος
Από τη στροφή του φωτός στην τιμή της παρτίδας
Ο Ζαν-Μπατίστ Μπιό ανακάλυψε ότι το επίπεδο πόλωσης το στρέφουν όχι μόνο οι κρύσταλλοι αλλά και τα διαλύματα, και ότι το μέγεθος της στροφής αυξάνεται με τη συγκέντρωση. Χημική εξήγηση τότε δεν υπήρχε, έγινε όμως αμέσως φανερό ότι η οπτική ξέρει να κοιτάζει μέσα σε μια ουσία χωρίς να καταστρέφει το δείγμα, και αυτό αποδείχθηκε σημαντικότερο από την ίδια τη θεωρία.
Ο Καρλ Ventzke σκέφτηκε να βαθμονομήσει το όργανο όχι σε μοίρες γωνίας αλλά κατευθείαν σε τοις εκατό ζάχαρης, παίρνοντας για εκατό τη στροφή ορισμένου ζυγίσματος. Ο χειριστής από τότε δεν χρειαζόταν ούτε να υπολογίζει ούτε να ξέρει οπτική: διάβαζε έναν αριθμό που μπορούσε να αντιγραφεί σε φορτωτική, και το ζαχαρουργείο απέκτησε το πρώτο του πραγματικό όργανο μέτρησης.
Ο Clerget κατάλαβε ότι η αλλαγή προσήμου κατά τη διάσπαση της σακχαρόζης δεν είναι εμπόδιο αλλά εργαλείο: αν μετρηθεί το δείγμα πριν από την αναστροφή και μετά, η διαφορά των στροφών εξαρτάται μόνο από τη σακχαρόζη, ενώ όλα τα άλλα στο διάλυμα αλληλοαναιρούνται. Η μέθοδος της διπλής πόλωσης έκανε την ένδειξη αξιόπιστη με μιας, ακόμη και για θολά εργοστασιακά σιρόπια.
Οι εθνικές κλίμακες απέκλιναν επί αιώνες στο τρίτο ψηφίο, και η Διεθνής Επιτροπή για Ενιαίες Μεθόδους Ζαχαρικής Ανάλυσης τις έφερε σε μία, δένοντας την εκατοντάδα με το κανονικό ζύγισμα και με την πράσινη γραμμή του υδραργύρου. Έκτοτε το χρηματιστηριακό συμβόλαιο ακατέργαστης ζάχαρης γράφεται σε αυτούς τους βαθμούς, και μια προσαύξηση για ένα δέκατο του βαθμού σημαίνει το ίδιο στο Λονδίνο και στο Σάο Πάουλο.
Τη ζαχαρική κλίμακα τη φυλάει ο χαλαζίας, όχι η ζάχαρη
Θα νόμιζε κανείς ότι το πρότυπο μιας τέτοιας κλίμακας πρέπει να είναι η ίδια η σακχαρόζη, όμως γι' αυτόν τον ρόλο δεν κάνει καθόλου: η σακχαρόζη τραβά νερό από τον αέρα, θολώνει από την παραμικρή πρόσμειξη και διασπάται από μόνη της, και ένα διάλυμά της ζει μετρημένες μέρες. Ο χαλαζίας αντιθέτως στρέφει το επίπεδο πόλωσης δυνάμει της δικής του δομής, το κάνει αναλλοίωτα για χρόνια και δεν απαιτεί ούτε ζύγισμα ούτε φιάλη, και γι' αυτό τα σακχαρόμετρα ελέγχονται με χαλαζιακή πλάκα πιστοποιημένη σε βαθμούς της ίδιας κλίμακας.
Βγαίνει λοιπόν ότι ένα μέγεθος ονομασμένο από τη ζάχαρη και επινοημένο για το εμπόριο ζάχαρης είναι δεμένο με ένα ορυκτό, με ένα μήκος κύματος και με τη γεωμετρία ενός σωλήνα, ενώ η ίδια η ζάχαρη εμφανίζεται σ' αυτή την αλυσίδα μόνο στο τέλος, όταν το όργανο κοιτάζει το δείγμα. Ακριβώς αυτή η διάταξη την κάνει συμβατική κλίμακα και όχι σταθερά της φύσης: εδώ δεν αναπαράγεται η ζάχαρη αλλά η συμφωνία ανάμεσα στα όργανα, και γι' αυτό η ICUMSA δεν ξαναγράφει τη φύση αλλά ένα πρωτόκολλο.
Κατάλογος · μονάδες μέτρησης
Ένα δελτίο για κάθε μέγεθος
Επτά βασικές μονάδες SI, είκοσι δύο παράγωγες με δικό τους όνομα και μεγέθη εκτός συστήματος, χωρίς τα οποία δεν θα λειτουργούσε ούτε η τεχνική ούτε το ημερολόγιο.