مقیاس بینالمللی قند
یکای بیرون از SI · کمیت: مقدار ساکارز بر پایهٔ زاویهٔ چرخش صفحهٔ قطبش
محلول قند میتواند صفحهٔ قطبش نور را بچرخاند، و این چرخش با مقدار ساکارز حلشده نسبت مستقیم دارد، چندان که بس است از میان لولهای نور بتابانند و ببینند تحلیلگر را چند درجه باید چرخاند. این کشف از آنِ بیو است و در سال 1815 روی داد، و بازرگانی از آن رو بدان چنگ زد که نورشناسی به پرسشی پاسخ میدهد که هیچ چگالیسنجی بدان پاسخ نمیدهد: در شربت چه اندازه ساکارز هست، نه مواد حلشده بهطور کلی.
از همینجاست آن جفت زیبا با درجهٔ بریکس، که همان نمونه را از راه چگالی میسنجد. بریکس هر چه را حل شده میبیند — ساکارز، شکر وارون، نمکها، رنگدانهها — حال آنکه قطبش تقریباً تنها به ساکارز پاسخ میدهد، و از اینرو تفاوت دو عدد همان آمیختهای است که خریدار نمیخواهد بهایش را بپردازد. نسبت این دو عدد را در کارخانه خلوص مینامند، و همین است، نه شیرینی، که بهای محموله را تعیین میکند.
01 · تعریف
صد درجهٔ مقیاس بینالمللی قند به وزنهٔ هنجار داده شده است: 26,000 گرم ساکارز خالص، حلشده و رسیده تا صد میلیلیتر، در لولهای به درازای دویست میلیمتر و در بیست درجهٔ سلسیوس نوردیده. چنین نمونهای صفحهٔ قطبش را 34,626 درجه میچرخاند اگر با خط زرد سدیم بتابانند، و همهٔ مقیاس چیزی نیست جز همین زاویه، صد گرفته و به صد بخش برابر تقسیمشده.
توانایی چرخاندن قطبش را کنش نوری مینامند، و بر این استوار است که مولکول ساکارز بر تصویر آینهای خویش منطبق نمیشود. چرخش هم با غلظت نسبت مستقیم دارد و هم با درازای راه در محلول، و ضریب تناسب را چرخش ویژه میخوانند؛ در ساکارز بهاضافهٔ شصتوشش و نیم است، و بهاضافه یعنی چرخش به راست، در جهت عقربههای ساعت برای ناظری که رو به پرتو دارد.
قیدها اینجا درست به شمار قیدهای هر مقیاس قراردادی دیگر است. چرخش ویژه به درازای موج بستگی دارد، و از اینرو در نماد حرف D ایستاده است — خط زرد سدیم — هرچند قندسنجهای امروزی با خط سبز جیوه میتابانند، جایی که به صد درجه دیگر 40,777 درجه چرخش پاسخ میدهد. به دما نیز بستگی دارد و به غلظت خود نمونه، چندان که جدولهای ICUMSA اصلاحها را جداگانه میآورند و لوله را در دماپا نگاه میدارند.
باریکی جداگانه در این است که دستگاه ساکارز را نمیشمارد، بلکه مجموع چرخشهای هر چه در محلول هست. تا زمانی که آمیختهها از نظر نوری بیکنشاند، خوانش درست است، اما همینکه ساکارز به گلوکز و فروکتوز تجزیه شود، چرخش فرو میافتد و حتی نشانهاش عوض میشود، چون فروکتوز نیرومندتر به چپ میچرخاند تا گلوکز به راست. این پدیده را وارونگی مینامند، و بر آن روشی کامل برای تعیین ساکارز از تفاوت دو اندازهگیری بنا شده است.
لغزنده تعیین میکند رویهم چه اندازه در نمونه حل شده، و دکمهها برمیگزینند چه چیزی آنجا حل شده است. چگالیسنج با شکستسنج همه را پیاپی میشمارند و درجهٔ بریکس میدهند، قطبشسنج تقریباً تنها به ساکارز پاسخ میدهد و درجهٔ مقیاس قند میدهد، چندان که فاصلهٔ دو ستون همان ناقندهاست که کسی بهایشان را نخواهد داد.
تا ساکارز درست است، چرخش همراه با مقدارش به راست بالا میرود. اما اگر بشکند، از یک ماده دو ماده پدید میآید که به دو سو میچرخانند: گلوکز به راست پنجاهوسه، فروکتوز به چپ نودودو، چندان که مجموع به منفی میرود. درست به سبب همین تغییر نشانه پدیده را وارونگی نامیدند، و بر تفاوت چرخش پیش و پس از آن روش کلرژه بنا شده است.
02 · تبدیل
آنچه دستگاه نشان داد وارد کنید
درون نورشناسی تبدیلها دقیقاند، چرا که درجهٔ مقیاس چیزی نیست جز زاویهای بخش بر عددی ثابت. تقریب آنجا آغاز میشود که از نورشناسی به جرم میروند: غلظت از زاویه به گرم بر میلیلیتر به دست میآید، اما درصدهای وزنی چگالی محلول را میخواهند که از جدولها گرفته میشود.
درازای لوله را میتوان در تنظیمهای ریز برگه عوض کرد: معمول دویست میلیمتر است، اما برای شربتهای تیره صد میگیرند و برای محلولهای بسیار رقیق چهارصد.
تیغهٔ وارسی کوارتزی است آنچه بهراستی این مقیاس را نگاه میدارد. ساکارز به کار معیار نمیآید، زیرا آب میکشد، کدر میشود و آهسته خودبهخود وارون میگردد، اما کوارتز نور را به نیروی ساختار خویش میچرخاند و این کار را سالها بیتغییر میکند، چندان که قندسنج را نه با قند بلکه با تیغهای گواهیشده به درجههای همان مقیاس میآزمایند.
| مقدار | یادداشت | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · مرتبههای بزرگی
چرخش ویژه: به چپ و به راست04 · ابزارهای اندازهگیری
قند را با چه میسنجند
دستگاه زیرکانه ساخته شده: بهجای آنکه زاویه را یکراست بسنجد، چرخش محلول را با چرخش وارونهٔ گوهای کوارتزی خنثی میکند، و گوه را چندان میرانند تا میدان یکنواخت شود. مقیاس در این حال یکراست به درجههای مقیاس قند بخش شده است، و از اینرو کاربر نه نیاز به شمردن دارد نه به نگاه در جدولها.
دستگاه همگانی شیمیدان، که مقیاسش درستکارانه به درجههای زاویه بخش شده و سرچشمهاش لامپ سدیم با همان خط D است. با آن چرخش هر مادهٔ نوریکنش را میسنجند، نه تنها قند را، و از اینرو همهٔ مقادیر جدولی چرخش ویژه بر همان به دست آمدهاند.
دستگاههای مقیاس همسایه: یکی شکست پرتو را بر رخ منشور میگیرد، دیگری بهسادگی حجمی شناخته را میسنجد، و هر دو درجهٔ بریکس میدهند، یعنی مجموع هر چه حل شده است. بی آنها قطبش عددی بیمخرج میماند، چرا که خلوص محموله را نسبت یک خوانش به دیگری میشمارند.
تنها دستگاهی که هر قند را جداگانه میشمارد: نمونه را بر ستونی جدا میکنند و قلههای جداگانهٔ ساکارز و گلوکز و فروکتوز به دست میآید. در محمولههای مورد اختلاف و در داوری آزمایشگاه به همان باور دارند، اما قطبش در بازرگانی میماند چون در یک دقیقه پاسخ میدهد و نه معرف میخواهد نه ستون.
05 · قواعد نگارش
نشانهٔ چرخش از اندازهاش سنگینتر است
درجهٔ مقیاس را چسبیده با حرف بزرگ لاتین مینویسند و مقدار را با فاصله جدا میکنند. در چرخش ویژه نشانه ناگزیر است، زیرا بی آن دانسته نیست صفحه به کدام سو میچرخد، و در نماد درازای موج و دما را میآورند: حرف D پاسخگوی خط زرد سدیم است و نمایهٔ بالا پاسخگوی بیست درجهٔ سلسیوس. درجههای مقیاس قند را حتی برای محلول خالص هم نمیتوان با درجههای بریکس یکی گرفت: عددها ممکن است یکی درآیند، اما چیزهای متفاوتی میسنجند.
نگارش دوم نشانه را انداخته، و بی آن کمیت نیمی از معنایش را از دست میدهد: ساکارز و فروکتوز نه چندان در عدد که در سو از هم جدا میشوند. سومی میان قطبش و چگالی نشان برابری میگذارد، حال آنکه یکیدرآمدن عددها تنها در ساکارز خالص شدنی است و چیزی را ثابت نمیکند. چهارمی از «قند» بهطور کلی سخن میگوید، اگرچه قطبشسنج تنها ساکارز را میبیند و شکر وارون را با نشانهٔ وارونه میشمارد، یعنی کم میکند.
06 · یکاهای همسایه
نزدیکترین خویش، درجهٔ بریکس است که همان نمونه را از راه چگالی میخواند، و درجهٔ پلاتو که به همانسان ساخته شده، جز آنکه برای شیرهٔ آبجو. هر دو مقیاس به این پرسش پاسخ میدهند که «رویهم چه اندازه حل شده»، حال آنکه مقیاس قند به این پرسش پاسخ میدهد که «چه اندازه از آن ساکارز است»، و از اینرو در کارخانه همیشه آنها را کنار هم نگاه میدارند.
تنها ساکارز
همهٔ مادهٔ خشک
خلوص محموله
از شناسنامههای Simetrium در کنار آناند درجهٔ Brix و درجهٔ Plato, مقیاسهای چگالیسنج °Bé / °Tw / °API، جایی که همان چگالی به شیوهٔ نفتی خوانده میشود، درجهٔ الکل، جایی که قند پس از تخمیر میرود، و چگالی بر حسب kg/m³ همچون پایهٔ مشترک همهٔ این مقیاسها.
07 · بخش تاریخی
از چرخش نور تا بهای محموله
ژان-باتیست بیو دریافت که صفحهٔ قطبش را نه تنها بلورها بلکه محلولها نیز میچرخانند، و اندازهٔ چرخش با غلظت بالا میرود. توضیح شیمیایی آن زمان نبود، اما بیدرنگ روشن شد که نورشناسی میتواند درون ماده را ببیند بیآنکه نمونه را از میان ببرد، و این از خودِ نظریه مهمتر از آب درآمد.
کارل ونتسکه به این اندیشید که دستگاه را نه به درجههای زاویه بلکه یکراست به درصد قند بخش کند، و چرخش وزنهای معین را صد گرفت. کاربر از آن پس نه نیاز به شمردن داشت نه به دانستن نورشناسی: عددی میخواند که میشد در بارنامه نوشت، و کارخانهٔ قند نخستین دستگاه اندازهگیری راستین خود را یافت.
کلرژه دریافت که تغییر نشانه هنگام تجزیهٔ ساکارز مانع نیست بلکه ابزار است: اگر نمونه را پیش از وارونگی و پس از آن بسنجند، تفاوت چرخشها تنها به ساکارز بستگی دارد و هر چه دیگر در محلول است خنثی میشود. روش قطبش دوگانه خوانش را یکباره درخور اعتماد کرد، حتی برای شربتهای کدر کارخانه.
مقیاسهای ملی سدهها در رقم سوم از هم جدا میشدند، و کمیسیون بینالمللی روشهای یکسان تحلیل قند آنها را به یکی بازگرداند، با بستن صد به وزنهٔ هنجار و به خط سبز جیوه. از آن پس قرارداد بورسی شکر خام با همین درجهها نوشته میشود، و افزودهٔ یکدهم درجه در لندن و در سائوپائولو یک معنا دارد.
مقیاس قند را کوارتز نگاه میدارد، نه قند
چنین مینماید که معیار چنین مقیاسی باید خود ساکارز باشد، اما برای این نقش هرگز به کار نمیآید: ساکارز آب را از هوا میکشد، از کمترین آمیخته کدر میشود و خودبهخود تجزیه میگردد، و محلولش روزهایی شمرده زنده است. کوارتز اما صفحهٔ قطبش را به نیروی ساختار خویش میچرخاند، این کار را سالها بیتغییر میکند و نه وزنه میخواهد نه بالن، و از اینرو قندسنجها را با تیغهٔ کوارتزی گواهیشده به درجههای همان مقیاس میآزمایند.
پس چنین برمیآید که کمیتی که به نام قند خوانده شده و برای بازرگانی قند اندیشیده شده، به کانی و به درازای موج و به شکل لوله بسته است، حال آنکه خود قند در این زنجیره تنها در پایان پدیدار میشود، آنگاه که دستگاه به نمونه مینگرد. همین ساختار است که آن را مقیاسی قراردادی میکند نه ثابتی از ثوابت طبیعت: آنچه اینجا بازتولید میشود قند نیست بلکه توافق میان دستگاههاست، و از اینرو ICUMSA طبیعت را بازنویسی نمیکند بلکه دستورالعملی را.
فهرست · یکاهای اندازهگیری
شناسنامهای برای هر کمیت
هفت یکای پایهٔ SI، بیست و دو یکای برآمده با نام ویژهٔ خود، و کمیتهای بیرون از دستگاه که بی آنها نه فن کار میکند نه گاهشمار.