Kansainvälinen sokeriasteikko
SI:n ulkopuolinen yksikkö · suure: sakkaroosipitoisuus polarisaatiotason kiertokulman mukaan
Sokeriliuos osaa kiertää valon polarisaatiotasoa, ja tuo kierto on verrannollinen liuenneen sakkaroosin määrään, joten riittää valaista putken läpi ja katsoa, kuinka monta astetta analysaattoria oli käännettävä. Löytö kuuluu Biot'lle ja tehtiin vuonna 1815, ja kauppa tarttui siihen siksi, että optiikka vastaa kysymykseen, johon mikään areometri ei vastaa: kuinka paljon siirapissa on nimenomaan sakkaroosia eikä liuennutta ainetta yleensä.
Tästä myös kaunis pari Brixin asteen kanssa, jolla sama näyte mitataan tiheyden kautta. Brix näkee kaiken liuenneen — sakkaroosin, inverttisokerin, suolat, väriaineet — kun taas polarisaatio vastaa lähes vain sakkaroosiin, ja siksi kahden luvun ero on juuri se lisä, josta ostaja ei halua maksaa. Näiden lukujen suhdetta kutsutaan tehtaalla puhtaudeksi, ja juuri se eikä makeus itse määrää erän hinnan.
01 · Määritelmä
Sata astetta kansainvälisellä sokeriasteikolla on annettu normaalipunnitukselle: 26,000 grammaa puhdasta sakkaroosia, liuotettuna sadaksi millilitraksi ja läpivalaistuna kahdensadan millimetrin putkessa kahdessakymmenessä celsiusasteessa. Tällainen näyte kiertää polarisaatiotasoa 34,626 astetta, kun valaistaan natriumin keltaisella viivalla, ja koko asteikko on yksinkertaisesti tuo kulma, otettuna sadaksi ja jaettuna sataan yhtä suureen osaan.
Kykyä kiertää polarisaatiota kutsutaan optiseksi aktiivisuudeksi, ja se perustuu siihen, ettei sakkaroosin molekyyli osu yhteen oman peilikuvansa kanssa. Kierto on verrannollinen sekä pitoisuuteen että matkan pituuteen liuoksessa, ja verrannollisuuskerrointa kutsutaan ominaiskierroksi; sakkaroosilla se on plus kuusikymmentäkuusi ja puoli, ja plus tarkoittaa kiertoa oikealle, myötäpäivään säteen suuntaan katsovan havaitsijan kannalta.
Varauksia on tässä täsmälleen yhtä monta kuin missä tahansa sovinnaisessa asteikossa. Ominaiskierto riippuu aallonpituudesta, ja siksi merkinnässä on kirjain D — natriumin keltainen viiva — vaikka nykyiset sakkarimetrit valaisevat elohopean vihreällä viivalla, jossa sataa astetta vastaa jo 40,777 asteen kierto. Se riippuu myös lämpötilasta ja itse näytteen pitoisuudesta, joten ICUMSA:n taulukot esittävät korjaukset erikseen ja putkea pidetään termostaatissa.
Erillinen hienous on siinä, ettei laite laske sakkaroosia vaan kaiken liuoksessa olevan kiertojen summan. Niin kauan kuin epäpuhtaudet ovat optisesti epäaktiivisia, lukema on rehellinen, mutta kun sakkaroosi hajoaa glukoosiksi ja fruktoosiksi, kierto laskee ja jopa vaihtaa merkkiä, koska fruktoosi kiertää vasemmalle voimakkaammin kuin glukoosi oikealle. Ilmiötä kutsutaan inversioksi, ja sen varaan on rakennettu kokonainen menetelmä sakkaroosin määrittämiseksi kahden mittauksen erotuksesta.
Liukusäädin asettaa, kuinka paljon näytteeseen on kaikkiaan liuennut, ja painikkeet valitsevat, mitä siellä nimenomaan on liuenneena. Areometri ja refraktometri laskevat kaiken peräkkäin ja antavat Brixin asteita; polarimetri vastaa lähes vain sakkaroosiin ja antaa sokeriasteikon asteita, joten kahden pylvään väli on juuri niitä ei-sokereita, joista kukaan ei suostu maksamaan.
Niin kauan kuin sakkaroosi on ehjä, kierto kasvaa oikealle sen määrän mukana. Jos se taas hajoaa, yhdestä aineesta tulee kaksi, jotka kiertävät eri suuntiin: glukoosi oikealle viisikymmentäkolme, fruktoosi vasemmalle yhdeksänkymmentäkaksi, joten summa menee miinukselle. Juuri tämän merkinvaihdon vuoksi ilmiötä kutsuttiin inversioksi, ja sitä edeltävien ja seuraavien kiertojen erotukselle on rakennettu Clerget'n menetelmä.
02 · Muunnos
Syöttäkää se, minkä laite näytti
Optiikan sisällä muunnokset ovat tarkkoja, koska asteikon aste on yksinkertaisesti kulma jaettuna vakioluvulla. Likiarvo alkaa siellä, missä optiikasta siirrytään massaan: pitoisuus saadaan kulmasta grammoina millilitraa kohti, mutta painoprosentit vaativat liuoksen tiheyden, joka otetaan taulukoista.
Putken pituutta voi muuttaa lehden hienoasetuksissa: tavanomainen on kaksisataa millimetriä, mutta tummille siirapeille otetaan sata ja hyvin laimeille liuoksille neljäsataa.
Kvartsin tarkistuslevy on se, mikä tosiasiassa säilyttää tämän asteikon. Sakkaroosi ei kelpaa normaaliksi, sillä se vetää vettä, samenee ja inversoituu hitaasti itsestään, kun taas kvartsi kiertää valoa oman rakenteensa voimalla ja tekee sen muuttumatta vuosikausia, joten sakkarimetriä ei tarkisteta sokerilla vaan levyllä, joka on todistettu saman asteikon asteissa.
| Arvo | Huomautus | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Suuruusluokat
ominaiskierto: vasemmalle ja oikealle04 · Mittalaitteet
Millä sokeria mitataan
Laite on ovelasti rakennettu: sen sijaan että mittaisi kulman suoraan, se kumoaa liuoksen kierron kvartsikiilan vastakierrolla, jota siirretään kunnes kenttä tulee tasaiseksi. Asteikko on tällöin jaettu suoraan sokeriasteikon asteisiin, eikä käyttäjän siksi tarvitse laskea eikä katsoa taulukoita.
Kemistin yleislaite, jonka asteikko on rehellisesti jaettu kulma-asteisiin ja jonka lähteenä on natriumlamppu juuri tuolla D-viivalla. Sillä mitataan minkä tahansa optisesti aktiivisen aineen kierto eikä vain sokerin, ja siksi kaikki ominaiskierron taulukkoarvot on saatu juuri sillä.
Naapuriasteikon laitteet: toinen sieppaa säteen taittumisen prisman pinnalla, toinen yksinkertaisesti punnitsee tunnetun tilavuuden, ja molemmat antavat Brixin asteita, toisin sanoen kaiken liuenneen summan. Ilman niitä polarisaatio jää luvuksi ilman nimittäjää, sillä erän puhtaus lasketaan yhden lukeman suhteena toiseen.
Ainoa laite, joka laskee jokaisen sokerin erikseen: näyte erotetaan kolonnissa ja saadaan erilliset huiput sakkaroosille, glukoosille ja fruktoosille. Riidanalaisissa erissä ja laboratoriosovittelussa uskotaan juuri siihen, kun taas polarisaatio jää kauppaan siksi, että se vastaa minuutissa eikä vaadi reagensseja eikä kolonnia.
05 · Kirjoitussäännöt
Kierron merkki painaa enemmän kuin sen suuruus
Asteikon aste kirjoitetaan kiinni isolla latinalaisella kirjaimella, ja arvo erotetaan välilyönnillä. Ominaiskierrossa merkki on välttämätön, sillä ilman sitä ei tiedetä, kummalle puolelle taso kiertyy, ja merkinnässä ilmoitetaan aallonpituus ja lämpötila: kirjain D vastaa natriumin keltaista viivaa ja yläindeksi kahtakymmentä celsiusastetta. Sokeriasteikon asteita ei saa rinnastaa Brixin asteisiin edes puhtaalle liuokselle: luvut voivat osua yhteen, mutta ne mittaavat eri asiaa.
Toinen merkintä on jättänyt merkin pois, ja ilman sitä suure menettää puolet mielestään: sakkaroosi ja fruktoosi eroavat toisistaan vähemmän luvultaan kuin suunnaltaan. Kolmas panee yhtäläisyysmerkin polarisaation ja tiheyden välille, vaikka lukujen yhteen osuminen on mahdollista vain puhtaalle sakkaroosille eikä todista mitään. Neljäs puhuu «sokerista» yleensä, vaikka polarimetri näkee vain sakkaroosin ja laskee inverttisokerin päinvastaisella merkillä ja siis vähentää.
06 · Naapuriyksiköt
Lähin sukulainen on Brixin aste, jolla sama näyte luetaan tiheyden kautta, ja Platon aste, rakennettu samoin mutta oluen vierteelle. Molemmat asteikot vastaavat kysymykseen «kuinka paljon on kaikkiaan liuennut», kun taas sokeriasteikko vastaa kysymykseen «kuinka paljon siitä on sakkaroosia», ja siksi ne pidetään tehtaalla aina yhdessä.
vain sakkaroosi
kaikki kuiva-aine
erän puhtaus
Simetriumin korteista vieressä ovat Brix-aste ja Plato-aste, areometrin asteikot °Bé / °Tw / °API, jossa sama tiheys luetaan öljymiehen tapaan, alkoholin väkevyys, minne sokeri menee käymisen jälkeen, ja tiheys yksikössä kg/m³ kaikkien näiden asteikkojen yhteisenä perustana.
07 · Historiallinen osa
Valon kierrosta erän hintaan
Jean-Baptiste Biot havaitsi, että polarisaatiotasoa kiertävät kiteiden lisäksi myös liuokset ja että kierron suuruus kasvaa pitoisuuden mukana. Kemiallista selitystä ei silloin ollut, mutta heti kävi selväksi, että optiikka osaa katsoa aineen sisään näytettä hävittämättä, ja tämä osoittautui tärkeämmäksi kuin itse teoria.
Karl Ventzke keksi jakaa laitteen ei kulma-asteisiin vaan suoraan sokeriprosentteihin ottamalla sadaksi tietyn punnituksen kierron. Käyttäjän ei siitä lähtien tarvinnut laskea eikä osata optiikkaa: hän luki luvun, jonka saattoi siirtää rahtikirjaan, ja sokeritehdas sai ensimmäisen todellisen mittalaitteensa.
Clerget oivalsi, ettei merkinvaihto sakkaroosin hajotessa ole este vaan työkalu: jos näyte mitataan ennen inversiota ja sen jälkeen, kiertojen erotus riippuu yksin sakkaroosista, kun kaikki muu liuoksessa kumoutuu. Kaksoispolarisaation menetelmä teki lukemasta luotettavan yhdellä iskulla, myös sameille tehdassiirapeille.
Kansalliset asteikot erosivat kolmannessa numerossa vuosisatoja, ja Kansainvälinen sokerianalyysin yhtenäisten menetelmien komissio kokosi ne yhdeksi sitomalla sadan normaalipunnitukseen ja elohopean vihreään viivaan. Siitä lähtien raakasokerin pörssisopimus kirjoitetaan näissä asteissa, ja lisä kymmenesosa-asteesta tarkoittaa samaa Lontoossa ja São Paulossa.
Sokeriasteikkoa säilyttää kvartsi, ei sokeri
Luulisi, että tällaisen asteikon normaalin pitäisi olla itse sakkaroosi, mutta siihen osaan se ei kelpaa lainkaan: sakkaroosi vetää vettä ilmasta, samenee pienimmästäkin epäpuhtaudesta ja hajoaa itsestään, ja sen liuos elää lasketut päivät. Kvartsi sen sijaan kiertää polarisaatiotasoa oman rakenteensa voimalla, tekee sen muuttumatta vuosikausia eikä vaadi punnitusta eikä pulloa, ja siksi sakkarimetrit tarkistetaan kvartsilevyllä, joka on todistettu saman asteikon asteissa.
Käy ilmi, että suure, joka on nimetty sokerin mukaan ja keksitty sokerikauppaa varten, on sidottu mineraaliin, aallonpituuteen ja putken muotoon, kun taas sokeri itse ilmaantuu tuossa ketjussa vasta lopussa, kun laite katsoo näytettä. Juuri tämä rakenne tekee siitä sovinnaisen asteikon eikä luonnonvakiota: täällä ei toisteta sokeria vaan laitteiden yksimielisyys, ja siksi ICUMSA ei kirjoita uudelleen luontoa vaan menettelyohjetta.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi johdettua omine nimineen ja järjestelmän ulkopuolisia suureita, joita ilman ei toimisi tekniikka eikä kalenteri.