Nemzetközi cukorskála
SI-n kívüli egység · mennyiség: a szacharóztartalom a polarizációs sík forgatási szöge szerint
A cukoroldat el tudja forgatni a fény polarizációs síkját, és ez a forgatás arányos az oldott szacharóz mennyiségével, úgyhogy elég átvilágítani egy csövön és megnézni, hány fokkal kellett elfordítani az analizátort. A felfedezés Biot-é, és 1815-ben történt, a kereskedelem pedig azért kapott rajta, mert az optika arra a kérdésre felel, amelyre semmilyen areométer nem felel: mennyi van a szirupban éppen szacharózból, és nem oldott anyagból általában.
Innen a szép pár is a Brix-fokkal, amellyel ugyanazt a mintát a sűrűség útján mérik. A Brix mindent lát, ami oldva van — szacharózt, invertcukrot, sókat, színezőanyagokat —, míg a polarizáció szinte csak a szacharózra felel, és ezért a két szám különbsége éppen az a hozzákeveredés, amelyért a vevő nem akar fizetni. E számok arányát a gyárban tisztaságnak hívják, és éppen az, nem pedig maga az édesség, szabja meg a tétel árát.
01 · Meghatározás
A nemzetközi cukorskála száz foka a normálbemérésé: 26,000 gramm tiszta szacharóz, feloldva és száz milliliterre feltöltve, húsz Celsius-fokon kétszáz milliméteres csövön átvilágítva. Az ilyen minta 34,626 fokkal forgatja el a polarizációs síkot, ha a nátrium sárga vonalával világítanak, és az egész skála nem más, mint ez a szög, száznak véve és száz egyenlő részre osztva.
A polarizáció forgatásának képességét optikai aktivitásnak hívják, és azon nyugszik, hogy a szacharóz molekulája nem esik egybe a saját tükörképével. A forgatás arányos a koncentrációval is meg az oldatban megtett út hosszával is, az arányossági tényezőt pedig fajlagos forgatásnak nevezik; a szacharóznál plusz hatvanhat és fél, ahol a plusz jobbra forgatást jelent, az óramutató irányában a sugárral szembe néző szemlélő számára.
Fenntartás itt pontosan annyi van, mint bármely megegyezéses skálánál. A fajlagos forgatás a hullámhossztól függ, és ezért áll a jelben a D betű — a nátrium sárga vonala —, jóllehet a mai szacharimetáterek a higany zöld vonalával világítanak, ahol száz foknak már 40,777 fok forgatás felel meg. Függ a hőmérséklettől is meg magának a mintának a koncentrációjától, úgyhogy az ICUMSA táblázatai a javításokat külön adják meg, a csövet pedig termosztátban tartják.
Külön finomság abban áll, hogy a műszer nem a szacharózt számolja, hanem mindannak a forgatásait összegezve, ami az oldatban van. Amíg a hozzákeveredések optikailag hatástalanok, a leolvasás becsületes, de mihelyt a szacharóz glükózra és fruktózra bomlik, a forgatás csökken, sőt előjelet is vált, mert a fruktóz erősebben forgat balra, mint a glükóz jobbra. A jelenséget inverziónak hívják, és rá egész módszer épült a szacharóz meghatározására két mérés különbségéből.
A csúszka azt adja meg, mennyi van összesen oldva a mintában, a gombok pedig azt választják ki, mi is van ott oldva. Az areométer a refraktométerrel mindent sorra számol és Brix-fokokat ad, a polariméter szinte csak a szacharózra felel és a cukorskála fokait adja, úgyhogy a két oszlop közötti hézag éppen a nemcukrok, amelyekért senki sem fizet.
Amíg a szacharóz ép, a forgatás jobbra nő a mennyiségével együtt. Ha viszont szétesik, egy anyagból kettő lesz, amelyek különböző irányba forgatnak: a glükóz jobbra ötvenhárommal, a fruktóz balra kilencvenkettővel, úgyhogy az összeg mínuszba megy. Éppen ezért az előjelváltásért nevezték el a jelenséget inverziónak, és a forgatások előtte és utána vett különbségére épült a Clerget-módszer.
02 · Átszámítás
Írja be, amit a műszer mutatott
Az optikán belül az átszámítások pontosak, hiszen a skála foka nem más, mint állandó számmal osztott szög. A közelítés ott kezdődik, ahol az optikától a tömeghez térnek át: a koncentrációt a szögből grammban kapják milliliterenként, a tömegszázalékok viszont az oldat sűrűségét kívánják, amelyet táblázatokból vesznek.
A cső hossza a lap finom beállításaiban változtatható: a szokásos kétszáz milliméter, de sötét szirupokhoz százat vesznek, nagyon híg oldatokhoz pedig négyszázat.
Egy kvarc ellenőrző lemez az, ami ezt a skálát valójában őrzi. A szacharóz etalonnak nem való, mert vizet szív, zavarosodik és lassan magától invertálódik, a kvarc viszont saját szerkezete erejénél fogva forgatja a fényt, és ezt évekig változatlanul teszi, úgyhogy a szacharimetátert nem cukorral hitelesítik, hanem ugyanezen skála fokaiban tanúsított lemezzel.
| Érték | Megjegyzés | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Nagyságrendek
fajlagos forgatás: balra és jobbra04 · Mérőeszközök
Mivel mérik a cukrot
A műszert ravaszul építették: ahelyett hogy a szöget közvetlenül mérné, egy kvarcék ellenirányú forgatásával oltja ki az oldat forgatását, és az éket addig tolják, míg a mező egyenletessé nem válik. A skála eközben rögtön a cukorskála fokaiban van osztva, és ezért a kezelőnek sem számolnia, sem táblázatba néznie nem kell.
A vegyész általános műszere, amelynek skálája becsületesen szögfokokban van osztva, forrása pedig nátriumlámpa éppen azzal a D-vonallal. Vele bármely optikailag aktív anyag forgatását mérik, nemcsak a cukorét, és ezért a fajlagos forgatás minden táblázati értékét éppen rajta nyerték.
A szomszéd skála műszerei: az egyik a sugár törését fogja meg egy prizma lapján, a másik egyszerűen ismert térfogatot mér le, és mindkettő Brix-fokokat ad, vagyis minden oldott anyag összegét. Nélkülük a polarizáció nevező nélküli szám marad, mert a tétel tisztaságát az egyik leolvasás másikhoz mért arányaként számolják.
Az egyetlen műszer, amely minden cukrot külön számol: a mintát oszlopon választják szét, és külön csúcsokat kapnak a szacharózra, a glükózra és a fruktózra. Vitás tételeknél és laboratóriumi döntőbíráskodásnál éppen neki hisznek, a polarizáció pedig azért marad a kereskedelemben, mert egy percen belül felel, és sem vegyszert, sem oszlopot nem kíván.
05 · Írásszabályok
A forgatás előjele többet nyom, mint a nagysága
A skála fokát tapadva, nagy latin betűvel írják, az értéket pedig szóköz választja el. A fajlagos forgatásnál az előjel elengedhetetlen, mert nélküle nem tudni, merre forog a sík, a jelben pedig feltüntetik a hullámhosszt és a hőmérsékletet: a D betű a nátrium sárga vonaláért felel, a felső index pedig húsz Celsius-fokért. A cukorskála fokait még tiszta oldatra sem szabad a Brix-fokokkal egyenlővé tenni: a számok egybeeshetnek, de mást mérnek.
A második írásmód elhagyta az előjelet, enélkül pedig a mennyiség elveszti értelmének felét: a szacharóz és a fruktóz nem annyira számban különbözik, mint irányban. A harmadik egyenlőségjelet tesz a polarizáció és a sűrűség közé, holott a számok egybeesése csak tiszta szacharóznál lehetséges, és semmit sem bizonyít. A negyedik «cukorról» beszél általában, noha a polariméter csak a szacharózt látja, az invertcukrot pedig ellenkező előjellel számolja, tehát levonja.
06 · Szomszédos egységek
A legközelebbi rokon a Brix-fok, amellyel ugyanazt a mintát a sűrűség útján olvassák, és a Plato-fok, ugyanígy felépítve, csak a söres cefre számára. Mindkét skála arra a kérdésre felel, hogy «mennyi van összesen oldva», míg a cukorskála arra felel, hogy «mennyi abból a szacharóz», és ezért a gyárban mindig együtt tartják őket.
csak szacharóz
minden szárazanyag
a tétel tisztasága
A Simetrium adatlapjai közül mellette áll Brix-fok és Plato-fok, az areométer skálái °Bé / °Tw / °API, ahol ugyanazt a sűrűséget az olajosok módjára olvassák, alkoholtartalom, ahová a cukor az erjedés után kerül, és sűrűség kg/m³-ben mint mindezen skálák közös alapja.
07 · Történeti rész
A fény forgatásától a tétel áráig
Jean-Baptiste Biot felfedezte, hogy a polarizációs síkot nemcsak a kristályok forgatják, hanem az oldatok is, és hogy a forgatás nagysága a koncentrációval nő. Kémiai magyarázat akkor nem volt, viszont rögtön világossá vált, hogy az optika a minta elpusztítása nélkül tud belenézni egy anyagba, és ez fontosabbnak bizonyult magánál az elméletnél.
Karl Ventzke arra jött rá, hogy a műszert ne szögfokokban ossza, hanem egyenesen cukorszázalékokban, száznak véve egy meghatározott bemérés forgatását. A kezelőnek attól fogva sem számolnia, sem optikát tudnia nem kellett: számot olvasott, amelyet fuvarlevélbe lehetett átírni, a cukorgyár pedig megkapta első igazi mérőműszerét.
Clerget megértette, hogy a szacharóz bomlásakor bekövetkező előjelváltás nem akadály, hanem szerszám: ha a mintát az inverzió előtt és után is megmérik, a forgatások különbsége egyedül a szacharóztól függ, míg az oldatban minden más kioltja egymást. A kettős polarizáció módszere egy csapásra megbízhatóvá tette a leolvasást, még a zavaros gyári szirupoknál is.
A nemzeti skálák évszázadokon át a harmadik jegyben tértek el, és a Cukoranalitika Egységes Módszereinek Nemzetközi Bizottsága egyetlenné vonta össze őket úgy, hogy a százat a normálbeméréshez és a higany zöld vonalához kötötte. Azóta a nyerscukor tőzsdei szerződését ezekben a fokokban írják, és a tizedfoknyi felár ugyanazt jelenti Londonban és São Paulóban.
A cukorskálát a kvarc őrzi, nem a cukor
Azt hinné az ember, hogy egy ilyen skála etalonjának magának a szacharóznak kellene lennie, ám erre a szerepre egyáltalán nem való: a szacharóz vizet szív a levegőből, a legkisebb hozzákeveredéstől zavarosodik és magától bomlik, oldata pedig számolt napokig él. A kvarc ezzel szemben saját szerkezete erejénél fogva forgatja a polarizációs síkot, évekig változatlanul teszi, és sem bemérést, sem lombikot nem kíván, ezért a szacharimetátereket ugyanezen skála fokaiban tanúsított kvarclemezzel hitelesítik.
Kiderül tehát, hogy egy cukorról elnevezett és a cukorkereskedelemre kitalált mennyiség egy ásványhoz, egy hullámhosszhoz és egy cső alakjához van kötve, maga a cukor pedig ebben a láncban csak a végén jelenik meg, amikor a műszer a mintára néz. Éppen ez a felépítés teszi megegyezéses skálává, és nem természeti állandóvá: itt nem a cukor reprodukálódik, hanem a műszerek egyetértése, és ezért az ICUMSA nem a természetet írja át, hanem egy előírást.
Katalógus · mértékegységek
Minden mennyiségnek egy adatlap
Hét SI-alapegység, huszonkét saját nevű származtatott és a rendszeren kívüli mennyiségek, amelyek nélkül sem a technika, sem a naptár nem működne.