Scala saccarimetrica internazionale
Unità fuori SI · grandezza: il tenore di saccarosio secondo l'angolo di rotazione del piano di polarizzazione
Una soluzione di zucchero sa far ruotare il piano di polarizzazione della luce, e tale rotazione è proporzionale alla quantità di saccarosio disciolto, sicché basta illuminare attraverso un tubo e vedere di quanti gradi si è dovuto ruotare l'analizzatore. La scoperta appartiene a Biot e fu fatta nel 1815, e il commercio vi si aggrappò perché l'ottica risponde alla domanda cui nessun areometro risponde: quanto vi è nello sciroppo di saccarosio propriamente, e non di materie disciolte in generale.
Di qui anche il bel paio con il grado Brix, con cui lo stesso campione si misura tramite la densità. Il Brix vede tutto ciò che è disciolto — saccarosio, zucchero invertito, sali, materie coloranti —, mentre la polarizzazione risponde quasi solo al saccarosio, e perciò la differenza tra i due numeri è appunto quella mescolanza per cui il compratore non vuole pagare. Il rapporto di questi numeri si chiama nello zuccherificio purezza, ed è esso, e non la dolcezza in sé, a fissare il prezzo della partita.
01 · Definizione
Cento gradi della scala saccarimetrica internazionale sono dati alla pesata normale: 26,000 grammi di saccarosio puro, disciolti e portati a cento millilitri, attraversati dalla luce in un tubo di duecento millimetri a venti gradi Celsius. Un tale campione fa ruotare il piano di polarizzazione di 34,626 gradi se si illumina con la riga gialla del sodio, e tutta la scala non è che quell'angolo, preso per cento e diviso in cento parti uguali.
La facoltà di far ruotare la polarizzazione si chiama attività ottica e poggia sul fatto che la molecola di saccarosio non coincide con la propria immagine allo specchio. La rotazione è proporzionale tanto alla concentrazione quanto alla lunghezza del cammino nella soluzione, e il coefficiente di proporzionalità si chiama potere rotatorio specifico; per il saccarosio vale più sessantasei e mezzo, e il più significa una rotazione a destra, in senso orario per un osservatore che guardi incontro al raggio.
Le riserve sono qui esattamente altrettante che in qualunque scala convenzionale. Il potere rotatorio dipende dalla lunghezza d'onda, e per questo nel simbolo sta la lettera D — la riga gialla del sodio —, benché i saccarimetri d'oggi illuminino con la riga verde del mercurio, dove a cento gradi corrispondono già 40,777 gradi di rotazione. Dipende anche dalla temperatura e dalla concentrazione del campione stesso, sicché le tavole dell'ICUMSA danno le correzioni a parte e il tubo si tiene in termostato.
Una sottigliezza a parte sta nel fatto che lo strumento non conta il saccarosio, bensì la somma delle rotazioni di tutto ciò che è nella soluzione. Finché le impurità sono otticamente inattive, la lettura è onesta, ma appena il saccarosio si scinde in glucosio e fruttosio, la rotazione cala e cambia perfino segno, perché il fruttosio ruota a sinistra più fortemente di quanto il glucosio ruoti a destra. Il fenomeno si chiama inversione, e su di esso è costruito un intero metodo per determinare il saccarosio dalla differenza di due misure.
Il cursore stabilisce quanto vi è disciolto in tutto nel campione, e i tasti scelgono che cosa vi sia disciolto per l'appunto. L'areometro e il rifrattometro contano tutto di fila e danno gradi Brix; il polarimetro risponde quasi solo al saccarosio e dà gradi della scala saccarimetrica, sicché il divario tra le due barre sono proprio i non zuccheri, per cui nessuno pagherà.
Finché il saccarosio è intero, la rotazione cresce a destra insieme alla sua quantità. Ma che esso si scinda, e da una sostanza ne nascono due che ruotano in versi opposti: il glucosio a destra di cinquantatré, il fruttosio a sinistra di novantadue, sicché la somma va in negativo. Fu proprio per questo cambio di segno che il fenomeno prese il nome di inversione, e sulla differenza delle rotazioni prima e dopo di essa è costruito il metodo di Clerget.
02 · Conversione
Immetta ciò che lo strumento ha indicato
Dentro l'ottica le conversioni sono esatte, poiché un grado della scala non è che un angolo diviso per un numero costante. L'approssimazione comincia là dove dall'ottica si passa alla massa: la concentrazione si ricava dall'angolo in grammi per millilitro, mentre le percentuali in massa richiedono la densità della soluzione, che si prende da tavole.
La lunghezza del tubo si può cambiare nelle regolazioni fini della scheda: quella consueta è di duecento millimetri, ma per gli sciroppi scuri se ne prende cento, e per soluzioni molto deboli quattrocento.
Una lamina di controllo di quarzo è ciò che in realtà custodisce questa scala. Il saccarosio non serve come campione, poiché tira l'acqua, si intorbida e si inverte lentamente da sé, mentre il quarzo fa ruotare la luce in virtù della propria struttura e lo fa senza mutare per anni, sicché un saccarimetro si verifica non con lo zucchero ma con una lamina certificata in gradi della stessa scala.
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03 · Ordini di grandezza
potere rotatorio: a sinistra e a destra04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misura lo zucchero
Lo strumento è costruito con astuzia: invece di misurare l'angolo direttamente, annulla la rotazione della soluzione con la controrotazione di un cuneo di quarzo, che si sposta finché il campo non diventa uniforme. La scala vi è allora graduata senz'altro in gradi della scala saccarimetrica, e perciò l'operatore non deve né calcolare né consultare tavole.
Lo strumento universale del chimico, la cui scala è onestamente graduata in gradi d'angolo e la cui sorgente è una lampada al sodio con quella stessa riga D. Con esso si misura la rotazione di qualunque sostanza otticamente attiva, e non del solo zucchero, e per questo tutti i valori tabulati del potere rotatorio sono stati ottenuti proprio su di esso.
Gli strumenti della scala vicina: l'uno coglie la rifrazione del raggio alla faccia di un prisma, l'altro pesa semplicemente un volume noto, ed entrambi danno gradi Brix, cioè la somma di tutto il disciolto. Senza di essi la polarizzazione resta un numero senza denominatore, poiché la purezza di una partita si calcola come rapporto di una lettura all'altra.
L'unico strumento che conta ogni zucchero a parte: il campione si separa su una colonna e si ottengono picchi distinti di saccarosio, glucosio e fruttosio. Nelle partite contestate e nell'arbitrato di laboratorio si crede proprio a esso, mentre la polarizzazione resta nel commercio perché risponde in un minuto e non richiede né reattivi né colonna.
05 · Regole di scrittura
Il segno della rotazione pesa più della sua grandezza
Il grado della scala si scrive unito con lettera latina maiuscola, e il valore si separa con uno spazio. Nel potere rotatorio il segno è obbligatorio, poiché senza di esso non si sa da che parte ruoti il piano, e nel simbolo si indicano la lunghezza d'onda e la temperatura: la lettera D risponde della riga gialla del sodio e l'indice superiore di venti gradi Celsius. I gradi della scala saccarimetrica non si possono eguagliare ai gradi Brix nemmeno per una soluzione pura: i numeri possono coincidere, ma misurano cose diverse.
La seconda scrittura ha omesso il segno, e senza di esso la grandezza perde metà del senso: saccarosio e fruttosio si distinguono non tanto per il numero quanto per la direzione. La terza mette un segno di uguaglianza tra polarizzazione e densità, mentre una coincidenza dei numeri è possibile solo per il saccarosio puro e nulla prova. La quarta parla di «zucchero» in generale, benché il polarimetro veda il solo saccarosio e conti lo zucchero invertito con segno contrario, e dunque lo sottragga.
06 · Unità vicine
La parentela più prossima è il grado Brix, con cui lo stesso campione si legge tramite la densità, e il grado Plato, costruito allo stesso modo ma per il mosto di birra. Entrambe le scale rispondono alla domanda «quanto vi è disciolto in tutto», mentre la scala saccarimetrica risponde alla domanda «quanto di ciò è saccarosio», e perciò nello zuccherificio si tengono sempre insieme.
solo saccarosio
tutta la sostanza secca
purezza della partita
Fra le schede di Simetrium stanno accanto grado Brix e grado Plato, le scale d'areometro °Bé / °Tw / °API, dove la stessa densità si legge alla maniera dei petrolieri, gradazione alcolica, dove va lo zucchero dopo la fermentazione, e densità in kg/m³ come fondamento comune di tutte queste scale.
07 · Sezione storica
Dalla rotazione della luce al prezzo della partita
Jean-Baptiste Biot scoprì che il piano di polarizzazione è fatto ruotare non solo dai cristalli ma anche dalle soluzioni, e che la grandezza della rotazione cresce con la concentrazione. Spiegazione chimica allora non ve n'era, ma fu subito chiaro che l'ottica sa guardare dentro una sostanza senza distruggere il campione, e ciò si rivelò più importante della teoria stessa.
Karl Ventzke pensò di graduare lo strumento non in gradi d'angolo ma direttamente in percentuali di zucchero, prendendo per cento la rotazione di una pesata determinata. Da allora l'operatore non ebbe più né da calcolare né da conoscere l'ottica: leggeva un numero che si poteva riportare su una lettera di vettura, e lo zuccherificio ebbe il suo primo vero strumento di misura.
Clerget comprese che il cambio di segno nella scissione del saccarosio non è un ostacolo ma uno strumento: se si misura il campione prima dell'inversione e dopo, la differenza delle rotazioni dipende dal solo saccarosio, mentre tutto il resto nella soluzione si annulla. Il metodo della doppia polarizzazione rese la lettura affidabile d'un colpo, anche per gli sciroppi torbidi di fabbrica.
Le scale nazionali divergevano da secoli nella terza cifra, e la Commissione internazionale per i metodi uniformi di analisi saccarifera le ricondusse a una sola, legando il centinaio alla pesata normale e alla riga verde del mercurio. Da allora il contratto di borsa sullo zucchero greggio si scrive in questi gradi, e un premio per un decimo di grado significa la stessa cosa a Londra e a São Paulo.
La scala saccarimetrica è custodita dal quarzo, non dallo zucchero
Si direbbe che il campione di una tale scala debba essere il saccarosio stesso, eppure per questa parte non serve affatto: il saccarosio tira l'acqua dall'aria, si intorbida per la minima impurità e si scinde da sé, e una sua soluzione vive giorni contati. Il quarzo invece fa ruotare il piano di polarizzazione in virtù della propria struttura, lo fa senza mutare per anni e non richiede né pesata né matraccio, e perciò i saccarimetri si verificano con una lamina di quarzo certificata in gradi della stessa scala.
Ne viene che una grandezza chiamata dallo zucchero e ideata per il commercio saccarifero è legata a un minerale, a una lunghezza d'onda e alla geometria di un tubo, mentre lo zucchero stesso compare in quella catena solo alla fine, quando lo strumento guarda il campione. È proprio questa disposizione a farne una scala convenzionale e non una costante di natura: ciò che qui si riproduce non è lo zucchero ma l'accordo tra strumenti, e perciò l'ICUMSA non riscrive la natura ma un protocollo.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e grandezze fuori sistema senza le quali non funzionerebbero né la tecnica né il calendario.