Skala gula antarabangsa
Unit di luar SI · kuantiti: kandungan sukrosa mengikut sudut putaran satah pengutuban
Larutan gula berupaya memutar satah pengutuban cahaya, dan putaran itu berkadar dengan banyaknya sukrosa yang terlarut, sehingga memadailah menyuluh cahaya menerusi sebatang tiub dan melihat berapa darjah penganalisis terpaksa diputar. Penemuan ini milik Biot dan dibuat pada tahun 1815, dan perniagaan menyambarnya kerana optik menjawab soalan yang tiada satu pun areometer dapat menjawabnya: berapa banyak dalam sirap itu yang sebenarnya sukrosa, bukan bahan terlarut secara umum.
Dari sinilah juga lahir pasangan yang indah dengan darjah Brix, yang mengukur sampel yang sama melalui ketumpatan. Brix melihat segala yang terlarut — sukrosa, gula songsang, garam, bahan pewarna — sedangkan pengutuban bertindak balas hampir hanya pada sukrosa, dan kerana itu beza antara dua angka itulah campuran yang enggan dibayar oleh pembeli. Nisbah kedua-dua angka ini di kilang disebut ketulenan, dan itulah, bukan rasa manis itu sendiri, yang menetapkan harga selot.
01 · Definisi
Seratus darjah skala gula antarabangsa diberikan kepada timbangan piawai: 26.000 gram sukrosa tulen, dilarutkan dan dicukupkan hingga seratus mililiter, lalu disuluh menerusi tiub sepanjang dua ratus milimeter pada dua puluh darjah Celsius. Sampel sebegitu memutar satah pengutuban sebanyak 34.626 darjah apabila disuluh dengan garisan kuning natrium, dan seluruh skala itu tidak lain hanyalah sudut ini, diambil sebagai seratus lalu dibahagi kepada seratus bahagian yang sama.
Keupayaan memutar pengutuban dinamakan keaktifan optik, dan ia bersandar pada hakikat bahawa molekul sukrosa tidak bertindih dengan bayangan cerminnya sendiri. Putaran berkadar baik dengan kepekatan mahupun dengan panjang laluan dalam larutan, dan pekali kekadaran itu dinamakan putaran tentu; pada sukrosa nilainya tambah enam puluh enam setengah, dan tambah bermakna putaran ke kanan, ikut arah jam bagi pemerhati yang memandang menyongsang alur cahaya.
Syarat di sini tepat sebanyak yang ada pada mana-mana skala persetujuan. Putaran tentu bergantung pada panjang gelombang, dan kerana itu dalam lambang berdiri huruf D — garisan kuning natrium — walaupun sakarimeter hari ini menyuluh dengan garisan hijau raksa, di mana seratus darjah sudah sepadan dengan 40.777 darjah putaran. Ia bergantung juga pada suhu dan pada kepekatan sampel itu sendiri, sehingga jadual ICUMSA memberikan pembetulannya secara berasingan dan tiub disimpan dalam termostat.
Kehalusan yang tersendiri terletak pada hakikat bahawa peranti bukan mengira sukrosa, melainkan jumlah putaran segala yang ada dalam larutan. Selagi bendasing itu tidak aktif secara optik, bacaannya jujur; tetapi sebaik sahaja sukrosa terurai menjadi glukosa dan fruktosa, putaran menurun malah bertukar tanda, kerana fruktosa memutar ke kiri lebih kuat daripada glukosa ke kanan. Gejala itu dinamakan penyongsangan, dan di atasnya terbina seluruh kaedah menentukan sukrosa daripada beza dua ukuran.
Peluncur menetapkan berapa banyak kesemuanya yang terlarut dalam sampel, dan butang memilih apa sebenarnya yang terlarut di situ. Areometer bersama refraktometer mengira semuanya sekali gus dan memberi darjah Brix; polarimeter bertindak balas hampir hanya pada sukrosa dan memberi darjah skala gula, sehingga jurang antara dua palang itulah yang bukan gula, yang tiada siapa akan membayarnya.
Selagi sukrosa masih utuh, putaran ke kanan bertambah seiring banyaknya. Namun jika ia pecah, daripada satu bahan lahir dua yang memutar ke arah berlainan: glukosa ke kanan sebanyak lima puluh tiga, fruktosa ke kiri sebanyak sembilan puluh dua, sehingga jumlahnya jatuh ke negatif. Justeru kerana pertukaran tanda inilah gejala itu dinamakan penyongsangan, dan di atas beza putaran sebelum dan selepasnya terbina kaedah Clerget.
02 · Konversi
Masukkan apa yang ditunjukkan peranti
Di dalam optik, penukaran adalah tepat, kerana satu darjah skala tidak lain ialah sudut yang dibahagi dengan nombor tetap. Penghampiran bermula di tempat orang beralih daripada optik kepada jisim: kepekatan diperoleh daripada sudut dalam gram per mililiter, manakala peratus mengikut jisim menuntut ketumpatan larutan, yang diambil daripada jadual.
Panjang tiub boleh diubah dalam tetapan halus helaian ini: yang lazim dua ratus milimeter, tetapi bagi sirap yang gelap diambil seratus, dan bagi larutan yang amat cair empat ratus.
Kepingan kawalan kuarza itulah yang sebenarnya memelihara skala ini. Sukrosa tidak sesuai menjadi piawai, kerana ia menarik air, menjadi keruh dan perlahan-lahan tersongsang dengan sendirinya; sedangkan kuarza memutar cahaya dengan kekuatan binaannya sendiri dan berbuat demikian bertahun-tahun tanpa berubah, sehingga sakarimeter diuji bukan dengan gula melainkan dengan kepingan yang diperakui dalam darjah skala yang sama.
| Nilai | Catatan | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Orde besaran
putaran tentu: ke kiri dan ke kanan04 · Alat ukur
Dengan apa gula diukur
Peranti ini dibina dengan bijak: daripada mengukur sudut secara terus, ia membatalkan putaran larutan dengan putaran lawan sebuah baji kuarza, yang digerakkan sehingga medan menjadi sekata. Skalanya ketika itu sudah dibahagi terus dalam darjah skala gula, dan kerana itu pengendali tidak perlu mengira mahupun menyelak jadual.
Peranti serba guna ahli kimia, yang skalanya dibahagi dengan jujur dalam darjah sudut dan yang punca cahayanya lampu natrium dengan garisan D itu jua. Dengannya diukur putaran mana-mana bahan yang aktif secara optik, bukan gula sahaja, dan kerana itu segala nilai jadual bagi putaran tentu justeru diperoleh padanya.
Peranti skala jiran: satu menangkap biasan alur cahaya pada muka prisma, satu lagi sekadar menimbang isi padu yang diketahui, dan kedua-duanya memberi darjah Brix, iaitu jumlah segala yang terlarut. Tanpa keduanya, pengutuban kekal sebagai nombor tanpa penyebut, kerana ketulenan selot dikira sebagai nisbah satu bacaan terhadap bacaan yang lain.
Satu-satunya peranti yang mengira setiap gula secara berasingan: sampel dipisahkan pada turus dan diperoleh puncak sukrosa, glukosa dan fruktosa yang berasingan. Pada selot yang dipertikaikan dan dalam timbang tara makmal, justeru padanyalah orang percaya; manakala pengutuban kekal dalam perniagaan kerana ia menjawab dalam seminit dan tidak menuntut bahan uji mahupun turus.
05 · Aturan penulisan
Tanda putaran lebih berat daripada besarnya
Darjah skala ditulis bercantum dengan huruf Latin besar, manakala nilainya dipisahkan dengan satu ruang. Pada putaran tentu, tandanya tidak boleh ditinggalkan, kerana tanpanya tidak diketahui ke arah mana satah itu berputar; dan dalam lambang dinyatakan panjang gelombang serta suhu: huruf D bertanggungjawab atas garisan kuning natrium, dan indeks atas bagi dua puluh darjah Celsius. Darjah skala gula walaupun bagi larutan tulen tidak boleh disamakan dengan darjah Brix: angkanya boleh bertindih, tetapi yang diukur berlainan.
Tulisan yang kedua telah menggugurkan tanda, dan tanpanya kuantiti kehilangan separuh maknanya: sukrosa dan fruktosa berbeza bukan sangat pada angka melainkan pada arah. Yang ketiga meletakkan tanda sama antara pengutuban dan ketumpatan, sedangkan pertindihan angka hanya mungkin pada sukrosa tulen dan tidak membuktikan apa-apa. Yang keempat bercakap tentang «gula» secara umum, walaupun polarimeter hanya melihat sukrosa dan mengira gula songsang dengan tanda bertentangan, iaitu menolaknya.
06 · Satuan tetangga
Kerabat yang paling hampir ialah darjah Brix — yang membaca sampel yang sama melalui ketumpatan — dan darjah Plato, yang dibina serupa cuma untuk wort bir. Kedua-dua skala menjawab soalan «berapa banyak kesemuanya yang terlarut», manakala skala gula menjawab soalan «berapa banyak daripadanya sukrosa», dan kerana itu di kilang kedua-duanya sentiasa disimpan bersama.
sukrosa sahaja
seluruh bahan kering
ketulenan lot
Di antara helaian-helaian Simetrium di sebelahnya terdapat darjah Brix dan darjah Plato, skala areometer °Bé / °Tw / °API, tempat ketumpatan yang sama dibaca mengikut cara orang minyak, kekuatan alkohol, tempat gula pergi selepas penapaian, dan ketumpatan dalam kg/m³ sebagai asas bersama bagi semua skala ini.
07 · Bagian sejarah
Dari putaran cahaya ke harga selot
Jean-Baptiste Biot mendapati bahawa satah pengutuban diputar bukan sahaja oleh hablur malah oleh larutan, dan bahawa besarnya putaran bertambah seiring kepekatan. Penjelasan kimia ketika itu tiada, tetapi serta-merta jelaslah bahawa optik berupaya menjenguk ke dalam sesuatu bahan tanpa memusnahkan sampel, dan hal itu ternyata lebih penting daripada teorinya sendiri.
Karl Ventzke terfikir untuk membahagi peranti bukan dalam darjah sudut melainkan terus dalam peratus gula, dengan mengambil putaran suatu timbangan tertentu sebagai seratus. Sejak itu pengendali tidak perlu lagi mengira mahupun mengerti optik: dia membaca satu nombor yang boleh disalin ke dalam bil muatan, dan kilang gula memperoleh peranti ukur sebenarnya yang pertama.
Clerget memahami bahawa pertukaran tanda pada peleraian sukrosa bukanlah halangan melainkan alat: jika sampel diukur sebelum penyongsangan dan selepasnya, beza putaran itu bergantung hanya pada sukrosa, manakala segala yang lain dalam larutan saling membatalkan. Kaedah pengutuban berganda menjadikan bacaan itu boleh dipercayai sekali gus, malah bagi sirap kilang yang keruh.
Skala-skala kebangsaan berkurun-kurun berpisah pada angka ketiga, dan Suruhanjaya Antarabangsa bagi Kaedah Seragam Analisis Gula menyatukannya menjadi satu, dengan mengikat seratus itu pada timbangan piawai dan pada garisan hijau raksa. Sejak itu kontrak bursa gula mentah ditulis dalam darjah ini, dan tambahan harga bagi sepersepuluh darjah membawa makna yang sama di London mahupun di São Paulo.
Skala gula dipelihara oleh kuarza, bukan oleh gula
Agaknya piawai bagi skala sebegini sepatutnya sukrosa itu sendiri, namun bagi peranan itu ia langsung tidak sesuai: sukrosa menarik air dari udara, menjadi keruh oleh bendasing yang sekecil-kecilnya dan terurai dengan sendirinya, manakala larutannya hidup beberapa hari yang terhitung sahaja. Kuarza sebaliknya memutar satah pengutuban dengan kekuatan binaannya sendiri, berbuat demikian bertahun-tahun tanpa berubah dan tidak menuntut timbangan mahupun kelalang; kerana itu sakarimeter diuji dengan kepingan kuarza yang diperakui dalam darjah skala yang sama.
Maka ternyatalah bahawa suatu kuantiti yang dinamakan menurut gula dan direka bagi perniagaan gula terikat pada suatu mineral, pada suatu panjang gelombang dan pada bentuk sebatang tiub; sedangkan gula itu sendiri muncul dalam rantai ini hanya pada hujungnya, ketika peranti memandang sampel. Justeru binaan sebeginilah yang menjadikannya skala persetujuan dan bukan pemalar alam: yang dihasilkan semula di sini bukanlah gula melainkan persetujuan antara peranti, dan kerana itu ICUMSA menulis semula bukan alam melainkan suatu tatacara.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh unit asas SI, dua puluh dua unit terbitan bernama sendiri, dan kuantiti di luar sistem yang tanpanya teknik mahupun kalendar tidak akan berjalan.