Den internasjonale sukkerskalaen
Enhet utenfor SI · størrelse: sukroseinnholdet etter dreievinkelen til polarisasjonsplanet
En sukkerløsning makter å dreie lysets polarisasjonsplan, og den dreiningen er proporsjonal med mengden oppløst sukrose, så det er nok å lyse gjennom et rør og se hvor mange grader analysatoren måtte dreies. Oppdagelsen tilhører Biot og ble gjort i 1815, og handelen grep fatt i den fordi optikken svarer på det spørsmålet som intet areometer svarer på: hvor mye i sirupen som nettopp er sukrose og ikke oppløst stoff i sin alminnelighet.
Herav også den vakre paringen med graden Brix, som samme prøve måles med gjennom tettheten. Brix ser alt som er oppløst — sukrose, invertsukker, salter, fargestoffer — mens polarisasjonen nesten bare svarer på sukrose, og derfor er forskjellen mellom de to tallene nettopp den innblandingen kjøperen ikke vil betale for. Forholdet mellom disse tallene kalles på fabrikken renhet, og det er det, og ikke søtheten selv, som avgjør partiets pris.
01 · Definisjon
Hundre grader på den internasjonale sukkerskalaen er tildelt normalveiingen: 26,000 gram ren sukrose, fylt opp til hundre milliliter og gjennomlyst i et rør på to hundre millimeter ved tjue grader Celsius. En slik prøve dreier polarisasjonsplanet med 34,626 grader når man lyser med natriumets gule linje, og hele skalaen er ganske enkelt den vinkelen, tatt for hundre og delt i hundre like deler.
Evnen til å dreie polarisasjonen kalles optisk aktivitet og hviler på at sukrosemolekylet ikke faller sammen med sitt eget speilbilde. Dreiningen er proporsjonal både med konsentrasjonen og med veilengden gjennom løsningen, og proporsjonalitetsfaktoren kalles spesifikk dreining; for sukrose er den pluss sekstiseks og en halv, der pluss betyr en dreining mot høyre, med klokken for en iakttaker som ser strålen i møte.
Forbehold er det her nøyaktig like mange av som ved enhver avtalt skala. Den spesifikke dreiningen avhenger av bølgelengden, og derfor står bokstaven D i betegnelsen — natriumets gule linje — enda dagens sakkarimetre lyser med kvikksølvets grønne linje, der hundre grader allerede svarer til 40,777 graders dreining. Den avhenger også av temperaturen og av prøvens egen konsentrasjon, så ICUMSAs tabeller fører opp rettelsene for seg, og røret holdes i en termostat.
En egen finhet er at instrumentet ikke teller sukrosen, men summen av dreiningene fra alt som er i løsningen. Så lenge innblandingene er optisk inaktive, er avlesningen ærlig, men la sukrosen falle fra hverandre i glukose og fruktose, så faller dreiningen og skifter til og med fortegn, fordi fruktose dreier sterkere mot venstre enn glukose mot høyre. Fenomenet kalles inversjon, og på det er bygd en hel metode for å bestemme sukrose ut fra forskjellen mellom to målinger.
Glidebryteren angir hvor mye som i alt er oppløst i prøven, og knappene velger hva som nærmere bestemt er oppløst der. Areometret og refraktometret teller alt på rad og gir grader Brix; polarimetret svarer nesten bare på sukrose og gir grader på sukkerskalaen, slik at avstanden mellom de to søylene nettopp er de ikke-sukker ingen vil betale for.
Så lenge sukrosen er hel, vokser dreiningen mot høyre sammen med mengden. Faller den derimot fra hverandre, blir det av ett stoff to som dreier hver sin vei: glukose mot høyre med femtitre, fruktose mot venstre med nittito, slik at summen går i minus. Nettopp for dette fortegnsskiftet kalte man fenomenet inversjon, og på forskjellen mellom dreiningene før og etter er Clergets metode bygd.
02 · Omregning
Skriv inn det instrumentet viste
Innenfor optikken er omregningene nøyaktige, ettersom en grad på skalaen ganske enkelt er en vinkel delt på et fast tall. Tilnærmelsen begynner der man går fra optikken til massen: konsentrasjonen fås av vinkelen i gram per milliliter, mens vektprosent krever løsningens tetthet, som hentes fra tabeller.
Rørets lengde kan endres i bladets fine innstillinger: den vanlige er to hundre millimeter, men for mørke siruper tar man hundre og for svært svake løsninger fire hundre.
En kvartskontrollplate er det som i virkeligheten vokter denne skalaen. Sukrose duger ikke som normal, for den trekker vann, blir uklar og inverterer langsomt av seg selv, mens kvarts dreier lyset i kraft av sin egen bygning og gjør det uforandret i årevis, så et sakkarimeter prøves ikke med sukker, men med en plate attestert i grader på samme skala.
| Verdi | Merknad | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Størrelsesordener
spesifikk dreining: mot venstre og mot høyre04 · Måleinstrumenter
Hva sukker måles med
Instrumentet er lurt bygd: i stedet for å måle vinkelen direkte opphever det løsningens dreining med moddreiningen av en kvartskile, som forskyves inntil feltet blir jevnt. Skalaen er da inndelt direkte i grader på sukkerskalaen, og derfor trenger den som betjener den verken å regne eller slå opp i tabeller.
Kjemikerens universalinstrument, hvis skala er ærlig inndelt i vinkelgrader og hvis kilde er en natriumlampe med nettopp den D-linjen. Med det måles dreiningen til ethvert optisk aktivt stoff og ikke bare til sukker, og derfor er alle tabellerte verdier for den spesifikke dreiningen nettopp oppnådd på det.
Naboskalaens instrumenter: det ene fanger strålens brytning ved et prismes flate, det andre veier ganske enkelt et kjent volum, og begge gir grader Brix, det vil si summen av alt oppløst. Uten dem forblir polarisasjonen et tall uten nevner, for et partis renhet regnes som forholdet mellom den ene avlesningen og den andre.
Det eneste instrumentet som teller hvert sukker for seg: prøven skilles på en kolonne, og man får atskilte topper for sukrose, glukose og fruktose. Ved omstridte partier og i laboratorievoldgift tror man nettopp på det, mens polarisasjonen blir i handelen fordi den svarer innen et minutt og verken krever reagenser eller kolonne.
05 · Skriveregler
Fortegnet til dreiningen veier tyngre enn størrelsen
Skalaens grad skrives uten mellomrom med stor latinsk bokstav, og verdien skilles fra med et mellomrom. Ved den spesifikke dreiningen er fortegnet uunngåelig, for uten det vites ikke hvilken vei planet dreier, og i betegnelsen angis bølgelengde og temperatur: bokstaven D står for natriumets gule linje og det øvre indekset for tjue grader Celsius. Grader på sukkerskalaen må ikke likestilles med grader Brix, ikke engang for en ren løsning: tallene kan falle sammen, men de måler noe forskjellig.
Den andre skrivemåten har utelatt fortegnet, og uten det mister størrelsen halve meningen: sukrose og fruktose skiller seg ikke så mye i tall som i retning. Den tredje setter likhetstegn mellom polarisasjon og tetthet, mens et sammenfall av tallene bare er mulig for ren sukrose og ikke beviser noe. Den fjerde taler om «sukker» i sin alminnelighet, enda polarimetret ser sukrosen alene og teller invertsukkeret med omvendt fortegn og derfor trekker fra.
06 · Naboenheter
Nærmeste slektning er graden Brix, som samme prøve leses med gjennom tettheten, og graden Plato, bygd på samme vis, bare for ølvørter. Begge skalaene svarer på spørsmålet «hvor mye er i alt oppløst», mens sukkerskalaen svarer på spørsmålet «hvor mye av det er sukrose», og derfor holder man dem på fabrikken alltid sammen.
bare sukrose
alt tørrstoff
partiets renhet
Blant databladene til Simetrium står ved siden av grad Brix og grad Plato, areometerskalaene °Bé / °Tw / °API, der samme tetthet leses på oljemannens vis, alkoholstyrke, dit sukkeret tar veien etter gjæringen, og tetthet i kg/m³ som felles grunnlag for alle disse skalaene.
07 · Historisk del
Fra lysets dreining til partiets pris
Jean-Baptiste Biot fant at polarisasjonsplanet dreies ikke bare av krystaller, men også av løsninger, og at dreiningens størrelse vokser med konsentrasjonen. Noen kjemisk forklaring fantes ikke den gang, men det ble straks klart at optikken makter å se inn i et stoff uten å ødelegge prøven, og det viste seg viktigere enn selve teorien.
Karl Ventzke kom på å dele instrumentet ikke i vinkelgrader, men direkte i sukkerprosent, ved å ta dreiningen fra en bestemt innveiing for hundre. Den som betjente det, trengte fra da av verken å regne eller å kunne optikk: han leste et tall som kunne skrives inn i et fraktbrev, og sukkerfabrikken fikk sitt første virkelige måleinstrument.
Clerget innså at fortegnsskiftet ved sukrosens nedbrytning ikke er en hindring, men et verktøy: måler man prøven før inversjonen og etter, avhenger forskjellen mellom dreiningene av sukrosen alene, mens alt annet i løsningen opphever seg selv. Metoden med dobbel polarisasjon gjorde avlesningen pålitelig med ett slag, selv for uklare fabrikksiruper.
De nasjonale skalaene skilte seg i tredje siffer gjennom århundrer, og Den internasjonale kommisjonen for ensartede metoder for sukkeranalyse førte dem sammen til én ved å binde hundretallet til normalveiingen og til kvikksølvets grønne linje. Siden skrives børskontrakten på råsukker i disse gradene, og et tillegg for en tidels grad betyr det samme i London og i São Paulo.
Sukkerskalaen voktes av kvarts, ikke av sukker
Man skulle tro at normalet for en slik skala burde være sukrosen selv, men til den rollen duger den slett ikke: sukrose trekker vann ut av lufta, blir uklar av den minste innblanding og faller fra hverandre av seg selv, og en løsning av den lever talte dager. Kvartsen derimot dreier polarisasjonsplanet i kraft av sin egen bygning, gjør det uforandret i årevis og krever verken innveiing eller kolbe, og derfor prøves sakkarimetre med en kvartsplate attestert i grader på samme skala.
Det viser seg at en størrelse, oppkalt etter sukkeret og uttenkt for sukkerhandelen, er bundet til et mineral, til en bølgelengde og til et rørs geometri, mens sukkeret selv først opptrer i den kjeden til slutt, når instrumentet ser på prøven. Nettopp denne innretningen gjør den til en avtalt skala og ikke til en naturkonstant: det som gjengis her, er ikke sukkeret, men overensstemmelsen mellom instrumenter, og derfor omskriver ICUMSA ikke naturen, men en forskrift.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-basisenheter, tjueto avledede med egne navn og størrelser utenfor systemet, som verken teknikken eller kalenderen klarer seg uten.