Medzinárodná cukorná stupnica
Jednotka mimo SI · veličina: obsah sacharózy podľa uhla stočenia roviny polarizácie
Roztok cukru vie stočiť rovinu polarizácie svetla a toto stočenie je úmerné množstvu rozpustenej sacharózy, takže stačí posvietiť cez trubicu a pozrieť sa, o koľko stupňov bolo treba otočiť analyzátorom. Objav patrí Biotovi a bol urobený roku 1815, a obchod sa ho chytil preto, že optika odpovedá na otázku, na ktorú neodpovie nijaký hustomer: koľko je v sirupe práve sacharózy, a nie rozpustených látok vôbec.
Odtiaľ aj krásna dvojica so stupňom Brix, ktorým sa tá istá vzorka meria podľa hustoty. Brix vidí všetko rozpustené — sacharózu, invertný cukor, soli, farbivá —, kým polarizácia odpovedá takmer len na sacharózu, a preto je rozdiel oboch čísel práve tou prímesou, za ktorú kupujúci platiť nechce. Pomer týchto čísel sa v cukrovare nazýva čistotou a práve on, a nie sladkosť sama, určuje cenu šarže.
01 · Definícia
Sto stupňov medzinárodnej cukornej stupnice je vyhradené normálnej navážke: 26,000 gramu čistej sacharózy, rozpustenej a doplnenej na sto mililitrov a presvietenej trubicou dlhou dvesto milimetrov pri dvadsiatich stupňoch Celzia. Taká vzorka stočí rovinu polarizácie o 34,626 stupňa, ak sa svieti žltou čiarou sodíka, a celá stupnica je jednoducho tento uhol, vzatý za sto a rozdelený na sto rovnakých dielov.
Schopnosť stáčať polarizáciu sa nazýva optická aktivita a spočíva na tom, že molekula sacharózy nesplýva so svojím zrkadlovým obrazom. Stočenie je úmerné tak koncentrácii, ako aj dĺžke dráhy v roztoku, a súčiniteľ úmernosti sa volá špecifická otáčavosť; pri sacharóze je plus šesťdesiatšesť a pol, pričom plus znamená stočenie doprava, v smere hodinových ručičiek pre pozorovateľa hľadiaceho proti lúču.
Výhrad je pritom presne toľko ako pri ktorejkoľvek dohodnutej stupnici. Špecifická otáčavosť závisí od vlnovej dĺžky, a preto stojí v označení písmeno D — žltá čiara sodíka —, hoci dnešné sacharimetre svietia zelenou čiarou ortuti, kde stu stupňom zodpovedá už 40,777 stupňa stočenia. Závisí aj od teploty a od koncentrácie samotnej vzorky, takže tabuľky ICUMSA uvádzajú opravy zvlášť a trubica sa drží v termostate.
Osobitná jemnosť je v tom, že prístroj nepočíta sacharózu, ale súčet stočení všetkého, čo je v roztoku. Kým sú prímesi opticky neaktívne, je údaj poctivý, no len čo sa sacharóza rozloží na glukózu a fruktózu, stočenie klesá a dokonca mení znamienko, pretože fruktóza otáča doľava silnejšie než glukóza doprava. Jav sa nazýva inverzia a na ňom je postavená celá metóda stanovenia sacharózy z rozdielu dvoch meraní.
Jazdec udáva, koľko je vo vzorke celkovo rozpustené, a tlačidlá volia, čo presne tam rozpustené je. Hustomer s refraktometrom počítajú všetko po rade a dávajú stupne Brix, polarimeter odpovedá takmer len na sacharózu a dáva stupne cukornej stupnice, takže medzera medzi oboma pruhmi sú práve necukry, za ktoré nikto platiť nebude.
Kým je sacharóza celá, rastie stočenie doprava spolu s jej množstvom. Ak sa však rozpadne, z jednej látky vzniknú dve, otáčajúce na rôzne strany: glukóza doprava o päťdesiattri, fruktóza doľava o deväťdesiatdva, takže súčet ide do mínusu. Práve pre túto zmenu znamienka bol jav nazvaný inverziou a na rozdiele otáčavostí pred ňou a po nej je postavená Clergetova metóda.
02 · Prevod
Zadajte, čo prístroj ukázal
Vnútri optiky sú prevody presné, lebo stupeň stupnice je jednoducho uhol delený stálym číslom. Priblíženie začína tam, kde sa od optiky prechádza k hmotnosti: koncentrácia sa z uhla získava v gramoch na mililiter, kým hmotnostné percentá žiadajú hustotu roztoku, ktorú berú z tabuliek.
Dĺžku trubice možno zmeniť v jemných nastaveniach listu: obvyklá je dvesto milimetrov, ale pre tmavé sirupy sa berie sto a pre veľmi slabé roztoky štyristo.
Kremenná kontrolná doštička — to je, čo túto stupnicu naozaj stráži. Sacharóza sa za etalón nehodí, lebo ťahá vodu, kalí sa a pomaly sama invertuje, kým kremeň stáča svetlo mocou vlastnej stavby a robí to roky bez zmeny, takže sa sacharimeter neoveruje cukrom, ale doštičkou atestovanou v stupňoch tej istej stupnice.
| Hodnota | Poznámka | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Rády veličín
špecifická otáčavosť: doľava a doprava04 · Meracie prístroje
Čím sa cukor meria
Prístroj je postavený chytro: namiesto toho, aby meral uhol priamo, ruší stočenie roztoku protistočením kremenného klina, ktorým sa posúva, kým pole nezostane rovnorodé. Stupnica je pritom delená rovno v stupňoch cukornej stupnice, a preto obsluha nemusí ani počítať, ani nazerať do tabuliek.
Univerzálny prístroj chemika, ktorého stupnica je poctivo delená v uhlových stupňoch a ktorého zdrojom je sodíková výbojka s onou čiarou D. Meria sa ním otáčavosť ktorejkoľvek opticky aktívnej látky, nielen cukru, a preto všetky tabuľkové hodnoty špecifickej otáčavosti boli získané práve na ňom.
Prístroje susednej stupnice: jeden zachytáva lom lúča na stene hranola, druhý jednoducho váži známy objem, a oba dávajú stupne Brix, teda súčet všetkého rozpusteného. Bez nich zostáva polarizácia číslom bez menovateľa, lebo čistota šarže sa počíta ako pomer jedného údaja k druhému.
Jediný prístroj, ktorý počíta každý cukor osobitne: vzorka sa rozdelí na kolóne a získajú sa oddelené vrcholy sacharózy, glukózy a fruktózy. Pri sporných šaržiach a v laboratórnej arbitráži sa verí práve jemu, kým polarizácia zostáva v obchode preto, že odpovie do minúty a nežiada ani činidlá, ani kolónu.
05 · Pravidlá zápisu
Znamienko otáčavosti váži viac než jej veľkosť
Stupeň stupnice sa píše bez medzery s veľkým latinským písmenom a hodnota sa oddeľuje medzerou. Pri špecifickej otáčavosti je znamienko nevyhnutné, keďže bez neho nie je známe, kam sa rovina stáča, a v označení sa uvádza vlnová dĺžka a teplota: písmeno D zodpovedá žltej čiare sodíka a horný index dvadsiatim stupňom Celzia. Stupne cukornej stupnice nemožno klásť rovné stupňom Brix ani pre čistý roztok: čísla sa môžu zhodovať, ale merajú niečo iné.
Druhý zápis vynechal znamienko a bez neho veličina stráca polovicu zmyslu: sacharóza a fruktóza sa nelíšia ani tak číslom, ako smerom. Tretí kladie rovnítko medzi polarizáciu a hustotu, hoci zhoda čísel je možná len pri čistej sacharóze a nič nedokazuje. Štvrtý hovorí o «cukre» vôbec, hoci polarimeter vidí samotnú sacharózu a invertný cukor počíta s opačným znamienkom, a teda odpočítava.
06 · Susedné jednotky
Najbližší príbuzní sú stupeň Brix, ktorým sa tá istá vzorka číta podľa hustoty, a stupeň Plato, ustrojený rovnako, len pre pivnú mladinu. Obe stupnice odpovedajú na otázku «koľko je celkovo rozpustené», kým cukorná stupnica odpovedá na otázku «koľko z toho je sacharózy», a preto sa v cukrovare držia vždy pokope.
len sacharóza
všetka sušina
čistota šarže
Z listov Simetria vedľa stoja stupeň Brix a stupeň Plato, stupnice hustomera °Bé / °Tw / °API, kde sa tá istá hustota číta po ropiarsky, sila liehu, kam cukor odchádza po kvasení, a hustota v kg/m³ ako spoločný základ všetkých týchto stupníc.
07 · Historický oddiel
Od stočenia svetla k cene šarže
Jean-Baptiste Biot objavil, že rovinu polarizácie stáčajú nielen kryštály, ale aj roztoky, a že veľkosť stočenia rastie s koncentráciou. Chemické vysvetlenie vtedy nebolo, zato bolo hneď jasné, že optika vie nahliadnuť dovnútra látky bez toho, aby vzorku zničila, a to sa ukázalo dôležitejšie než sama teória.
Karl Ventzke prišiel na to, deliť prístroj nie v uhlových stupňoch, ale rovno v percentách cukru, keď za sto vzal stočenie určitej navážky. Obsluha odvtedy nemusela ani počítať, ani rozumieť optike: čítala číslo, ktoré sa dalo prepísať do nákladného listu, a cukrovar dostal svoj prvý ozajstný merací prístroj.
Clerget pochopil, že zmena znamienka pri rozklade sacharózy nie je prekážkou, ale nástrojom: ak sa vzorka zmeria pred inverziou a po nej, závisí rozdiel otáčavostí jedine od sacharózy, kým všetko ostatné v roztoku sa ruší. Metóda dvojitej polarizácie urobila údaj razom spoľahlivým aj pre kalné cukrovarnícke sirupy.
Národné stupnice sa po stáročia rozchádzali v tretej číslici a Medzinárodná komisia pre jednotné metódy cukornej analýzy ich zviedla do jednej tým, že sto priviazala k normálnej navážke a k zelenej čiare ortuti. Odvtedy sa burzový kontrakt na surový cukor píše v týchto stupňoch a príplatok za desatinu stupňa znamená to isté v Londýne aj v São Paule.
Cukornú stupnicu stráži kremeň, nie cukor
Zdalo by sa, že etalónom takej stupnice má byť sama sacharóza, no na túto úlohu sa nehodí vôbec: sacharóza ťahá vodu zo vzduchu, kalí sa od najmenšej prímesi a rozpadá sa sama od seba, a jej roztok žije počítané dni. Kremeň naproti tomu stáča rovinu polarizácie mocou vlastnej stavby, robí to roky bez zmeny a nežiada ani navážku, ani banku, a preto sa sacharimetre overujú kremennou doštičkou atestovanou v stupňoch tej istej stupnice.
Vychádza najavo, že veličina pomenovaná po cukre a vymyslená pre cukorný obchod je priviazaná k nerastu, k vlnovej dĺžke a ku geometrii trubice, kým sám cukor sa v tej reťazi objaví až na konci, keď prístroj hľadí na vzorku. Práve toto ustrojenie z nej robí stupnicu dohodnutú, a nie prírodnú konštantu: reprodukuje sa tu nie cukor, ale zhoda medzi prístrojmi, a preto ICUMSA neprepisuje prírodu, ale predpis.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými menami a veličiny mimo sústavy, bez ktorých by nefungovala ani technika, ani kalendár.