Internationella sockerskalan
Enhet utanför SI · storhet: sackaroshalten efter vridningsvinkeln hos polarisationsplanet
En sockerlösning förmår vrida ljusets polarisationsplan, och den vridningen är proportionell mot mängden löst sackaros, så att det räcker att lysa genom ett rör och se hur många grader analysatorn måste vridas. Upptäckten tillhör Biot och gjordes 1815, och handeln grep tag i den därför att optiken svarar på den fråga som ingen areometer svarar på: hur mycket i sirapen som just är sackaros och inte lösta ämnen i allmänhet.
Härav också den vackra parbildningen med graden Brix, med vilken samma prov mäts genom densiteten. Brix ser allt som är löst — sackaros, invertsocker, salter, färgämnen — medan polarisationen svarar nästan bara på sackaros, och därför är skillnaden mellan de två talen just den inblandning som köparen inte vill betala för. Förhållandet mellan dessa tal kallas vid bruket renhet, och det är det, och inte sötman i sig, som avgör partiets pris.
01 · Definition
Hundra grader på den internationella sockerskalan är tilldelade normalvägningen: 26,000 gram ren sackaros, uppfyllt till hundra milliliter och genomlyst i ett rör om tvåhundra millimeter vid tjugo grader Celsius. Ett sådant prov vrider polarisationsplanet med 34,626 grader när man lyser med natriumets gula linje, och hela skalan är helt enkelt den vinkeln, tagen för hundra och delad i hundra lika delar.
Förmågan att vrida polarisationen kallas optisk aktivitet och vilar på att sackarosmolekylen inte sammanfaller med sin egen spegelbild. Vridningen är proportionell både mot koncentrationen och mot väglängden genom lösningen, och proportionalitetsfaktorn kallas specifik vridning; för sackaros är den plus sextiosex och en halv, där plus betyder en vridning åt höger, medsols för en betraktare som ser strålen till mötes.
Förbehållen är härvid precis lika många som hos varje konventionell skala. Den specifika vridningen beror på våglängden, och därför står bokstaven D i beteckningen — natriumets gula linje — fastän dagens sackarimetrar lyser med kvicksilvrets gröna linje, där hundra grader redan svarar mot 40,777 graders vridning. Den beror också på temperaturen och på provets egen koncentration, så att ICUMSA:s tabeller anger korrektionerna för sig och röret hålls i en termostat.
En särskild finhet är att instrumentet inte räknar sackarosen utan summan av vridningarna hos allt som finns i lösningen. Så länge inblandningarna är optiskt inaktiva är avläsningen ärlig, men låt sackarosen falla sönder i glukos och fruktos, så sjunker vridningen och byter till och med tecken, eftersom fruktos vrider starkare åt vänster än glukos åt höger. Företeelsen kallas inversion, och på den vilar en hel metod att bestämma sackaros ur skillnaden mellan två mätningar.
Reglaget anger hur mycket som sammanlagt är löst i provet, och knapparna väljer vad som närmare bestämt är löst där. Areometern och refraktometern räknar allt i rad och ger grader Brix; polarimetern svarar nästan bara på sackaros och ger grader på sockerskalan, så att gapet mellan de två staplarna är just de icke-socker som ingen kommer att betala för.
Så länge sackarosen är hel växer vridningen åt höger tillsammans med dess mängd. Faller den däremot sönder, blir det av ett ämne två som vrider åt olika håll: glukos åt höger med femtiotre, fruktos åt vänster med nittiotvå, så att summan går i minus. Just för detta teckenbyte kallades företeelsen inversion, och på skillnaden mellan vridningarna före och efter den vilar Clergets metod.
02 · Omräkning
Skriv in det som instrumentet visade
Inom optiken är omräkningarna exakta, eftersom en grad på skalan helt enkelt är en vinkel delad med ett fast tal. Approximationen börjar där man går från optiken till massan: koncentrationen erhålls ur vinkeln i gram per milliliter, medan viktprocent kräver lösningens densitet, som hämtas ur tabeller.
Rörets längd går att ändra i bladets fina inställningar: den gängse är tvåhundra millimeter, men för mörka sirap tar man hundra och för mycket svaga lösningar fyrahundra.
En kvartskontrollplatta är vad som i själva verket förvarar denna skala. Sackaros duger inte som normal, ty den drar åt sig vatten, grumlas och inverterar långsamt av sig själv, medan kvarts vrider ljuset i kraft av sin egen byggnad och gör det oförändrat i åratal, så att en sackarimeter prövas inte med socker utan med en platta som är intygad i grader på samma skala.
| Värde | Anmärkning | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Storleksordningar
specifik vridning: åt vänster och åt höger04 · Mätinstrument
Vad socker mäts med
Instrumentet är listigt byggt: i stället för att mäta vinkeln direkt upphäver det lösningens vridning med en motvridning av en kvartskil, som förskjuts till dess fältet blir jämnt. Skalan är därvid graderad direkt i grader på sockerskalan, och därför behöver den som sköter den varken räkna eller slå i tabeller.
Kemistens universalinstrument, vars skala är ärligt graderad i vinkelgrader och vars källa är en natriumlampa med just den D-linjen. Med det mäts vridningen hos vilket optiskt aktivt ämne som helst och inte bara hos socker, och därför är alla tabellerade värden på den specifika vridningen erhållna just på det.
Grannskalans instrument: det ena fångar strålens brytning vid ett prismas yta, det andra väger helt enkelt en känd volym, och båda ger grader Brix, det vill säga summan av allt som är löst. Utan dem förblir polarisationen ett tal utan nämnare, ty ett partis renhet räknas som förhållandet mellan den ena avläsningen och den andra.
Det enda instrument som räknar varje socker för sig: provet skiljs på en kolonn och man får skilda toppar för sackaros, glukos och fruktos. Vid omtvistade partier och i laboratorieskiljedom tror man just på det, medan polarisationen stannar i handeln därför att den svarar inom en minut och varken kräver reagens eller kolonn.
05 · Skrivregler
Vridningens tecken väger tyngre än dess storlek
Gradens beteckning skrivs utan mellanrum med versal latinsk bokstav, och värdet skiljs av med ett mellanslag. Hos den specifika vridningen är tecknet oundgängligt, ty utan det är det okänt åt vilket håll planet vrids, och i beteckningen anges våglängd och temperatur: bokstaven D svarar för natriumets gula linje och det övre indexet för tjugo grader Celsius. Grader på sockerskalan får inte likställas med grader Brix ens för en ren lösning: talen kan sammanfalla, men de mäter olika ting.
Den andra skrivningen har utelämnat tecknet, och utan det förlorar storheten hälften av sin mening: sackaros och fruktos skiljer sig inte så mycket i tal som i riktning. Den tredje sätter likhetstecken mellan polarisation och densitet, medan ett sammanfall av talen är möjligt endast för ren sackaros och inte bevisar något. Den fjärde talar om «socker» i allmänhet, fastän polarimetern ser sackarosen ensam och räknar invertsockret med omvänt tecken och därför drar ifrån.
06 · Grannenheter
Närmaste släkting är graden Brix, med vilken samma prov läses genom densiteten, och graden Plato, byggd på samma sätt men för ölvört. Båda skalorna svarar på frågan «hur mycket är sammanlagt löst», medan sockerskalan svarar på frågan «hur mycket av det är sackaros», och därför håller man dem vid bruket alltid tillsammans.
enbart sackaros
all torrsubstans
partiets renhet
Bland Simetriums datablad står bredvid grad Brix och grad Plato, areometerskalorna °Bé / °Tw / °API, där samma densitet läses på oljemannens vis, alkoholstyrka, dit sockret tar vägen efter jäsningen, och densitet i kg/m³ som gemensam grund för alla dessa skalor.
07 · Historisk del
Från ljusets vridning till partiets pris
Jean-Baptiste Biot fann att polarisationsplanet vrids inte bara av kristaller utan även av lösningar, och att vridningens storlek växer med koncentrationen. Någon kemisk förklaring fanns inte då, men det blev genast klart att optiken förmår se in i ett ämne utan att förstöra provet, och det visade sig viktigare än själva teorin.
Karl Ventzke kom på att gradera instrumentet inte i vinkelgrader utan direkt i sockerprocent, genom att ta vridningen från en bestämd invägning för hundra. Den som skötte det behövde sedan dess varken räkna eller kunna optik: han läste ett tal som kunde skrivas in i en fraktsedel, och sockerbruket fick sitt första verkliga mätinstrument.
Clerget insåg att teckenbytet vid sackarosens sönderfall inte är ett hinder utan ett verktyg: mäter man provet före inversionen och efter, beror skillnaden mellan vridningarna på sackarosen ensam, medan allt annat i lösningen tar ut sig självt. Metoden med dubbel polarisation gjorde avläsningen tillförlitlig med ett slag, till och med för grumliga bruksirap.
De nationella skalorna skildes åt i tredje siffran i århundraden, och Internationella kommissionen för enhetliga metoder för sockeranalys förde dem till en enda, genom att binda hundratalet till normalvägningen och till kvicksilvrets gröna linje. Sedan dess skrivs börskontraktet på råsocker i dessa grader, och ett tillägg för en tiondels grad betyder detsamma i London och i São Paulo.
Sockerskalan förvaras av kvarts, inte av socker
Man skulle tro att en sådan skalas normal borde vara sackarosen själv, men för den rollen duger den alls inte: sackaros drar vatten ur luften, grumlas av minsta inblandning och faller sönder av sig själv, och en lösning av den lever räknade dagar. Kvartsen däremot vrider polarisationsplanet i kraft av sin egen byggnad, gör det oförändrat i åratal och kräver varken invägning eller kolv, och därför prövas sackarimetrar med en kvartsplatta som är intygad i grader på samma skala.
Det visar sig att en storhet, uppkallad efter sockret och uttänkt för sockerhandeln, är bunden till ett mineral, till en våglängd och till ett rörs geometri, medan sockret självt uppträder i den kedjan först på slutet, när instrumentet ser på provet. Just denna inrättning gör den till en konventionell skala och inte till en naturkonstant: det som återges här är inte sockret utan samstämmigheten mellan instrument, och därför skriver ICUMSA inte om naturen utan ett protokoll.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och storheter utanför systemet som varken tekniken eller kalendern klarar sig utan.