Thang đường quốc tế
Đơn vị ngoài SI · đại lượng: hàm lượng sacaroza theo góc quay của mặt phẳng phân cực
Dung dịch đường biết quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng, và độ quay ấy tỉ lệ với lượng sacaroza đã hòa tan, đến nỗi chỉ cần chiếu sáng qua một cái ống và xem phải xoay bộ phân tích đi bao nhiêu độ là đủ. Phát hiện này thuộc về Biot và được làm ra năm 1815, còn thương mại bám lấy nó bởi quang học trả lời được câu hỏi mà chẳng phù kế nào trả lời nổi: trong si rô có bao nhiêu là sacaroza cho đúng, chứ không phải chất hòa tan nói chung.
Từ đó cũng sinh ra cặp đôi đẹp đẽ với độ Brix, thứ đo cùng một mẫu qua khối lượng riêng. Brix thấy mọi thứ đã hòa tan — sacaroza, đường nghịch đảo, muối, chất màu — còn phân cực thì hầu như chỉ đáp lại sacaroza, vì thế hiệu của hai con số chính là phần tạp mà người mua không muốn trả tiền. Tỉ số của hai con số ấy ở nhà máy gọi là độ tinh, và chính nó, chứ không phải vị ngọt, định ra giá của lô hàng.
01 · Định nghĩa
Một trăm độ của thang đường quốc tế đã được trao cho lượng cân chuẩn: 26,000 gam sacaroza tinh khiết, hòa tan rồi dẫn tới một trăm mililít, chiếu sáng qua ống dài hai trăm milimét ở hai mươi độ Celsius. Mẫu như thế quay mặt phẳng phân cực đi 34,626 độ nếu chiếu bằng vạch vàng của natri, và cả cái thang chẳng qua chỉ là góc ấy, lấy làm một trăm rồi chia thành một trăm phần bằng nhau.
Khả năng quay phân cực gọi là hoạt tính quang học, và nó dựa trên chỗ phân tử sacaroza không trùng với ảnh của chính mình trong gương. Độ quay tỉ lệ vừa với nồng độ vừa với chiều dài đường đi trong dung dịch, còn hệ số tỉ lệ thì gọi là độ quay riêng; ở sacaroza nó bằng dương sáu mươi sáu phẩy năm, dấu dương nghĩa là quay sang phải, theo chiều kim đồng hồ đối với người quan sát nhìn ngược chiều tia sáng.
Những điều dè dặt ở đây nhiều đúng bằng ở bất cứ thang quy ước nào. Độ quay riêng phụ thuộc vào bước sóng, vì vậy trong ký hiệu đứng chữ D — vạch vàng của natri — dẫu đường kế ngày nay chiếu bằng vạch lục của thủy ngân, nơi một trăm độ đã ứng với 40,777 độ quay. Nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ và vào nồng độ của chính mẫu, cho nên các bảng ICUMSA nêu số hiệu chỉnh riêng, còn ống thì giữ trong máy điều nhiệt.
Một chỗ tinh tế riêng nằm ở chỗ thiết bị không đếm sacaroza, mà đếm tổng độ quay của mọi thứ có trong dung dịch. Chừng nào tạp chất còn trơ về quang học thì số đọc là ngay thật, nhưng hễ sacaroza phân hủy thành glucoza và fructoza thì độ quay tụt xuống, thậm chí đổi dấu, bởi fructoza quay sang trái mạnh hơn glucoza quay sang phải. Hiện tượng ấy gọi là nghịch đảo, và trên nó đã dựng nên cả một phương pháp xác định sacaroza từ hiệu của hai phép đo.
Con trượt định ra trong mẫu tất thảy đã hòa tan bao nhiêu, còn các nút thì chọn xem cái gì đã hòa tan trong đó. Phù kế cùng khúc xạ kế đếm hết thảy như nhau và cho độ Brix; phân cực kế hầu như chỉ đáp lại sacaroza và cho độ của thang đường, vì thế khoảng cách giữa hai thanh chính là phi đường, thứ chẳng ai chịu trả tiền.
Chừng nào sacaroza còn nguyên vẹn thì độ quay tăng sang phải cùng với lượng của nó. Nhưng nếu nó vỡ ra thì từ một chất sinh ra hai, quay về hai phía khác nhau: glucoza sang phải năm mươi ba, fructoza sang trái chín mươi hai, khiến tổng số rơi vào âm. Chính vì sự đổi dấu ấy mà hiện tượng mang tên nghịch đảo, và trên hiệu của độ quay trước và sau nó đã dựng nên phương pháp Clerget.
02 · Quy đổi
Xin nhập con số thiết bị đã chỉ
Bên trong quang học, các phép chuyển đổi là chính xác, bởi một độ của thang chẳng qua là một góc chia cho một số không đổi. Sự gần đúng bắt đầu ở chỗ từ quang học chuyển sang khối lượng: nồng độ rút ra từ góc theo gam trên mililít, còn phần trăm theo khối lượng thì đòi khối lượng riêng của dung dịch, lấy từ bảng.
Chiều dài ống có thể đổi trong phần chỉnh tinh của phiếu: thông thường là hai trăm milimét, nhưng với si rô sẫm màu thì lấy một trăm, còn với dung dịch rất loãng thì lấy bốn trăm.
Tấm thạch anh kiểm định mới là cái thật sự giữ lấy thang này. Sacaroza không dùng làm chuẩn được, bởi nó hút nước, vẩn đục và tự nghịch đảo dần dần; còn thạch anh thì quay ánh sáng bằng chính cấu trúc của mình và làm thế suốt nhiều năm không đổi, cho nên đường kế được kiểm không phải bằng đường mà bằng tấm có chứng nhận theo độ của cùng thang ấy.
| Giá trị | Ghi chú | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Bậc độ lớn
độ quay riêng: sang trái và sang phải04 · Dụng cụ đo
Người ta đo đường bằng gì
Thiết bị được dựng khôn khéo: thay vì đo góc trực tiếp, nó triệt tiêu độ quay của dung dịch bằng độ quay ngược của một nêm thạch anh, và nêm được đẩy cho tới khi trường trở nên đều. Khi ấy thang đã chia thẳng theo độ của thang đường, cho nên người dùng chẳng phải tính toán cũng chẳng phải tra bảng.
Thiết bị vạn năng của nhà hóa học, thang của nó chia ngay thật theo độ góc, còn nguồn sáng là đèn natri với đúng cái vạch D ấy. Bằng nó người ta đo độ quay của bất cứ chất hoạt quang nào, chứ không riêng đường, và vì vậy mọi giá trị lập bảng của độ quay riêng chính là thu được trên nó.
Thiết bị của thang bên cạnh: một cái bắt lấy sự khúc xạ của tia sáng trên mặt lăng kính, cái kia chỉ đơn giản cân một thể tích đã biết, và cả hai đều cho độ Brix, tức tổng của mọi thứ đã hòa tan. Không có chúng thì phân cực còn lại là con số không mẫu, bởi độ tinh của lô được tính như tỉ số của số đọc này với số đọc kia.
Thiết bị duy nhất đếm riêng từng loại đường: mẫu được tách trên cột và thu được các đỉnh riêng của sacaroza, glucoza và fructoza. Ở những lô có tranh chấp và trong trọng tài phòng thí nghiệm, người ta tin chính nó; còn phân cực vẫn ở lại trong thương mại bởi nó trả lời trong một phút và chẳng đòi thuốc thử lẫn cột.
05 · Quy tắc viết
Dấu của độ quay nặng hơn độ lớn của nó
Độ của thang viết liền với chữ La tinh hoa, còn giá trị thì tách ra bằng một khoảng trắng. Ở độ quay riêng, dấu là điều không thể thiếu, bởi không có nó thì chẳng biết mặt phẳng quay về phía nào; trong ký hiệu còn nêu bước sóng và nhiệt độ: chữ D lo phần vạch vàng của natri, còn chỉ số trên lo hai mươi độ Celsius. Độ của thang đường ngay cả với dung dịch tinh khiết cũng không được đặt ngang với độ Brix: các con số có thể trùng nhau, nhưng chúng đo những thứ khác nhau.
Cách viết thứ hai đã bỏ mất dấu, mà thiếu nó thì đại lượng mất một nửa nghĩa: sacaroza và fructoza khác nhau ở hướng hơn là ở con số. Cách thứ ba đặt dấu bằng giữa phân cực và khối lượng riêng, trong khi các con số chỉ có thể trùng ở sacaroza tinh khiết và chẳng chứng minh điều gì. Cách thứ tư nói về «đường» nói chung, dẫu phân cực kế chỉ thấy sacaroza, còn đường nghịch đảo thì nó đếm với dấu ngược lại, tức là trừ đi.
06 · Các đơn vị lân cận
Họ hàng gần nhất là độ Brix — thứ đọc cùng một mẫu qua khối lượng riêng — và độ Plato, dựng theo cùng lối nhưng cho dịch nha bia. Cả hai thang đều trả lời câu hỏi «tất thảy đã hòa tan bao nhiêu», còn thang đường trả lời câu hỏi «trong đó bao nhiêu là sacaroza», vì thế ở nhà máy người ta luôn giữ chúng bên nhau.
chỉ sacaroza
toàn bộ chất khô
độ tinh của lô
Trong các phiếu của Simetrium bên cạnh là độ Brix và độ Plato, các thang tỉ trọng kế °Bé / °Tw / °API, nơi cùng khối lượng riêng ấy được đọc theo lối dầu khí, độ cồn, nơi đường đi tới sau khi lên men, và khối lượng riêng tính bằng kg/m³ như nền chung của tất cả các thang này.
07 · Phần lịch sử
Từ độ quay của ánh sáng tới giá của lô
Jean-Baptiste Biot phát hiện rằng mặt phẳng phân cực bị quay không chỉ bởi tinh thể mà cả bởi dung dịch, và độ lớn của độ quay tăng theo nồng độ. Khi ấy chưa có lời giải thích hóa học, nhưng lập tức rõ ra rằng quang học có thể nhìn vào bên trong một chất mà không phá hủy mẫu, và điều đó hóa ra còn quan trọng hơn chính lý thuyết.
Karl Ventzke nghĩ ra việc chia thiết bị không theo độ góc mà thẳng theo phần trăm đường, lấy độ quay của một lượng cân nhất định làm một trăm. Từ đó người dùng chẳng phải tính toán cũng chẳng phải biết quang học: anh ta đọc một con số có thể chép vào vận đơn, còn nhà máy đường thì có được thiết bị đo lường thật sự đầu tiên của mình.
Clerget hiểu ra rằng sự đổi dấu khi sacaroza phân hủy không phải trở ngại mà là công cụ: nếu đo mẫu trước khi nghịch đảo và sau đó, thì hiệu của độ quay chỉ phụ thuộc vào sacaroza, còn mọi thứ khác trong dung dịch tự triệt tiêu nhau. Phương pháp phân cực kép đã làm cho số đọc trở nên đáng tin ngay lập tức, kể cả với si rô đục của nhà máy.
Các thang quốc gia hàng thế kỷ vẫn rẽ nhau ở chữ số thứ ba, và Ủy ban quốc tế về các phương pháp thống nhất phân tích đường đã đưa chúng về một mối, buộc con số một trăm vào lượng cân chuẩn và vào vạch lục của thủy ngân. Từ đó hợp đồng sàn về đường thô được viết bằng những độ này, và khoản cộng thêm cho một phần mười độ có cùng ý nghĩa ở London cũng như ở São Paulo.
Giữ thang đường là thạch anh, chứ không phải đường
Ngỡ rằng chuẩn của một thang như thế phải là chính sacaroza, nhưng cho vai trò ấy nó hoàn toàn không dùng được: sacaroza hút nước từ không khí, vẩn đục vì chút tạp nhỏ nhất và tự phân hủy, còn dung dịch của nó chỉ sống được vài ngày đếm được. Thạch anh thì ngược lại, quay mặt phẳng phân cực bằng chính cấu trúc của mình, làm thế suốt nhiều năm không đổi và chẳng đòi lượng cân lẫn bình cầu, vì thế đường kế được kiểm bằng tấm thạch anh có chứng nhận theo độ của cùng thang ấy.
Hóa ra một đại lượng mang tên đường và nghĩ ra cho việc buôn đường lại buộc vào một khoáng vật, vào một bước sóng và vào hình dạng của một cái ống; còn chính đường thì chỉ hiện ra ở cuối chuỗi ấy, khi thiết bị nhìn vào mẫu. Chính lối cấu tạo như thế làm nó thành thang quy ước chứ không phải hằng số của tự nhiên: cái được tái lập ở đây không phải đường mà là sự nhất trí giữa các thiết bị, vì vậy ICUMSA không viết lại tự nhiên mà viết lại một quy trình.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng và các đại lượng ngoài hệ, thiếu chúng thì kỹ thuật lẫn lịch đều không chạy.