國際糖度標度
國際單位制之外的單位 · 量:按偏光面旋轉角度計的蔗糖含量
糖的溶液能夠旋轉光的偏光面,而這旋轉與所溶蔗糖的量成正比,因此只需隔著一根管子照過去,看檢偏器不得不轉過多少度即可。這一發現屬於畢奧,成於 1815 年,貿易之所以抓住它,是因為光學能回答任何比重計都回答不了的問題:糖漿裡究竟有多少是蔗糖,而不是籠統的溶解之物。
由此也就有了與白利度的一對佳偶,那是用密度來量同一份樣品的。白利度看見凡溶解之物 — 蔗糖、轉化糖、鹽類、色素 — 而偏光幾乎只對蔗糖有反應,所以兩個數之差正是買主不肯出錢的那份雜物。這兩個數之比在廠裡叫作純度,正是它,而不是甜味本身,定下一批貨的價錢。
01 · 定義
國際糖度標度的一百度歸了正常秤樣:26.000 公克純蔗糖,溶解後定容至一百毫升,在二十攝氏度下由二百毫米長的管子照過。這樣一份樣品在鈉的黃線下會把偏光面旋轉 34.626 度,而整條標度不過就是這個角,取作一百,再分成一百等份。
旋轉偏光的本領叫作旋光性,它所依憑的是蔗糖的分子與自己的鏡像並不重合。旋轉既與濃度成正比,也與在溶液中走過的路程成正比,而這比例係數喚作比旋光度;蔗糖是正六十六點五,其中的正表示向右旋轉,對迎著光束看的觀察者而言是順時針。
這裡的保留同任何約定標度一樣多。比旋光度取決於波長,所以記號裡立著字母 D — 鈉的黃線 — 儘管如今的糖量計用汞的綠線照射,那裡一百度已對應 40.777 度的旋轉。它也取決於溫度,取決於樣品自身的濃度,因此 ICUMSA 的表格把修正另列,而管子要放在恆溫器裡。
另有一處細微之別:儀器所計的不是蔗糖,而是溶液中一切之物旋轉的總和。只要雜質在光學上不活動,讀數便是誠實的;可蔗糖一旦分解成葡萄糖與果糖,旋轉就下降,甚至改換符號,因為果糖向左旋轉的力量大過葡萄糖向右。這現象喚作轉化,整整一套由兩次測量之差求蔗糖的方法便建立其上。
滑桿定下樣品中總共溶了多少,按鈕則選定那裡所溶究竟為何物。比重計與折射儀把一切一併計入,給出白利度;偏光計幾乎只對蔗糖有反應,給出糖度標度的度數,於是兩條之間的空當,正是無人肯出錢的非糖分。
只要蔗糖還完好,旋轉便隨其量向右增長。可它一旦斷裂,一種物質便化作兩種,向著相反的方向旋轉:葡萄糖向右五十三,果糖向左九十二,於是總和落入負數。正因這一符號之變,此現象才得名轉化,而克萊爾熱法便建立在轉化前後兩次旋轉之差上。
02 · 換算
請輸入儀器所示之數
在光學之內,換算是精確的,因為標度的一度不過是一個角除以一個常數。近似始於由光學轉入質量之處:濃度由角得出,單位是公克每毫升;而質量百分率則要溶液的密度,那是從表中取來的。
管子的長度可在本頁的細調中更改:通常是二百毫米,但對色深的糖漿取一百,對極稀的溶液則取四百。
石英檢定片才是真正守著這條標度的東西。蔗糖不宜作基準,因為它吸水、變濁,還會自行慢慢轉化;石英卻憑自身構造旋轉光線,且經年不改,所以糖量計不是用糖來檢定,而是用一片以同一標度的度數出具證書的石英片。
| 數值 | 說明 | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · 數量級
比旋光度:向左與向右04 · 測量儀器
用什麼量糖
儀器造得機巧:它不去直接量那個角,而是用石英楔的反向旋轉把溶液的旋轉抵消掉,楔子一直推到視場變得均勻為止。此時標度已直接刻成糖度標度的度數,因此操作者既不必計算,也不必去查表。
化學家的通用儀器,其標度老老實實刻成角度,光源則是帶著那條 D 線的鈉燈。用它可以量任何旋光物質的旋轉,而不只是糖,因此比旋光度的一切表列值正是在它上面得來的。
鄰近標度的儀器:一台在稜鏡的面上捕捉光束的折射,另一台不過秤量一個已知的體積,兩者都給出白利度,也就是一切溶解之物的總和。沒有它們,偏光便是一個沒有分母的數,因為一批貨的純度是按此讀數與彼讀數之比算出的。
唯一能把每種糖分別計數的儀器:樣品在層析管柱上分開,得到蔗糖、葡萄糖與果糖各自的峰。有爭議的批次和實驗室仲裁,信的正是它;而偏光之所以留在貿易裡,是因為它一分鐘內就給出答覆,既不要試劑,也不要管柱。
05 · 書寫規則
旋轉的符號比它的大小更重
標度的度寫作緊貼的大寫拉丁字母,數值則用一個空格隔開。比旋光度的符號是必不可少的,因為沒有它就不知平面往哪邊旋轉;記號中還要標明波長與溫度:字母 D 管的是鈉的黃線,上標管的是二十攝氏度。糖度標度的度數即便對純溶液也不可與白利度畫等號:數字可以相合,量的卻是兩回事。
第二種寫法漏了符號,而沒有它,這個量便失去一半意思:蔗糖與果糖之別,與其說在數,不如說在方向。第三種在偏光與密度之間畫了等號,可數字相合只在純蔗糖時才有可能,什麼也證明不了。第四種籠統地說「糖」,然而偏光計只看見蔗糖,轉化糖則以相反的符號計入,也就是要減去。
06 · 相鄰單位
最近的親族是白利度 — 用密度來讀同一份樣品的 — 以及柏拉圖度,構造一樣,只是給啤酒麥汁用。兩條標度回答的都是「總共溶了多少」,而糖度標度回答的是「其中有多少是蔗糖」,所以廠裡總把它們擺在一處。
只有蔗糖
全部乾物質
該批的純度
在 Simetrium 的檔案中 與之相鄰的是 Brix 度 和 Plato 度, 比重計的各標度 °Bé / °Tw / °API,同一密度在那裡按石油業的讀法而讀, 酒精濃度,糖在發酵之後去往之處,以及 以 kg/m³ 計的密度 作為這些標度共同的根基。
07 · 歷史部分
從光的旋轉到一批貨的價錢
讓-巴蒂斯特·畢奧發現,旋轉偏光面的不只是晶體,還有溶液,而旋轉的大小隨濃度而增。當時並無化學上的解釋,卻立刻清楚了一件事:光學能夠看進物質內部而不毀壞樣品,這比理論本身更為要緊。
卡爾·文茨克想到把儀器刻度不作角度,而逕直作糖的百分率,取某一定秤樣的旋轉為一百。自此操作者既不必計算,也不必懂光學:他讀到的是一個可以謄入運單的數,而糖廠得到了自己第一台真正的測量儀器。
克萊爾熱悟到,蔗糖分解時的符號之變不是障礙而是工具:只要在轉化前後各量一次,旋轉之差便只取決於蔗糖,溶液中其餘一切都相互抵消。雙重偏光法一舉使讀數變得可靠,連廠裡混濁的糖漿也不例外。
各國的標度數百年來在第三位上分歧,國際糖分析統一方法委員會把它們歸為一條,將一百繫於正常秤樣與汞的綠線。自那以後,原糖的期貨合約便以這些度數書寫,而每十分之一度的加價在倫敦與在聖保羅意思相同。
守著糖度標度的是石英,不是糖
照理說,這樣一條標度的基準該是蔗糖本身,然而它擔此角色實在不成:蔗糖從空氣裡吸水,一絲雜質就變濁,還會自行分解,它的溶液只活得了數得清的幾天。石英則憑自身構造旋轉偏光面,經年不改,既不要秤樣也不要燒瓶,所以糖量計是用以同一標度的度數出具證書的石英片來檢定的。
於是可見,一個以糖命名、為糖的貿易而設的量,繫在一種礦物、一段波長和一根管子的幾何上;而糖本身在這條鏈上只在末尾才出現,即儀器看向樣品之時。正是這樣的構造使它成為約定標度而非自然常數:此處所複現的不是糖,而是儀器之間的一致;因此 ICUMSA 改寫的不是自然,而是一份規程。
目錄 · 計量單位
每個量都有一份檔案
七個 SI 基本單位,二十二個有专名的導出單位,以及若干制外量 — 少了它們,工程与曆法都轉不動。