国际糖度标度
国际单位制之外的单位 · 量:按偏振面旋转角度计的蔗糖含量
糖的溶液能够旋转光的偏振面,而这旋转与所溶蔗糖的量成正比,因此只需隔着一根管子照过去,看检偏器不得不转过多少度即可。这一发现属于毕奥,成于 1815 年,贸易之所以抓住它,是因为光学能回答任何比重计都回答不了的问题:糖浆里究竟有多少是蔗糖,而不是笼统的溶解之物。
由此也就有了与白利度的一对佳偶,那是用密度来量同一份样品的。白利度看见凡溶解之物 — 蔗糖、转化糖、盐类、色素 — 而偏振几乎只对蔗糖有反应,所以两个数之差正是买主不肯出钱的那份杂物。这两个数之比在厂里叫作纯度,正是它,而不是甜味本身,定下一批货的价钱。
01 · 定义
国际糖度标度的一百度归了正常称样:26.000 克纯蔗糖,溶解后定容至一百毫升,在二十摄氏度下由二百毫米长的管子照过。这样一份样品在钠的黄线下会把偏振面旋转 34.626 度,而整条标度不过就是这个角,取作一百,再分成一百等份。
旋转偏振的本领叫作旋光性,它所依凭的是蔗糖的分子与自己的镜像并不重合。旋转既与浓度成正比,也与在溶液中走过的路程成正比,而这比例系数唤作比旋光度;蔗糖是正六十六点五,其中的正表示向右旋转,对迎着光束看的观察者而言是顺时针。
这里的保留同任何约定标度一样多。比旋光度取决于波长,所以记号里立着字母 D — 钠的黄线 — 尽管如今的糖量计用汞的绿线照射,那里一百度已对应 40.777 度的旋转。它也取决于温度,取决于样品自身的浓度,因此 ICUMSA 的表格把修正另列,而管子要放在恒温器里。
另有一处细微之别:仪器所计的不是蔗糖,而是溶液中一切之物旋转的总和。只要杂质在光学上不活动,读数便是诚实的;可蔗糖一旦分解成葡萄糖与果糖,旋转就下降,甚至改换符号,因为果糖向左旋转的力量大过葡萄糖向右。这现象唤作转化,整整一套由两次测量之差求蔗糖的方法便建立其上。
滑块定下样品中总共溶了多少,按钮则选定那里所溶究竟为何物。比重计与折射仪把一切一并计入,给出白利度;偏振计几乎只对蔗糖有反应,给出糖度标度的度数,于是两条之间的空当,正是无人肯出钱的非糖分。
只要蔗糖还完好,旋转便随其量向右增长。可它一旦断裂,一种物质便化作两种,向着相反的方向旋转:葡萄糖向右五十三,果糖向左九十二,于是总和落入负数。正因这一符号之变,此现象才得名转化,而克莱尔热法便建立在转化前后两次旋转之差上。
02 · 换算
请输入仪器所示之数
在光学之内,换算是精确的,因为标度的一度不过是一个角除以一个常数。近似始于由光学转入质量之处:浓度由角得出,单位是克每毫升;而质量百分数则要溶液的密度,那是从表中取来的。
管子的长度可在本页的细调中更改:通常是二百毫米,但对色深的糖浆取一百,对极稀的溶液则取四百。
石英检定片才是真正守着这条标度的东西。蔗糖不宜作基准,因为它吸水、变浑,还会自行慢慢转化;石英却凭自身构造旋转光线,且经年不改,所以糖量计不是用糖来检定,而是用一片以同一标度的度数出具证书的石英片。
| 数值 | 说明 | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · 数量级
比旋光度:向左与向右04 · 测量仪器
用什么量糖
仪器造得机巧:它不去直接量那个角,而是用石英楔的反向旋转把溶液的旋转抵消掉,楔子一直推到视场变得均匀为止。此时标度已直接刻成糖度标度的度数,因此操作者既不必计算,也不必去查表。
化学家的通用仪器,其标度老老实实刻成角度,光源则是带着那条 D 线的钠灯。用它可以量任何旋光物质的旋转,而不只是糖,因此比旋光度的一切表列值正是在它上面得来的。
邻近标度的仪器:一台在棱镜的面上捕捉光束的折射,另一台不过称量一个已知的体积,两者都给出白利度,也就是一切溶解之物的总和。没有它们,偏振便是一个没有分母的数,因为一批货的纯度是按此读数与彼读数之比算出的。
唯一能把每种糖分别计数的仪器:样品在色谱柱上分开,得到蔗糖、葡萄糖与果糖各自的峰。有争议的批次和实验室仲裁,信的正是它;而偏振之所以留在贸易里,是因为它一分钟内就给出答复,既不要试剂,也不要色谱柱。
05 · 书写规则
旋转的符号比它的大小更重
标度的度写作紧贴的大写拉丁字母,数值则用一个空格隔开。比旋光度的符号是必不可少的,因为没有它就不知平面往哪边旋转;记号中还要标明波长与温度:字母 D 管的是钠的黄线,上标管的是二十摄氏度。糖度标度的度数即便对纯溶液也不可与白利度画等号:数字可以相合,量的却是两回事。
第二种写法漏了符号,而没有它,这个量便失去一半意思:蔗糖与果糖之别,与其说在数,不如说在方向。第三种在偏振与密度之间画了等号,可数字相合只在纯蔗糖时才有可能,什么也证明不了。第四种笼统地说「糖」,然而偏振计只看见蔗糖,转化糖则以相反的符号计入,也就是要减去。
06 · 相邻单位
最近的亲族是白利度 — 用密度来读同一份样品的 — 以及柏拉图度,构造一样,只是给啤酒麦汁用。两条标度回答的都是「总共溶了多少」,而糖度标度回答的是「其中有多少是蔗糖」,所以厂里总把它们摆在一处。
只有蔗糖
全部干物质
该批的纯度
在 Simetrium 的档案中 与之相邻的是 Brix 度 和 Plato 度, 比重计的各标度 °Bé / °Tw / °API,同一密度在那里按石油行的读法而读, 酒精度,糖在发酵之后去往之处,以及 以 kg/m³ 计的密度 作为这些标度共同的根基。
07 · 历史部分
从光的旋转到一批货的价钱
让-巴蒂斯特·毕奥发现,旋转偏振面的不只是晶体,还有溶液,而旋转的大小随浓度而增。当时并无化学上的解释,却立刻清楚了一件事:光学能够看进物质内部而不毁坏样品,这比理论本身更为要紧。
卡尔·文茨克想到把仪器刻度不作角度,而径直作糖的百分数,取某一定称样的旋转为一百。自此操作者既不必计算,也不必懂光学:他读到的是一个可以誊入运单的数,而糖厂得到了自己第一台真正的测量仪器。
克莱尔热悟到,蔗糖分解时的符号之变不是障碍而是工具:只要在转化前后各量一次,旋转之差便只取决于蔗糖,溶液中其余一切都相互抵消。双重偏振法一举使读数变得可靠,连厂里浑浊的糖浆也不例外。
各国的标度数百年来在第三位上分歧,国际糖分析统一方法委员会把它们归为一条,将一百系于正常称样与汞的绿线。自那以后,原糖的期货合约便以这些度数书写,而每十分之一度的加价在伦敦与在圣保罗意思相同。
守着糖度标度的是石英,不是糖
照理说,这样一条标度的基准该是蔗糖本身,然而它担此角色实在不成:蔗糖从空气里吸水,一丝杂质就变浑,还会自行分解,它的溶液只活得了数得清的几天。石英则凭自身构造旋转偏振面,经年不改,既不要称样也不要烧瓶,所以糖量计是用以同一标度的度数出具证书的石英片来检定的。
于是可见,一个以糖命名、为糖的贸易而设的量,系在一种矿物、一段波长和一根管子的几何上;而糖本身在这条链上只在末尾才出现,即仪器看向样品之时。正是这样的构造使它成为约定标度而非自然常数:此处所复现的不是糖,而是仪器之间的一致;因此 ICUMSA 改写的不是自然,而是一份规程。
目录 · 计量单位
每个量都有一份档案
七个 SI 基本单位,二十二个有专名的导出单位,以及若干制外量 — 少了它们,工程与历法都转不动。