STEP 10- I libri

Possiamo trovare alcuni libri e articoli in cui il saccarimetro assume un ruolo predominante:

1. Frederick Bates et al., Circolare 440: Polarimetry, Saccharimetry, and the Sugars, Washington, DC: Government Printing Office (1942).

2. C. A. Browne e F. W. Zerban, Metodi fisici e chimici di analisi dello zucchero: un trattato pratico e descrittivo per l'uso nei laboratori di ricerca, tecnici e di controllo, terza ed., New York: John Wiley & Sons (1941).

3. Sidney Mintz, Sweetness and Power: The Place of Sugar in Modern History, Penguin, New York (1986)

4. Deborah Jean Warner, Museo Nazionale di Storia Americana, Smithsonian Institution, How Sweet it Is: Sugar, Science and the State, articolo non pubblicato. 6 aprile 2006

5. The International Sugar Journal: un periodico tecnico e commerciale interamente dedicato all'industria dello zucchero, Vols. II-XXVII, 1900-1926, St. Dunstan’s Hill, Londra, EC3.

6. Frederick Bates e J. C. Blake, The Influence of Basic Lead Acetate on the Optical Rotation of Sucrose in Water Solution, Bulletin of the Bureau of Standards 3, no. 1 (1907)

STEP 9- L' inventore

                                                                                                                                                                   

                                        Fig.1   l'inventore Luis Jules Duboscq  

                                        

                                                                                  Fig. 2

                                                  Firma di Luis Jules Duboscq su un saccarimetro 

Luis Jules Duboscq nacque nel 1817 nel soppresso dipartimento francese di Seine-et-Oise. Nel 1834 iniziò l'apprendistato presso Jean-Baptiste-François Soleil, un importante costruttore di strumenti ottici che aveva ereditato l'attività dal padre François. Il laboratorio di Soleil costruiva e commercializzava svariati strumenti ottici, comprese lanterne magiche, anortoscopio (strumento che permetteva la visione di immagini anamorfiche distorte), lampade a gas e illuminazione elettrica.


Nel 1839 Dusboscq sposò una delle figlie di Soleil, Rosalie Jeanne Josephine. Quando il suocero si ritirò, nel 1849, Duboscq ne rilevò il laboratorio degli strumenti, mentre il laboratorio delle lenti passò al figlio di Soleil, Henri.

Negli anni '40 del XIX secolo costruì il saccarimetro, perfezionato poi da suo genero e successore Jules Duboscq, uno strumento utilizzato per determinare con metodo ottico, la concentrazione delle soluzioni zuccherine capaci di ruotare il piano di polarizzazione della luce.
                     
Modello di saccarimetro di Soleil e Duboscq presente al Museo della Fondazione Scienza e Tecnica di Firenze

L'apparecchio ebbe una grande diffusione nell'industria dello zucchero. Evitando laboriose analisi chimiche, consentiva esami rapidi e affidabili fornendo tipo e concentrazione dello zucchero nella soluzione in esame, così da scongiurare sofisticazioni alimentari.

In particolare, per quanto riguarda la barbabietola da zucchero (sugar beet), in tutti i paesi del mondo dove si è sviluppato un settore economico bieticolo, le industrie saccarifere e le associazioni dei produttori agricoli sono sempre state interessate alla messa a punto di una metodica comune e convenzionale, per la determinazione del grado zuccherino della materia prima.

Questo, allo scopo di stabilire un criterio univoco di valutazione merceologica delle bietole conferite agli stabilimenti.

Nel passato, fin dagli albori dell’industria saccarifera, quando essa attraversava il primo periodo, cosiddetto “pionieristico”, per questo tipo di analisi si utilizzavano metodiche diverse, da paese a paese. Le differenze erano talvolta poco rilevanti e riguardavano perlopiù pesi e volumi. A volte erano invece sostanziali, e si basavano su principi e tecniche distinte. Tutto questo in continua evoluzione, decennio dopo decennio, da paese a paese, attraverso percorsi di ricerca e sviluppo paralleli.

per approfondimenti vedi: https://www.wikiwand.com/it/Louis_Jules_Duboscq#/citenotedatingau1

STEP 8- I materiali

 I materiali utilizzati per la costruzione degli saccarimetri sono vari e si differenziano a seconda delle tipologie di saccarimetri costruiti.

In generale tutti i saccarimetri posseggono una base formata da più tubi, i quali in antico venivano costruiti in ottone (bress), in seguito ci sono state aggiunte di ferro (iron), metallo (metal), nichel( nickel) oppure acciaio (steel) per rendere l'oggetto più resistente e perchè alcuni materiali erano più semplici e anche meno costosi da trovare.

I tubi del saccarimetro hanno alle estremità alcuni dischi in vetro (glass) attraverso i quali è possibile osservare l'attività ottica, infine vengono anche utilizzati l'avorio (ivory) e il quarzo (quartz), materiali utilizzati per il prisma analizzatore e polarizzatore interno.

Materiali: 

• ottone 
• ferro
• metallo
• avorio 
• vetro
• quarzo

Per altre informazioni sui vari saccarimetri e i loro materiali visita il sito:

http://waywiser.fas.harvard.edu/objects/14727/saccharimeter;jsessionid=3EB4350FD628A57D36AF16ABDCF49128

STEP 7- Un mito

Legato allo strumento del saccarimetro, come strumento di misura dello zucchero, possiamo trovare alcuni miti. In particolare lo zucchero in inglese viene tradotto come "sugar"e troviamo un riferimento a quest'ultimo nella mitologia basca. 

In mitologia basca, Sugaar (chiamato anche: Sugar,Sugoi, Maju, Sugahar) è una divinità maschile, associato alle tempeste ed i tuoni. Al contrario della sua metà femminile, Mari, non sono molte le leggende che parlano di lui: generalmente, viene rappresentato assieme alla consorte, intento a generare violente tempeste.



Si suppone che Sugaar abiti in regioni sotterranee, da dove esce sulla superficie della terra attraverso l’apertura di certi antri, come il precipizio di Agamunda e Sugaarzulo di Kutzegorri, situati in Ataun. Abita anche nella caverna Bolzala(Dima), nella cui regione è conosciuto con il nome di Sugoi “serpente”. Si dice che sebbene molte volte si sia presentato sotto forma di serpente sia stato visto anche in forma umana come viene raccontato in una leggenda che ci riferisce dell’incontro che ebbero due fratelli nella caverna di Balzola.

La leggenda maggiore, comunque, riguarda la sua seduzione di una principessa scozzese nel villaggio di Mundaka. Da questo rapporto, sarebbe poi nato il primo Signore di Biscalia, Jaun Zuria. Questa leggenda è stata la base per rivendicazioni di autonomia della Biscaglia dalla Navarra, ma la mancanza di fonti storiche non ha mai permesso di sostenere l'esistenza di questo Signore. Tuttavia, l'antica tradizione che prevede la precedenza del voto nel Biltzar (il Parlamento Basco) dei membri di Mundaka, potrebbe essere dovuta proprio ad una sorta di verità della leggenda.

In ogni città questa divinità assume un significato diverso per le popolazioni locali.

Ad Ataun, si dice che Sugaar avesse due case: nelle caverne di Amunda e di Atarreta. Si dice anche che si possa vederlo attraversare il cielo sotto forma di una mezzaluna di fuoco, considerata presagio di tempesta. In quest'area, inoltre, si dice che Sugaar punisca i figli che disobbediscono ai genitori.

Nella regione di Azcoitia tale genio è chiamato Maju, come il marito del personaggio mitico Mari, con cui si incontra tutti i venerdì, o che va a pettinare nella sera di venerdì, momento nel quale si scatena una forte tormenta, secondo quanto riferiscono a Zarauz.

A Betelu è conosciuto come Suarra e considerato un demone. Dicono inoltre che viaggi nel cielo sotto forma di Fulmine globulare, tra le montagne Balerdi ed Elortalde.

Questo Sugahar o serpente è quello che Lope Garcia de Salazar, nella sua “Cronica de siete casas de Vizcaya y Castilla” (1454), disse essere un diavolo che in Vizcaya si chiama Celebro, signore della casa e dalla cui unione con una principessa che viveva in Mundaka nacque Juan Zuria, primo signore di Vizcaya.

                                            Una versione moderna del serpente Sugaar

BIBLIOGRAFIA:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sugaar#Local_legends_on_Sugaar

http://www.arcadia93.org/mari.html

                               

STEP 6- Un simbolo

 

Ora possiamo proporre una simbologia che leghi il saccarimetro alla sua produzione e alla misurazione dello zucchero in più contesti storici.

Questa prima immagine raffigura come lo zucchero nel 1894 ebbe un ruolo predominante, in particolare viene imposta la tassa sullo zucchero.

Fig.1 

La copertina di Harper's Weekly dell' 8 settembre 1894, mostra il periodo in cui si impone la tassa sullo zucchero, periodo in cui il saccarimetro divenne molto utilizzato

The cover of Harper’s Weekly from September 8, 1894, entitled “Gorman’s Triumph – A Humiliating Spectacle,” shows the victorious sugar trust pulling a defeated President Cleveland. Congressman Wilson and his low-tariff bill are crushed under the wheel of the chariot. (Harper’s Magazine, www.harpweek.com)

Queste immagini ci mostrano  come alla base del saccarimetro ci sia l'attività ottica raffigurata schematicamente in questo modo:

Fig.3 

simbologia dell' attività polarizzante del saccarimetro 

Fig. 4 

 simbologia riguardante l' attività polarizzante del saccarimetro 

STEP 5- Il principio fisico e le sue formule

 

Nella saccarimetria viene utilizzata la proprietà dell'attività ottica degli zuccheri. 

Il saccarimetro segue in particolare il seguente principio fisico.

Le soluzioni zuccherine sono otticamente attive: esse ruotano il piano di polarizzazione della luce polarizzata che le attraversa. L'angolo di rotazione dipende sia dal tipo di zucchero che dalla concentrazione della soluzione che può così essere determinata con il saccarimetro. La luce di un becco a gas viene polarizzata da un prisma e passa attraverso un biquarzo, un tubo da saggio, un compensatore, un prisma di Nicol con una lamina di quarzo (che formano il "generatore di tinte") e viene infine analizzata da un prisma posto presso l'oculare. L'immagine che appare nell'oculare viene focalizzata e con il "generatore di tinte" è possibile trovare il rosa-violetto detto "tinta sensibile" Regolando la posizione dei sottili prismi di quarzo del compensatore i due semicerchi del campo oculare devono apparire esattamente dello stesso colore. La scala indica lo 0. Il tubo viene riempito di soluzione zuccherina e inserito nello strumento. La rotazione del piano di polarizzazione della luce da esso prodotta cambia i colori dei settori semicircolari nel campo visivo. Agendo sui prismi del compensatore è possibile riequalizzare i colori. Dalla lettura della scala è finalmente possibile ricavare la concentrazione della soluzione in esame.

Per le sostanze otticamente attive, vale la seguente legge:

 

a = (|a |²⁰_D * l * c) / 100

 

dove |a |²⁰_D  è una costante chiamata Potere Rotatorio Specifico della sostanza (per il saccarosio è pari a +66.5°, il segno + significa rotazione destrogira), dipendente dalla temperatura e dalla lunghezza d’onda della luce, e rappresenta l’angolo di rotazione del piano di polarizzazione della luce, che la sostanza determina alla concentrazione di 1 g/ml, attraversata da luce polarizzata di lunghezza d’onda pari a 589 nm (riga spettrale gialla del sodio), usando un tubo polarimetrico lungo 10 cm, alla temperatura di 20 °C.

 

 a è l’attività ottica, ossia l’angolo di rotazione del piano di polarizzazione, osservato al polarimetro.

 

c è la concentrazione della sostanza in soluzione, espressa in g/100 ml

 

l è la lunghezza del tubo polarimetrico espressa in decimetri

L’attività ottica di composti come gli zuccheri, deriva dalla particolare struttura geometrica delle molecole. In esse, sono presenti atomi di carbonio detti “chirali” poiché formano 4 legami con quattro gruppi o sostituenti diversi tra loro.

Se esaminiamo la formula di struttura del disaccaride saccarosio, di seguito riportata (si consideri che gli atomi di carbonio chirali si trovano sui vertici delle 2 strutture ad anello), possiamo renderci conto di questa caratteristica.

                                                                

I saccarimetri possono essere altresì utilizzati per misurare il coefficiente di purezza del saccarosio. 

Per il controllo di routine dell’efficienza e accuratezza dei saccarimetri nei laboratori tare e analisi degli zuccherifici, viene misurata la polarizzazione di una soluzione zuccherina a titolo noto, la cosiddetta “titolata a peso”.

Essa viene preparata secondo questa formula:

 

g = ( 130 X Pol X Vol  ) / K

 

dove:  g è il peso in grammi del saccarosio da pesare per preparare la soluzione titolata a peso

          Pol è il valore di polarizzazione che deve essere rilevato misurando polarimetricamente la soluzione

          Vol è il volume in litri, della soluzione da preparare

          K è il coefficiente di purezza % del saccarosio utilizzato nella preparazione

BIBLIOGRAFIA:

https://www.physikalische-schulexperimente.de/physo/Saccharimetrie_-_Konzentrationsbestimmung_von_w%C3%A4ssrigen_Zuckerl%C3%B6sungen_%C3%BCber_die_optische_Aktivit%C3%A4t#Didaktischer_Teil

http://www.abicisac.it/servizi/agronomico/METODO_SACHSLEDOCTE.htm

http://www.fisica.uniud.it/URDF/secif/ottica/zucchero.html

 

 

 

 

STEP 4- La scienza

 Le scienze direttamente legate al saccarimetro sono la saccarochimica e l'ottica (optics).

 La saccarochimica è un particolare campo specialistico della ricerca chimica; essa racchiude lo studio e lo sviluppo di metodologie analitiche applicate all’industria per la produzione e la raffinazione dello zucchero alimentare, sia esso di barbabietola o di canna.

Storicamente, la determinazione chimico – analitica del grado zuccherino ha sempre seguito due vie parallele: quella polarimetrica e quella rifrattometrica. La prima è la più importante, sia per applicazione, sia per attendibilità della misura.

Sfruttano, rispettivamente, due diverse proprietà chimico – fisiche delle soluzioni zuccherine: l’attività ottica (ossia il fatto che ruotano di un angolo ben preciso, variabile a seconda del tipo di zucchero, il piano di polarizzazione della luce polarizzata che le attraversa) e l’indice di rifrazione (ossia il potere, quando attraversate da un raggio di luce, di deviarne la direzione secondo uno specifico angolo di rifrazione).

L' ottica è la branca della fisica che studia i fenomeni relativi alla propagazione della luce (nel vuoto e nei mezzi materiali) e gli effetti della sua interazione con i corpi, nonché le proprietà e la costituzione degli strumenti atti a fornire, a diversi fini, immagini degli oggetti, o a emettere radiazione luminosa, oppure a misurarne le grandezze caratteristiche. 

Può essere suddivisa in: ottica geometrica, ottica ondulatoria, ottica elettromagnetica, ottica fisica, ottica non lineare e ottica quantistica.

I saccarimetri quindi trovano grande applicazione in:

• ambito vinicolo in quanto viene utilizzato per correggere la quantità di zucchero nel mosto del vino (wine must).
• ambito medico(medicine) per la misurazione delle urine

BIBLIOGRAFIA:

http://www.abicisac.it/servizi/agronomico/METODO_SACHSLEDOCTE.htm

https://de.wikipedia.org/wiki/Saccharometer

https://itisravenna.edu.it/corso/chim/impianti/saccarimetria.htm

STEP 3- Il glossario

Il saccarimetro è un polarimetro avente come scala graduata  un settore circolare ovvero una parte (pari a 34.58°) della scala di polarimetro che viene posta a 100 (fondo scala).   

Il polarimetro è un dispositivo ottico costituito dai seguenti componenti, disposti linearmente:

  ·  una sorgente di luce (sodium lamp), ossia una lampada

  ·   un polarizzatore (polarizer), avente la funzione di polarizzare la luce, che consiste in due monocristalli di calcite incollati insieme con balsamo del Canada (prisma di Nicol), oppure in un polaroid

  ·   un tubo in vetro oppure metallico munito di vetrini alle estremità, ossia la vera e propria cella di misura, alloggiato in opportuno sostegno, che permette l’ingresso e l’uscita della soluzione in esame

  ·   un anlizzatore (analyzer), analogo al polarizzatore con l’unica differenza che esso non è fisso ma libero di ruotare per intercettare il piano di polarizzazione della luce (ruotato in caso di presenza nel tubo, di una sostanza otticamente attiva) e determinarne l’angolo di rotazione

  ·    una scala graduata (graduated scale), con indicatore solidale all’analizzatore, che consente la misurazione dell’angolo di rotazione

Per altre informazione vedi :

http://www.chimicaorganica.net/tag/polarimetro

http://www.abicisac.it/servizi/agronomico/METODO_SACHSLEDOCTE.htm

STEP 2-L' immagine

Descrizione:

Lo strumento è corredato da 4 tubi per l’esame delle soluzioni. Tutti sono cilindrici, d’ottone e chiusi alle estremità da dischi di vetro trattenuti da ghiere filettate. Il tubo di dimensioni maggiori ha due piedini ed un piccolo tubo vetricale nel quale si infila un termometro (oggi scomparso). Il termometro è utilizzato durante il processo di inversione, cioè durante la trasformazione, mediante acido cloridrico, dello zucchero cristallizzabile (destrogiro) in zucchero non cristallizzabile (levogiro). Questo processo viene utilizzato quando nelle melasse in esame si trovano altre sostanze attive oltre lo zucchero: in questo modo grazie a due misure (prima e dopo l’inversione) è possibile determinare l’esatta quantità di zucchero cristallizzabile.

Immagine tratta da https://nistdigitalarchives.contentdm.oclc.org/digital/collection/p15421coll3/id/1112/rec/1

STEP 1-Il nome

Il saccarimetro è un termine composto da sàccaro- (o sàccari-) [dal latino sacchărum, in greco σάκχαρον «zucchero di canna», voce di origine indoeur.]  che significa «che contiene zucchero, che ha relazione con lo zucchero» e -metro [dal greco μέτρον «misura», in composizione -μετρον], avente significo generico di «misura». Possiamo trovare questo termine in inglese come saccharimeter e in francese come saccharimètre. 

Nell’Ottocento, i problemi relativi all’igiene, alle sofisticazioni alimentari e ai bisogni della merceologia resero necessario eseguire controlli sistematici e scientifici su numerosissime merci e prodotti. Grazie alle nuove scoperte della fisica, fu possibile realizzare strumenti in grado di eseguire controlli sistematici.   

Il caso dell’ottica è particolarmente importante. Si scoprì, in effetti, come un fascio di luce polarizzata che attraversa una soluzione zuccherina viene fatto ruotare di un angolo proporzionale alla concentrazione della soluzione. Inoltre vari tipo di zucchero provocavano una rotazione in senso orario o antiorario. 

Grazie alla scoperta di questi fenomeni, venne ideato il saccarimetro, uno strumento, nato negli anni ’40 del XIX secolo grazie al costruttore Jean Baptiste François Soleil detto Soleil père (1798-1878) e perfezionato poi dal suo genero e successore Jules Duboscq (1817-1886), e utilizzato per determinare la concentrazione del saccarosio presente in una soluzione. 

Per altre informazioni visita il sito:

 https://www.treccani.it/vocabolario/saccarimetro/