Jak určit hustotu pomocí laboratorních vah?
Měření hustoty kapalin a pevných látek pomocí laboratorních vah
Řekněte nám prosím o svém úkolu. Vyžádejte si ceny nebo informace Zavolejte specialistovi Vyžádejte si informace Vyžádejte si online demo /content/kz/ru/home/applications/Laboratory_weighing/density-measurement.fb.1.c.11.html Vyžádejte si ceny
Jaký je nejlepší způsob, jak určit hustotu pevných látek?
Nejlepšími metodami pro stanovení hustoty pevných látek jsou měření vztlaku a posunutí založená na Archimédově principu. Obě metody využívají kapalinu o známé hustotě, která se vzorkem nereaguje, ale důkladně jej smáčí. Do kapaliny lze přidat smáčedlo.
Postup měření hustoty pomocí vah zahrnuje mnoho kroků. Jak to zjednodušit?
Vestavěná aplikace váhy poskytuje pokyny krok za krokem. Váhy řady Excellence mají předem naprogramované pracovní postupy pro pět různých metod stanovení hustoty. Vstupní a základní stupnice definují pracovní postupy pro dvě metody.
Co je potřeba k určení hustoty kapalin?
Kromě sady pro měření hustoty je zapotřebí další skleněné tělísko o objemu 10 ml. Hustota se vypočítá z rozdílu hmotnosti závaží ve vzduchu a v kapalině. Alternativně lze použít pyknometr nebo digitální hustoměr.
Můj vzorek má hustotu menší než voda a plave!
Košík v sadě pro měření hustoty lze převrátit tak, aby lehčí vzorky zůstaly v kapalině a nevyplavaly na hladinu. Pokud je vztlaková síla působící na koš příliš velká, umístěte další závaží na horní závaží sady a opakujte postup měření. Můžete také použít jinou kontrolní kapalinu s nižší hustotou.
Problémy vznikají při měření kvůli velkému množství bublinek na vzorku.
Přidejte několik kapek smáčedla do kontrolní kapaliny. Nechte přes noc, aby všechen rozpuštěný plyn mohl uniknout. K očištění vzorku a sady od bublin použijte měkký kartáč.
Jakou stupnici bych měl použít, abych získal přesné hodnoty hustoty?
Přesnost měření hustoty je ovlivněna tolerancí metody (vliv bublin apod.), přesností měření teploty a vážení. Každé měření v JAKÉKOLIM měřítku se vyznačuje nejistotou. Pochopení zdroje této nejistoty je klíčem k přesným výsledkům vážení. Přesnost váhy není určena její diskrétností, ale její reprodukovatelností a minimální čistou hmotností vzorku. Pro výběr vhodné váhy potřebujete znát nejmenší hmotnost, kterou plánujete vážit, a požadovanou přesnost výsledků (tj. tolerance). Mezinárodní standard vážení METTLER TOLEDO GWP ® vám pomůže vybrat tu správnou váhu pro vaši konkrétní aplikaci. Doporučení bezplatné váhy je k dispozici u vašeho místního zástupce METTLER TOLEDO. Zjistěte, zda vaše stávající váha splňuje vaše požadavky na kvalitu. Doporučení GWP
Je požadováno stanovení hustoty pevných plastových vzorků v souladu s ISO 1183-1. Jaké váhy jsou k tomu vhodné?
Podle ISO 1183-1 je požadována váha s odečitatelností 0,1 mg nebo nižší a je žádoucí, aby hmotnost vzorku byla alespoň 1 g Z hlediska minimální čisté hmotnosti je přijatelné vážení vzorků o hmotnosti alespoň 1 g na váze s odečitatelností 0,1 mg. Kromě požadované přesnosti vah je však třeba zohlednit i technologické tolerance procesů. Bezplatná služba METTLER TOLEDO GWP ® Recommendation vám pomůže vybrat tu správnou váhu pro vaši konkrétní aplikaci. Doporučení GWP
Potíže vznikají při provádění složitého postupu.
Postup měření hustoty se skládá z několika fází. Někdy musíte chvíli počkat, než se hodnoty ustálí. Proto může být snadné se splést, zejména při provádění několika úkolů najednou. Vestavěná aplikace váhy poskytuje pokyny krok za krokem. Každý pokyn je nutné potvrdit stisknutím tlačítka „OK“, takže obsluha vždy ví, v jaké fázi se nachází.
Jak zlepšit sledovatelnost měření?
Připojte ke své váze snímač čárových kódů a rychle a přesně čtěte metadata, jako je ID vzorku, číslo šarže, číslo objednávky atd. S tiskárnami METTLER TOLEDO řady P-50 můžete tato metadata, výsledky a datum a čas měření vytisknout.
Jak vyhodnotit výsledky měření několika vzorků?
Při provádění série stanovení hustoty použijte funkci statistiky na váze METTLER TOLEDO. Rychle vytvoří trendy pro data a pomůže vám při práci dělat správná rozhodnutí.
Kde najdu tabulku hodnot hustoty?
Váhy XPR, XSR, MS-TS, ML-T a ME-T mají vestavěnou databázi hodnot hustoty pro běžně používané referenční kapaliny. Hodnota hustoty je upravena na základě zadané teploty.
Jak se vyhnout chybám ve výpočtech hustoty?
Aplikace pro analýzu hustoty XPR, XSR a MS-TS provádí všechny výpočty za uživatele. Vše, co musíte udělat, je zadat teplotu a vybrat řídicí kapalinu, která se má použít. Váha zaznamenává hodnoty hmotnosti a automaticky vypočítá hustotu.
Jak mohu zjednodušit dokumentaci výsledků měření hustoty?
Aplikace pro analýzu hustoty na váhách MS-TS, ML-T a ME-T pomáhá vytvořit zprávu o sérii měření. Zprávu lze vytisknout nebo uložit na USB flash disk. Váhy XPR a XSR v kombinaci se softwarem LabX nabízejí flexibilnější nastavení. Zprávy lze rozšířit o grafy a tabulky a odeslat je přímo do systému LIMS nebo ERP.
Hustota vzorku je důležitým ukazatelem kvality surovin a hotových výrobků. Existují různé metody pro přesné stanovení hustoty pevných, viskózních a kapalných materiálů, jako jsou kovy, plasty, chemikálie, maziva a potraviny.
Stanovení hustoty pro kontrolu kvality
Nehomogenita surovin, indikovaná odchylkami v hustotě, může mít škodlivý vliv na kvalitu konečného produktu. Čistota materiálu se kontroluje měřením hustoty suroviny. Pokud je uvedená látka nahrazena levnější náhražkou, bude se naměřená hustota směsi lišit od hustoty čisté látky.
Hodnoty hustoty se také používají ke kontrole homogenity. Pokud vyrobený díl není homogenní, zhorší se tak důležité vlastnosti, jako je pevnost a odolnost proti praskání. Například vzduchová bublina uvnitř dílu může způsobit jeho prasknutí při zatížení. Náhodný odběr vzorků dílů je jednoduchý a cenově výhodný způsob kontroly kvality během výroby.
Proč je přesné vážení tak důležité
V laboratoři se gravimetrické stanovení hustoty provádí metodami založenými na Archimedově zákoně (areometrická metoda), principu posunu a využití pyknometru.
Nejběžnější způsob měření hustoty je založen na působení vztlakové síly, která vzniká podle Archimédova zákona: těleso ponořené do kapaliny ztratí na hmotnosti tolik, kolik váží jím vytlačená kapalina. Tento starověký princip, navržený kolem roku 200 před naším letopočtem, e. a dnes slouží pro gravimetrické stanovení hustoty. U této metody přesnost výsledků přímo závisí na přesnosti vážení.
Chcete-li se dozvědět více, přejděte do jedné z následujících částí:
- Postup měření a možné problémy
- Řešení METTLER TOLEDO
- Často kladené dotazy
Postup stanovení hustoty pevných látek
Hydrometrická metoda: Archimédův zákon v akci
Podle Archimédova zákona je těleso částečně nebo úplně ponořené do kapaliny vystaveno vztlakové síle směřující vzhůru. Velikost této síly se rovná
hmotnost tekutiny vytlačené tělem.
Pevná látka je suspendována ve vzduchu (A) a poté v pomocné kapalině (B) o známé hustotě. Hustotu tělesa ρ lze vypočítat takto:
ρ = hustota vzorku;
A = hmotnost vzorku ve vzduchu;
B = hmotnost vzorku v pomocné kapalině;
ρ = hustota pomocné kapaliny;
ρL = hustota vzduchu.
Je třeba vzít v úvahu teplotu kapaliny, protože její kolísání může změnit hustotu o 0,001 až 0,1 na stupeň Celsia. Změny
se objeví na třetím desetinném místě.
Kliknutím sem se dozvíte více o měření hustoty
Pokud je známa hmotnost a objem vzorku (pevného nebo kapalného), lze jeho hustotu vypočítat pomocí vzorce:
Problémy při určování objemu
Přesné vážení vzorku je poměrně snadné, ale stanovení objemu může být složité.
Vztlaková síla
Hydrostatická metoda vážení (využívající Archimédův princip) řeší problém stanovení objemu, protože zahrnuje vážení vzorku ve dvou různých prostředích (vzduch a kapalina). V obou případech lze tedy objem považovat za konstantní.
V jednoduché verzi vytěsňovací metody je objem pevné látky určen zvýšením hladiny kapaliny, do které je vzorek ponořen.
Naopak ponořením předmětu o známém objemu do kapaliny neznámé hustoty lze určit rozdíl v hmotnosti (ve vzduchu a v kapalině) a dále vypočítat hustotu kapaliny.
Pyknometr je speciální skleněná baňka, obvykle o známém objemu. Nejčastěji se používá pro stanovení hustoty kapalin. Pyknometr se nejprve zváží prázdný a poté se naplní testovanou kapalinou. Hustota vzorku se vypočítá jako rozdíl mezi výsledky vážení (tj. hmotnost vzorku) dělený objemem pyknometru.
K určení hustoty prášků nebo granulí se také používá pyknometr.
Digitální hustoměr
Dutá skleněná trubice volně kmitá při určité frekvenci. Když je zkumavka naplněna, mění se frekvence její oscilace: čím větší je hmotnost vzorku, tím nižší je frekvence. Digitální hustoměry měří frekvenci a převádějí ji na hustotu.
Následující tabulka poskytuje srovnání těchto čtyř metod.
Hustotu pevného vzorku lze určit ze známé hustoty kapaliny a dvou hmotnostních hodnot.
Hustotu kapalného vzorku lze určit ze známého objemu kontrolního tělesa a dvou hodnot hmotnosti.
Měření hustoty čisticích a dezinfekčních prostředků Relevantní pro: Výrobce a uživatele čisticích a dezinfekčních prostředků Složení kapalných čisticích a dezinfekčních prostředků lze kontrolovat během výrobního procesu a v konečném produktu stanovením hustoty, vzhledem k tomu, že testovaná kapalina je binární směs. Pokud kapalina obsahuje jen velmi malé množství přísad, lze ji s rozumnou přesností stále považovat za binární směs. Někteří výrobci prodávají tyto čisticí a dezinfekční prostředky na objem, jiní na váhu. Díky tomu je správný převod hmotnosti na objem důležitým krokem, který bude podrobně popsán v této zprávě o aplikaci.
1 Úloha čisticích a dezinfekčních prostředků
Bezpečnost spotřebitelů vyžaduje čištění a dezinfekci v mnoha oblastech použití, které jsou náchylné ke kontaminaci, jako jsou výrobní zařízení, podlahy, nástroje, ruce a další. Tekuté čisticí prostředky se dodávají v různých složeních, včetně výrobků na bázi vody a alkoholu. Produkty na vodní bázi obsahují kyseliny, zásady, aldehydy, chlornan sodný (NaOCl), peroxid vodíku (H2O2) nebo jiná jednotlivá připojení. Často se dodávají v koncentrované formě a před použitím se musí naředit na koncentraci 1 % až 10 %. Produkty na bázi alkoholu se skládají ze směsi alkoholu a vody v různých koncentracích nebo směsí alkoholů, především n-propylalkoholu (propan-1-ol nebo 1-propanol), isopropylalkoholu (IPA; propan-2-ol nebo 2-propanol) a ethanolu. Některé z těchto produktů také obsahují aktivní složku, jako je kvartérní amoniová sloučenina, v koncentraci nižší než 1 %. Pro výrobu a kontrolu kvality těchto roztoků je nejvhodnější metodou stanovení hustoty jako integrálního parametru.
2 Trochu teorie
Pro stanovení hustoty pomocí denzitometru DMA se vzorek vloží do zkumavky z borosilikátového skla ve tvaru U uvnitř denzitometru. Trubice ve tvaru U je uvedena do oscilace elektronikou, přičemž frekvence oscilace odpovídá hustotě vzorku. Protože hustota je závislá na teplotě, je nutné přesně určit teplotu vzorku.
3 Výhody měření hustoty
- rychlé ověření koncentrace suroviny pro charakterizaci nebo identifikaci (např. je koncentrace správná, je dodávaná čistá látka 1-propanol nebo 2-propanol?),
- rychlé testování koncentrace binárních a kvazibinárních roztoků,
- konečná kontrola hustoty pro certifikaci, která se také používá k převodu hmotnosti na objem při prodeji produktů podle objemu a ke kontrole objemu balení v souladu s místní daňovou legislativou,
- rychlá kontrola, zda byl koncentrát správně a úplně rozpuštěn, a
- stanovení koncentrace konečného produktu nebo zředěného produktu připraveného k použití před použitím.
4 Bezpečnost především
Mnoho čisticích a dezinfekčních prostředků je hořlavých, nebezpečných nebo má jiné vlastnosti, které ovlivňují zdraví obsluhy, životní prostředí a jakékoli zařízení. Bezpečnostní listy materiálu (MSDS) je třeba mít po ruce a dodržovat doporučení a pokyny uvedené v bezpečnostním listu.
5 Dostupné parametry pro stanovení koncentrace
5.1 Jak se hustota promítá do koncentrace?
Hustoměry Anton Paar mohou automaticky převést výsledek měření hustoty (např. g/cm3) na požadovanou hodnotu koncentrace (např. % w/w). Běžně používané parametry, jako je etanol ve vodě, jsou standardně integrovány a lze je snadno vybrat jako výsledek měření. Kromě toho mohou být k přístrojům přidány uživatelské funkce, nazývané také uživatelské funkce, které poskytují možnost převádět další parametry, jako je koncentrace kyseliny octové ve vodě. Chcete-li zjistit, zda požadovaná uživatelská funkce již existuje a jak ji získat, kontaktujte svého místního zástupce Anton Paar se žádostí o podporu. Stávající soubory uživatelských funkcí lze zdarma stáhnout pro import do odpovídajícího přístroje.
5.2 Příklad: Dostupné parametry pro DMA 35
Tabulka 1 obsahuje výňatek ze stávajících uživatelských funkcí pro DMA 35 pro vyjádření výsledku měření hustoty v procentech hmotnosti (%w/w) Pro jiné hustoměry Anton Paar jsou k dispozici četné uživatelské funkce. Vzhledem k tomu, že počet uživatelských funkcí se neustále zvyšuje v závislosti na potřebách a požadavcích zákazníků, upozorňujeme, že seznam uživatelských funkcí se může změnit.
Tabulka 1. Dostupné parametry měření a uživatelské funkce (expozice) pro vodné čisticí roztoky a dezinfekční prostředky pro DMA 35 pro převod hustoty na koncentraci (%w/w)
| Parametr | Chemický popis | Rozsah koncentrace [%] | Rozsah teplot [°C] |
|---|---|---|---|
| Ethanol | C2H5OH | 0 – 100 | 0 – 40 |
| Peroxid vodíku | H2O2 | 0 – 100 | 0 – 30 |
| Isopropanol 0-30 | (CH3)2CHOH | 0 – 30 | 0 – 40 |
| Isopropanol 30-100 | (CH3)2CHOH | 30 – 100 | 0 – 40 |
| Hydroxid sodný | NaOH | 0 – 50 | 0 – 40 |
| Octová kyselina* | CH3COOH | 0 – 60 | 0 – 40 |
| formaldehyd* | CH2O | 0 – 25 | 15 – 25 |
| hydroxid draselný* | KOH | 0 – 50 | 0 – 40 |
| 1-propanol* | C3H7OH | 45 – 100 | 0 – 40 |
| kyselina fosforečná* | H3PO4 | 0 – 100 | 0 – 40 |
*) Vlastní funkce, k dispozici na vyžádání
5.3 Jak postupovat pro získání nové vlastní funkce?
Přestože existuje mnoho vlastních funkcí pro různé nástroje, funkce, kterou potřebujete, mezi nimi nemusí být. V tomto případě se prosím obraťte na svého místního zástupce Anton Paar, abyste zjistili, zda je možné vytvořit odpovídající funkci.
Pokud tomu tak je, bude další krok vyžadovat data. Například pro uživatelskou funkci DMA 35 musíte zaznamenat hustotu a teplotu referenčního roztoku, specifikovat koncentraci a povahu vzorku, požadovanou referenční teplotu a požadovaný koncentrační rozsah.
Někdy lze tyto informace získat z literatury. Pokud taková informace není k dispozici, je nutné zaznamenat údaje o hustotě referenčních kapalin binárních směsí různých koncentrací.
Čím více dat máte, tím přesnější bude vaše vlastní funkce.
Datové body sestavené v uživatelské tabulce může váš místní zástupce Anton Paar předat oddělení zákaznické podpory LDC/PI, kde je převede na polynom, který lze snadno nainstalovat do příslušného přístroje.
Poplatek za vytvoření vlastní funkce závisí na typu zařízení.
6 Jak převést hmotnost na objem
6.1 Hustota a teplota
Skutečná hustota kapalin a plynů silně závisí na teplotě. V důsledku toho musí být přesná měření hustoty prováděna buď pomocí termostatu, nebo je vyžadováno přesné měření teploty.
6.2 Skutečná a zdánlivá hustota
Skutečná hustota ρ v kg/m3 nebo g/cm3 kapaliny je definována jako její hmotnost m dělená jejím objemem V.
Hmotnost m odpovídá hmotnosti ve vakuu a nezávisí na vnějších podmínkách, jako je vztlak ve vzduchu nebo gravitace.
Zdánlivá hustota ρkaždý Hmotnost vzorku je definována jako hmotnost vzorku ve vzduchu dělená jeho objemem V.
Hodnoty skutečné a zdánlivé hustoty se liší, i když jsou jejich měrné jednotky stejné. Skutečná hustota vzduchu při 20 °C, měřená hustoměrem, je 0,0012 g/cm3, zatímco zdánlivá hustota vzduchu při 20 °C je 0,0000 g/cm3 – vzduch na váze nic neváží!
Metoda oscilující U-trubice v hustoměrech Anton Paar umožňuje stanovit skutečnou hustotu kapalin a plynů. Pokud je požadováno určit objem náplně na základě dané hmotnosti, pak je k provedení přepočtu nutná zdánlivá hustota.
6.3 Převod skutečné hustoty na zdánlivou hustotu
Zdánlivá hustota ρkaždý definováno jako
ρkaždý = (ρpravda, ukázka – ρvzduchu) / (1 — ρvzduchu /strocel nebo mosaz)
kde ρkaždý = zdánlivá hustota vzorku;
ρocel = 8,0 g/cm3; mosaz = 8,4 g/cm3;
ρvzduchu = skutečná hustota vzduchu (≈ 0,0012 g/cm3);
ρpravda, ukázka = skutečná hustota vzorku.
Software DMA 501 (obr. 2) a DMA 1001 a také software DMA 4101 / 4501 / 5001 (obr. 3) umožňují zobrazení hodnoty zdánlivé hustoty přímo při výběru naměřených hodnot „App. „Hustota mosazi (nebo oceli)“ v jednom z polí.
U DMA 35 se výpočet zdánlivé hustoty provádí ve dvou fázích:
Krok 1:
Vyberte parametr měření „Density@“ a zadejte požadovanou referenční teplotu a odpovídající teplotní koeficient.
Pro určení teplotního koeficientu změřte skutečné hodnoty hustoty ρ1 a ρ2 při dvou různých teplotách T1 a T2 a vydělte rozdíl v hustotách rozdílem teplot.
Výsledkem je teplotní koeficient. Vždy má pozitivní znamení.
Zadejte offset (hustotu vzduchu) pro kompenzaci vztlaku.
6.4 Jak určit plnicí objem?
Plnicí objem V váženého vzorku lze vypočítat na základě zdánlivé hustoty vzorku.
Objem plnění lze zobrazit přímo na displeji DMA.
7 Doporučená zařízení
Mezi vhodné přístroje patří přenosný hustoměr DMA 35 (Obrázek 1) se třemi desetinnými místy a automatickou teplotní kompenzací (v případě potřeby).
Přenosný hustoměr DMA 35 je k dispozici také v jiskrově bezpečných verzích DMA 35 Ex a DMA 35 Ex Petrol pro použití ve výbušném prostředí. DMA 35 Ex a DMA 35 Ex Benzín splňují požadavky ATEX (Ex II 2 G Ex iB IIB T4 Gb) a IECEx (Ex ib IIB T4 Gb).
Obrázek 1: Přenosný hustoměr DMA 35
Také kompaktní laboratorní hustoměry DMA 501 (Obrázek 2) (přesnost měření hustoty: tři desetinná místa, přesnost měření teploty: jedno desetinné místo) a DMA 1001 (přesnost měření hustoty: čtyři desetinná místa, přesnost měření teploty: dvě desetinná místa) jsou vynikající zařízení, která zabírají málo místa na vašem pracovním stole.
Obrázek 2: Měřič hustoty DMA 501
Pro velmi přesné měření hustoty existují modely DMA 4101 / 4501 / 5001 (Obrázek 3), a to jak samostatně s měničem vzorků nebo bez něj, tak v kombinaci s přídavnými moduly, stejně jako měřič hustoty a rychlosti zvuku DSA 5000 M. Posledně jmenovaný model je vhodný i pro stanovení složení třísložkových roztoků.
Obrázek 3: DMA 4101/4501/5001
Pro přidání nové uživatelské funkce do hustoměru DMA 35 je nutné do zařízení přenést požadované koeficienty výpočtu, zatímco modely DMA 501 / 1001 / 4101 / 4501 / 5001 umožňují vytvářet uživatelské jednotky měření a zadávat je přímo do nich.
Je důležité, aby se:
U modelů DMA 501 / 1001 / 4101 / 4501 / 5001 mluvíme o uživatelsky definovaných měrných jednotkách (místo uživatelsky definovaných funkcí).
Postupy pro zobrazení požadované hodnoty jsou podrobně popsány v příslušné příručce DMA.