La misurazione della densità di un campione è un importante parametro di qualità sia delle materie prime che dei prodotti finiti. Varie tecniche consentono di determinare con precisione la densità di materiali solidi, viscosi e liquidi, ad esempio metalli, plastica, prodotti chimici, lubrificanti e alimenti.
Densità per il controllo qualità
Una variazione di una materia prima, indicata da una variazione della densità, può avere un effetto negativo sul funzionamento o sulla qualità del prodotto finale. La misura della densità delle materie prime può essere utilizzata per confermare la purezza del materiale. Se una sostanza è stata adulterata con un'alternativa più economica, la densità misurata del materiale composito sarà diversa da quella della sostanza pura.
La densità può essere utilizzata anche per garantire l'omogeneità. Se una parte prodotta non è omogenea, gli attributi chiave delle prestazioni come la resistenza e la resistenza alle crepe possono essere influenzati. Ad esempio, una bolla d'aria interna potrebbe causare il cedimento di una parte quando viene sottoposta a stress. Il campionamento casuale delle parti è un modo semplice ed economico per monitorare la qualità in corso.
Perché una pesatura accurata è fondamentale
Le procedure gravimetriche di laboratorio comuni per determinare la densità sono la tecnica di galleggiamento, il principio di spostamento e il metodo del picnometro.
Il metodo più utilizzato è la tecnica del galleggiamento che utilizza il principio di Archimede: un corpo immerso nel fluido indica una perdita di peso apparente pari al peso del fluido che sposta. Questo antico principio, risalente al 200 a.C. circa, è esattamente quello che viene utilizzato oggi per determinare gravimetricamente la densità. Pertanto, una misurazione accurata della densità dipende fortemente da valori di peso accurati. Ad esempio, il sangue contiene tamponi naturali per mantenere un pH stabile compreso tra 7,35 e 7,45 in modo che i nostri enzimi funzionino correttamente. Poiché l'attività enzimatica varia con il pH, mantenere un pH costante è essenziale nei saggi biochimici per garantire il corretto livello di attività. Nelle applicazioni commerciali, i tamponi possono essere trovati negli shampoo per prevenire l'irritazione della pelle, nelle lozioni per bambini per inibire la crescita dei batteri e nelle soluzioni per lenti a contatto per garantire che il livello di pH del fluido rimanga compatibile con quello dell'occhio.
La preparazione dei tamponi consiste in diverse fasi: pesata dei componenti, dissoluzione dei componenti, regolazione del pH e rabbocco fino al volume finale. Poiché il rapporto tra acido e base in un tampone è direttamente correlato al pH finale, è fondamentale pesare i componenti con un alto grado di precisione. Pertanto, è importante che le apparecchiature utilizzate (bilancia, pipette e pHmetro) siano tarate correttamente e abbiano un'accuratezza sufficiente.
Osserva quanto è semplice misurare la densità con la bilancia da laboratorio METTLER TOLEDO. Il kit di densità consente di determinare la densità di sostanze solide, liquide, porose e viscose. Con istruzioni dettagliate e calcoli automatici, l'intero processo è semplice.
Metodo di galleggiamento - Il principio di Archimede in azione
Il principio di Archimede afferma che un corpo immerso parzialmente o completamente in un fluido subisce una forza di galleggiamento che agisce verso l'alto su di esso. L'entità di questa forza è equivalente al peso del fluido spostato dal corpo.
Il solido viene pesato in aria (A) e poi di nuovo nel liquido ausiliario (B) con una densità nota. La densità del solido ρ può essere calcolata come segue:
ρ = Densità del campione
A = Peso del campione nell'aria
B = Peso del campione nel liquido ausiliario
ρ0 = Densità del liquido ausiliario
ρL = Densità dell'aria
La temperatura del liquido deve essere presa in considerazione in quanto ciò può causare variazioni di densità dell'ordine di grandezza da 0,001 a 0,1 per °C, il cui effetto può essere visto nella terza cifra decimale del risultato.
| gravimetrico, galleggiamento | gravimetrico, di spostamento | Picnometro | Densimetro digitale | |
| Metodi |
Il becher per il liquido ausiliario si trova su una piattaforma o sotto la bilancia. |
Il becher per il liquido ausiliario si trova sulla bilancia. |
Bicchiere in vetro di volume definito. |
Tecnologia a tubo oscillante |
| Adatto per |
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| Vantaggi |
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Se si conoscono la massa e il volume di un campione (solido o liquido), la sua densità può essere calcolata da:
La difficoltà con il volume
È abbastanza semplice pesare un campione con precisione, ma determinare con precisione il volume di un campione può essere difficile.
Galleggiabilità
Il metodo di galleggiamento evita il problema della determinazione del volume perché comporta la pesatura del campione due volte in due mezzi diversi (aria e un liquido). Si può quindi assumere che il volume sia costante in entrambe le situazioni.
Spostamento
Nell'applicazione più semplice del metodo dello spostamento, il volume di un campione solido viene determinato osservando l'aumento del livello del liquido in cui il campione è immerso.
Al contrario, quando un oggetto di volume noto viene immerso in un liquido con densità sconosciuta, la differenza nei valori di peso (nell'aria e nel liquido) può essere utilizzata per determinare la densità del liquido.
Picnometro
Un picnometro è un pallone di vetro appositamente progettato, solitamente con un volume definito. Viene spesso utilizzato per determinare la densità dei liquidi. Il picnometro viene prima pesato vuoto e poi pieno del liquido in esame. La differenza (cioè la massa del campione) divisa per il volume del picnometro è la densità del campione.
Il metodo del picnometro può essere utilizzato anche per determinare la densità di campioni di polvere o granulati.
Densimetro digitale
Un tubo di vetro cavo vibra a una certa frequenza. La frequenza cambia quando il tubo viene riempito con sostanze diverse: maggiore è la massa del campione, minore è la frequenza. I densimetri digitali funzionano misurando la frequenza e convertendola in densità.
Si prega di consultare la tabella seguente per un confronto di questi quattro diversi metodi.
| gravimetrico, galleggiamento | gravimetrico, di spostamento | Picnometro | Densimetro digitale | |
| Metodi |  Il becher per il liquido ausiliario si trova su una piattaforma o sotto la bilancia. |  Il becher per il liquido ausiliario si trova sulla bilancia. |  Bicchiere in vetro di volume definito. |  Tecnologia a tubo oscillante |
| Adatto per |
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| Principio di misura per un campione solido | Il campione viene pesato una volta in aria e una volta immerso nel liquido ausiliario con densità nota. La densità del campione solido può essere determinata dalla densità nota del liquido e dai due valori di massa.  ρ,= Densità del campione A,= Peso del campione nell'aria B,= Peso del campione nel liquido ausiliario ρ0,= Densità del liquido ausiliario ρL,= Densità dell'aria | Il liquido ausiliario con densità nota viene pesato prima e dopo l'immersione del campione (la tara può essere utilizzata per misurare direttamente la differenza di massa). Utilizzando la differenza di massa e la densità del liquido, è possibile determinare il volume del campione. Questo viene poi utilizzato insieme alla massa del campione per calcolarne la densità. | Il picnometro viene prima pesato vuoto e poi di nuovo pieno con il liquido di riferimento di densità nota. La polvere viene aggiunta al picnometro pulito e asciugato. Viene pesato per determinare il peso del campione di polvere. Il picnometro viene quindi rabboccato con lo stesso liquido in cui la polvere deve essere completamente insolubile. Il picnometro viene nuovamente pesato. È quindi possibile determinare il peso del liquido spostato e quindi calcolare la densità della polvere. | n/a |
| Principio di misura per un campione liquido | Il corpo di riferimento con volume noto (piombino in vetro) viene pesato una volta nell'aria e una volta nel liquido con densità sconosciuta. | Il peso del liquido con la densità incognita viene misurato prima (tara) e dopo l'immersione del corpo di riferimento (sfera gamma o piombino di vetro). Utilizzando la differenza di massa e il volume noto del corpo di riferimento, è possibile determinare la densità del campione liquido. | Il picnometro viene prima pesato vuoto e poi di nuovo pieno con il campione liquido. La differenza di massa divisa per il volume del picnometro è la densità del liquido. | Il campione viene aggiunto a un tubo di vetro cavo a forma di U nel dispositivo. La densità del campione viene determinata misurando la frequenza di vibrazione del tubo. Più bassa è la frequenza di vibrazione, maggiore è la densità del campione. |
Se non è sufficiente la densità, i densimetri digitali misurano la densità, il peso specifico e altri attributi correlati dei campioni liquidi (ad es. alcol%, BRIX°, gradi API) con elevata precisione e tempi di misura brevi.
Esistono molti standard e norme per la determinazione della densità nei campioni di solidi. Alcuni dei più comunemente usati sono:
La norma ISO 1183-1 specifica l'uso di una bilancia analitica a 4 cifre decimali.
La densità apparente è una misura di quante particelle, parti o pezzi sono contenuti all'interno di un volume misurato. La densità apparente non è una proprietà del materiale stesso. La densità apparente include gli spazi tra le particelle o gli oggetti, nonché eventuali vuoti all'interno degli oggetti stessi. La densità apparente può variare a seconda di come viene maneggiato il materiale; L'agitazione di un contenitore, ad esempio, consente alle parti di depositarsi, aumentando la densità apparente complessiva.
La misurazione della densità è un parametro di qualità estremamente importante sia delle materie prime che dei prodotti finiti. Sappiamo che ci sono molti fattori che devono essere considerati per garantire risultati accurati in termini di densità. Se hai bisogno di supporto per la determinazione della densità o desideri consigli su quale bilancia o kit di densità acquistare, il nostro team di esperti è qui per aiutarti.
Non esitate a contattarci per assistenza.
Bolle
Di gran lunga, la principale fonte di errore nella misura della densità è la limitata bagnabilità del campione. Quando il campione viene immerso in un liquido, è fondamentale che tutte le bolle che aderiscono al campione e all'attrezzatura vengano rimosse. Eventuali bolle rimanenti causeranno un effetto di galleggiamento e distorceranno il calcolo della densità. (Una bolla con un diametro di 1 mm provoca una galleggiabilità di 0,5 mg.) Noi consigliamo:
Temperatura
I solidi sono generalmente così insensibili alle fluttuazioni della temperatura ambiente che le corrispondenti variazioni di densità non hanno alcuna conseguenza. Tuttavia, poiché la determinazione della densità viene eseguita con un liquido ausiliario, è necessario tenere conto della temperatura. La temperatura ha un effetto maggiore con i liquidi e provoca variazioni di densità dell'ordine di grandezza da 0,1 a 1‰ per °C.
Questo effetto è già evidente nella terza cifra decimale del risultato. Per ottenere risultati accurati, si consiglia di tenere sempre in considerazione la temperatura del liquido ausiliario in tutte le determinazioni della densità. I valori sono disponibili in libri di tabelle dedicati. Le densità dei più importanti liquidi di riferimento (H2O ed etanolo) sono memorizzate nella bilancia.
Pesatura
Come accennato in precedenza, la pesata svolge un ruolo importante nella determinazione accurata della densità, quindi è fondamentale che la bilancia utilizzata soddisfi le esigenze dell'applicazione di densità. Per i campioni di piccole dimensioni, è necessario considerare il peso netto minimo del campione della bilancia: non ci si può fidare della pesata di un campione al di sotto di questo peso per raggiungere il livello di accuratezza richiesto.
Gestione dei dati
La trascrizione manuale dei dati dei campioni, dei valori di peso e dei calcoli della densità richiede molto tempo ed è soggetta a errori.
La maggior parte delle bilance analitiche e di precisione METTLER TOLEDO con risoluzione di 1 mg o superiore può essere facilmente utilizzata per determinare la densità tramite la tecnica di galleggiamento con l'uso di un kit di densità montato sulla bilancia in pochi semplici passaggi.
Misurare la densità dei solidi utilizzando una bilancia è un processo semplice e conveniente che fornisce risultati altamente affidabili rispetto ad altri metodi in cui il volume del pezzo è determinato indipendentemente dal peso. Convertendo una bilancia da laboratorio standard con l'aggiunta di un kit di densità, si evita la necessità di acquistare un'apparecchiatura dedicata per eseguire questa semplice procedura. Ciò rende l'acquisto dell'accessorio Density Kit un investimento molto conveniente. Con l'aggiunta di un piombino in vetro di volume noto, il kit di densità può essere utilizzato anche per determinare la densità di campioni liquidi.
L'applicazione Density integrata fornisce istruzioni dettagliate che ne facilitano l'uso anche per gli operatori non addestrati. Approfitta inoltre di:
Misura della densità di campioni ingombranti
Per i campioni voluminosi che non rientrano nel kit di densità, le bilance di precisione METTLER TOLEDO con risoluzione di 0,1 g e 0,01 g possono essere convertite per pesare al di sotto della bilancia grazie all'aggiunta di un gancio dedicato. Il principio di misurazione della densità è esattamente lo stesso; Il campione viene pesato in aria e di nuovo in un liquido di riferimento.
La combinazione di una bilancia di livello Excellence METTLER TOLEDO e del software LabX offre un livello più elevato di gestione dei dati e sicurezza dei processi. Le bilance analitiche e di precisione Excellence possono essere configurate con un kit di densità per la determinazione della densità. LabX garantisce che le SOP di densità vengano seguite con precisione. LabX registra tutti i valori di peso, esegue tutti i calcoli e salva tutti i risultati in modo sicuro in un database centrale. Tutti i dati relativi all'applicazione di densità possono essere trasferiti direttamente al sistema di gestione dei dati interno.
La determinazione della densità nella plastica è essenziale per la sua qualità costante. La nota applicativa descrive come determinare facilmente la densità di parti solide in plastica utilizzando l'applicazione integrata su una bilancia analitica METTLER TOLEDO MX, MR o MA con kit di densità.
Le migliori procedure per la determinazione della densità dei solidi sono i metodi di galleggiamento e spostamento, entrambi basati sul principio di Archimede. Il prerequisito per questi metodi è l'uso di un liquido con densità nota che non reagisce con il materiale campione, ma lo bagna a fondo. Al liquido può essere aggiunto un agente umettante.
L'applicazione per bilance integrata fornisce istruzioni passo dopo passo. Le bilance di livello Excellence dispongono di flussi di lavoro per 5 diversi metodi di determinazione della densità. Le bilance di livello Avanzato e Standard hanno flussi di lavoro per 2.
In combinazione con il kit di densità, il piombino in vetro opzionale da 10 mL consente di determinare la densità dei liquidi. La differenza del peso del piombino nell'aria e nel liquido viene utilizzata per calcolare la densità. In alternativa, è possibile utilizzare un picnometro o un densimetro digitale.
Il cestello di pesata del kit di densità può essere capovolto in modo che i campioni più leggeri siano tenuti sotto il liquido e non possano galleggiare in superficie. Se si riscontra che la forza di galleggiamento è maggiore dell'apparecchio a cestello, posizionare un peso aggiuntivo sul piatto di pesata superiore del kit di densità e riavviare la procedura di determinazione della densità. In alternativa, utilizzare un liquido di riferimento diverso con una densità inferiore.
Aggiungere alcune gocce di agente umettante al liquido di riferimento. Lasciarlo riposare per una notte per rilasciare il gas disciolto. Utilizzare una spazzola morbida per spazzolare via le bolle dal campione e dal kit di densità.
L'accuratezza della misurazione della densità è influenzata dalla tolleranza del metodo (bolle d'aria, ecc.) e dalla misurazione della temperatura, nonché dall'accuratezza delle misurazioni del peso. Ogni misurazione su QUALSIASI bilancia è soggetta a incertezza. Comprendere questa incertezza è la chiave per garantire risultati di pesata accurati. Non è la leggibilità a determinare l'accuratezza di uno strumento di pesata, ma piuttosto la sua ripetibilità e il peso netto minimo del campione.
Per trovare la bilancia appropriata per le proprie esigenze, è necessario conoscere la quantità minima che si desidera pesare e con quale precisione è necessario pesarla (cioè con quale tolleranza).
GWP® , lo standard di pesata globale di METTLER TOLEDO, vi aiuta a scegliere la bilancia giusta per soddisfare i requisiti delle vostre applicazioni. Chiedi al tuo rappresentante locale una raccomandazione gratuita sul saldo. Determina se la tua bilancia esistente soddisfa i tuoi requisiti di qualità.
La conformità alla norma ISO 1183-1 richiede una bilancia con una risoluzione di 0,1 mg o inferiore e specifica che il campione deve preferibilmente avere una massa di almeno 1 g. La pesata di campioni di almeno 1 g su una bilancia con risoluzione di 0,1 mg non viola generalmente il requisito di peso netto minimo del campione della bilancia. La precisione della bilancia richiesta, tuttavia, deve essere considerata in combinazione con la tolleranza di processo richiesta. Il nostro servizio gratuito GWP® Recommendation può aiutarvi a scegliere la bilancia giusta per le vostre esigenze specifiche.
Ci sono diverse fasi nel processo di misurazione della densità e a volte è necessario attendere un po' prima che l'equilibrio si stabilizzi, quindi può essere facile perdersi, soprattutto quando si è impegnati con più attività. L'applicazione di bilanciamento integrata fornisce istruzioni passo dopo passo. Confermi ogni istruzione premendo il pulsante OK, in modo da sapere sempre dove ti trovi.
Collega un lettore di codici a barre alla tua bilancia per consentire la lettura diretta dei metadati, come l'ID del campione, il numero di lotto e il numero d'ordine, ecc. senza errori. Con la linea di stampanti P-50 di METTLER TOLEDO, i metadati, insieme alla data e all'ora della misura, possono essere stampati insieme ai risultati.
Quando è necessario effettuare una serie di determinazioni della densità, l'opzione statistica delle bilance METTLER TOLEDO consente di identificare rapidamente le tendenze dei dati, aiutandovi a prendere decisioni sulla linea d'azione, se necessario.
Le bilance XPE, XSE, MS-TS, ML-T e ME-T sono dotate di un database di densità integrato per i liquidi di riferimento più comunemente utilizzati. Il valore di densità viene regolato in base alla temperatura inserita.
L'applicazione della densità sulle bilance XPE, XSE e MS-TS esegue tutti i calcoli per voi. È sufficiente inserire la temperatura e selezionare il liquido di riferimento utilizzato. La bilancia registra i valori di peso e calcola automaticamente la densità.
L'applicazione della densità sulle bilance MS-TS, ML-T e ME-T consente di creare un report della serie di determinazione della densità, che può essere stampato o salvato su una chiavetta USB. Le bilance XPE e XSE, in combinazione con il software LabX, offrono un grado più elevato di personalizzazione dei report con grafici e diagrammi, che possono essere inviati direttamente al LIMS o all'EPR.
