Dichtemessung für feste, flüssige, viskose Proben | METTLER TOLEDO

Dichtemessung

Nutzen Sie Ihre Waage und ein Dichte-Kit, um die Dichte von festen, flüssigen und viskosen Substanzen zu bestimmen.

Was ist die beste Methode zur Bestimmung der Dichte von Feststoffen?

Die besten Verfahren zur Dichtebestimmung von Feststoffen sind die Auftriebs- und Verdrängungsmethode. Beide basieren auf dem archimedischen Prinzip. Eine Voraussetzung für diese Methoden ist die Verwendung einer Flüssigkeit mit bekannter Dichte, die nicht mit dem Probenmaterial reagiert, aber es gründlich benetzt. Es kann ein Netzmittel zur Flüssigkeit hinzugegeben werden.

Das Verfahren der Dichtemessung umfasst zahlreiche Schritte. Wie lässt es sich vereinfachen?

Die integrierte Waagenanwendung bietet Schritt-für-Schritt-Anweisungen. Excellence-Waagen verfügen über Arbeitsabläufe für fünf verschiedene Dichtebestimmungsmethoden. Erweiterte und standardmässige Waagen verfügen über Arbeitsabläufe für zwei Methoden.

Was brauche ich, um die Dichte von Flüssigkeiten zu bestimmen?

Zusammen mit dem Dichte-Kit ermöglicht Ihnen der optionale 10-mL-Glassenkkörper die Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten. Die Dichte wird auf Basis der Differenz des Gewichts vom Senkkörper in der Luft und in der Flüssigkeit berechnet. Alternativ kann ein Pyknometer oder ein digitales Dichtemessgerät verwendet werden.

Die Dichte meiner Probe ist geringer als Wasser – sie schwebt!

Der Wägebehälter des Dichte-Kits kann umgedreht werden, sodass leichtere Proben unter der Flüssigkeit gehalten werden und nicht an die Oberfläche gleiten können. Wenn Sie feststellen, dass die Auftriebskraft grösser ist als die Behältervorrichtung, legen Sie ein zusätzliches Gewicht oben auf die Waagschale des Dichte-Kits und startet den Dichtebestimmungsvorgang erneut. Alternativ kann eine andere Referenzflüssigkeit mit geringerer Dichte verwendet werden.

Ich habe Probleme mit zahlreichen Bläschen in meiner Probe.

Geben Sie ein paar Tropfen Netzmittel in die Referenzflüssigkeit. Lassen Sie sie über Nacht stehen, um gelöste Gase freizusetzen. Entfernen Sie die Bläschen mit einem weichen Pinsel von der Probe und vom Dichte-Kit.

Welche Waage muss ich verwenden, um genaue Dichteresultate zu erhalten?

Die Genauigkeit der Dichtemessung wird von der Toleranz der Methode (Luftblasen usw.) und der Temperaturmessung sowie von der Genauigkeit der Gewichtsmessung beeinflusst. Die Messunsicherheit spielt bei jeder Waage eine entscheidende Rolle. Das Verständnis dieser Unsicherheit ist wichtig, um genaue Wägeresultate zu gewährleisten. Die Genauigkeit einer Waage wird nicht durch die Ablesbarkeit bestimmt, sondern durch die Wiederholbarkeit und die Mindesteinwaage.

Um die richtige Waage für Ihre Anforderungen zu finden, müssen Sie die kleinste Menge, die Sie einwägen möchten, sowie die erforderliche Genauigkeit kennen (d. h. die gewünschte Toleranz).

Der globale Wägestandard GWP® von METTLER TOLEDO hilft Ihnen dabei, die richtige Waage für Ihre Anforderungen zu finden. Fragen Sie Ihren örtlichen Vertreter nach einer kostenlosen Waagenempfehlung Finden Sie heraus, ob Ihre Waage Ihre Qualitätsanforderungen erfüllt

GWP Recommendation

Ich muss die Dichte von festen Kunststoffproben bestimmen und dabei ISO 1183-1 einhalten. Welche Waage kann ich verwenden?

Die Norm ISO 1183-1 schreibt vor, dass eine Waage mit einer Ablesbarkeit von 0,1 mg oder weniger verwendet wird und dass die Probe vorzugsweise eine Masse von mindestens 1 g aufweisen soll. Das Wägen von mindestens 1 g schweren Proben auf einer Waage mit einer Ablesbarkeit von 0,1 mg verstösst im Allgemeinen nicht gegen die Mindesteinwaage der Waage. Die erforderliche Waagengenauigkeit sollte allerdings in Abstimmung mit Ihrer notwendigen Prozesstoleranz ermittelt werden. Unser kostenloser GWP® Empfehlungsservice kann Ihnen bei der Auswahl der richtigen Waage für Ihre spezifischen Anforderungen helfen.

GWP Recommendation

Ich habe Probleme dabei, das folgende komplizierte Verfahren durchzuführen.

Die Dichtemessung besteht aus mehreren Schritten, und manchmal müssen Sie eine Weile warten, bis sich die Waage stabilisiert hat. Daher kann es leicht passieren, dass Sie den Prozess aus den Augen verlieren, vor allem wenn Sie sich noch um weitere Aufgaben kümmern müssen. Die integrierte Waagenanwendung bietet Schritt-für-Schritt-Anweisungen. Sie bestätigen jede Anweisung mit der OK-Taste, sodass Sie stets wissen, wo Sie stehen.

Wie kann ich die Rückverfolgbarkeit meiner Dichtemessungen verbessern?

Schliessen Sie einen Barcodeleser an Ihre Waage an, um Metadaten verarbeiten zu können, wie Proben-ID, Chargennummer und Bestellnummer. Diese können direkt und ohne Fehler eingelesen werden. Mit den METTLER TOLEDO Druckern der P-50-Reihe können die Metadaten sowie das Datum und die Uhrzeit der Messung zusammen mit den Ergebnissen ausgedruckt werden.

Wie kann ich die Messergebnisse mehrerer Proben auswerten?

Wenn Sie mehrere Dichtebestimmungen durchführen müssen, ermöglicht Ihnen die Statistikoption der Waagen von METTLER TOLEDO eine schnelle Identifizierung von Trends. So können Sie wenn nötig Entscheidungen über die Vorgehensweise treffen.

Wo kann ich eine Tabelle der Dichtewerte finden?

XPE-, XSE-, MS-TS-, ML-T- und ME-T-Waagen verfügen über eine integrierte Datenbank mit Dichtewerten für die geläufigsten Referenzflüssigkeiten. Der Dichtewert wird gemäss der eingegebenen Temperatur angepasst.

Wie kann ich Fehler bei meinen Dichteberechnungen verhindern?

Die Dichteanwendung von XPE-, XSE- und MS-TS-Waagen übernimmt alle Berechnungen für Sie. Sie müssen nur die Temperatur eingeben und die verwendete Referenzflüssigkeit auswählen. Die Waage zeichnet automatisch die Gewichtswerte auf und berechnet automatisch die Dichte.

Wie kann ich die Dokumentation meiner Dichteresultate vereinfachen?

Mit der Dichteanwendung von MS-TS-, ML-T- und ME-T-Waagen können Sie einen Bericht Ihrer Dichtebestimmungsserien erstellen, den Sie ausdrucken oder auf einem USB-Stick speichern können. Zusammen mit der LabX-Software bieten XPE- und XSE-Waagen eine höhere kundenspezifische Anpassung mit Grafiken und Tabellen. Zudem kann der Bericht direkt an Ihr LIMS oder EPR gesendet werden.

Dichtemessung im Labor

Gehen Sie zu einem der folgenden Abschnitte, um mehr zu erfahren:

  1. Arbeitsablauf der Anwendung und Herausforderungen
  2. Lösungen von METTLER TOLEDO
  3. FAQ

 

Arbeitsablauf der Dichtemessung

Der Feststoff wird einmal in Luft gewogen (A) und anschliessend in einer Hilfsflüssigkeit (B) mit einer bekannten Dichte. Die Dichte des Feststoffs ρ kann wie folgt berechnet werden.

Calculation formula for density in solid sample

ρ        = Dichte der Probe

A        = Gewicht der Probe in Luft

B        = Gewicht der Probe in der Hilfsflüssigkeit

ρ0       = Dichte der Hilfsflüssigkeit

ρL       = Dichte der Luft

Die Temperatur der Flüssigkeit muss berücksichtigt werden, da diese zu Änderungen der Dichte in der Grössenordnung von 0,001 bis 0,1 pro °C führen kann. Dies
spiegelt sich in der dritten Dezimalstelle des Ergebnisses wider.
 

 Gravimetrisch, AuftriebGravimetrisch, VerdrängungPyknometerDigitales Dichtemessgerät
MethodenDas Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf einer Plattform oder unterhalb der Waage.Das Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf der Waage.Glasgefäss mit festem VolumenBiegeschwinger-Technologie
Geeignet für:
  • Feststoffe
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
  • Pastöse Substanzen (mit Gamma-Kugel)
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
    Feststoffe
  • Flüssigkeiten, Dispersionen
  • Pulver
  • Granulate
  • Flüssigkeiten
  • Gase
Vorteile
  • Schnelles Verfahren
  • Flexibel in Bezug auf die Probenmenge
  • Waagen bereits verfügbar
  • Schnelles Verfahren
  • Waagen bereits verfügbar
  • Genaue Methode
  • Waagen bereits verfügbar
  • Schnelles Verfahren
  • Exakte Temperaturkontrolle durch Peltier-Elemente
  • Automatische Dichtemessung
  • Kleine Probenvolumina
Nachteile
  • Temperaturempfindlich
  • Probe muss sehr vorsichtig benetzt werden.
  • Es dürfen keine Luftblasen eingeschlossen werden.
  • Temperaturempfindlich
  • Grosses Probenvolumen erforderlich
  • Temperaturempfindlich
  • Hoher Arbeitsaufwand
  • Hoher Zeitaufwand
  • Es dürfen keine Luftblasen eingeschlossen werden.
  • Viskose Proben erfordern eine Viskositätskorrektur (verfügbar bei modernen Instrumenten).

Klicken Sie hier, um mehr zur Dichtemessung zu erfahren.

Wenn Sie die Masse und das Volumen einer Probe (Feststoff oder Flüssigkeiten) kennen, kann die Dichte wie folgt berechnet werden:

Calculation of density by mass and volume


Schwierige Volumenbestimmung

Das genaue Wägen einer Probe ist vergleichsweise einfach, das genaue Bestimmen ihres Volumens stellt jedoch eine Herausforderung dar.

Auftrieb

Beim Auftriebsverfahren wird das Problem der Volumenbestimmung vermieden, da die Probe hierbei zweimal in unterschiedlichen Medien (Luft und Flüssigkeit) gewogen wird. Es kann also davon ausgegangen werden, dass das Volumen in beiden Situationen konstant ist.

Verdrängung

In der einfachsten Anwendung der Verdrängungsmethode wird das Volumen einer festen Probe bestimmt, indem die Erhöhung des Stands der Flüssigkeit beobachtet wird, in die die Probe eingetaucht wird.
Im Gegenzug kann die Differenz der Gewichtswerte (in der Luft und in der Flüssigkeit), wenn ein Objekt mit einem bekannten Volumen in eine Flüssigkeit mit unbekannter Dichte eingetaucht wird, zur Bestimmung der Dichte der Flüssigkeit verwendet werden.

Pyknometer

Ein Pyknometer ist ein speziell entworfener Glaskolben, in der Regel mit einem bestimmten Volumen. Er wird am häufigsten verwendet, um die Dichte von Flüssigkeiten zu bestimmen. Das Pyknometer wird zunächst leer und dann gefüllt mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gewogen. Die Differenz (d. h. die Masse der Probe) dividiert durch das Volumen des Pyknometers ergibt die Dichte der Probe.
Die Pyknometermethode kann auch zur Bestimmung der Dichte von Proben aus Pulvern oder Granulaten verwendet werden.

Digitales Dichtemessgerät

Ein Hohlglasrohr schwingt mit einer bestimmten Frequenz. Die Frequenz ändert sich, wenn das Rohr mit unterschiedlichen Substanzen gefüllt wird: Je grösser die Masse der Probe, desto niedriger die Frequenz. Digitale Dichtemessgeräte messen die Frequenz und berechnen daraus die Dichte.

In der unten stehenden Tabelle finden Sie einen Vergleich dieser vier Methoden.

 Gravimetrisch, AuftriebGravimetrisch, VerdrängungPyknometerDigitales Dichtemessgerät
MethodenDas Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf einer Plattform oder unterhalb der Waage.Das Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf der Waage.Glasgefäss mit festem VolumenBiegeschwinger-Technologie
Geeignet für:
  • Feststoffe
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
  • Pastöse Substanzen (mit Gamma-Kugel)
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
    Feststoffe
  • Flüssigkeiten, Dispersionen
  • Pulver
  • Granulate
  • Flüssigkeiten
  • Gase
Messprinzip für
eine feste Probe
Die Probe wird einmal in Luft und einmal eingetaucht in eine Hilfsflüssigkeit mit einer bekannten Dichte gewogen.

Die Dichte der festen Probe kann von der bekannten Dichte der Flüssigkeit und der beiden Massewerte abgeleitet werden.



ρ,= Dichte der Probe
A,= Dichte der Probe in Luft
B,= Gewicht der Probe in der Hilfsflüssigkeit
ρ0,= Dichte der Hilfsflüssigkeit
ρL,= Dichte der Luft
Die Hilfsflüssigkeit mit der bekannten Dichte wird vor und nach dem Eintauchen der Probe gewogen. (Tarieren kann verwendet werden, um den Massenunterschied direkt zu messen.)

Mit dem Massenunterschied und der Flüssigkeitsdichte kann das Volumen der Probe bestimmt werden. Hiermit wird dann zusammen mit der Masse der Probe ihre Dichte berechnet.
Das Pyknometer wird zunächst leer und dann gefüllt mit der Referenzflüssigkeit mit bekannter Dichte gewogen. Das Pulver wird in das gereinigte und getrocknete Pyknometer gegeben. Es wird gewogen, um das Gewicht der Pulverprobe zu bestimmen. Das Pyknometer wird dann mit derselben Flüssigkeit aufgefüllt, in der sich das Pulver nicht lösen darf. Das Pyknometer wird erneut gewogen. Das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit kann dann bestimmt werden und anschliessend kann die Dichte des Pulvers berechnet werden.Nicht verfügbar
Messprinzip für
eine flüssige Probe
Der Referenzkörper mit dem bekannten Volumen (Glassenkkörper) wird einmal in Luft und einmal in der Flüssigkeit mit der unbekannten Dichte gewogen.

Die Dichte der Flüssigkeit kann von dem bekannten Volumen des Referenzkörpers und der beiden Massewerte abgeleitet werden.



ρ,= Dichte der flüssigen Probe
α,= Gewichtkorrekturfaktor (0,99985) zur Berücksichtigung des Luftauftriebs des Justiergewichts
A,= Gewicht des Referenzkörpers in Luft
B,= Gewicht des Referenzkörpers in der Flüssigkeit
V,= bekanntes Volumen des Referenzkörpers
ρL,= Dichte der Luft
Das Gewicht der Flüssigkeit mit der unbekannten Dichte wird vor (Tara) und nach dem Eintauchen des Referenzkörpers (Gamma-Kugel oder Glassenkkörper) gemessen.

Mit der Massendifferenz und dem bekannten Volumen des Referenzkörpers kann die Dichte der flüssigen Probe bestimmt werden.
Das Pyknometer wird zunächst leer und dann gefüllt mit der flüssigen Probe gewogen. Die Massendifferenz dividiert durch das Volumen des Pyknometers ergibt die Dichte der Flüssigkeit.Die Probe wird in ein U-förmiges Hohlglasrohr im Gerät gegeben. Die Dichte der Probe wird durch das Messen der Frequenz der Vibration des Rohrs bestimmt. Je geringer die Frequenz der Vibration, desto höher die Dichte der Probe.

 

Dichtestandards

Für die Dichtebestimmung gibt es zahlreiche Standards und Normen. Die gebräuchlichsten sind folgende:

  • ISO 1183-1: Kunststoffe – Verfahren zur Bestimmung der Dichte von nicht verschäumten Kunststoffen
  • OIML G 14: Dichtemessung gemäss OIML
  • ASTM-D-792: Bestimmung des spezifischen Gewichts und der Dichte von Kunststoffen

In ISO 1183-1 wird die Verwendung einer Analysenwaage mit 4 Dezimalstellen erläutert.

Die verwirrende Schüttdichte

Die Schüttdichte ist ein Mass für die Dichte und beschreibt, wie viele Partikel oder Teile in einem gemessenen Volumen enthalten sind. Die Schüttdichte ist keine Eigenschaft des Materials. Sie beinhaltet die Hohlräume zwischen den Partikeln oder Teilen sowie die Hohlräume innerhalb der Teile. Die Schüttdichte kann schwanken, abhängig davon, wie das Material gehandhabt wird. Beim Schütteln eines Behälters beispielsweise können sich Teile so absetzen, dass sich die gesamte Schüttdichte erhöht.

Dichtemessung durch Experten

Moisture Content Determination

Dichtebestimmung für die Kunststoffqualität


Erweitertes Datenmanagement und Prozesssicherheit

Die Kombination einer METTLER TOLEDO Excellence-Waage mit der LabX-Software bietet ein umfassenderes Datenmanagement und ein höheres Mass an Prozesssicherheit. Excellence-Analysen- und Präzisionswaagen können für die Dichtebestimmung mit einem Dichte-Kit ausgestattet werden. Dank LabX wird sichergestellt, dass Ihre SOP für die Dichtebestimmung präzise eingehalten wird. LabX zeichnet alle Gewichtswerte auf, führt alle Berechnungen durch und speichert alle Ergebnisse sicher in einer zentralen Datenbank. Alle Daten, die mit Ihrer Dichteanwendung verbunden sind, können direkt auf Ihr internes Datenmanagementsystem übertragen werden.

 

Digitale Dichtemessgeräte

 

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zum Thema Dichtemessung

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