Måling af densiteten af en prøve er en vigtig kvalitetsparameter for både råvarer og færdige produkter. Forskellige teknikker gør det muligt at bestemme densiteten af faste, tyktflydende og flydende materialer nøjagtigt, f.eks. metaller, plast, kemikalier, smøremidler og fødevarer.
Tæthed til kvalitetskontrol
En variation i et råmateriale, der indikeres ved en ændring i massefylden, kan have en skadelig indvirkning på det endelige produkts funktion eller kvalitet. Densitetsmåling af råmaterialer kan bruges til at bekræfte materialets renhed. Hvis et stof er blevet forfalsket med et billigere alternativ, vil den målte massefylde af kompositmaterialet være forskellig fra det rene stof.
Densitet kan også bruges til at sikre homogenitet. Hvis en fremstillet del ikke er homogen, kan vigtige ydelsesegenskaber såsom styrke og revnemodstand blive påvirket. For eksempel kan en intern luftboble i sidste ende få en del til at svigte, når den udsættes for stress. Stikprøveudtagning af dele er en enkel og omkostningseffektiv måde at overvåge løbende kvalitet på.
Hvorfor nøjagtig vejning er afgørende
Almindelige laboratoriegravimetriske procedurer til bestemmelse af densitet er opdriftsteknikken, forskydningsprincippet og pyknometermetoden.
Den mest udbredte metode er opdriftsteknikken, som bruger Archimedes' princip: En krop nedsænket i væske indikerer et tilsyneladende vægttab svarende til vægten af den væske, den fortrænger. Dette gamle princip, fra omkring 200 f.Kr., er præcis, hvad der bruges i dag til at bestemme tætheden gravimetrisk. Nøjagtig densitetsmåling er derfor meget afhængig af nøjagtige vægtværdier. For eksempel indeholder blod naturlige buffere til at opretholde en stabil pH på mellem 7,35 og 7,45, så vores enzymer fungerer korrekt. Da enzymaktiviteten varierer med pH-værdien, er det vigtigt at opretholde en konstant pH-værdi i biokemiske analyser for at sikre, at det korrekte aktivitetsniveau overholdes. I kommercielle applikationer kan buffere findes i shampoo for at forhindre hudirritation, i babylotioner for at hæmme væksten af bakterier og i kontaktlinseopløsninger for at sikre, at væskens pH-niveau forbliver kompatibelt med øjets.
Forberedelse af buffere består af flere trin: Indvejning af komponenterne, opløsning af komponenterne, justering af pH og genopfyldning til det endelige volumen. Da forholdet mellem syre og base i en buffer er direkte relateret til den endelige pH, er det vigtigt at veje komponenterne med en høj grad af nøjagtighed. Så det er vigtigt, at det anvendte udstyr (vægt, pipetter og pH-måler) er korrekt kalibreret og har tilstrækkelig nøjagtighed.
Se, hvor nemt det er at måle densiteten på din METTLER TOLEDO-laboratorievægt. Density Kit giver dig mulighed for at bestemme densiteten af faste, flydende, porøse og tyktflydende stoffer. Med trin-for-trin instruktioner og automatiske beregninger er hele processen nem.
Opdriftsmetode - Archimedes' princip
Archimedes' princip siger, at et legeme, der er delvist eller helt nedsænket i væske, oplever en opdriftskraft, der virker opad på det. Størrelsen af denne kraft svarer til vægten af den væske, der fortrænges af kroppen.
Det faste stof vejes i luft (A) og derefter igen (B) i hjælpevæsken med en kendt densitet. Densiteten af det faste stof ρ kan beregnes som følger:
ρ = Prøvens massefylde
A = Prøvens vægt i luft
B = Prøvens vægt i hjælpevæsken
ρ0 = Massefylde af hjælpevæsken
ρL = Luftens massefylde
Væskens temperatur skal tages i betragtning, da dette kan forårsage massefyldeændringer i størrelsesordenen 0,001 til 0,1 pr. °C, hvis virkning kan ses i resultatets tredje decimal.
| Gravimetrisk, opdrift | Gravimetrisk, forskydning | Pyknometer | Digital densitetsmåler | |
| Metoder |
Bægerglas til hjælpevæske står på en platform eller under vægten. |
Bægerglas til hjælpevæske står på vægtskålen. |
Glasbæger med defineret volumen. |
Oscillerende rørteknologi |
| Velegnet til |
|
|
|
|
| Fordele |
|
|
|
|
| Ulemper |
|
|
|
|
Hvis du kender massen og volumenet af en prøve (faste stoffer eller væsker), kan dens densitet beregnes ud fra:
Vanskeligheden med volumen
Det er ret simpelt at veje en prøve nøjagtigt, men det kan være en udfordring at bestemme volumen af en prøve nøjagtigt.
Opdrift
Opdriftsmetoden undgår problemet med at bestemme volumen, fordi den involverer at veje prøven to gange i to forskellige medier (luft og en væske). Volumen kan derfor antages at være konstant i begge situationer.
Deplacement
I den enkleste anvendelse af forskydningsmetoden bestemmes volumenet af en fast prøve ved at observere stigningen i niveauet af væsken, hvori prøven er nedsænket.
Omvendt, når et objekt med kendt volumen nedsænkes i en væske med ukendt densitet, kan forskellen i vægtværdierne (i luft og i væsken) bruges til at bestemme væskens densitet.
Pyknometer
Et pyknometer er en specielt designet glaskolbe, normalt med et defineret volumen. Det bruges oftest til at bestemme tætheden af væsker. Pycnometeret vejes først tomt og derefter fyldt med den væske, der undersøges. Forskellen (dvs. prøvens masse) divideret med pyknometerets volumen er prøvens massefylde.
Pycnometermetoden kan også bruges til at bestemme densiteten af pulverprøver eller granulater.
Digital densitetsmåler
Et hult glasrør vibrerer med en bestemt frekvens. Frekvensen ændres, når røret er fyldt med forskellige stoffer: jo højere prøvens masse er, jo lavere er frekvensen. Digitale densitetsmålere fungerer ved at måle frekvensen og konvertere den til densitet.
Se nedenstående tabel for en sammenligning af disse fire forskellige metoder.
| Gravimetrisk, opdrift | Gravimetrisk, forskydning | Pyknometer | Digital densitetsmåler | |
| Metoder |  Bægerglas til hjælpevæske står på en platform eller under vægten. |  Bægerglas til hjælpevæske står på vægtskålen. |  Glasbæger med defineret volumen. |  Oscillerende rørteknologi |
| Velegnet til |
|
|
|
|
| Måleprincip for en solid prøve | Prøven vejes én gang i luft og nedsænkes i hjælpevæsken med kendt densitet. Densiteten af den faste prøve kan bestemmes ud fra væskens kendte densitet og de to masseværdier.  ρ,= Prøvens massefylde A,= Prøvens vægt i luft B,= Prøvens vægt i hjælpevæsken ρ0,= Massefylde af hjælpevæsken ρL,= Luftens massefylde | Hjælpevæsken med kendt densitet vejes før og efter nedsænkning af prøven (tara kan bruges til at måle masseforskel direkte). Ved hjælp af masseforskellen og væskedensiteten kan prøvens volumen bestemmes. Dette bruges derefter sammen med prøvens masse til at beregne dens massefylde. | Pycnometeret vejes først tomt og derefter igen fyldt med referencevæsken med kendt densitet. Pulveret tilsættes til det rensede og tørrede pycnometer. Det vejes for at bestemme vægten af pulverprøven. Pycnometeret fyldes derefter op med den samme væske, som pulveret skal være helt uopløseligt i. Pycnometeret vejes igen. Vægten af den fortrængte væske kan derefter bestemmes, og dermed pulverets massefylde beregnes. | Nielsen |
| Måleprincip for en flydende prøve | Referencelegemet med kendt volumen (glassænk) vejes én gang i luften og én gang i væsken med ukendt massefylde. | Vægten af væsken med den ukendte densitet måles før (tara) og efter nedsænkning af referencelegemet (gammakugle eller glasvask). Ved hjælp af masseforskellen og referencelegemets kendte volumen kan densiteten af væskeprøven bestemmes. | Pycnometeret vejes først tomt og derefter igen fyldt med væskeprøven. Masseforskellen divideret med pyknometerets volumen er væskens densitet. | Prøven tilsættes til et U-formet hult glasrør i enheden. Prøvens massefylde bestemmes ved at måle rørets vibrationsfrekvens. Jo lavere vibrationsfrekvens, jo højere er prøvens densitet. |
Hvis mere end blot densiteten er af interesse, måler digitale densitetsmålere densitet, vægtfylde og andre relaterede egenskaber ved væskeprøver (dvs. alkohol%, BRIX°, API-grader) med høj præcision og kort måletid.
Der findes mange standarder og normer til bestemmelse af densitet i faste prøver. Nogle af de mest almindeligt anvendte er:
ISO 1183-1 specificerer brugen af en analysevægt med 4 decimaler.
Massefylde er et mål for, hvor mange partikler, dele eller stykker der er indeholdt i et målt volumen. Massefylde er ikke en egenskab ved selve materialet. Massetæthed omfatter mellemrummene mellem partiklerne eller genstandene samt eventuelle hulrum i selve genstandene. Bulkdensiteten kan variere afhængigt af, hvordan materialet håndteres; Rystning af en beholder gør det for eksempel muligt for dele at sætte sig, hvilket øger den samlede bulktæthed.
Måling af densitet er en ekstremt vigtig kvalitetsparameter for både råvarer og færdige produkter. Vi forstår, at der er mange faktorer, der skal overvejes for at sikre nøjagtige tæthedsresultater. Hvis du har brug for hjælp til bestemmelse af densitet eller ønsker rådgivning om, hvilken vægt eller densitetssæt du skal købe, er vores team af eksperter her for at hjælpe.
Tøv ikke med at kontakte os for at få hjælp.
Bobler
Langt den største fejlkilde ved densitetsmåling er prøvens begrænsede befugtelighed. Når prøven er nedsænket i væske, er det afgørende, at alle bobler, der klæber til prøven og udstyret, fjernes. Eventuelle resterende bobler vil forårsage en opdriftseffekt og forvrænge densitetsberegningen. (En boble med en diameter på 1 mm forårsager en opdrift på 0,5 mg.) Vi anbefaler:
Temperatur
Faste stoffer er generelt så ufølsomme over for udsving i omgivelsestemperaturen, at de tilsvarende tæthedsændringer ikke har nogen betydning. Da densitetsbestemmelse udføres med en hjælpevæske, skal temperaturen dog tages i betragtning. Temperatur har en større effekt med væsker og forårsager densitetsændringer i størrelsesordenen 0,1 til 1‰ pr. °C.
Denne virkning er allerede tydelig i resultatets tredje decimal. For at opnå nøjagtige resultater anbefaler vi, at du altid tager højde for hjælpevæskens temperatur ved alle densitetsbestemmelser. Værdier er tilgængelige i dedikerede bøger med tabeller. Densiteten af de vigtigste referencevæsker (H, 2O og ethanol) lagres i vægten.
Vejning
Som nævnt ovenfor spiller vejning en vigtig rolle i den nøjagtige bestemmelse af densiteten, så det er afgørende, at den anvendte vægt opfylder behovene i densitetsapplikationen. For små prøver skal vægtens mindste nettoprøvevægt tages i betragtning – vejning af en prøve under denne vægt kan ikke stoles på at have det krævede nøjagtighedsniveau.
Håndtering af data
Manuel transskription af prøvedata, vægtværdier og tæthedsberegninger er tidskrævende og tilbøjelig til at fejle.
De fleste analyse- og præcisionsvægte fra METTLER TOLEDO med 1 mg eller højere læsbarhed kan nemt bruges til at bestemme densiteten via opdriftsteknikken ved hjælp af et densitetssæt, der monteres på vægten i nogle få enkle trin.
At måle densiteten af faste stoffer ved hjælp af en vægt er en nem og bekvem proces, der giver meget pålidelige resultater sammenlignet med andre metoder, hvor delens volumen bestemmes uafhængigt af vægten. Ved at konvertere en standard laboratorievægt med tilføjelsen af et densitetssæt undgår du behovet for at købe et dedikeret stykke udstyr for at udføre denne enkle procedure. Dette gør købet af Density Kit-tilbehøret til en meget omkostningseffektiv investering. Med tilføjelse af en glasvask med kendt volumen kan densitetssættet også bruges til at bestemme densiteten af væskeprøver.
Den indbyggede Density-applikation giver trin-for-trin instruktioner, der gør det nemt for selv utrænede operatører at bruge. Drag yderligere fordel af:
Mål tætheden af voluminøse prøver
For omfangsrige prøver, der ikke passer ind i densitetssættet, kan METTLER TOLEDOs præcisionsvægte med læsbarhed på 0,1 g og 0,01 g konverteres til at veje under vægten ved hjælp af en dedikeret krog. Princippet om tæthedsmåling er nøjagtigt det samme; Prøven vejes i luft og igen i en referencevæske.
Kombinationen af en vægt på METTLER TOLEDOs Excellence-niveau og LabX-software giver et højere niveau af datastyring og processikkerhed. Excellence-analyse- og præcisionsvægte kan opsættes med et tæthedssæt til bestemmelse af densitet. LabX sikrer, at din densitets-SOP følges præcist. LabX registrerer alle vægtværdier, udfører alle beregninger og gemmer alle resultater sikkert i en central database. Alle data relateret til din tæthedsapplikation kan overføres direkte til dit interne datastyringssystem.
Bestemmelse af densitet i plast er afgørende for ensartet plastkvalitet. Applikation note beskriver, hvordan tætheden af massive plastdele nemt kan bestemmes ved hjælp af den integrerede applikation på en MX-, MR- eller MA-analysevægt fra METTLER TOLEDO med et densitetssæt.
De bedste procedurer til bestemmelse af densitet af faste stoffer er opdrifts- og forskydningsmetoderne, som begge er baseret på Archimedes' princip. Forudsætningen for disse metoder er brugen af en væske med kendt densitet, der ikke reagerer med prøvematerialet, men fugter det grundigt. Et befugtningsmiddel kan tilsættes væsken.
Den integrerede vægtapplikation giver trin-for-trin instruktioner. Excellence-niveaubalancer har arbejdsgange for 5 forskellige tæthedsbestemmelsesmetoder. Aldivalde på avanceret niveau og standardniveau har arbejdsgange for 2.
I forbindelse med densitetssættet giver den valgfrie 10 ml glasvask dig mulighed for at bestemme væskens densitet. Forskellen på synkens vægt i luft og i væsken bruges til at beregne densiteten. Alternativt kan et pyknometer eller en digital densitetsmåler bruges.
Vejekurven på densitetssættet kan vendes, så lettere prøver holdes under væsken og ikke kan flyde til overfladen. Hvis du oplever, at opdriftskraften er større end kurveapparatet, skal du placere en ekstra vægt på den øverste vejeplade på densitetssættet og genstarte densitetsbestemmelsesproceduren. Alternativt kan du bruge en anden referencevæske med en lavere densitet.
Tilsæt et par dråber befugtningsmiddel til referencevæsken. Lad den stå natten over for at frigive opløst gas. Brug en blød børste til at børste boblerne af prøven og tæthedssættet.
Nøjagtigheden af densitetsmålingen påvirkes af metodens tolerance (luftbobler osv.) og temperaturmålingen samt nøjagtigheden af vægtmålingerne. Enhver måling på ENHVER vægt er underlagt usikkerhed. At forstå denne usikkerhed er nøglen til at sikre nøjagtige vejeresultater. Det er ikke læsbarheden, der bestemmer nøjagtigheden af et vejeinstrument, men snarere dets repeterbarhed og den mindste nettoprøvevægt.
For at finde den passende vægt til dine behov skal du kende den mindste mængde, du vil veje, og hvor nøjagtigt du skal veje den (dvs. med hvilken tolerance).
METTLER TOLEDOs globale vejestandard, GWP® , hjælper dig med at vælge den rigtige vægt, der opfylder dine applikationskrav. Spørg din lokale repræsentant om en gratis saldoanbefaling. Find ud af, om din eksisterende vægt opfylder dine kvalitetskrav.
ISO 1183-1-overensstemmelse kræver en vægt med en læsbarhed på 0,1 mg eller mindre og specificerer, at prøven helst skal have en masse på mindst 1 g. Vejning af prøver på mindst 1 g på en vægt med læsbarhed på 0,1 mg vil generelt ikke overtræde vægtens minimumskrav til nettoprøvevægt. Den påkrævede vægtnøjagtighed skal dog overvejes i forbindelse med din påkrævede procestolerance. Vores gratis GWP Recommendation-tjeneste® kan hjælpe dig med at vælge den rigtige vægt til dine specifikke behov.
Der er flere trin i densitetsmålingsprocessen, og nogle gange skal du vente et stykke tid på, at balancen sætter sig, så det kan være nemt at fare vild, især når du har travlt med flere opgaver. Den integrerede vægtapplikation giver trin-for-trin instruktioner. Du bekræfter hver instruktion ved at trykke på OK-knappen, så du altid ved, hvor du er.
Tilslut en stregkodelæser til din saldo for at gøre det muligt at læse metadata som f.eks. prøve-ID, lotnummer og ordrenummer osv. direkte ind uden fejl. Med METTLER TOLEDOs P-50-serie af printere kan metadataene samt dato og klokkeslæt for målingen udskrives sammen med resultaterne.
Når du skal foretage en række tæthedsbestemmelser, giver statistikmuligheden på METTLER TOLEDO-vægte dig mulighed for hurtigt at identificere tendenser i dine data, hvilket hjælper dig med at træffe beslutninger om en fremgangsmåde, hvor det er relevant.
XPE-, XSE-, MS-TS-, ML-T- og ME-T-vægte har en indbygget densitetsdatabase for de mest almindeligt anvendte referencevæsker. Densitetsværdien justeres i henhold til den temperatur, du indtaster.
Densitetsapplikationen på XPE-, XSE- og MS-TS-vægte udfører alle beregningerne for dig. Du behøver kun at indtaste temperaturen og vælge den anvendte referencevæske. Vægten registrerer vægtværdierne og beregner tætheden automatisk.
Tæthedsapplikationen på MS-TS-, ML-T- og ME-T-vægte giver dig mulighed for at oprette en rapport over din densitetsbestemmelsesserie, som du kan udskrive eller gemme på en USB-nøgle. XPE- og XSE-vægte i kombination med LabX-software giver en højere grad af rapporttilpasning med grafer og diagrammer, og rapporten kan sendes direkte til din LIMS eller EPR.
