什么是密度？
密度是一种物理参数，用于提供样品或物体的质量除以其体积的信息；换句话说，就是物质的分子在空间中排列得有多紧密。密度通常用希腊字母 rho "r" 表示。拉丁字母 "d" 也常被使用。
你是否想过，为什么有些油在发生漏油事故时会浮在海面上？密度的差异使某些物质会浮在其他物质之上，请参见图中一些典型的密度值。
为了说明真实密度和表观密度之间的差异，我们将一个比重瓶放在天平上。
当它装满液体时，由于空气的浮力作用，在空气中的称重会比在真空中更轻。
什么是密度？
密度测量须知
密度测量是一种可提供原材料和成品质量参数的程序，可用于不同工业中的多种应用，以检查组分浓度、纯度、其组成，并通过密度值进行常规质量控制。
例如，20.00 °C 时水的密度已知为 0.998203 g/cm3：与该值相差超出允许公差的任何偏差，都意味着水样中含有杂质。
在本页面中，您将获得有关密度测量的基本知识。
准备好掌握密度测量，以实现精准的质量控制了吗？
How is the density of liquids measured?
Hydrometers | Pycnometers | Digital hydrometer |
Measuring principle | ||
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Strengths | ||
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Weaknesses | ||
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1. 温度
你知道吗，0.1 °C 的温度变化就可能使测得的密度产生 0.0001 g/cm3 的影响？
温度会影响分子中原子在一定空间内所需占据的空间，因为它们振动得更快时，彼此之间的间距会增大。
Molecule at a given temperature (slight movements) | Same molecules when temperature increases (moving further apart) | |
因此，温度越高，密度越低；或者温度降低时，密度会增大。不过，物质的质量不会改变。
注： 温度、体积和密度之间的关系不是线性函数，并且取决于各物质的比热容、汽化热以及其他因素。
上述规则唯一的例外是液态水，它在 3.98 ºC 时达到密度峰值，然后在温度升高或降低时密度都会下降。这也是冰的密度低于水，并能漂浮在杯中的原因之一。
2. 气泡或杂质
待测液体中即使存在一个小气泡，也会对其密度造成巨大影响，杂质也是如此。
例如，玻璃比重瓶依靠质量来计算密度值。如果存在气泡，或者由于清洁不当等原因存在污染，那么天平测得并显示的质量就会不正确。这将导致错误的密度值。
数字密度计也是如此，它依靠 U 型管测量原理来测定密度。
不过，现代数字密度计配备了自动 BubbleCheck™，可在密度测量过程中为用户提供支持。
此外，为了避免交叉污染，由于清洁不当，用户可以测量空气的密度；如果该值在限值内，则说明测量池已被正确清洁。
3. 流体的气压
如果您位于海拔 3.930 米的墨西哥城，当地气压会低于位于海平面（0 m）的里约热内卢。这意味着气压与海拔高度直接相关。
由于气体和液体都属于流体，因此必须考虑以下信息：
- 气体（例如空气）是可压缩流体，其体积会随不同压力而变化。
- 液体（例如水）被视为不可压缩流体，因此其体积在不同压力下保持恒定。
注意：除非施加极高压力，否则这并不适用于分析密度测量。
在密度测量中，空气值不用于手动技术，而仅用于数字密度计，原因有 2 点：
- 在仪器调节过程中，必须测量水和空气的数值。压力会影响空气值，因此也会影响之后的所有测量。有关调节的更多信息，请参见下方第 7 节。
- 用于识别测量池是否完全清洁。
为确保清洁并在仪器调节过程中提供支持，现代数字密度计内置了气压计，用于测量当地气压，并自动设置参考空气密度值。
4. 黏度
如果某种物质具有黏性，它就一定比黏性较低的液体更密吗？
黏度描述的是液体流动时所受到的阻力，通常可形容为流体的“稠度”，原则上它与密度没有直接关系。
不过，黏度会根据所使用的方法影响密度测定。
方法 | 黏度影响？ | 备注 |
比重瓶 | 否 | 但取样和清洗繁琐，使用水浴时温度稳定也较慢。 |
密度计 | 否 | 但取样、读数和清洗都很繁琐。 |
数字密度计 | 是 | 黏稠样品会阻尼振动 U 形管的振荡频率 |
如图所示，随着黏度增加，密度误差也会增大。
不过，现代数字密度计会自动校正由黏度引起的误差，确保最高精度和快速测量。
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相对密度定义
相对密度是两种物质绝对密度之比，其中除数被视为参考物质；如果未作说明，则默认参考物质为 3.98ºC 时的水，因此其密度为 0.999972 g/cm3 或 999.972 kg/m3。根据下式，相对密度没有单位。
物质 | 相对密度 | 比重 |
空气（20 ºC） | 0.001199 g/cm3 | 0.001201 g/cm3 |
水（20 ºC） | 0.998203 g/cm3 | 1.000000 g/cm3 |
比重定义
比重（SG）是物质密度与水密度之间的比值。若未指定温度，则默认以 3.98ºC 的水为基准，因此其密度为 0.999972 g/cm3 或 999.972 kg/m3。
真密度或绝对密度定义
真密度是指在给定压力和温度下，物质质量与体积之间的比值，对应于真空中的重量。
这一概念也用于数字密度计的密度测量中。
表观密度定义
表观密度是粉末、颗粒等分散固体的一种性质，常用于采矿、食品和化工行业。
按定义，表观密度是质量与体积之间的比值，但它对应于空气中的重量。
物质 | 真实或绝对密度 | 表观密度 |
空气 (20 ºC) | 0.00120 g/cm3 | 0.00000 g/cm3 |
水 (20 ºC) | 0.99820 g/cm3 | 0.99715 g/cm3 |
许多官方密度表仍然基于表观密度。
数字密度计可提供不同单位和浓度的结果，请查看其规格。
真空中的质量。真实密度
空气中的质量。表观密度
如何使用数字密度计确保获得良好的密度结果：成功的5个步骤
要确保密度测量结果准确，需要在整个工作流程中采取直接措施来避免不准确。下面您将找到有助于成功进行密度测定的重要提示。
步骤 1 – 确定样品类型 / 样品制备
在开始测量之前，重要的是根据样品类型了解需要采取的必要预防措施。
样品类型（要加图片/图标吗？） | 提示 |
高黏度 |
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腐蚀性/有毒 |
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易挥发 |
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含有溶解气体的样品 |
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非均相或含悬浮物 |
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第2步 – 测试您的密度计
通过测量一个密度已知且准确的样品（例如蒸馏水或液体标准物质）来定期验证系统的测量性能，这一过程称为测试、calibration或检查。
完成检查或测试后，将测得的密度与样品已知的标称值进行比较。
此外，在分析不同物质之间，最好检查测量池是否已完全清洁并干燥。建议您每天使用水（20.00 °C时为0.998203 g/cm3）对密度计进行一次测试。
- 使用去离子水进行测试时应采用什么公差？
- 有机标准物质又如何？
- 如果测试失败该怎么办？
请在我们的《密度测量指南》中查看这些问题的答案以及更多详细信息
步骤 3 – 防止取样误差
您知道直径 2 mm 的气泡会使结果产生 0.0008 g/cm3 的误差吗？
如果您使用注射器进行测量：
- 我们建议在出口处至少多“过量充装” 5 cm 的样品至测量池
- 以较慢的速度并保持层流（每秒 5–10 mm）向测量池加样，以确保池壁完全润湿 （池壁沿线没有滞留气泡）
当使用泵或自动进样器自动加样时：
- 根据样品黏度调整取样速度
防止气泡
- 加样后，检查测量池内是否无气泡
- 借助测量池的实时视频以及数字密度计上的自动 Bubblecheck™，可轻松识别气泡 数字密度计
步骤 4 – 测量并记录您的结果
您还在手动换算结果吗？
通过查表或按表插值容易出错且耗时。此外，手写结果还存在抄录错误的风险。根据不同环境，这类记录无法保证满足法规要求。
最便捷的解决方案是使用内置表进行自动换算（例如酒精、Brix、按 API 进行温度补偿），也可使用用户自定义表，从而避免读数或计算错误并节省时间。
数字密度计可使用内置换算表，直接以所需单位显示结果。
步骤 5 – 清洁您的密度计
不当清洁是导致错误结果的最常见原因！
确保测量池中不含先前测量样品或冲洗液的任何残留物
为防止这种情况，应使用合适的冲洗液清洁测量池，并将其干燥——最好在每次测量后都进行。
以下是针对冲洗液：的一些一般建议
最后，务必用干燥空气将测量池完全干燥。很多情况下，使用 METTLER TOLEDO Density Meters 时无需使用 2 种溶剂。借助强大的 DryPro 泵，您可以节省时间并减少溶剂消耗。
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重要提示：调整密度计
频繁调整仪器并不一定能保证获得准确结果。
任何调整都会改变仪器的内部设置。如果调整操作不正确，就会导致测量错误。
因此，我们建议仅在测试多次重复失败时才对密度计进行调整。
校准应使用什么温度和物质？如何进行？
请参阅我们的密度测量指南，查看这些问题的答案以及更多详细信息
下载免费的密度测量指南，了解在测量密度、比重或液体浓度时如何避免误差
应用
Brix 测量
酒精测量
在啤酒生产中的应用
在葡萄酒生产中的应用
油和石蜡
香精和香料
电池酸
肥料
有关密度测量的应用、方法和说明，请访问我们的应用库。
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常见问题
什么是密度？
密度是物质单位体积的质量。它用于衡量物质的致密程度，通常以 g/cm³ 或 lb/ft³ 表示。
样品的密度用希腊字母“ρ”表示（也可使用拉丁字母 D），计算公式为：
ρ = m / v
例如，如果将 500cm³ 的样品装入玻璃烧杯中，质量为 1000g，则其密度为：
ρ = 1000g/500cm³ = 2g/cm³
密度和质量有什么区别？
质量是衡量物体或液体中所含物质量多少的指标，而密度则表示一定体积中所含的质量多少。
例如，10kg 的钢和 10kg 的羽毛质量相同，但体积不同，因此密度不同。
密度有哪些日常生活中的例子？
充入氦气的气球会飞起来，因为氦的密度比空气低。
油会浮在水面上，因为它的密度更低。如果海水中发生漏油，这一特性会很有帮助。油浮在水面上，使清理更容易。
密度和温度之间有什么关系？
样品的密度在很大程度上取决于温度，因此必须对温度进行非常精确的记录和控制。
下图显示了水的密度随测量温度变化的情况。
通常，密度在 20°C 的参考温度下测量。
20°C 时水的密度为：
Water ρ 20= 0.99821 g/cm
什么是比重？
密度和比重并不相同。比重，或相对密度，是样品密度与参考物质密度的比值。液体和固体的参考物质通常是 4°C 时密度最大的水；对于气体，则是 25°C 时的空气。
4°C 时水的密度为 1g/cm3，因此例如，如果某液体样品的比重小于 1，就表示它的密度小于水，因此会浮起。 如果样品的比重大于 1，则它比水更密，会沉下去。
为什么可以用密度来识别样品？
什么是密度？为什么它可以用来识别 样品？
密度很容易用于识别纯样品，因为每种元素都有独特的密度。测量后，可以查询待测样品的密度，查看它对应什么物质。
溶液的密度如何测量？
什么是黏度？
什么是密度？密度和黏度有关系吗？
密度和黏度没有关系。黏度只是流体抵抗流动能力的一个衡量指标。
例如，蜂蜜比生理盐水更黏，但密度更低。
黏度的 SI 单位是帕·秒（Pa·s）
使用哪些仪器来测量密度？
什么是密度，如何测量它？
溶液的密度可以手动或数字方式测量。有关如何使用比重瓶、密度计和数字密度计测量密度的更详细信息，请参阅我们的测量密度的3种方法指南。
比重瓶和密度计等手动方法被广泛用于测定密度及相关数值，例如比重、酒精度%、BRIX°、API度、波美度、Plato等。尽管这些方法易于使用且相当经济，但它们要求在手动操作流程的每一步都具备专业知识，这往往会影响结果的准确性和可靠性。
比重瓶是一种具有固定体积的玻璃容器。先在不装样品时称量（M1），然后装入样品再称量（M2）。M1与M2之差除以容器体积，即为样品密度。
密度计是一种浸入样品中的玻璃仪器。经过短暂平衡后，它会浮到某一特定位置。样品密度越高，密度计浮得越低。通过平衡位置读出密度。
密度套件与天平配合使用。将一个具有固定体积的玻璃体在空气中称量（M1），浸入样品后再次在样品中称量（M2）。M1与M2之差（浮力）除以玻璃体体积，即为样品密度。也可使用专用支架配合参考液体（水、乙醇或用户自定义液体）来测量固体的密度。
