什麼是密度？
密度是一個物理參數，提供有關樣品或物體的質量除以其體積的資訊：換句話說，就是一種物質的分子在空間中排列得有多緊密。密度通常以希臘字母 rho "r" 來表示。拉丁字母 "d" 也常被使用。
你是否曾想過，為什麼有些油在漏油事故中會停留在海面上？密度的差異使某些物質會浮在其他物質之上，請看圖片中一些典型的密度數值。
為了說明真密度與表觀密度之間的差異，我們將一支比重瓶放置在天平上。
當它裝滿液體時，因空氣浮力效應，在空氣中的重量會比在真空中更輕。
什麼是密度？
關於密度測量您需要知道的一切
密度測量是一種可提供原材料與成品品質參數的程序，廣泛應用於不同產業，用以檢查組分濃度、純度、其組成，並透過密度值進行例行品質管制。
例如，20.00 °C 時的水密度已知為 0.998203 g/cm3：任何偏離此值 +- 公差的情況，都表示水樣中含有雜質。
在本頁中，您將獲得關於密度測量的基本知識。
準備好掌握密度測量，以進行精確的品質管制了嗎？
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. 溫度
你知道嗎？溫度變化 0.1 °C 就可能使測得的密度產生 0.0001 g/cm3 的影響。
溫度會影響原子在分子中占據一定空間所需的空間，因為它們振動得更快時，彼此之間的間距會增加。
Molecule at a given temperature (slight movements) | Same molecules when temperature increases (moving further apart) | |
因此，溫度越高，密度越低；或者說，當溫度降低時，密度會變大。然而，物質的質量不會改變。
注意： 溫度、體積與密度之間的關係不是線性函數，並且取決於各種物質的比熱容、汽化熱及其他因素。
上述規則的唯一例外是液態水，其密度在 3.98 ºC 時達到峰值，之後若溫度升高或降低，密度都會下降。這也是冰的密度比水低、並且能漂浮在水中的原因之一。
2. 氣泡或雜質
待測液體中只要存在一個小氣泡，就可能對其密度造成巨大差異，雜質也是如此。
例如，玻璃比重瓶是依據質量來計算密度值的。如果存在氣泡，或因清潔不當等原因造成污染，天平量測並顯示的質量就會不正確，進而導致錯誤的密度值。
同樣地，數位密度計也是如此，其依據 U 型管量測原理來判定密度。
不過，現代數位密度計具備自動 BubbleCheck™，可在密度測量過程中協助使用者。
此外，為了避免因清潔不當造成交叉污染，使用者可以量測空氣的密度；如果測得值在允許範圍內，即可確認量測池已正確清潔。
3. 流體的氣壓
如果您位於墨西哥城，海拔 3,930 公尺，那裡的當地氣壓會低於位於海平面（0 公尺）的里約熱內盧。這表示氣壓與海拔高度直接相關。
由於氣體和液體都屬於流體，因此必須考慮以下資訊：
- 氣體（例如空氣）是可壓縮流體，會在不同壓力下改變體積。
- 液體（例如水）被視為不可壓縮流體，因此在不同壓力下其體積保持不變。
注意：除非施加極高壓力，否則這不適用於分析密度測量的目的。
在密度測量中，空氣值不會用於手動技術，只會用於數位密度計，原因有二：
- 在儀器調整期間，必須測量水值和空氣值。壓力會影響空氣值，進而影響之後的所有量測。請參閱下方第 7 節以了解更多有關調整的資訊。
- 判斷量測池是否已完全清潔。
為了確保清潔並在儀器調整時提供支援，現代數位密度計配備內建氣壓計，可量測當地氣壓，並自動設定參考空氣密度值。
4. 黏度
如果某種物質具有黏性，它是否比黏性較低的液體更密？
黏度描述的是液體流動時所受到的阻力，非正式地可稱為流體的「稠度」，原則上它與密度沒有直接關係。
然而，黏度會依所使用的方法而影響密度測定。
方法 | 受黏度影響嗎？ | 說明 |
比重瓶 | 否 | 但取樣與清潔繁瑣，若使用水浴，溫度穩定也較慢。 |
比重計 | 否 | 但取樣、讀值與清潔繁瑣。 |
數位式密度計 | 是 | 黏稠樣品會抑制振動 U 形管的振盪頻率 |
如圖所示，隨著黏度增加，密度誤差也會增加。
然而，現代數位密度計會自動修正因黏度造成的誤差，確保最高精度與快速測量。
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相對密度定義
相對密度是兩種物質絕對密度的比值，其中除數被視為參考物質；若未特別指定，則預設為 3.98ºC 的水，因此其密度為 0.999972 g/cm3 或 999.972 kg/m3。依照下方方程式，相對密度沒有單位。
物質 | 相對密度 | 比重 |
空氣（20 ºC） | 0.001199 g/cm3 | 0.001201 g/cm3 |
水（20 ºC） | 0.998203 g/cm3 | 1.000000 g/cm3 |
比重定義
比重（SG）是某物質密度與水的密度之比。如果未指定溫度，則假定為 3.98ºC 的水，因此其密度為 0.999972 g/cm3 或 999.972 kg/m3。
真密度或絕對密度定義
真密度是物質在給定壓力和溫度下，質量與體積之比，對應於真空中的重量。
這個概念也用於數位密度計的密度測量中。
表觀密度定義
表觀密度是分裝固體（如粉末和顆粒）的一種性質，常用於採礦、食品和化工產業。
依定義，表觀密度是質量與體積之比，但其對應於空氣中的重量。
物質 | 真密度或絕對密度 | 視密度 |
空氣（20 ºC） | 0.00120 g/cm3 | 0.00000 g/cm3 |
水（20 ºC） | 0.99820 g/cm3 | 0.99715 g/cm3 |
許多官方密度表仍以表觀密度為基礎。
數位密度計可提供不同單位與濃度的結果，請參閱其規格。
真空中的質量。真實密度
空氣中的質量。表觀密度
如何使用數位密度計確保良好的密度結果：成功的 5 個步驟
為了確保密度測量結果準確，必須在整個工作流程中採取直接措施以避免不準確。以下您將找到有助於成功進行密度測定的重要提示。
步驟 1 – 判定樣品類型／樣品製備
在開始測量之前，請務必根據樣品類型了解需要採取的必要注意事項。
樣品類型（要加入圖片／圖示嗎？） | 提示 |
高黏度 |
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具腐蝕性／有毒 |
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揮發性 |
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含有溶解氣體的樣品 |
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不均勻或含懸浮物 |
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步驟 2 – 測試您的密度計
透過測量一個密度精確已知的樣品（例如蒸餾水或液體標準品），定期驗證系統的測量性能，此程序稱為 test、calibration 或 check。
完成 check 或 test 後，將測得的密度與樣品已知的標稱值進行比較。
此外，在分析不同物質之間，確認測量池已完全清潔且乾燥，也是良好的做法。建議您每天使用水（20.00 °C 時為 0.998203 g/cm3）對您的密度計進行一次 test。
- 使用去離子水進行 test 時，應套用哪種允差？
- 有機標準品又該如何？
- 如果 test 失敗該怎麼辦？
請參閱我們的密度測量指南，了解這些問題的答案以及更多詳細資訊
步驟 3 – 防止取樣誤差
您知道嗎？直徑 2 mm 的氣泡，可能會讓您的結果產生 0.0008 g/cm3 的誤差？
如果您使用注射器進行測量：
- 我們建議在出口端將量測池「過量填充」至少多出 5 cm
- 以緩慢速度並採層流（每秒 5–10 mm）填充量測池，以確保池壁完全潤濕 （池壁上不會有被困住的氣泡）
使用幫浦或自動進樣器自動填充時：
- 請根據樣品黏度調整取樣速度
防止氣泡
- 填充後，檢查量測池內是否沒有氣泡
- 透過量測池即時影像與自動 Bubblecheck™，搭配 數位密度計可輕鬆辨識氣泡
步驟 4 – 測量並記錄您的結果
您還在手動換算結果嗎？
查表或從表中插值不僅容易出錯，也很耗時。此外，手寫結果還有抄錄錯誤的風險。視環境而定，這類文件未必能保證符合監管要求。
最方便的解決方案是使用內建表格自動換算（例如酒精、Brix、依據 API 的溫度補償），或使用使用者自訂表格，以避免讀值或計算錯誤並節省時間。
數位密度計可使用內建換算表，直接以所需單位顯示結果。
步驟 5 – 清潔您的密度計
不適當的清潔是最常見的錯誤結果來源！
請確保量測池中不含先前測量樣品或沖洗溶液的任何殘留物
為避免這種情況，應使用合適的沖洗溶液清潔量測池，並將其乾燥——最好在每次測量後皆如此。
關於沖洗溶液的一些一般建議：
最後，請務必以乾燥空氣將量測池完全乾燥。在許多情況下，使用 METTLER TOLEDO Density Meters 時並不需要使用 2 種溶劑。得益於強大的 DryPro 幫浦，您可以節省時間與溶劑用量。
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重要：調整密度計
頻繁調整儀器不一定能保證獲得準確結果。
任何調整都會變更儀器的內部設定。若調整執行不當，則會導致測量不正確。
因此，我們建議只有在測試多次重複失敗時，才調整密度計。
調整時應使用哪種溫度和哪些物質？應如何進行？
請在我們的密度測量指南中查看這些問題的解答以及更多詳細資訊
下載密度測量指南，獲取提示和提示，以避免在測量液體密度時出現錯誤
應用
Brix 測量
酒精測量
在啤酒生產中的應用
在葡萄酒生產中的應用
油類與石蠟
香料與香精
電池酸
肥料
有關密度測量的應用、方法和操作說明，請造訪我們的應用程式資料庫。
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常見問題
什麼是密度？
密度是物質單位體積的質量。它用於衡量物質的緊密程度，通常以 g/cm³ 或 lb/ft³ 表示。
樣品的密度以希臘字母「ρ」表示（也可使用拉丁字母 D），其計算方式如下：
ρ = m / v
例如，若將 500cm³ 的樣品裝入玻璃燒杯中，且其質量為 1000g，則密度為：
ρ = 1000g/500cm³ = 2g/cm³
密度和質量有什麼差別？
質量是衡量物體或液體中所含物質多少的指標，而密度則表示在一定體積內有多少質量。
例如，10kg 的鋼和 10kg 的羽毛具有相同的質量，但體積不同，因此密度也不同。
有哪些日常中的密度例子？
充滿氦氣的氣球會飛起來，是因為氦氣的密度低於空氣的密度。
油會浮在水上，是因為它的密度較低。若海水中發生漏油，這種特性就很有幫助；由於油會浮在水面上，因此更容易清理。
密度和溫度之間有什麼關係？
樣品的密度在很大程度上取決於溫度，因此必須非常精確地記錄並控制溫度。
下方圖表顯示水的密度會隨測量溫度而變化。
通常，密度會在 20°C 的參考溫度下測量。
20°C 時水的密度為：
Water ρ 20= 0.99821 g/cm
什麼是比重？
密度與比重並不相同。比重，或相對密度，是樣品密度與參考物質密度的比值。液體和固體的參考物質通常是 4°C 時密度最大的水，而氣體則以 25°C 的空氣為參考。
4°C 時水的密度為 1g/cm3，因此例如，若某液體樣品的比重小於 1，表示它的密度低於水，因而會浮起。若樣品的比重大於 1，則表示它的密度高於水，會沉入水中。
為什麼可以用密度來辨識樣品？
什麼是密度？為什麼它可用來辨識 樣品？
密度很容易用來辨識純樣品，因為每種元素都有獨特的密度。量測之後，可以查詢該樣品的密度，以確認其對應的物質。
如何測量溶液的密度？
什麼是黏度？
什麼是密度？密度與黏度有關嗎？
密度與黏度沒有關係。黏度只是衡量流體抗流動能力的一種指標。
例如，蜂蜜的黏度比生理食鹽水高，但密度較低。
黏度的 SI 單位是帕斯卡秒（Pa·s）
使用哪些儀器來測量密度？
什麼是密度，以及如何測量它？
溶液的密度可以手動或以數位方式測量。如需有關使用比重瓶、液體比重計和數位密度計測量密度的更詳細資訊，請參閱我們的 3 種測量密度的方法指南。
比重瓶和液體比重計等手動方法廣泛用於測定密度及相關數值，例如比重、酒精%、BRIX°、API 度、Baumé、Plato 等。雖然這些方法容易使用且相當經濟，但在手動操作流程的每個步驟都需要專業知識，這往往會影響結果的準確性與可靠性。
比重瓶是一種具有固定體積的玻璃容器。先在沒有樣品時稱重（M1），再裝入樣品後再次稱重（M2）。M1 與 M2 的差值除以容器體積，即為樣品的密度。
液體比重計是一種浸入樣品中的玻璃體。經過短暫的平衡時間後，它會浮在某一特定高度。樣品密度越高，液體比重計浮起的高度就越低。讀取平衡後的位置即可得知密度。
密度套件與天平搭配使用。先在空氣中稱量一個具有固定體積的玻璃體（M1），再將其浸入樣品中並在樣品中再次稱量（M2）。M1 與 M2 的差值（浮力）除以玻璃體的體積，即為樣品的密度。也可使用特殊支架，並搭配參考液體（水、乙醇或自訂液體）來測量固體的密度。
