密度測定

密度測定

天びんと比重測定用キットを使用して固体、液体、粘性物質の密度を測定できます。

固体の密度を測定する最適な方法は何ですか。

固体の密度測定の最適な方法は浮力と押しのけ法で、両方ともアルキメデスの原理に基づきます。これらの方法では前提として、サンプル物質と反応しない一方でサンプル全体を湿潤にする、密度が既知の液体を使用します。湿潤剤を液体に添加することもできます。

密度の測定に密度計を使用する必要がありますか。

いいえ。比重測定用キットを使いラボ用天びんをすぐに転用して密度を測定できます。比重測定用キットは天びんに簡単に設置できます。

密度/比重測定手順に多くのステップがあります。どのように簡素化できますか。

一体型の天びんアプリケーションでは手順に沿った操作指示が表示されます。Excellence Level天びんには、5種類の密度/比重測定メソッドがあります。Advanced/Standard Level天びんには2種類のワークフローがあります。

液体の密度/比重測定には何が必要ですか。

比重測定用キットとともにオプションの10mLガラスおもりを使用して、液体の密度/比重を測定できます。空中と液体中でのおもりの重量差を使用して、密度を計算します。代替方法として、ピクノメーターまたはデジタル密度計を使用することもできます。

サンプルの密度が水より小さく、浮いてしまいます。

比重測定用キットの計量バスケットを転用し、軽量のサンプルを液体の底に保持し液面に浮かないようにします。浮力がバスケット器具より大きい場合は、比重測定用キットの計量皿上に追加のおもりを置き、密度/比重測定手順を再度開始します。密度がより小さい別の参照液を代用することもできます。

サンプルに多数の気泡があり困っています。

参照液に湿潤剤を数滴添加します。それを一晩置いて溶存ガスを放出します。柔らかいブラシでサンプルと比重測定用キットの気泡を落とします。

正確な密度測定結果を得るにはどの天びんを使用する必要がありますか。

密度/比重測定の正確さは、メソッドの許容範囲(気泡など)や温度測定、重量測定の正確さに影響されます。あらゆる天びんで行うどの測定にも不確かさが含まれています。この不確かさを理解することが、正確な計量結果を確保するカギになります。計量機器の正確さの決め手になるのは、最小表示値よりも繰返し性と最小正味サンプル計量値です。

ニーズに合う適切な天びんを見つけるには、計量する最小量とその計量に必要な正確さ(許容誤差の程度など)を理解している必要があります。

メトラー・トレドのグローバルな計量スタンダード、GWP®により、アプリケーション要件に適合する適切な天びんを選ぶことができます。推奨される天びんの無料のご相談については、最寄りの担当窓口までお問い合わせください。既存の天びんが品質要件に適合するかどうかお確かめください。

GWP Recommendation

固体プラスチックサンプルの密度を測定し、ISO 1183-1に準拠する必要があります。どの天びんまたははかりを使用できますか。

ISO 1183-1のコンプライアンスには最小表示が0.1mgよりも小さい天びんが必要で、サンプルの質量が1g以上あることが望ましいと規定されています。最小表示が0.1mgの天びんで1g以上のサンプルを計量しても、通常は、天びんの最小正味サンプル計量値の要件に反しません。ただし必要な天びんの正確さは、必要なプロセストレランスと連携して考慮する必要があります。当社の無料GWP®Recommendationサービスでは、特定のニーズに適した正しい天びんを選定いただけます。

GWP Recommendation

複雑な測定手順に従うためには問題があります。

密度/比重測定プロセスにはいくつかのステップがあり、場合により天びんが安定するまでしばらく待つ必要があると、特に複数のタスクを処理するときは手順に迷うことがあります。一体型の天びんアプリケーションでは手順に沿った操作指示が表示されます。指示ごとにOKボタンを押して確定するので、どこまで操作したかを常に把握できます。

密度/比重測定のトレーサビリティはどのように向上できますか。

天びんのバーコードリーダーを接続して、サンプルID、ロット番号、オーダー番号などのメタデータをエラーなく直接読み込むことができます。メトラー・トレドのP-50シリーズプリンタを使うことで、メタデータや測定の日時を結果とともに印刷できます。

複数サンプルの測定結果をどのように評価できますか。

連続して密度/比重測定を行う場合、メトラー・トレドの統計オプションによってデータに含まれるトレンドを素早く特定し、適切な対策方針の決定を支援します。

密度値データベースはどこにありますか。

XPE、XSE、MS-TS、ML-T、ME-Tの各天びんには、最も一般手的に使われる参照液の密度データベースが内蔵されています。密度の値は入力する温度に応じて調整します。

密度の計算でエラーをどのように回避できますか。

XPE、XSE、MS-TS天びんの密度アプリケーションでは、すべての計算が行われます。温度を入力して使用する参照液を選択するだけです。天びんでは重量の値と密度が自動で記録されます。

密度測定結果の文書はどのようにより簡単に作成できますか。

MS-TS、ML-T、ME-Tの各天びんの密度アプリケーションでは、一連の密度/比重測定の記録を作成し、印刷またはUSBメモリに保存できます。XPE/XSE天びんでは、LabXソフトウェアとの組み合わせによりグラフや図を駆使してレポートをより高度にカスタマイズできます。またレポートはLIMSまたはEPRに直接送信できます。

研究室での密度測定

以下の項目をクリックして、詳しい説明をお読みいただけます。

  1. アプリケーションのワークフローと課題
  2. メトラー・トレドのソリューション
  3. よく寄せられる質問

 

密度測定のワークフロー

固体の重量を大気中で測定(A)した後、置換液の中でもう一度測定(B)します。固体の密度ρは次のように計算できます。

Calculation formula for density in solid sample

ρ        = サンプルの密度

A        = 空気中のサンプルの重量

B        = 置換液中のサンプルの重量

ρ0       = 置換液の密度

ρL       = 空気の密度

液体の温度は、1度あたり0.001~0.1の度合いで密度が変化する原因になるので考慮する必要があります。
その影響は測定結果の小数点第3桁に見られます。
 

 重量法,浮力重量法,押しのけピクノメーターデジタル密度計
メソッド置換液用のビーカーをプラットフォーム上または天びんの下に置きます。置換液用のビーカーを天びんの上に置きます。容量が決まっているガラスビーカー。発振管技術。
適するサンプルのタイプ
  • 固体
  • 液体(ガラスシンカー使用)
  • ペースト状の物質(ガンマ球体を使用)
  • 液体(ガラスシンカー使用)
    固体
  • 液体、分散物
  • 粉体
  • 粒状物
  • 液体
  • 気体
長所
  • 迅速なプロセス
  • サンプルサイズに柔軟に対応
  • 計量機器を用意しやすい
  • 迅速なプロセス
  • 計量機器を用意しやすい
  • 正確なメソッド
  • 計量機器を用意しやすい
  • 迅速なプロセス
  • ペルチェ素子による厳密な温度制御
  • 自動密度測定
  • 少量サンプル
短所
  • 温度に影響されやすい
  • サンプルの慎重な湿潤が必要
  • 気泡の閉じ込め禁止
  • 温度に影響されやすい
  • 大量のサンプルが必要
  • 温度に影響されやすい
  • 多くの労力が必要
  • 時間がかかる
  • 気泡の閉じ込め禁止
  • 粘性のサンプルでは粘りの補正が必要(最新機器で利用可能)

密度測定の詳細はここをクリック

サンプル(固体または液体)の質量と体積が既知の場合、密度は以下により計算できます。

Calculation of density by mass and volume


容積測定の難しさ

サンプルを正確に計量するのはいたって簡単ですが、サンプルの容積を正確に測定するのは難しい場合があります。

浮力

浮力を用いる場合は、サンプルを2種類の媒体(気体と液体)で2回計量するので、容積測定の問題を避けることができます。これにより容積は両方の状態で一定と考えられます。

押しのけ

最もシンプルなアプリケーションの押しのけ法では、固体サンプルの容積はサンプルが浸かっている液体の液面の上昇を観察して求めます。
逆に、容積が既知の物体が未知の密度の液体に浸かっている場合は、(空気中と液中での)計量値の差に基づいて液体の密度を求めることができます。

ピクノメーター

ピクノメーターは特性のガラスフラスコで、通常は容量が決まっています。液体の密度測定に最もよく使われます。ピクノメーターはまず空の状態で計量し、次に分析対象の液体を完全に充填して計量します。その差(サンプルの質量)をピクノメーターの容積で割ったものがサンプルの密度になります。
ピクノメーターを用いた方法は、粉体または粒状サンプルの密度測定にも使用できます。

デジタル密度計

ホーローガラス管はある周波数で振動します。この周波数は管を異なる物質で満たすと変化し、サンプル質量が高いほど周波数は下がります。デジタル密度計はこの周波数を測定しそれを密度に変換することで機能します。

以下の表では、これら4種類の方法を比較しています。

 重量法,浮力重量法,押しのけピクノメーターデジタル密度計
メソッド置換液用のビーカーをプラットフォーム上または天びんの下に置きます。置換液用のビーカーを天びんの上に置きます。容量が決まっているガラスビーカー。発振管技術。
適するサンプルのタイプ
  • 固体
  • 液体(ガラスシンカー使用)
  • ペースト状の物質(ガンマ球体を使用)
  • 液体(ガラスシンカー使用)
    固体
  • 液体、分散物
  • 粉体
  • 粒状物
  • 液体
  • 気体
固体サンプルの
測定原則
サンプルは空気中と密度が既知の置換液の中で1回ずつ計量します。

固体サンプルの密度は、密度が既知の液体と2つの質量値から求められます。



ρ,= サンプルの密度
A,= 空気中のサンプルの重量
B,= 置換液中でもサンプルの重量
ρ0,= 置換液の密度
ρL,= 空気の密度
密度が既知の置換液は、サンプルを浸ける前と後に計量します(風袋引きを使用して質量差を直接測定できます)。

質量差と液体の密度を使用して、サンプルの容積を測定できます。それをサンプル質量と共に使用し密度を計算します。
ピクノメーターはまず空の状態で計量し、次に密度が既知の参照液を満たしてもう一度計量します。 粉体は汚れがなく乾燥したピクノメーターに添加します。それを計量して粉体サンプルの重量を測定します。次に同じ液体でピクノメーターを満たし、そこでは粉体が完全に不溶性でなければなりません。ピクノメーターをもう一度計量します。押しのけられた液体の重量を測定できるので、これにより粉体の密度を計算できます。N/A
液体サンプルの
測定原則
容積が既知の参照物体(ガラスシンカー)を、空気中と密度が未知の液体中で1回ずつ計量します。

液体の密度は、参照物体の既知の容積と2つの質量値から求めることができます。



ρ,= 液体サンプルの密度
α,= 重量補正係数(0.99985)、調整分銅の大気浮力を考慮する
A,= 空気中での参照物体の重量
B,= 液体中での参照物体の重量
V,= 参照物体の既知の容積
ρL,= 空気の密度
密度が未知の液体の重量は、参照物体(ガンマ球体またはガラスシンカー)を液中に浸ける前(風袋引き)と後に測定します。

質量差と参照物体の既知の容積を使用して、液体サンプルの密度を求めることができます。
ピクノメーターはまず空の状態で計量し、次に液体サンプルを完全に充填して計量します。質量差をピクノメーターの容積で割ったものが液体の密度です。機器のU字型空洞ガラス管にサンプルを添加します。サンプルの密度を測定するには、管の振動周波数を測定します。振動の周波数が低いほど、サンプルの密度は高くなります。

 

密度の標準

密度/比重測定には多くの標準や基準があります。最もよく使われる標準には以下があります。

  • ISO 1183-1: プラスチック — 非発泡プラスチックの密度測定方法
  • OIML G 14: OIMLに準じた密度測定
  • ASTM-D-792: 密度と比重の標準試験法

ISO 1183-1は小数点以下4桁の分析天びんの使用を規定しています。

かさ密度との混同

かさ密度は、測定する容積に粒状物、部品、物品が何個ぐらい含まれているかを測定するものです。かさ密度は素材そのものの特性ではありません。かさ密度には、粒状物や部品同士の空間や、物品内部にある中空が含まれています。かさ密度は素材の扱い方に応じて変わります。例えば、容器を振ると部品が詰まり全体のかさ密度が増えます。

密度測定 - 専門スタッフ

Moisture Content Determination

プラスチックの品質を保つ密度/比重測定


データ管理とプロセスセキュリティの拡張

メトラー・トレドのExcellence Level天びんとLabXソフトウェアを組み合わせて、高度なデータ管理とプロセスセキュリティを実現できます。Excellence分析天びんと上皿天びんでは、密度/比重測定用に比重測定用キットを設置できます。LabXにより、密度/比重測定のSOPに厳密に従うことができます。LabXでは、すべての計量値を記録しあらゆる計算を実行して全結果を集中データベースに安全に保存できます。密度アプリケーションに関連するデータは、いずれも組織内のデータ管理システムに直接転送できます。

 

デジタル密度計

 

 

FAQ – 密度/比重についてのよく寄せられる質問

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