Sökförslag
  • konduktivitet
  • IND570
  • golvvåg
  • ph
Alla kategorier
  • Alla kategorier
  • Produkter
  • Köpa online
  • Support
  • Expertis
  • Events & Webinars
  • Annat
Filter
Filter
Kategorier
  • Alla kategorier
  • Produkter
  • Köpa online
  • Support
  • Expertis
  • Events & Webinars
  • Annat
Tydliga filterVisa resultat
Sidinnehåll:

Vad är densitet?

Allt du behöver veta om densitetsmätning

Hem Efter applikation Laboratorieanalytiska tillämpningar Densitetsapplikationer Vad är densitet?

Densitetsmätning är en procedur som ger en kvalitetsparameter för både råmaterial och färdiga produkter, vilken används för flera tillämpningar i olika industrier för att kontrollera koncentrationen av komponenter, renhet, dess sammansättning samt för regelbunden kvalitetskontroll med densitetsvärde.

Till exempel är densiteten för vatten vid 20.00 °C känd för att vara 0.998203 g/cm3: varje avvikelse från detta värde +- toleranser skulle innebära att vattenprovet innehåller föroreningar.

På denna sida får du grundläggande kunskap om densitetsmätning.

Kvalitetsparameter
Redo att bemästra densitetsmätning för exakt kvalitetskontroll?

Vad är densitet?

Densitet är en fysisk parameter som ger information om massan hos ett prov eller ett föremål dividerad med dess volym: med andra ord, hur tätt ett ämnes molekyler är packade tillsammans i rummet. Densitet representeras vanligtvis av den grekiska bokstaven rho "r". Den latinska bokstaven "d" används också ofta.

Har du någonsin undrat varför vissa oljor stannar på havsytan när det inträffar ett oljeutsläpp? Skillnaden i densitet gör att vissa ämnen lägger sig ovanpå andra, se i bilden några typiska densitetsvärden.

densitetsformel

1. Temperatur

Visste du att en temperaturförändring på 0,1 °C kan påverka den uppmätta densiteten med 0,0001 g/cm3?

Temperaturen påverkar det utrymme som behövs för att atomerna i en molekyl ska få plats i ett visst utrymme, eftersom de vibrerar snabbare ökar utrymmet mellan dem.

Därför gäller att ju högre temperaturen är, desto lägre är densiteten, eller om temperaturen minskar blir densiteten större. Men ämnets massa förändras inte.

Observera: Förhållandet mellan temperatur, volym och densitet är inte en linjär funktion och beror på varje ämnes specifika värmekapacitet, förångningsvärme och andra faktorer.

Det enda undantaget från regeln ovan är flytande vatten, som når sin densitetstopp vid 3,98 ºC och sedan minskar om temperaturen går upp eller ner. Detta är en av orsakerna till att is har lägre densitet än vatten och flyter i glaset.

formel

2. Luftbubblor eller föroreningar

En enkel luftbubbla som finns i vätskan som ska mätas kan orsaka en stor skillnad i dess densitet, samma gäller för föroreningar.

Till exempel bygger en glaspyknometer på massan för att beräkna densitetsvärdet. Om det finns en luftbubbla eller en kontamination, t.ex. på grund av otillräcklig rengöring, kommer den massa som mäts och visas av vågen att vara felaktig. Detta leder till ett felaktigt densitetsvärde.


Lär dig hur du väljer, använder och kalibrerar pyknometrar

Detsamma gäller för en digital densitetsmätare, som bygger på U-rörsmetoden för bestämning av densitet.

Moderna digitala densitetsmätare har dock en automatisk BubbleCheck™ för att stödja användaren under densitetsmätningsproceduren.

För att undvika korskontaminering på grund av otillräcklig rengöring kan användare dessutom mäta luftens densitet, vilket, om det ligger inom gränserna, säkerställer att mätcellen är ordentligt rengjord.

3. Lufttrycket hos en fluid

Om du befinner dig i Mexico City på 3.930 meters höjd över havet, kommer det lokala lufttrycket att vara lägre än i Rio de Janeiro, som ligger vid havsnivå (0 m). Detta innebär att lufttrycket är direkt relaterat till höjden över havet.

Eftersom gaser och vätskor är fluider måste följande information beaktas:

  • Gas (t.ex. luft) är en kompressibel fluid som ändrar sin volym vid olika tryck.
  • Vätskor (t.ex. vatten) betraktas som en inkompressibel fluid, så dess volym är konstant vid olika tryck.

Observera: Såvida inte ett extremt högt tryck tillämpas, gäller detta inte för analytiska densitetsmätningar.

Vid densitetsmätning används luftvärdet inte i manuella tekniker utan endast i digitala densitetsmätare, av två skäl:

  • Vid instrumentjustering måste vatten- och luftvärden mätas. Trycket påverkar luftvärdet och därmed alla efterföljande mätningar. Läs mer om justering i avsnitt 7 nedan.
  • För att identifiera om mätcellen är helt ren.

För att säkerställa renlighet och stöd vid instrumentjustering har moderna digitala densitetsmätare en inbyggd barometer för att mäta det lokala lufttrycket, som automatiskt ställer in referensvärdet för luftdensitet.

4. Viskositet

Om ett ämne är trögflytande, är det då tätare än en mindre trögflytande vätska?

Viskositet beskriver en vätskas motstånd mot att flyta, och beskrivs informellt som fluidens "tjocklek", och har i princip inget direkt samband med densitet.

Viskositeten påverkar dock bestämningen av densitet beroende på vilken metod som används.

Metod

Påverkas av viskositet?

Kommentar

Pyknometer

Nej

Men tidskrävande provtagning och rengöring, samt långsam temperaturstabilisering vid användning av vattenbad.

Hydrometer

Nej

Men tidskrävande provtagning, avläsning av värde och rengöring.

Digital densitetsmätare

Ja

Visköst prov dämpar svängningsfrekvensen hos det vibrerande U-röret


Som framgår av diagrammet ökar även densitetsfelet när viskositeten ökar.

Dock korrigerar moderna digitala densitetsmätare automatiskt fel som beror på viskositet, vilket säkerställer maximal noggrannhet och snabba mätningar.

diagram som visar densitetsfel för en viss viskositet
Expandera för att visa

Definition av relativ densitet

Relativ densitet är kvoten mellan två ämnens absoluta densiteter, där nämnaren betraktas som referensämnet, vilket, om inget annat anges, antas vara vatten vid 3,98 ºC och därför har en densitet på 0,999972 g/cm3 eller 999,972 kg/m3. Enligt ekvationen nedan har relativ densitet inga enheter.

formel för relativ densitet

Substans

Relativ densitet

Specifik vikt

Luft (20 ºC)

0.001199 g/cm3

0.001201 g/cm3

Vatten (20 ºC)

0.998203 g/cm3

1.000000 g/cm3

Definition av specifik vikt

Specifik vikt (SG) är kvoten mellan en substans densitet och vattnets densitet. Om temperaturen inte anges antas vatten vid 3,98ºC och har därför en densitet på 0,999972 g/cm3 eller 999,972 kg/m3.

formel för specifik vikt

Definition av verklig densitet eller absolut densitet

Verklig densitet är kvoten mellan massan och volymen av en substans vid ett givet tryck och en given temperatur, vilket motsvarar vikt i vakuum.

Detta är också det begrepp som används vid densitetsmätning med digitala densitetsmätare.

formel

Uppenbar densitetsdefinition

Skenbar densitet är en egenskap hos uppdelade fasta ämnen, såsom pulver och granulat, och används ofta inom gruv-, livsmedels- och kemikalieindustrin.

Per definition är skenbar densitet kvoten mellan massa och volym, men den motsvarar vikt i luft.

formel för skenbar densitet

Ämne

Sann eller absolut densitet

Apparent densitet

Luft (20 ºC)

0.00120 g/cm3

0.00000 g/cm3

Vatten (20 ºC)

0.99820 g/cm3

0.99715 g/cm3

Många officiella densitetstabeller baseras fortfarande på skenbar densitet.

Digitala densitetsmätare ger resultat i olika enheter och koncentrationer, se deras specifikationer.

Mass in vacuum True density
Massa i vakuum. Sann densitet
Mass in air. Apparent density
Massa i luft. Skenbar densitet

Steg 1 – Bestäm din provtyp / provberedning

Innan du påbörjar din mätning är det viktigt att förstå vilka nödvändiga försiktighetsåtgärder du behöver vidta beroende på din provtyp.

Provtpyp (lägg till en bild/ikon?)

Tips

Viskös

  • Se till att inga luftbubblor finns när provet förs in i mätcellen
  • Skjuvkrafter kan leda till felaktiga resultat, så se till att instrumentet har viskositetskorrigering

Frätande / giftig

Flyktig

  • Prov som innehåller löst organisk gas (t.ex. butan) tenderar att avge gas, så de bör kylas ned för att undvika bildning av bubblor.

Prov med lösta gaser

  • Kolsyrade prover, till exempel läsk, måste avgasas före mätning. Rör om dem i flera minuter tills bubblandet upphör.
  • För prover med löst luft kan ett ultraljudsbad användas, eller så kan provet kokas i flera minuter.
  • Avlägsna CO2 eller löst gas med en kombination av luftflöde och omrörare med ett automatiserat densitetssystem

Icke-homogent eller med suspensioner

  • Undvik att fast material sedimenterar eller att en koncentrationsgradient bildas
  • Rör om provet noggrant innan du tar ett prov. Se till att inga luftbubblor förs in under omrörningen.
  • Om du inte helt kan homogenisera provet, upprepa mätningen flera gånger och beräkna medelvärdet.

Steg 2 – Testa din densitetsmätare

Verifiera regelbundet systemets mätprestanda genom att mäta ett prov med exakt känd densitet (t.ex. destillerat vatten eller en vätskestandard). Denna procedur kallas test, calibration eller kontroll.

Efter att kontrollen eller testet har genomförts jämförs den uppmätta densiteten med provets kända nominella värde.

Checklista

Dessutom är det god praxis att kontrollera att mätcellen är helt ren och torr mellan analyser av olika ämnen. Det rekommenderas att du dagligen utför ett test av din densitetsmätare med vatten (0,998203 g/cm3 vid 20,00 °C).

  • Vilken tolerans ska tillämpas för ett test med avjoniserat vatten?
  • Och för organiska standarder?
  • Vad gör man om testet misslyckas?
Se svaren på dessa frågor och mycket mer detaljerad information i vår guide för densitetsmätning

Steg 3 – Förhindra samplingsfel

Visste du att en bubbla med 2 mm diameter kan orsaka ett fel på 0.0008 g/cm3 i ditt resultat?

Om du mäter med en spruta:

  • Vi rekommenderar att du ”överfyller” cellen med minst ytterligare 5 cm vid utloppet
  • Fyll märcellen med låg hastighet och med ett laminärt flöde (5–10 mm per sekund) för att säkerställa fullständig vätnings av cellväggarna (inga instängda bubblor längs väggarna)

När fyllning sker automatiskt med en pump eller autosampler:

  • Justera provtagningstakten efter provets viskositet

Förhindra bubblor

  • Kontrollera efter fyllning att cellen är fri från bubblor
  • Identifiera bubblor enkelt med en livevideo av märcellen och automatisk Bubblecheck™ med en digital densitometer

provtagningsvideo

Steg 4 – Mät och dokumentera dina resultat

Omvandlar du fortfarande dina resultat manuellt?

Uppslag i en tabell eller interpolering från en tabell är tidskrävande och innebär risk för fel. Dessutom medför handskrivna resultat risk för överföringsfel. Beroende på miljön finns det ingen garanti för att denna typ av dokumentation uppfyller regulatoriska krav.

Den mest praktiska lösningen är en automatisk omvandling med inbyggda tabeller (t.ex. alkohol, Brix, temperaturkompensation enligt API) eller även användardefinierade tabeller, vilket förhindrar avläsnings- eller beräkningsfel och sparar tid.

En digital densitometer gör det möjligt att använda inbyggda omvandlingstabeller för att visa resultatet direkt i önskad enhet.

Dina resultat

Steg 5 – Rengör din densitometer

Olämplig rengöring är den vanligaste orsaken till felaktiga resultat!

Se till att märcellen inte innehåller några rester från tidigare uppmätta prover eller sköljlösningar

För att förhindra detta bör cellen rengöras med lämpliga sköljlösningar och torkas – helst efter varje mätning.

Några allmänna rekommendationer för sköljlösningarna:

Se slutligen till att torka cellen helt med torr luft. I många fall finns det inget behov av att använda 2 lösningsmedel när METTLER TOLEDO Density Meters används. Tack vare den kraftfulla DryPro-pumpen kan du spara tid och lösningsmedelsförbrukning.

diagram densitetsoscillation
Expandera för att visa

Viktigt: Justering av en densitometer

Frekvent justering av instrumentet garanterar inte nödvändigtvis korrekta resultat.

Varje justering innebär att instrumentets interna inställningar ändras. Om en justering utförs felaktigt leder det till felaktiga mätningar.

Därför rekommenderar vi att densitometern justeras endast om testet har misslyckats upprepade gånger.

Vilken temperatur och vilka ämnen ska användas för justeringen? Hur går man tillväga?

Se svaren på dessa frågor och mycket mer detaljerad information i vår guide för densitetsmätning

Guiden om att mäta densitet (PDF)

Tillämpningar

Brix-mätning

Brix är måttet i procent efter vikt av sackaros i en ren vattenlösning. För andra sockerarter än sackaros kallas det "skenbart Brix" och är alltid ett relativt värde. Brix-mätningar görs främst inom livsmedelsindustrin av kvalitetskontrollskäl, t.ex. för sackaroslösningar i drycker. Sockerlag avsedd för drycker och liknande produkter säljs efter vikt och sockerhalt. Den exakta bestämningen av Brix är därför mycket viktig för kostnads- och kvalitetskontroll. Även om beteckningen Brix strikt sett endast gäller lösningar som helt består av sackaros, använder livsmedelsindustrin mätningen för att avse alla söta fasta ämnen i en produkt. Oftast mäts högfruktos-majssirap (HFCS) och uttrycks i Brix°.

Vad är HFCS?

Högfruktos-majssirap (HFCS) är ett flytande sötningsmedel som utvinns ur majsstärkelse och som huvudsakligen innehåller fruktos och D-glukos. HFCS används för att ersätta sackaros inom dryckes- och livsmedelsindustrin. HFCS finns med tre olika fruktosnivåer: HFCS 42 %, 55 % och 90 % viktprocent, och används främst i USA.

Alkoholmätning

Densitetsmätning är en tillförlitlig metod för att bestämma alkoholhalten. På digitala densitetsmätare omvandlas den uppmätta densiteten direkt till alkohol i volymprocent med den inbyggda tabellen OIML R-22 (International Organization of Legal Metrology, Recommendation 22: alkoholtabeller). För enkel mätning av destillat krävs ett exakt mätsystem och noggrann provberedning.

Tillämpningar inom ölproduktion

Öl tillverkas huvudsakligen genom jäsning av vatten, malt och humle. Under jäsningsprocessen omvandlas den största delen av malten (socker) till alkohol. Under bryggprocessen är värdet på sockerkoncentrationen (kallad vört) en viktig kontrollparameter eftersom detta direkt kommer att relateras till det slutliga värdet på alkoholkoncentrationen. För slutprodukten är värdena för socker (ursprunglig vört) och alkohol de viktigaste kontrollvärdena.

Tillämpningar inom vinproduktion

Sockret i vinjuice, även kallat must, påverkar direkt alkoholkoncentrationen i slutprodukten och måste därför övervakas för att uppnå optimala resultat. Denna övervakning av sockerhalten, liksom alkoholkoncentrationen i slutprodukten, kan utföras med hjälp av densitetsmätningar.

Oljor och paraffiner

Densitet är en grundläggande fysisk egenskap som tillsammans med andra egenskaper kan användas för att karakterisera råoljors kvalitet. Därför används den under prospekteringsprocessen för att övervaka kvaliteten under produktionen och för att fastställa priset i handeln.

Densitet och härledda storheter såsom specifik vikt och API-vikt används över hela världen för att karakterisera flytande petroleumprodukter och jämföra deras kvalitet. Många tunga oljor, smörjoljor och paraffiner är mycket viskösa eller fasta vid rumstemperatur. Densitetsmätare kombineras ibland med uppvärmningsenheter för att utföra dessa mätningar snabbare, mer exakt och mer reproducerbart.

Smaker och doftämnen

Smaks- och doftindustrin producerar ingredienser för en bred variation av produkter. I vissa fall är doften slutprodukten (t.ex. parfymer), i andra fall tillsätts en liten mängd doft eller smak till slutprodukten (t.ex. tvålar, krämer, snacks). Vissa råvaror, särskilt naturliga ämnen, har ett högt pris per kg, därför är strikt kvalitetskontroll avgörande.

Tekniker som GC, GC-MS, HPLC eller IR-teknik kan skilja varje enskild komponent i en komplex blandning från varandra; sådana tekniker kräver dock mycket tid och högt kvalificerade operatörer. Många producenter förlitar sig därför på densitet, bland andra fysiska värden, för kvalitetskontroll av råvaror, bulkvaror och färdiga produkter.

Batterisyra

Blybatteriet som används inom fordonsindustrin består av plattor, bly, blyoxid och en elektrolytlösning. Mätningar av specifik vikt används för att bestämma densiteten hos batterilösningen, som består av 65 % vatten och 35 % svavelsyra. Ju högre specifik vikt batterilösningen har, desto lägre är den återstående laddningen i batteriet.

Gödselmedel

Kväve är det viktigaste näringsämnet för växters hälsosamma tillväxt och är en vanlig komponent i de flesta gödselmedel. Densitet, i kombination med refraktometri, kan användas för att mäta kvävekoncentrationen (N) i gödselmedelslösningen urea ammoniumnitrat (UAN).

För tillämpningar, metoder och instruktioner inom densitetsmätning, besök vårt tillämpningsbibliotek.

Expertis
mäta densitet
Guiden om densitetsmätning: Allt du behöver veta
Ladda ner din kostnadsfria kopia av vår guide om att mäta densitet få bättre resultat och kunskap inom området när du mäter densitet.
density measurement
3 Ways to Measure Density
Hydrometers, pycnometers, and digital hydrometers are used in quality and process control to determine the density of liquids. Learn more here.
Densitomätare

Densitomätare

Den kompletta densitetomätaren för en mängd olika tillämpningar

Standard EasyPlus densitetsmätare

Standard EasyPlus densitetsmätare

Prisvärda densitetsmätare för dagliga tillämpningar

Bärbar densitetsmätare

Bärbar densitetsmätare

Helautomatisk portabel densitetsmätare för laboratoriet eller fältet

Vad är densitet?

Densitet är en substans massa per volymenhet. Den används för att mäta en substans kompakthet och uttrycks vanligtvis i g/cm³ eller lb/ft³.

Densiteten hos ett prov uttrycks med den grekiska bokstaven "ρ" (den latinska bokstaven D kan också användas) och beräknas som:

ρ = m / v

Om du till exempel fyller 500 cm³ av ett prov i ett glasbägare och massan är 1000 g, blir densiteten:

ρ = 1000g/500cm³ = 2g/cm³

Vad är skillnaden mellan densitet och massa?

Mass är ett mått på hur mycket materia det finns i ett föremål eller en vätska, medan densitet uttrycker hur mycket massa som finns per en viss volym.

Om till exempel 10 kg stål och 10 kg fjädrar har samma massa, men olika volymer, har de olika densitet.

Vilka är några vardagliga exempel på densitet?

Ballonger fyllda med helium flyger eftersom heliumets densitet är lägre än luftens densitet.

Olja flyter på vatten eftersom den har lägre densitet. Denna egenskap är användbar om ett oljeutsläpp sker i havsvatten. Att oljan flyter gör den lättare att sanera.

Vad är sambandet mellan densitet och temperatur?

Densiteten hos ett prov är mycket beroende av temperaturen, därför måste temperaturen registreras och kontrolleras mycket noggrant.

Diagrammet nedan visar förändringar i vattnets densitet beroende på den temperatur vid vilken den mäts.

Vanligtvis mäts densitet vid en referenstemperatur på 20°C.

Vattnets densitet vid 20°C är:

Vatten ρ 20= 0.99821 g/cm

Vad är specifik vikt?

Densitet och specifik vikt är inte samma sak. Specifik vikt, eller relativ densitet, är densiteten hos ett prov dividerad med densiteten hos en referenssubstans. Referenssubstansen för vätskor och fasta ämnen är vanligtvis vatten vid sin högsta densitet (4°C), och för gaser är det luft vid 25°C.

Vattnets densitet vid 4°C är 1g/cm3 så till exempel, om ett flytande prov har en specifik vikt som är mindre än 1, betyder det att det har lägre densitet än vatten och att det kommer att flyta.  Om provet har en specifik vikt större än 1 är det tätare än vatten och kommer att sjunka i det.

Varför kan densitet användas för att identifiera ett prov?

Vad är densitet? Varför kan den användas för att identifiera  ett prov?

Densitet kan enkelt användas för att identifiera ett rent prov eftersom varje grundämne har en unik densitet. Efter en mätning kan densiteten för det aktuella provet slås upp för att se vad den motsvarar.

Hur mäts lösningars densitet?

Vad är densitet och hur kan den mätas i lösta lösningar?

Låt oss ta en etanollösning i vatten som exempel.

Som visats tidigare har rent vatten vid 20°C en densitet på ρ=0.9982 g/cm3, och ren etanol har en densitet på ρ=0.9839 g/cm3 vid 20°C. En etanol/vattenlösning kommer att ha ett densitetsvärde som beror på lösningens koncentration.

Låt oss se vad densiteten är för en etanol/vattenlösning med 20 % etanolkoncentration:

Vad är viskositet?

Vad är densitet? Är densitet och viskositet relaterade?

Densitet och viskositet är inte relaterade. Viskositet är helt enkelt ett mått på en vätskas motstånd mot att flyta.

Till exempel är honung mer viskös än saltvatten, men den är mindre tät.

SI-enheten för viskositet är pascalsekund (Pa·s)

Vilka instrument används för att mäta densitet?

Vad är densitet och hur kan den mätas?

Densiteten hos en lösning kan mätas manuellt eller digitalt. För mer detaljerad information om hur densitet mäts med pyknometrar, hydrometrar och digitala densitetsmätare, se vår guide 3 Ways to Measure Density.

Manuella metoder som pyknometrar och hydrometrar används i stor utsträckning för bestämning av densitet och relaterade värden, t.ex. specifik vikt, alkohol%, BRIX°, API-grader, Baumé, Plato, etc. Även om dessa metoder är enkla att använda och ganska billiga, kräver de expertis i varje steg av de manuella arbetsprotokollen, vilket ofta påverkar resultatens noggrannhet och tillförlitlighet.

En pyknometer är ett glasprovkärl med definierad volym. Den vägs utan provet (M1), fylls sedan med provet och vägs igen (M2). Skillnaden mellan M1 och M2 dividerad med bägarnas volym är provets densitet.

En hydrometer är en glas-kropp som doppas i provet. Efter en kort jämviktstid flyter den på en viss nivå. Ju högre provets densitet är, desto mindre kommer hydrometern att flyta. Jämviktsnivån avläses som densiteten.

Ett densitetskit används tillsammans med en våg. En glaskropp med definierad volym vägs i luft (M1), doppas i provet och vägs igen i provet (M2). Skillnaden mellan M1 och M2 (lyftkraft) dividerad med glaskroppens volym är provets densitet. En särskild hållare kan också användas för att mäta densiteten hos fasta ämnen med hjälp av en referensvätska (vatten, etanol eller användardefinierad).

densitetsmätningsinstrument
density measurement instruments

Digitala densitetsmätare finns som bords- och handhållna instrument. De använder oscillationrörsteknik för att mycket noggrant mäta densiteten hos ett prov på kort tid. Ett ihåligt glasrör vibrerar med en viss frekvens. Denna frekvens förändras när röret fylls med provet: ju större massan i provet är, desto lägre blir frekvensen. Denna frekvens mäts och omvandlas till densitet. Dessutom använder digitala densitetsmätare för bänkmodell en inbyggd Peltier-termostat för att kontrollera provets temperatur.

För mer information om digitala densitetsmätare och hur de kan jämföras med manuella metoder, se vår Jämförelse av olika mättekniker

Jag vill...
Behöver du hjälp?
Vi finns här för att svara på dina frågor.