Att mäta densiteten hos ett prov är en viktig kvalitetsparameter för både råvaror och färdiga produkter. Olika tekniker gör det möjligt att exakt bestämma densiteten hos fasta, viskösa och flytande material, t.ex. metaller, plaster, kemikalier, smörjmedel och livsmedel.
Densitet för kvalitetskontroll
En variation i en råvara, som indikeras av en förändring i densiteten, kan ha en negativ inverkan på slutproduktens funktion eller kvalitet. Densitetsmätning av råvaror kan användas för att bekräfta materialets renhet. Om ett ämne har förvanskats med ett billigare alternativ kommer den uppmätta densiteten hos kompositmaterialet att skilja sig från det rena ämnet.
Densitet kan också användas för att säkerställa homogenitet. Om en tillverkad del inte är homogen kan viktiga prestandaegenskaper som hållfasthet och sprickbeständighet påverkas. Till exempel kan en intern luftbubbla i slutändan få en del att gå sönder när den utsätts för stress. Stickprov på delar är ett enkelt och kostnadseffektivt sätt att övervaka den löpande kvaliteten.
Varför noggrann vägning är avgörande
Vanliga gravimetriska laboratorieprocedurer för bestämning av densitet är flytkraftstekniken, förskjutningsprincipen och pyknometermetoden.
Den mest använda metoden är flytkraftstekniken som använder Arkimedes princip: en kropp nedsänkt i vätska indikerar en skenbar viktminskning som är lika med vikten av den vätska som den tränger undan. Denna uråldriga princip, från omkring 200 f.Kr., är precis vad som används idag för att bestämma densiteten gravimetriskt. Noggrann densitetsmätning är därför i hög grad beroende av exakta viktvärden. Blod innehåller till exempel naturliga buffertar för att hålla ett stabilt pH-värde på mellan 7,35 och 7,45 så att våra enzymer fungerar korrekt. Eftersom enzymaktiviteten varierar med pH är det viktigt att upprätthålla ett konstant pH i biokemiska analyser för att säkerställa att rätt aktivitetsnivå observeras. I kommersiella tillämpningar kan buffertar hittas i schampon för att förhindra hudirritation, i babylotioner för att hämma tillväxten av bakterier och i kontaktlinslösningar för att säkerställa att vätskans pH-nivå förblir kompatibel med ögats.
Att förbereda buffertar består av flera steg: Invägning av komponenterna, upplösning av komponenterna, justering av pH och påfyllning till den slutliga volymen. Eftersom förhållandet mellan syra och bas i en buffert är direkt relaterat till det slutliga pH-värdet, är det viktigt att väga komponenterna med en hög grad av noggrannhet. Därför är det viktigt att den utrustning som används (våg, pipetter och pH-mätare) är korrekt kalibrerad och har tillräcklig noggrannhet.
Se hur enkelt det är att mäta densiteten på din METTLER TOLEDO-laboratorievåg. Density Kit gör att du kan bestämma densiteten hos fasta, flytande, porösa och viskösa ämnen. Med steg-för-steg-instruktioner och automatiska beräkningar är hela processen enkel.
Flytkraftsmetoden - Arkimedes princip
Arkimedes princip säger att en kropp som är helt eller delvis nedsänkt i vätska upplever en flytande kraft som verkar uppåt på den. Storleken på denna kraft motsvarar vikten av den vätska som förskjuts av kroppen.
Det fasta ämnet vägs i luft (A) och sedan igen (B) i hjälpvätskan med en känd densitet. Densiteten för det fasta ρ kan beräknas enligt följande:
ρ = Provets densitet
A = provets vikt i luft
B = provets vikt i hjälpvätskan
ρ0 = Densitet hos hjälpvätskan
ρL = Luftens densitet
Vätskans temperatur måste beaktas eftersom detta kan orsaka densitetsförändringar i storleksordningen 0,001 till 0,1 per °C, vars effekt kan ses i den tredje decimalen av resultatet.
| Gravimetrisk, Flytkraft | Gravimetrisk, förskjutning | Pyknometern | Digital densitetsmätare | |
| Metoder |
Bägare för extra vätska står på en plattform eller under vågen. |
Bägare för extra vätska står på vågen. |
Glasbägare med definierad volym. |
Teknik med oscillerande rör |
| Lämplig för |
|
|
|
|
| Fördelar |
|
|
|
|
| Nackdelar |
|
|
|
|
Om du känner till massan och volymen av ett prov (fasta eller flytande) kan dess densitet beräknas från:
Svårigheten med volym
Det är ganska enkelt att väga ett prov exakt, men det kan vara svårt att bestämma volymen på ett prov exakt.
Flytförmåga
Flytmetoden undviker problemet med att bestämma volymen eftersom den innebär att provet vägs två gånger i två olika medier (luft och en vätska). Volymen kan därför antas vara konstant i båda situationerna.
Deplacement
I den enklaste tillämpningen av förskjutningsmetoden bestäms volymen av ett fast prov genom att observera ökningen av nivån på vätskan i vilken provet är nedsänkt.
Omvänt, när ett föremål med känd volym är nedsänkt i en vätska med okänd densitet, kan skillnaden i viktvärdena (i luft och i vätskan) användas för att bestämma vätskans densitet.
Pyknometern
En pyknometer är en speciellt utformad glaskolv, vanligtvis med en definierad volym. Det används oftast för att bestämma densiteten hos vätskor. Pyknometern vägs först tom och sedan full med den vätska som undersöks. Skillnaden (dvs. provets massa) dividerad med pyknometerns volym är provets densitet.
Pyknometermetoden kan också användas för att bestämma densiteten hos pulverprover eller granulat.
Digital densitetsmätare
Ett ihåligt glasrör vibrerar med en viss frekvens. Frekvensen ändras när röret fylls med olika ämnen: ju högre provets massa är, desto lägre är frekvensen. Digitala densitetsmätare fungerar genom att mäta frekvensen och omvandla den till densitet.
Se tabellen nedan för en jämförelse av dessa fyra olika metoder.
| Gravimetrisk, Flytkraft | Gravimetrisk, förskjutning | Pyknometern | Digital densitetsmätare | |
| Metoder |  Bägare för extra vätska står på en plattform eller under vågen. |  Bägare för extra vätska står på vågen. |  Glasbägare med definierad volym. |  Teknik med oscillerande rör |
| Lämplig för |
|
|
|
|
| Mätprincip för ett fast prov | Provet vägs en gång i luft och en gång nedsänks det i hjälpvätskan med känd densitet. Densiteten hos det fasta provet kan bestämmas utifrån vätskans kända densitet och de två massvärdena.  ρ,= Provets densitet A,= provets vikt i luft B,= provets vikt i hjälpvätskan ρ0,= Densitet hos hjälpvätskan ρL,= Luftens densitet | Hjälpvätskan med känd densitet vägs före och efter nedsänkning av provet (tara kan användas för att mäta massskillnaden direkt). Med hjälp av massskillnaden och vätskedensiteten kan provets volym bestämmas. Detta används sedan tillsammans med provets massa för att beräkna dess densitet. | Pyknometern vägs först tom och sedan igen full med referensvätskan med känd densitet. Pulvret tillsätts till den rengjorda och torkade pyknometern. Den vägs för att bestämma vikten på pulverprovet. Pyknometern fylls sedan på med samma vätska i vilken pulvret måste vara helt olösligt. Pyknometern vägs på nytt. Vikten på den förskjutna vätskan kan sedan bestämmas, och därmed beräknas pulvrets densitet. | n/a |
| Mätprincip för ett flytande prov | Referenskroppen med känd volym (glassänke) vägs en gång i luft och en gång i vätskan med okänd densitet. | Vikten av vätskan med okänd densitet mäts före (tara) och efter nedsänkning av referenskroppen (gammasfär eller glassänke). Med hjälp av massskillnaden och den kända volymen för referenskroppen kan densiteten hos vätskeprovet bestämmas. | Pyknometern vägs först tom och sedan igen full med vätskeprovet. Massskillnaden dividerad med pyknometerns volym är vätskans densitet. | Provet läggs till ett U-format ihåligt glasrör i enheten. Provets densitet bestäms genom att mäta frekvensen av vibrationer i röret. Ju lägre vibrationsfrekvens, desto högre densitet har provet. |
Om mer än bara densiteten är av intresse, mäter digitala densitetsmätare densitet, specifik vikt och andra relaterade egenskaper hos vätskeprover (t.ex. alkohol%, BRIX°, API-grader) med hög precision och kort mättid.
Det finns många standarder och normer för bestämning av densitet i fasta prover. Några av de vanligaste är:
ISO 1183-1 specificerar användningen av en analytisk våg med 4 decimaler.
Bulkdensitet är ett mått på hur många partiklar, delar eller bitar som finns i en uppmätt volym. Bulkdensitet är inte en egenskap hos själva materialet. Bulkdensitet inkluderar utrymmena mellan partiklarna eller föremålen samt eventuella håligheter i själva föremålen. Bulkdensiteten kan variera beroende på hur materialet hanteras; Att skaka en behållare, till exempel, gör att delar kan sätta sig, vilket ökar den totala bulkdensiteten.
Mätning av densitet är en extremt viktig kvalitetsparameter för både råvaror och färdiga produkter. Vi förstår att det finns många faktorer som måste beaktas för att säkerställa korrekta densitetsresultat. Om du behöver stöd med densitetsbestämning eller vill ha råd om vilken våg eller Density Kit du ska köpa, finns vårt team av experter här för att hjälpa dig.
Tveka inte att kontakta oss för hjälp.
Bubblor
Den överlägset största felkällan vid densitetsmätning är provets begränsade vätbarhet. När provet är nedsänkt i vätska är det avgörande att alla bubblor som fastnar på provet och utrustningen avlägsnas. Eventuella kvarvarande bubblor kommer att orsaka en flyteffekt och förvränga densitetsberäkningen. (En bubbla med en diameter på 1 mm ger en flytkraft på 0,5 mg.) Vi rekommenderar:
Temperatur
Fasta ämnen är i allmänhet så okänsliga för variationer i omgivningstemperaturen att motsvarande densitetsförändringar inte har någon betydelse. Men eftersom densitetsbestämning utförs med en hjälpvätska måste temperaturen beaktas. Temperaturen har en större effekt med vätskor och orsakar densitetsförändringar i storleksordningen 0,1 till 1‰ per °C.
Denna effekt är redan uppenbar i den tredje decimalen av resultatet. För att få korrekta resultat rekommenderar vi att du alltid tar hänsyn till temperaturen på hjälpvätskan i alla densitetsbestämningar. Värden är tillgängliga i dedikerade böcker med tabeller. Densiteterna hos de viktigaste referensvätskorna (H2O, och etanol) lagras i vågen.
Vägning
Som nämnts ovan spelar vägning en viktig roll för den exakta bestämningen av densitet, så det är viktigt att vågen som används uppfyller behoven för densitetsapplikationen. För små prover måste man ta hänsyn till vågens minsta nettoprovvikt – man kan inte lita på att väga ett prov under denna vikt har den noggrannhet som krävs.
Hantering av uppgifter
Manuell transkription av provdata, viktvärden och densitetsberäkningar är tidskrävande och felbenägen.
De flesta analys- och precisionsvågar från METTLER TOLEDO med läsbarhet på 1 mg eller högre kan enkelt användas för att bestämma densiteten via flytkraftstekniken med hjälp av ett densitetskit som monteras på vågen i några få enkla steg.
Att mäta densiteten hos fasta ämnen med hjälp av en våg är en enkel och bekväm process som ger mycket tillförlitliga resultat jämfört med andra metoder där delens volym bestäms oberoende av vikten. Genom att konvertera en standardlaboratorievåg med tillägg av ett densitetskit undviker du behovet av att köpa en dedikerad utrustning för att utföra denna enkla procedur. Detta gör köpet av tillbehöret Density Kit till en mycket kostnadseffektiv investering. Med tillsats av ett glassänke med känd volym kan Density Kit också användas för att bestämma densiteten hos vätskeprover.
Den inbyggda Density-applikationen ger steg-för-steg-instruktioner, vilket gör det enkelt även för otränade operatörer att använda den. Dra ytterligare nytta av:
Mät densiteten hos skrymmande prover
För skrymmande prover, som inte får plats i densitetskitet, kan METTLER TOLEDOs precisionsvågar med läsbarheten 0,1 g och 0,01 g konverteras så att de väger under vågen genom att lägga till en särskild krok. Principen för densitetsmätning är exakt densamma; Provet vägs i luft och återigen i en referensvätska.
Kombinationen av en våg på METTLER TOLEDO Excellence-nivå och LabX-programvara ger en högre nivå av datahantering och processäkerhet. Utmärkta analys- och precisionsvågar kan ställas in med ett densitetskit för densitetsbestämning. LabX säkerställer att din densitets-SOP följs exakt. LabX registrerar alla viktvärden, utför alla beräkningar och sparar alla resultat säkert i en central databas. All data som är relaterad till din densitetsapplikation kan överföras direkt till ditt interna datahanteringssystem.
Bestämningen av densitet i plast är avgörande för konsekvent plastkvalitet. Detta applikation note beskrivs hur densiteten hos solida plastdelar enkelt kan bestämmas med hjälp av den integrerade applikationen på en METTLER TOLEDO MX-, MR- eller MA-analysvåg med ett densitetskit.
De bästa procedurerna för densitetsbestämning av fasta ämnen är flytkrafts- och förskjutningsmetoderna, som båda är baserade på Arkimedes princip. Förutsättningen för dessa metoder är användningen av en vätska med känd densitet som inte reagerar med provmaterialet, utan blöter det ordentligt. Ett vätmedel kan tillsättas till vätskan.
Den integrerade balansapplikationen ger steg-för-steg-instruktioner. Vågar på excellensnivå har arbetsflöden för 5 olika metoder för densitetsbestämning. Saldon på avancerad nivå och standardnivå har arbetsflöden för 2.
I kombination med Density Kit gör den valfria 10 ml glassänkaren att du kan bestämma densiteten hos vätskor. Skillnaden mellan sänkets vikt i luft och i vätskan används för att beräkna densiteten. Alternativt kan en pyknometer eller digital densitetsmätare användas.
Vägkorgen på Density Kit kan vändas upp och ner så att lättare prover hålls under vätskan och inte kan flyta upp till ytan. Om du upplever att flytkraften är större än korgapparaten, placera en extra vikt på den övre vågskålen på densitetssatsen och starta om densitetsbestämningsproceduren. Alternativt kan du använda en annan referensvätska med lägre densitet.
Tillsätt några droppar vätmedel till referensvätskan. Låt den stå över natten för att släppa ut eventuell upplöst gas. Använd en mjuk borste för att borsta bort bubblorna från provet och densitetssatsen.
Noggrannheten i densitetsmätningen påverkas av metodens tolerans (luftbubblor, etc.) och temperaturmätningen samt noggrannheten i viktmätningarna. Varje mätning på ALLA vågar är föremål för osäkerhet. Att förstå denna osäkerhet är nyckeln till att säkerställa korrekta vägningsresultat. Det är inte läsbarheten som avgör noggrannheten hos ett våginstrument, utan snarare dess repeterbarhet och den minsta nettoprovvikten.
För att hitta rätt våg för dina behov måste du veta vilken minsta mängd du vill väga och hur exakt du behöver väga den (dvs. med vilken tolerans).
METTLER TOLEDO:s globala vägningsstandard, GWP® , hjälper dig att välja rätt våg för att uppfylla dina tillämpningskrav. Be din lokala representant om en kostnadsfri rekommendation om saldo. Ta reda på om din befintliga våg uppfyller dina kvalitetskrav.
Överensstämmelse med ISO 1183-1 kräver en våg med en läsbarhet på 0,1 mg eller mindre och anger att provet helst ska ha en massa på minst 1 g. Att väga prover på minst 1 g på en våg med läsbarhet 0,1 mg bryter i allmänhet inte mot vågens krav på minsta nettoprovvikt. Den nödvändiga vågnoggrannheten bör dock beaktas i samband med din erforderliga processtolerans. Vår kostnadsfria tjänst för GWP-rekommendationer® kan hjälpa dig att välja rätt balans för dina specifika behov.
Det finns flera steg i densitetsmätningsprocessen, och ibland måste du vänta ett tag på att balansen ska sätta sig så det kan vara lätt att gå vilse, särskilt när du är upptagen med flera uppgifter. Den integrerade balansapplikationen ger steg-för-steg-instruktioner. Du bekräftar varje instruktion genom att trycka på OK-knappen, så att du alltid vet var du är.
Anslut en streckkodsläsare till ditt saldo för att möjliggöra inläsning av metadata, t.ex. prov-ID, partinummer och ordernummer etc. direkt utan fel. Med METTLER TOLEDO:s skrivare P-50 kan metadata, plus datum och tid för mätningen, skrivas ut tillsammans med resultaten.
När du har en rad densitetsbestämningar att göra kan du använda statistikalternativet på METTLER TOLEDO-vågar för att snabbt identifiera trender i dina data, vilket hjälper dig att fatta beslut om ett tillvägagångssätt där det är lämpligt.
XPE-, XSE-, MS-TS-, ML-T- och ME-T-vågar har en inbyggd densitetsdatabas för de vanligaste referensvätskorna. Densitetsvärdet justeras efter den temperatur du anger.
Densitetsapplikationen på XPE-, XSE- och MS-TS-vågar gör alla beräkningar åt dig. Du behöver bara ange temperaturen och välja den referensvätska som används. Vågen registrerar viktvärdena och beräknar densiteten automatiskt.
Densitetsapplikationen på MS-TS-, ML-T- och ME-T-vågar gör att du kan skapa en rapport över din densitetsbestämningsserie som du kan skriva ut eller spara på ett USB-minne. XPE- och XSE-saldon i kombination med LabX-programvara erbjuder en högre grad av rapportanpassning med grafer och diagram, och rapporten kan skickas direkt till ditt LIMS eller EPR.
