Merjenje gostote vzorca je pomemben parameter kakovosti surovin in končnih izdelkov. Različne tehnike omogočajo natančno določanje gostote trdnih, viskoznih in tekočih materialov, npr. kovin, plastike, kemikalij, maziv in živil.
Gostota za nadzor kakovosti
Sprememba surovine, ki jo kaže sprememba gostote, lahko škodljivo vpliva na delovanje ali kakovost končnega proizvoda. Merjenje gostote surovin se lahko uporabi za potrditev čistosti materiala. Če je bila snov ponarejena s cenejšo alternativo, se izmerjena gostota sestavljenega materiala razlikuje od čiste snovi.
Gostota se lahko uporablja tudi za zagotovitev homogenosti. Če izdelani del ni homogen, lahko to vpliva na ključne lastnosti delovanja, kot sta trdnost in odpornost proti razpokam. Na primer, notranji zračni mehurček lahko na koncu povzroči odpoved dela, ko je pod stresom. Naključno vzorčenje delov je preprost in stroškovno učinkovit način za spremljanje stalne kakovosti.
Zakaj je natančno tehtanje ključnega pomena
Običajni laboratorijski gravimetrični postopki za določanje gostote so tehnika vzgona, princip premikanja in piknometrska metoda.
Najpogosteje uporabljena metoda je tehnika vzgona, ki uporablja Arhimedovo načelo: telo, potopljeno v tekočino, kaže na navidezno izgubo teže, ki je enaka teži tekočine, ki jo izpodrine. To starodavno načelo iz okoli leta 200 pr. n. št. je točno tisto, kar se danes uporablja za gravimetrično določanje gostote. Natančno merjenje gostote je zato zelo odvisno od natančnih vrednosti teže. Na primer, kri vsebuje naravne pufre za vzdrževanje stabilnega pH med 7,35 in 7,45, tako da naši encimi delujejo pravilno. Ker se encimska aktivnost spreminja s pH, je ohranjanje konstantnega pH bistvenega pomena pri biokemičnih testih, da se zagotovi pravilna raven aktivnosti. V komercialnih aplikacijah lahko pufre najdemo v šamponih za preprečevanje draženja kože, v otroških losjonih za zaviranje rasti bakterij in v raztopinah za kontaktne leče, ki zagotavljajo, da pH tekočina ostane združljiva z očesno.
Priprava pufrev je sestavljena iz več korakov: tehtanje sestavin, raztapljanje komponent, prilagajanje pH in dopolnjevanje do končnega volumna. Ker je razmerje med kislino in bazo v pufru neposredno povezano s končnim pH, je bistvenega pomena, da sestavine stehtate z visoko stopnjo natančnosti. Zato je pomembno, da je uporabljena oprema (tehtnica, pipete in pH meter) pravilno umerjena in dovolj natančna.
Oglejte si, kako preprosto je meriti gostoto na laboratorijski tehtnici METTLER TOLEDO. Komplet za gostoto vam omogoča določanje gostote trdnih, tekočih, poroznih in viskoznih snovi. Z navodili po korakih in samodejnimi izračuni je celoten postopek enostaven.
Metoda vzgona - Arhimedovo načelo v akciji
Arhimedovo načelo pravi, da telo, ki je delno ali popolnoma potopljeno v tekočino, doživlja vzgonsko silo, ki deluje navzgor. Velikost te sile je enaka teži tekočine, ki jo telo izpodrine.
Trdna snov se stehta v zraku (A) in nato ponovno (B) v pomožni tekočini z znano gostoto. Gostota trdne snovi ρ se lahko izračuna na naslednji način:
ρ = gostota vzorca
A = teža vzorca v zraku
B = teža vzorca v pomožni tekočini
ρ0 = gostota pomožne tekočine
ρL = gostota zraka
Upoštevati je treba temperaturo tekočine, saj lahko to povzroči spremembe gostote reda velikosti od 0,001 do 0,1 na °C, katerih učinek je viden na tretjem decimalnem mestu rezultata.
| Gravimetrični, vzgon | Gravimetrični, premik | Piknometra | Digitalni merilnik gostote | |
| Metode |
Čaša za pomožno tekočino stoji na ploščadi ali pod tehtnico. |
Čaša za pomožno tekočino stoji na tehtnici. |
Steklena čaša z določeno prostornino. |
Tehnologija nihajnih cevi |
| Primerno za |
|
|
|
|
| Prednosti |
|
|
|
|
| Slabosti |
|
|
|
|
Če poznate maso in prostornino vzorca (trdne snovi ali tekočine), lahko njegovo gostoto izračunate iz:
Težava z glasnostjo
Natančno stehtanje vzorca je precej preprosto, vendar je natančno določanje prostornine vzorca lahko izziv.
Vzgon
Metoda vzgona se izogne problemu določanja prostornine, ker vključuje dvakratno tehtanje vzorca v dveh različnih medijih (zrak in tekočina). Zato lahko domnevamo, da je prostornina konstantna v obeh situacijah.
Premik
Pri najpreprostejši uporabi metode premikanja se prostornina trdnega vzorca določi z opazovanjem povečanja ravni tekočine, v katero je vzorec potopljen.
Nasprotno, ko je predmet znane prostornine potopljen v tekočino z neznano gostoto, se lahko razlika v vrednostih teže (v zraku in v tekočini) uporabi za določitev gostote tekočine.
Piknometra
Piknometer je posebej zasnovana steklena bučka, običajno z določeno prostornino. Najpogosteje se uporablja za določanje gostote tekočin. Piknometer se najprej stehta prazen in nato napolnjen s tekočino, ki se preiskuje. Razlika (tj. masa vzorca), deljena s prostornino piknometra, je gostota vzorca.
Metoda piknometra se lahko uporablja tudi za določanje gostote vzorcev prahu ali granulatov.
Digitalni merilnik gostote
Votla steklena cev vibrira na določeni frekvenci. Pogostost se spremeni, ko je epruveta napolnjena z različnimi snovmi: večja kot je masa vzorca, manjša je frekvenca. Digitalni merilniki gostote delujejo tako, da merijo frekvenco in jo pretvorijo v gostoto.
Oglejte si spodnjo tabelo za primerjavo teh štirih različnih metod.
| Gravimetrični, vzgon | Gravimetrični, premik | Piknometra | Digitalni merilnik gostote | |
| Metode |  Čaša za pomožno tekočino stoji na ploščadi ali pod tehtnico. |  Čaša za pomožno tekočino stoji na tehtnici. |  Steklena čaša z določeno prostornino. |  Tehnologija nihajnih cevi |
| Primerno za |
|
|
|
|
| Merilno načelo za trden vzorec | Vzorec se stehta enkrat na zraku in enkrat potopi v pomožno tekočino z znano gostoto. Gostota trdnega vzorca se lahko določi iz znane gostote tekočine in obeh masnih vrednosti.  ρ,= gostota vzorca A,= masa vzorca v zraku B,= masa vzorca v pomožni tekočini ρ0,= gostota pomožne tekočine ρL,= gostota zraka | Pomožna tekočina z znano gostoto se stehta pred in po potopitvi vzorca (tara se lahko uporabi za neposredno merjenje masne razlike). Z uporabo masne razlike in gostote tekočine lahko določimo prostornino vzorca. To se nato uporabi skupaj z maso vzorca za izračun njegove gostote. | Piknometer se najprej stehta prazen in nato ponovno napolnjen z referenčno tekočino znane gostote. Prašek dodamo očiščenemu in posušenemu piknometru. Stehta se, da se določi teža vzorca prahu. Piknometer se nato dopolni z isto tekočino, v kateri mora biti prašek popolnoma netopen. Piknometer se ponovno stehta. Nato lahko določimo težo izpodrinjene tekočine in s tem izračunamo gostoto prahu. | N/a |
| Merilno načelo za tekoči vzorec | Referenčno telo z znano prostornino (stekleno grezilo) se stehta enkrat v zraku in enkrat v tekočini z neznano gostoto. | Masa tekočine z neznano gostoto se meri pred (tara) in po potopitvi referenčnega telesa (gama krogla ali stekleni grezilo). Z uporabo masne razlike in znane prostornine referenčnega telesa lahko določimo gostoto tekočega vzorca. | Piknometer se najprej stehta prazen in nato ponovno napolnjen s tekočim vzorcem. Masna razlika, deljena s prostornino piknometra, je gostota tekočine. | Vzorec se doda v votlo stekleno cev v obliki črke U v napravi. Gostota vzorca se določi z merjenjem frekvence vibracij cevi. Nižja kot je pogostost vibracij, večja je gostota vzorca. |
Če je zanimivo več kot le gostota, digitalni merilniki gostote merijo gostoto, specifično težo in druge sorodne lastnosti tekočih vzorcev (npr. Alkohol, BRIX°, stopnje API) z visoko natančnostjo in kratkim časom merjenja.
Obstaja veliko standardov in norm za določanje gostote v vzorcih trdnih snovi. Nekateri najpogosteje uporabljeni so:
ISO 1183-1 določa uporabo analitične tehtnice s 4 decimalnimi mesti natančnosti.
Nasipna gostota je merilo, koliko delcev, delov ali kosov je vsebovanih v izmerjeni prostornini. Nasipna gostota ni lastnost samega materiala. Nasipna gostota vključuje prostore med delci ali predmeti ter vse praznine znotraj samih predmetov. Nasipna gostota se lahko razlikuje glede na način ravnanja z materialom; Stresanje posode, na primer, omogoča, da se deli usedejo, kar poveča skupno gostoto.
Merjenje gostote je izjemno pomemben parameter kakovosti tako surovin kot končnih izdelkov. Razumemo, da obstaja veliko dejavnikov, ki jih je treba upoštevati, da bi zagotovili natančne rezultate gostote. Če potrebujete pomoč pri določanju gostote ali želite nasvet, katero tehtnico ali komplet za gostoto kupiti, vam je naša ekipa strokovnjakov tu, da vam pomaga.
Ne oklevajte in nas kontaktirajte za pomoč.
Mehurčki
Daleč največji vir napak pri merjenju gostote je omejena vlažnost vzorca. Ko je vzorec potopljen v tekočino, je ključnega pomena, da se odstranijo vsi mehurčki, ki se držijo vzorca in opreme. Vsi preostali mehurčki bodo povzročili učinek vzgona in izkrivili izračun gostote. (Mehurček s premerom 1 mm povzroči vzgon 0,5 mg.) Priporočamo:
Temperatura
Trdne snovi so na splošno tako neobčutljive na nihanja temperature okolja, da ustrezne spremembe gostote nimajo posledic. Ker pa se določanje gostote izvaja s pomožno tekočino, je treba upoštevati temperaturo. Temperatura ima večji učinek na tekočine in povzroča spremembe gostote reda velikosti od 0,1 do 1 ‰ na °C.
Ta učinek je viden že na tretjem decimalnem mestu rezultata. Za natančne rezultate priporočamo, da pri vseh določanjih gostote vedno upoštevate temperaturo pomožne tekočine. Vrednosti so na voljo v namenskih knjigah tabel. Gostote najpomembnejših referenčnih tekočin (H2Oin etanol) so shranjene v tehtnici.
Tehtanje
Kot smo že omenili, ima tehtanje pomembno vlogo pri natančnem določanju gostote, zato je ključnega pomena, da uporabljena tehtnica ustreza potrebam uporabe gostote. Pri majhnih vzorcih je treba upoštevati najmanjšo neto težo vzorca tehtnice – tehtanje vzorca pod to maso ni mogoče zaupati, da ima zahtevano raven natančnosti.
Ravnanje s podatki
Ročni prepis vzorčnih podatkov, vrednosti teže in izračunov gostote je dolgotrajen in nagnjen k napakam.
Večino analitičnih in natančnih tehtnic METTLER TOLEDO z odčitljivostjo 1 mg ali več je mogoče enostavno uporabiti za določanje gostote s tehniko vzgona z uporabo kompleta za gostoto, ki se namesti na tehtnico v nekaj preprostih korakih.
Merjenje gostote trdnih snovi z uporabo tehtnice je enostaven in priročen postopek, ki zagotavlja zelo zanesljive rezultate v primerjavi z drugimi metodami, pri katerih se prostornina dela določi neodvisno od teže. S pretvorbo standardne laboratorijske tehtnice z dodatkom kompleta za gostoto se izognete nakupu namenske opreme za izvedbo tega preprostega postopka. Zaradi tega je nakup dodatne opreme Density Kit zelo stroškovno učinkovita naložba. Z dodatkom steklenega grezila znane prostornine se lahko komplet za gostoto uporablja tudi za določanje gostote tekočih vzorcev.
Vgrajena aplikacija Density ponuja navodila po korakih, ki olajšajo uporabo tudi neusposobljenim operaterjem. Izkoristite še več iz:
Izmerite gostoto kosovnih vzorcev
Za kosovne vzorce, ki se ne prilegajo kompletu za gostoto, lahko natančne tehtnice METTLER TOLEDO z odčitljivostjo 0,1 g in 0,01 g pretvorite tako, da tehtajo pod tehtnico, tako da dodate namenski kavelj. Načelo merjenja gostote je popolnoma enako; Vzorec se stehta na zraku in ponovno v referenčni tekočini.
Kombinacija tehtnice na ravni METTLER TOLEDO Excellence in programske opreme LabX zagotavlja višjo raven upravljanja podatkov in varnosti procesov. Analitične in natančne tehtnice Excellence je mogoče nastaviti s kompletom za določanje gostote. LabX zagotavlja, da se vaš SOP gostote natančno upošteva. LabX zabeleži vse vrednosti teže, izvede vse izračune in varno shrani vse rezultate v osrednjo zbirko podatkov. Vse podatke, povezane z vašo aplikacijo za gostoto, lahko prenesete neposredno v vaš interni sistem za upravljanje podatkov.
Določanje gostote v plastiki je bistvenega pomena za dosledno kakovost plastike. V opombi o uporabi je opisano, kako je mogoče gostoto trdnih plastičnih delov enostavno določiti z integrirano aplikacijo na analitični tehtnici METTLER TOLEDO MX, MR ali MA s kompletom za gostoto.
Najboljši postopki za določanje gostote trdnih snovi so metode vzgona in premika, ki temeljijo na Arhimedovem načelu. Predpogoj za te metode je uporaba tekočine z znano gostoto, ki ne reagira z materialom vzorca, ampak ga temeljito navlaži. Tekočini lahko dodamo omočilno sredstvo.
Integrirana aplikacija tehtnice ponuja navodila po korakih. Tehtnice na ravni odličnosti imajo poteke dela za 5 različnih metod določanja gostote. Tehtnice na ravni Advanced in Standard imajo poteke dela za 2.
V povezavi s kompletom za gostoto vam opcijski 10 ml stekleni grezilo omogoča določanje gostote tekočin. Razlika teže grezila v zraku in tekočini se uporablja za izračun gostote. Druga možnost je tudi piknometer ali digitalni merilnik gostote.
Tehtnico na kompletu za gostoto lahko obrnete, tako da lažji vzorci ostanejo pod tekočino in ne morejo plavati na površje. Če opazite, da je sila vzgona večja od košaraste naprave, položite dodatno utež na zgornjo tehtno posodo kompleta za gostoto in znova zaženite postopek določanja gostote. Druga možnost je, da uporabite drugo referenčno tekočino z manjšo gostoto.
V referenčno tekočino dodajte nekaj kapljic omočnega sredstva. Pustite stati čez noč, da se sprosti raztopljeni plin. Z mehko krtačo očistite mehurčke z vzorca in kompleta za gostoto.
Na natančnost merjenja gostote vpliva toleranca metode (zračni mehurčki itd.) in merjenje temperature ter natančnost meritev teže. Vsaka meritev na KATERI koli tehtnici je podvržena negotovosti. Razumevanje te negotovosti je ključnega pomena za zagotavljanje natančnih rezultatov tehtanja. Točnost tehtnice ni določena zaradi berljivosti, temveč z njeno ponovljivostjo in najmanjšo neto težo vzorca.
Da bi našli ustrezno tehtnico za svoje potrebe, morate vedeti, katero najmanjšo količino želite stehtati in kako natančno jo morate stehtati (tj. s kakšnim odstopanjem).
Globalni standard tehtanja podjetja METTLER TOLEDO, GWP® , vam pomaga izbrati pravo tehtnico, ki ustreza vašim zahtevam aplikacije. Vprašajte lokalnega predstavnika za priporočilo za brezplačno stanje. Ugotovite, ali vaša obstoječa tehtnica izpolnjuje vaše zahteve glede kakovosti.
Skladnost s standardom ISO 1183-1 zahteva tehtnico z odčitavnostjo 0,1 mg ali manj in določa, da mora imeti vzorec po možnosti maso vsaj 1 g. Tehtanje vzorcev, ki tehtajo najmanj 1 g, na tehtnici z berljivostjo 0,1 mg na splošno ne krši zahteve glede najmanjše neto teže vzorca. Zahtevano natančnost tehtnice pa je treba upoštevati v povezavi z zahtevano toleranco postopka. Naša brezplačna storitev priporočil GWP® vam lahko pomaga izbrati pravo ravnovesje za vaše specifične potrebe.
Obstaja več korakov v postopku merjenja gostote, včasih pa morate počakati nekaj časa, da se tehtnica umiri, tako da se lahko zlahka izgubite, še posebej, če ste zaposleni z več nalogami. Integrirana aplikacija tehtnice ponuja navodila po korakih. Vsako navodilo potrdite s pritiskom na gumb OK, tako da vedno veste, kje ste.
Povežite čitalnik črtne kode na tehtnico, da omogočite neposredno branje metapodatkov, kot so ID vzorca, številka serije in številka naročila itd., brez napak. S linijo tiskalnikov METTLER TOLEDO P-50 lahko skupaj z rezultati natisnete metapodatke ter datum in čas meritve.
Če morate opraviti vrsto določanja gostote, vam možnost statistike na tehtnicah METTLER TOLEDO omogoča hitro prepoznavanje trendov v podatkih, kar vam pomaga pri sprejemanju odločitev o poteku ukrepov, kjer je to primerno.
Tehtnice XPE, XSE, MS-TS, ML-T in ME-T imajo vgrajeno bazo podatkov o gostoti za najpogosteje uporabljene referenčne tekočine. Vrednost gostote se prilagodi glede na temperaturo, ki jo vnesete.
Aplikacija za gostoto na tehtnicah XPE, XSE in MS-TS opravi vse izračune namesto vas. Vnesti morate samo temperaturo in izbrati uporabljeno referenčno tekočino. Tehtnica zabeleži vrednosti teže in samodejno izračuna gostoto.
Aplikacija za gostoto na tehtnicah MS-TS, ML-T in ME-T vam omogoča, da ustvarite poročilo o seriji za določanje gostote, ki ga lahko natisnete ali shranite na ključ USB. Tehtnice XPE in XSE v kombinaciji s programsko opremo LabX ponujajo višjo stopnjo prilagajanja poročil z grafi in grafikoni, poročilo pa lahko pošljete neposredno v sistem LIMS ali EPR.
