Dichtemessung mit einer Dichtewaage

Nutzen Sie eine Dichtewaage, um die Dichte von festen, flüssigen und viskosen Substanzen zu bestimmen

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Dichtemessung im Labor

Gehen Sie zu einem der folgenden Abschnitte, um mehr zu erfahren:

  1. Arbeitsablauf der Anwendung und Herausforderungen
  2. Lösungen von METTLER TOLEDO
  3. FAQ

 

Arbeitsablauf der Dichtemessung

Der Festkörper wird einmal in Luft gewogen (A) und anschliessend in einer Hilfsflüssigkeit (B) mit einer bekannten Dichte. Die Dichte des Festkörpers ρ kann wie folgt berechnet werden.

Calculation formula for density in solid sample

ρ        = Dichte der Probe

A        = Gewicht der Probe in Luft

B        = Gewicht der Probe in der Hilfsflüssigkeit

ρ0       = Dichte der Hilfsflüssigkeit

ρL       = Dichte der Luft

Die Temperatur der Flüssigkeit muss berücksichtigt werden, da diese zu Änderungen der Dichte in der Grössenordnung von 0,001 bis 0,1 pro °C führen kann. Dies
spiegelt sich in der dritten Dezimalstelle des Ergebnisses wider.
 

 Gravimetrisch, AuftriebGravimetrisch, VerdrängungPyknometerDigitales Dichtemessgerät
MethodenDas Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf einer Plattform oder unterhalb der Waage.Das Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf der Waage.Glasgefäss mit festem VolumenBiegeschwingertechnologie
Geeignet für:
  • Festkörper
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
  • Pastöse Substanzen (mit Gamma-Kugel)
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
    Festkörper
  • Flüssigkeiten, Dispersionen
  • Pulver
  • Granulate
  • Flüssigkeiten
  • Gase
Vorteile
  • Schnelles Verfahren
  • Flexibel in Bezug auf die Probenmenge
  • Waage bereits verfügbar
  • Schnelles Verfahren
  • Waage bereits verfügbar
  • Genaue Methode
  • Waage bereits verfügbar
  • Schnelles Verfahren
  • Exakte Temperaturkontrolle durch Peltier-Elemente
  • Automatische Dichtemessung
  • Kleine Probenvolumina
Nachteile
  • Temperaturempfindlich
  • Probe muss sehr vorsichtig benetzt werden.
  • Es dürfen keine Luftblasen eingeschlossen werden.
  • Temperaturempfindlich
  • Grosses Probenvolumen erforderlich
  • Temperaturempfindlich
  • Hoher Arbeitsaufwand
  • Hoher Zeitaufwand
  • Es dürfen keine Luftblasen eingeschlossen werden.
  • Viskose Proben erfordern eine Viskositätskorrektur (verfügbar bei modernen Instrumenten).

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Wenn Sie die Masse und das Volumen einer Probe (Festkörper oder Flüssigkeiten) kennen, kann die Dichte wie folgt berechnet werden:

Calculation of density by mass and volume


Schwierige Volumenbestimmung

Das genaue Wägen einer Probe ist vergleichsweise einfach, das genaue Bestimmen ihres Volumens stellt jedoch eine Herausforderung dar.

Auftrieb

Beim Auftriebsverfahren wird das Problem der Volumenbestimmung vermieden, da die Probe hierbei zweimal in unterschiedlichen Medien (Luft und Flüssigkeit) gewogen wird. Es kann also davon ausgegangen werden, dass das Volumen in beiden Situationen konstant ist.

Verdrängung

In der einfachsten Anwendung der Verdrängungsmethode wird das Volumen einer festen Probe bestimmt, indem die Erhöhung des Stands der Flüssigkeit beobachtet wird, in welche die Probe eingetaucht wird.
Im Gegenzug kann die Differenz der Gewichtswerte (in der Luft und in der Flüssigkeit), wenn ein Objekt mit einem bekannten Volumen in eine Flüssigkeit mit unbekannter Dichte eingetaucht wird, zur Bestimmung der Dichte der Flüssigkeit verwendet werden.

Pyknometer

Ein Pyknometer ist ein speziell entworfener Glaskolben, in der Regel mit einem bestimmten Volumen. Er wird am häufigsten verwendet, um die Dichte von Flüssigkeiten zu bestimmen. Das Pyknometer wird zunächst leer und dann gefüllt mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gewogen. Die Differenz (d. h. die Masse der Probe) dividiert durch das Volumen des Pyknometers ergibt die Dichte der Probe.
Die Pyknometermethode kann auch zur Bestimmung der Dichte von Proben aus Pulvern oder Granulaten verwendet werden.

Digitales Dichtemessgerät

Ein Hohlglasrohr schwingt mit einer bestimmten Frequenz. Die Frequenz ändert sich, wenn das Rohr mit unterschiedlichen Substanzen gefüllt wird: Je grösser die Masse der Probe, desto niedriger die Frequenz. Digitale Dichtemessgeräte messen die Frequenz und rechnen diese in die Dichte um.

In der unten stehenden Tabelle finden Sie einen Vergleich dieser vier Methoden.

 Gravimetrisch, AuftriebGravimetrisch, VerdrängungPyknometerDigitales Dichtemessgerät
MethodenDas Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf einer Plattform oder unterhalb der Waage.Das Becherglas für die Hilfsflüssigkeit steht auf der Waage.Glasgefäss mit festem VolumenBiegeschwingertechnologie
Geeignet für:
  • Festkörper
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
  • Pastöse Substanzen (mit Gamma-Kugel)
  • Flüssigkeiten (mit Glassenkkörper)
    Festkörper
  • Flüssigkeiten, Dispersionen
  • Pulver
  • Granulate
  • Flüssigkeiten
Messprinzip für
eine feste Probe
Die Probe wird einmal in Luft und einmal eingetaucht in eine Hilfsflüssigkeit mit einer bekannten Dichte gewogen.

Die Dichte der festen Probe kann von der bekannten Dichte der Flüssigkeit und den beiden Massewerten abgeleitet werden.



ρ,= Dichte der Probe
A,= Gewicht der Probe in Luft
B,= Gewicht der Probe in der Hilfsflüssigkeit
ρ0,= Dichte der Hilfsflüssigkeit
ρL,= Dichte von Luft
Die Hilfsflüssigkeit mit der bekannten Dichte wird vor und nach dem Eintauchen der Probe gewogen. (Tarieren kann verwendet werden, um den Massenunterschied direkt zu messen.)

Mit dem Massenunterschied und der Flüssigkeitsdichte kann das Volumen der Probe bestimmt werden. Hiermit wird dann zusammen mit der Masse der Probe ihre Dichte berechnet.
Das Pyknometer wird zunächst leer und dann gefüllt mit der Referenzflüssigkeit mit bekannter Dichte gewogen. Das Pulver wird in das gereinigte und getrocknete Pyknometer gegeben. Es wird gewogen, um das Gewicht der Pulverprobe zu bestimmen. Das Pyknometer wird dann mit derselben Flüssigkeit aufgefüllt, in der sich das Pulver nicht lösen darf. Das Pyknometer wird erneut gewogen. Das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit kann dann bestimmt werden und anschliessend kann die Dichte des Pulvers berechnet werden.Nicht verfügbar
Messprinzip für
eine flüssige Probe
Der Referenzkörper mit dem bekannten Volumen (Glassenkkörper) wird einmal in Luft und einmal in der Flüssigkeit mit der unbekannten Dichte gewogen.

Die Dichte der Flüssigkeit kann von dem bekannten Volumen des Referenzkörpers und den beiden Massewerten abgeleitet werden.



ρ,= Dichte der flüssigen Probe
α,= Gewichtkorrekturfaktor (0,99985) zur Berücksichtigung des Luftauftriebs des Justiergewichts
A,= Gewicht des Referenzkörpers in Luft
B,= Gewicht des Referenzkörpers in der Flüssigkeit
V,= bekanntes Volumen des Referenzkörpers
ρL,= Dichte der Luft
Das Gewicht der Flüssigkeit mit der unbekannten Dichte wird vor (Tara) und nach dem Eintauchen des Referenzkörpers (Gamma-Kugel oder Glassenkkörper) gemessen.

Mit der Massendifferenz und dem bekannten Volumen des Referenzkörpers kann die Dichte der flüssigen Probe bestimmt werden.
Das Pyknometer wird zunächst leer und dann gefüllt mit der flüssigen Probe gewogen. Die Massendifferenz dividiert durch das Volumen des Pyknometers ergibt die Dichte der Flüssigkeit.Die Probe wird in ein U-förmiges Hohlglasrohr im Gerät gegeben. Die Dichte der Probe wird durch das Messen der Frequenz der Vibration des Rohrs bestimmt. Je geringer die Frequenz der Vibration, desto höher die Dichte der Probe.

 

Digitale Dichtemessgeräte

Dichtestandards

Für die Dichtebestimmung von Feststoffproben gibt es zahlreiche Standards und Normen. Die gebräuchlichsten sind folgende:

  • ISO 1183-1: Kunststoffe – Verfahren zur Bestimmung der Dichte von nicht verschäumten Kunststoffen
  • OIML G 14: Dichtemessung gemäss OIML
  • ASTM-D-792: Bestimmung des spezifischen Gewichts und der Dichte von Kunststoffen

In ISO 1183-1 wird die Verwendung einer Analysenwaage mit 4 Dezimalstellen erläutert.

Die verwirrende Schüttdichte

Die Schüttdichte ist ein Mass für die Dichte und beschreibt, wie viele Partikel oder Teile in einem gemessenen Volumen enthalten sind. Die Schüttdichte ist keine Eigenschaft des Materials. Sie beinhaltet die Hohlräume zwischen den Partikeln oder Teilen sowie die Hohlräume innerhalb der Teile. Die Schüttdichte kann schwanken, abhängig davon, wie das Material gehandhabt wird. Beim Schütteln eines Behälters beispielsweise können sich Teile so absetzen, dass sich die gesamte Schüttdichte erhöht.

Dichtemessung durch Experten

Herausforderungen bei der Dichtemessung von Feststoffen

Lösungen für die Dichtebestimmung

Moisture Content Determination

Dichtebestimmung für die Kunststoffqualität


Erweitertes Datenmanagement und Prozesssicherheit

LabX Software connects all instruments

Die Kombination einer METTLER TOLEDO Excellence-Waage mit der LabX-Software bietet ein umfassenderes Datenmanagement und ein höheres Mass an Prozesssicherheit. Excellence-Analysen- und Präzisionswaagen können für die Dichtebestimmung mit einem Dichte-Kit ausgestattet werden. Dank LabX wird sichergestellt, dass Ihre SOP für die Dichtebestimmung präzise eingehalten wird. LabX zeichnet alle Gewichtswerte auf, führt alle Berechnungen durch und speichert alle Ergebnisse sicher in einer zentralen Datenbank. Alle Daten, die mit Ihrer Dichteanwendung verbunden sind, können direkt auf Ihr internes Datenverwaltungssystem übertragen werden.

 

 

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zum Thema Dichtemessung

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