Dichtebestimmung

Mithilfe von Dichtemessungen werden die Reinheit und Konzentration einer Probe überprüft und Einsicht in deren Zusammensetzung gewährt. Dichtemessungen sind in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung, um die Qualität von Rohmaterialien und Endprodukten zu gewährleisten.

Zum Beispiel beträgt die Dichte von Reinstwasser bei 20,00 °C 0,998203 g/cm³. Eine Abweichung von diesem Wert ± Toleranzen würde darauf hinweisen, dass die Wasserprobe verunreinigt ist.

Auf dieser Seite erlangen Sie grundlegendes Wissen zur Dichtemessung.

Die Dichtemessung von Feststoffen mit einer Waage ist ein einfaches und praktisches Verfahren, das im Vergleich zu anderen Methoden, bei denen das Volumen des Teils unabhängig vom Gewicht bestimmt wird, äusserst zuverlässige Ergebnisse liefert. Durch die Installation eines Dichte-Kits an einer herkömmlichen Laborwaage müssen Sie keine speziell gefertigte Ausrüstung mehr kaufen, um dieses unkomplizierte Verfahren auszuführen. Dadurch ist der Kauf des optionalen Dichte-Kits eine sehr kosteneffektive Investition. Wenn ein Glassenkkörper mit bekanntem Volumen hinzugefügt wird, kann mit dem Dichte-Kit ausserdem die Dichte von flüssigen Proben bestimmt werden.

Die integrierte Dichteanwendung bietet Schritt-für-Schritt-Anleitungen, sodass selbst ungeübte Bediener keine Probleme bei der Verwendung haben.

Es gibt verschiedene Arten von Instrumenten zur Dichtemessung.

Sehen Sie sich dieses Video an und überprüfen Sie, ob Sie die richtigen Schritte für eine erfolgreiche Dichtemessung mit einem Pyknometer befolgen. Ausserdem vergleichen wir Pyknometer-Dichtemessungen mit solchen, die mit digitalen Dichtemessgeräten durchgeführt werden.

Wussten Sie, dass eine Temperaturänderung von 0,1 °C einen Fehler von 0,0001 g/cm³ bei der gemessenen Dichte bewirken kann?

Die Temperatur nimmt Einfluss darauf, wie viel Raum Atome in einem Molekül einnehmen. Die Schwingungen werden mit steigender Temperatur stärker, wodurch sich die Atome voneinander entfernen, was wiederum zu einem geringeren Dichtewert führt.

Daher gilt: Je höher die Temperatur, desto höher das Volumen und desto geringer die Dichte. Sinkt die Temperatur, sinkt auch das Volumen und die Dichte wird grösser. Die Masse der Substanz ändert sich hingegen nicht.

Die einzige Ausnahme von dieser Regel ist flüssiges Wasser, das seinen maximalen Dichtewert bei 3,98 ºC erreicht. Über dieser Temperatur steigt das Volumen des Wassers und die Dichte wird kleiner. Wird Wasser gekühlt, ist der Effekt gegenteilig.

Hinweis: Der Zusammenhang zwischen Temperatur, Volumen und Dichte ist nicht linear und hängt von der spezifischen Wärmekapazität, Verdampfungswärme und weiteren Faktoren der jeweiligen Substanz ab.

Eine einfache Luftblase in einer gemessenen Flüssigkeit kann die Dichte massgeblich verändern. Gleiches gilt für Verunreinigungen.

Beispiel: Bei der Verwendung eines Glaspyknometers ist die Masse erforderlich, um den Dichtewert zu berechnen. Wenn eine Luftblase oder Verunreinigung vorhanden ist – z. B. aufgrund unsachgemässer Reinigung – wird eine falsche Masse gemessen und von der Waage angezeigt. Das Ergebnis ist ein falscher Dichtewert.

Gleiches gilt für ein digitales Dichtemessgerät, das für die Dichtebestimmung das Biegeschwingermessprinzip nutzt.

• Moderne digitale Dichtemessgeräte sind allerdings mit einem automatischen BubbleCheck™ ausgestattet, um dem Benutzer während der Dichtemessung Unterstützung zu bieten.
• Zur Vermeidung einer Kreuzkontamination aufgrund einer unsachgemässen Reinigung können Benutzer darüber hinaus die Dichte von Luft messen. Wenn das Resultat der Messung innerhalb der Grenzwerte liegt, wurde die Messzelle ordnungsgemäss gereinigt.
  

Wenn Sie sich in Mexiko City auf einer Höhe von 3.930 Metern befinden, ist der örtliche Luftdruck niedriger als in Rio de Janeiro, das auf Höhe des Meeresspiegels bzw. auf 0 Metern liegt. Der Luftdruck steht also in direktem Zusammenhang mit der Höhe.

Da Gase und Flüssigkeiten Fluide sind, sind folgende Informationen zu beachten:

• Gas (z. B. Luft) ist ein kompressibles Fluid, dessen Volumen bei verschiedenen Druckverhältnissen variiert.
• Flüssigkeiten (z. B. Wasser) sind inkompressible Fluide, deren Volumen bei verschiedenen Druckverhältnissen unverändert bleibt. Zwar werden Flüssigkeiten bei extrem hohem Luftdruck mitunter kompressibel – dieser wird bei analytischen Dichtemessungen jedoch nicht angewandt.
  

Bei einer Dichtemessung mithilfe von manuellen Geräten wie Pyknometern wird der Luftdruckwert nicht berücksichtigt.

Moderne digitale Dichtemessgeräte sind mit einem integrierten Barometer (Drucksensor) ausgestattet, um den örtlichen Luftdruck zu messen. Dieser wird automatisch als Referenzwert für die Dichte von Luft verwendet. Dieser Wert ist aus zwei Gründen von Bedeutung:

1. Während der Gerätejustierung muss der Wasser- und Luftwert gemessen werden. Der Druck nimmt Einfluss auf den Luftwert und somit auf alle darauffolgenden Messungen.
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2. Im täglichen Betrieb muss die Sauberkeit der Messzelle gewährleistet werden, um eine Kreuzkontamination zu vermeiden und hochwertige Resultate sicherzustellen. Der gemessene Luftdichtewert wird mit dem eingestellten Referenzluftwert verglichen. Wenn das Resultat innerhalb von bestimmten Toleranzwerten liegt, ist die Gerätezelle sauber.
   

Ist eine viskose Substanz dichter als eine weniger viskose Flüssigkeit?

Viskosität beschreibt den Fliesswiderstand einer Flüssigkeit, informell als „Dicke“ einer Flüssigkeit bezeichnet, und steht in keinem direkten Zusammenhang mit der Dichte.

Die Viskosität kann aber je nach angewandter Methode die Dichtebestimmung beeinträchtigen.

Dichtemessung:

• Mit einem Pyknometer: Keine Beeinträchtigung, jedoch mit mühsamer Probennahme und Reinigung verbunden. Bei der Verwendung eines Wasserbads stabilisiert sich die Temperatur nur langsam.
• Mit einem Hydrometer: Keine Beeinträchtigung; Probennahme, Ablesen der Werte und Reinigung sind jedoch mühsam.
• Mit einem digitalen Dichtemessgerät: Es kommt zu Beeinträchtigungen, da die Probe die Oszillationsfrequenz des schwingenden U-Rohrs dämpft.
  

Verhältnis von Viskosität und Dichte

• Wie in der Graphik dargestellt, steigt der Dichtefehler mit der Viskosität.
• Moderne digitale Dichtemessgeräte korrigieren Fehler, die durch Viskosität entstehen, allerdings automatisch, wodurch eine maximale Genauigkeit und schnelle Messungen gewährleistet werden.

1. Wässrige Lösungen, Laborlösungsmittel (organisch)
2. Schwefelhaltige Lösungen
3. Motoröl
4. Küchenreinigungsmittel
5. Sirup
   

Definition der relativen Dichte

Unter relativer Dichte versteht man das Verhältnis zwischen der absoluten Dichte zweier Substanzen, wobei die Referenzsubstanz als Divisor betrachtet wird. Wenn diese Substanz nicht spezifiziert ist, wird angenommen, dass es sich dabei um Wasser mit einer Temperatur von 3,98 °C und demnach mit einer Dichte von 0,999972 g/cm³ oder 999,972 kg/m³ handelt. Wie aus der Gleichung folgt, hat die relative Dichte kein Einheit.

Definition der spezifischen Dichte

Die spezifische Dichte beschreibt das Verhältnis zwischen der Dichte einer Substanz und der Dichte von Wasser. Wenn die Temperatur nicht spezifiziert ist, wird angenommen, dass es sich dabei um Wasser mit einer Temperatur von 3,98 °C und demnach mit einer Dichte von 0,999972 g/cm³ oder 999,972 kg/m³ handelt.

Definition der tatsächlichen oder absoluten Dichte

Die tatsächliche Dichte beschreibt das Verhältnis von Masse und Volumen einer Substanz bei bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen gemäss Ihrem Gewicht in einem Vakuum. Dieses Konzept wird auch bei Dichtemessungen mithilfe von Dichtemessgeräten angewendet.

Definition der Schüttdichte

Der Begriff der Schüttdichte gilt für zerteilte Festkörper wie Pulver oder Granulat und findet häufig in den Branchen Bergbau, Lebensmittelherstellung und Chemie Verwendung. Laut Definition ist die Schüttdichte das Verhältnis zwischen Masse und Volumen, sie entspricht aber dem Gewicht in Luft.