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Determinazione della densità con le bilance da laboratorio

Utilizzate la vostra bilancia e l'apposito kit per determinare la densità di sostanze solide, liquide e viscose

Le procedure migliori per la determinazione della densità dei solidi sono i metodi della spinta idrostatica e dello spostamento, entrambi basati sul principio di Archimede. I prerequisito di questi metodi è l'uso di un liquido dalla densità nota che non reagisca con il materiale del campione, ma possa bagnarlo completamente. Al liquido è possibile aggiungere un agente umidificante.

L'applicazione integrata nella bilancia fornisce istruzioni dettagliate. Le bilance della serie Excellence sono dotate di flussi di lavoro per 5 diversi metodi di determinazione della densità. Le bilance di livello avanzato e standard dispongono invece dei flussi di lavoro per 2 metodi.

Insieme al kit per la determinazione della densità, il corpo da immergere in vetro da 10 ml opzionale permette di misurare la densità dei liquidi. Per calcolare la densità, viene usata la differenza del peso di tale corpo in aria e nel liquido. In alternativa, è possibile usare un picnometro o un densimetro digitale.

Il cestello di pesata sul kit per la determinazione della densità può essere invertito in modo tale che i campioni più leggeri vengano mantenuti sotto il liquido e non possano galleggiare in superficie. Nel caso in cui la forza di galleggiamento sia maggiore rispetto a quella del cestello, posizionate un peso aggiuntivo sul piatto di pesata superiore del kit per la determinazione della densità e riavviate la procedura. In alternativa, utilizzate un liquido di riferimento diverso con una densità inferiore.

Aggiungete alcune gocce di agente umidificante al liquido di riferimento. Lasciatelo in posizione verticale per una notte in modo tale che il gas disciolto venga rilasciato. Utilizzate uno spazzolino morbido per eliminare le bolle dal campione e dal kit per la determinazione della densità.

L'accuratezza della determinazione della densità è influenzata dalla tolleranza del metodo (bolle d'aria, ecc.) e dalla misura della temperatura, nonché dall'accuratezza delle pesate. Ogni misura su QUALSIASI bilancia è soggetta all'incertezza. Comprendere questa incertezza è fondamentale allo scopo di garantire risultati di pesata accurati. Non è la risoluzione che determina l'accuratezza di uno strumento di pesata, quanto piuttosto la sua ripetibilità e la sua pesata netta minima tipica.

Per trovare la bilancia più adatta alle vostre esigenze dovreste sapere qual è la quantità più piccola che intendete pesare e quanto accurata deve essere la pesata (ovvero qual è il livello di tolleranza).

Lo standard di pesata globale di METTLER TOLEDO, GWP^{^®}, vi aiuta a scegliere la bilancia ideale per soddisfare i vostri requisiti applicativi. Chiedete all'esperto locale una consulenza gratuita sulla bilancia. Stabilite se la vostra bilancia soddisfa i requisiti di qualità.

GWP Recommendation

La conformità allo standard ISO 1183-1 richiede una bilancia con una risoluzione da 0,1 mg o inferiore e un campione con una massa pari ad almeno 1 g. La misura di campioni di almeno 1 g su una bilancia con risoluzione da 0,1 mg non viola generalmente il requisito della pesata netta minima tipica della bilancia. Tuttavia, è necessario considerare la necessaria accuratezza della bilancia unitamente alla tolleranza di processo richiesta. Il nostro servizio gratuito GWP^{^®} Recommendation può aiutarvi a scegliere la bilancia più adeguata alle vostre specifiche esigenze.

GWP Recommendation

La determinazione della densità prevede diversi passaggi e a volte è necessario attendere che la bilancia si stabilizzi quindi è facile perdersi durante la procedura, specialmente quando si è impegnati con più attività. L'applicazione integrata nella bilancia fornisce istruzioni dettagliate. Non dovete far altro che confermare ogni istruzione premendo il pulsante OK, così che possiate sapere sempre in che punto della procedura vi trovate.

Collegate un lettore di codici a barre alla bilancia per consentire la lettura diretta e senza errori di metadati come ID campione, numero di lotto, codice, ecc. Con la serie di stampanti P-50 di METTLER TOLEDO, è possibile stampare insieme ai risultati anche i metadati insieme alla data e all'ora della misura.

Quando è necessario effettuare una serie di determinazioni della densità, l'opzione statistica delle bilance METTLER TOLEDO permette di identificare rapidamente i trend nei dati, fornendo assistenza sul corso d'azione più appropriato da intraprendere.

Le bilance XPE, XSE, MS-TS, ML-T e ME-T dispongono di un database di densità integrato per i liquidi di riferimento utilizzati più di frequente. Il valore della densità viene regolato in base alla temperatura definita.

L'applicazione per la densità sulle bilance XPE, XSE e MS-TS esegue tutti calcoli. L'utente deve semplicemente inserire il valore della temperatura e selezionare il liquido di riferimento utilizzato. La bilancia registra i valori del peso e calcola automaticamente la densità.

L'applicazione per la densità sulle bilance MS-TS, ML-T e ME-T consente di creare un report delle serie di determinazioni che può essere stampato o salvato su una chiave di memoria USB. Le bilance XPE e XSE in combinazione con il software LabX offrono un livello superiore di personalizzazione dei report, con grafici e diagrammi, e la possibilità di inviarli direttamente al sistema LIMS o EPR.

Panoramica
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Ulteriori informazioni

Determinazione della densità in laboratorio

La determinazione della densità dei campioni è un importante parametro qualitativo sia per le materie prime che per i prodotti finiti. Varie tecniche permettono di determinare con accuratezza la densità di materiali solidi, viscosi e liquidi, ad esempio metalli, plastiche, sostanze chimiche, lubrificanti e alimenti.

Densità per il controllo qualità

Un cambiamento nelle materie prime, indicato da una variazione nella densità, potrebbe avere un esito dannoso sul funzionamento o sulla qualità del prodotto finale. La determinazione della densità delle materie prime può essere usata per confermare la purezza del materiale. Se una sostanza è stata adulterata con un'alternativa più scadente, la densità misurata sarà diversa nel caso del materiale composito.

La densità può anche essere usata per garantire l'omogeneità. Se un componente prodotto non è omogeneo, i principali attributi prestazionali come la forza e la resistenza alla rottura possono risentirne. Ad esempio, una bolla d'aria interna può impedire a un componente posto sotto sforzo di superare il test. Il campionamento casuale dei componenti è un modo semplice e conveniente di monitorare la qualità in modo continuo.

Perché è essenziale una pesata accurata

Le comuni procedure gravimetriche per la determinazione della densità sono la tecnica della spinta idrostatica, il principio di spostamento o il metodo del picnometro.

Il metodo più comunemente usato è quello della spinta idrostatica che sfrutta il principio di Archimede: un corpo immerso in un liquido dimostra una chiara perdita di peso corrispondente al peso del liquido spostato. Questo antico principio, che risale circa al 200 a.C., è esattamente quello che viene utilizzato oggi per determinare la densità con metodo gravimetrico. Un'accurata determinazione della densità dipende quindi dall'esattezza dei valori di peso.

Per ulteriori informazioni passate a una delle sezioni seguenti:

Workflow e problematiche dell'applicazione
Soluzioni METTLER TOLEDO
Domande frequenti

Flusso di lavoro per la determinazione della densità

Workflow per la determinazione della densità nei campioni solidi

Metodo della spinta idrostatica: il principio di Archimede nella pratica

Il principio di Archimede afferma che un corpo immerso parzialmente o completamente in un liquido subisce una forza idrostatica diretta verticalmente verso l'alto. L'intensità di questa forza equivale
al peso del liquido spostato dal corpo.

Il solido è pesato in aria (A) e poi nuovamente (B) nel liquido ausiliario caratterizzato da una densità nota. La densità del solido ρ può essere calcolata come segue:

Calculation formula for density in solid sample

ρ = densità del campione

A = peso del campione in aria

B = peso del campione nel liquido ausiliario

ρ₀ = densità del liquido ausiliario

ρ_L = densità dell'aria

La temperatura del liquido deve essere presa in considerazione perché può provocare variazioni nella densità di un ordine di grandezza compreso tra 0,001 e 0,1 per °C, con effetti
che possono essere osservati nella terza cifra decimale del risultato.

	Gravimetrico, spinta idrostatica	Gravimetrico, spostamento	Picnometri	Densimetro digitale
Metodi	Il becher per il liquido ausiliario viene posto su una piattaforma o sotto la bilancia.	Il becher per il liquido ausiliario viene posto sulla bilancia.	Becher di vetro dal volume definito.	Tecnologia del tubo oscillante
Adatto a	Solidi Liquidi (con corpo da immergere in vetro)	Sostanze pastose (con sfera gamma) Liquidi (con corpo da immergere in vetro) Solidi	Liquidi, dispersioni Polvere Granuli	Liquidi Gas
Vantaggi	Processo rapido Flessibilità rispetto alle dimensioni del campione Strumento di pesata già disponibile	Processo rapido Strumento di pesata già disponibile	Metodo accurato Strumento di pesata già disponibile	Processo rapido Controllo esatto della temperatura con celle di Peltier Misura automatica della densità Volumi di campioni ridotti
Svantaggi	Sensibilità alla temperatura Il campione deve essere bagnato con grande attenzione Non devono essere presenti bolle d'aria intrappolate	Sensibilità alla temperatura Richiesto volume elevato del campione	Sensibilità alla temperatura Laboriosità Tempi lunghi Non devono essere presenti bolle d'aria intrappolate	I campioni viscosi richiedono la correzione di viscosità (disponibile negli strumenti moderni).

Se si conoscono la massa e il volume di un campione (solidi o liquidi), la sua densità può essere calcolata a partire da:

Calculation of density by mass and volume

La difficoltà con il volume

Pesare accuratamente un campione è piuttosto semplice; al contrario, l'esatta determinazione del suo volume può presentare delle difficoltà.

Spinta idrostatica

Il metodo della spinta idrostatica consente di evitare il problema della determinazione del volume perché prevede che il campione venga pesato due volte in due diversi mezzi (aria e un liquido). Il volume può quindi essere considerato come costante in entrambe le situazioni.

Spostamento

Nell'applicazione più semplice del metodo dello spostamento, il volume di un campione solido viene determinato osservando l'aumento di livello del liquido in cui viene immerso il campione.
Per contro, quando un oggetto dal volume noto viene immerso in un liquido con densità sconosciuta, la differenza tra i valori di peso (in aria e nel liquido) può essere utilizzata per determinare la densità del liquido stesso.

Picnometro

Un picnometro è un matraccio in vetro appositamente progettato, solitamente con un volume definito. Viene prevalentemente utilizzato per determinare la densità dei liquidi. Il picnometro viene prima pesato vuoto, quindi pieno del liquido in fase di analisi. La differenza (ovvero la massa del campione) divisa per il volume del picnometro rappresenta la densità del campione.
Il metodo del picnometro può essere usato per determinare la densità di campioni in polvere o granulati.

Densimetro digitale

Un tubo cavo in vetro vibra a una certa frequenza. La frequenza varia quando il tubo viene riempito con sostanze diverse: a una massa maggiore del campione corrisponde una frequenza inferiore. I densimetri digitali misurano la frequenza e la convertono in densità.

Per un confronto fra questi quattro metodi consultate la tabella seguente.

	Gravimetrico, spinta idrostatica	Gravimetrico, spostamento	Picnometri	Densimetro digitale
Metodi	Il becher per il liquido ausiliario viene posto su una piattaforma o sotto la bilancia.	Il becher per il liquido ausiliario viene posto sulla bilancia.	Becher di vetro dal volume definito.	Tecnologia del tubo oscillante
Adatto a	Solidi Liquidi (con corpo da immergere in vetro)	Sostanze pastose (con sfera gamma) Liquidi (con corpo da immergere in vetro) Solidi	Liquidi, dispersioni Polvere Granuli	Liquidi
Principio di misura per un campione solido	Il campione viene pesato una volta in aria e una volta immerso nel liquido ausiliario con densità nota. La densità del campione solido può essere determinata a partire dalla densità nota del liquido e dai due valori della massa. ρ = densità del campione A = densità del campione in aria B = densità del campione nel liquido ausiliario ρ0 = densità del liquido ausiliario ρL = densità dell'aria	Il liquido ausiliario con densità nota viene pesato prima e dopo l'immersione del campione (la tara può essere usata per misurare direttamente la differenza di massa). Utilizzando la differenza di massa e la densità del liquido è possibile determinare il volume del campione. Questo valore viene quindi impiegato insieme alla massa del campione per calcolarne la densità.	Il picnometro viene prima pesato vuoto e successivamente pieno del liquido di riferimento con densità nota. La polvere viene aggiunta al picnometro pulito e asciutto. Si determina così il peso del campione. Il picnometro viene poi riempito con lo stesso liquido all'interno del quale la polvere deve essere completamente insolubile e pesato nuovamente. È così possibile determinare il peso del liquido spostato e calcolare quindi la densità della polvere.	n/d
Principio di misura per un campione liquido	Il corpo di riferimento con volume noto (corpo da immergere in vetro) viene pesato una volta in aria e una volta nel liquido con densità sconosciuta. La densità del liquido può essere determinata a partire dal volume noto del corpo di riferimento e dai due valori della massa. ρ = densità del campione liquido α = fattore di correzione del peso (0.99985), per tenere conto della spinta statica atmosferica del peso di prova A = peso del corpo di riferimento in aria B = peso del corpo di riferimento nel liquido V = volume noto del corpo di riferimento ρL = densità dell'aria	Il peso del liquido con densità sconosciuta viene misurato prima (tara) e dopo l'immersione del corpo di riferimento (sfera gamma o corpo da immergere in vetro). Utilizzando la differenza di massa e il volume noto del corpo di riferimento è possibile determinare la densità del campione liquido.	Il picnometro viene prima pesato vuoto e successivamente pieno del campione liquido. La differenza di massa divisa per il volume del picnometro rappresenta la densità del liquido.	Il campione viene aggiunto a un tubo in vetro cavo a U presente nello strumento. La densità del campione viene determinata misurando la frequenza della vibrazione del tubo. Più è bassa la frequenza della vibrazione, maggiore è la densità del campione.

Determinazione della densità dei liquidi con i densimetri digitali

Se siete interessati a un'offerta più completa, i densimetri digitali sono la scelta ideale perché misurano densità, gravità specifica e altre caratteristiche dei campioni liquidi (ovvero % di alcol, grado Brix, grado API) con elevata accuratezza e rapidità.

Misure con i densimetri digitali

Standard di densità

Per la determinazione della densità dei campioni liquidi esistono diversi standard e norme tecniche. Alcuni dei più comuni sono:

ISO 1183-1: plastica; metodi per la determinazione della densità di materie plastiche non cellulari
OIML G 14: determinazione della densità secondo l'OIML
ASTM-D-792: metodi di verifica standard di densità e peso specifico

Lo standard ISO 1183-1 richiede l'uso di una bilancia analitica a 4 cifre decimali.

L'equivoco con la densità apparente

La densità apparente è una misura della quantità di particelle, componenti o pezzi contenuta in un volume misurato. Non si tratta di una proprietà del materiale in sé. La densità apparente include gli spazi tra le particelle o gli elementi nonché i vuoti all'interno degli elementi stessi. Può variare a seconda del modo in cui il materiale viene manipolato: scuotendo un contenitore, ad esempio, si consente ai componenti di stabilizzarsi, incrementando la densità apparente complessiva.

Avete bisogno di assistenza tecnica?

La determinazione della densità è un parametro qualitativo estremamente importante sia per le materie prime che per i prodotti finiti. Sappiamo che per garantire risultati accurati è necessario prendere in considerazione numerosi fattori. Se avete bisogno di assistenza con la determinazione della densità o di consigli sulla bilancia o sul kit per la determinazione della densità da acquistare, il nostro team di esperti sarà lieto di aiutarvi.
Non esitate a contattarci per ricevere supporto.

Le sfide nella determinazione della densità nei solidi

Le sfide per un'accurata determinazione della densità nei solidi

Bolle

La principale causa di errore nella determinazione della densità è di gran lunga la limitata bagnabilità del campione. Quando il campione viene immerso in un liquido, è essenziale che tutte e bolle aderenti a esso e allo strumento siano rimosse. Le eventuali bolle rimanenti determinerebbero un effetto di galleggiamento alterando il calcolo della densità (una bolla dal diametro di 1 mm provoca una spinta idrostatica pari a 0,5 mg). Il nostro consiglio:

Usare agenti umidificanti oppure liquidi organici (la variazione della densità dell'acqua distillata dovuta all'aggiunta di alcune gocce di agente umidificante può essere trascurata).
Sgrassare i solidi resistenti ai solventi
Pulire regolarmente gli strumenti
Non toccare a mani nude i componenti da immergere
Utilizzare un pennello sottile per rimuovere le bolle d'aria ostinate

Temperatura

I solidi generalmente sono insensibili alle variazioni della temperatura ambiente, quindi i relativi cambiamenti di densità sono trascurabili. Tuttavia, poiché la determinazione della densità viene eseguita con un liquido ausiliario, è necessario tenere in considerazione la temperatura. La temperatura ha un impatto maggiore sui liquidi e provoca variazioni di densità di un ordine di grandezza compreso tra 0,1 e 1‰ per °C.

Tale effetto influisce già sulla terza cifra decimale del risultato. Per ottenere risultati accurati si raccomanda di tener conto della temperatura del liquido ausiliario in tutte le determinazioni di densità. I valori sono disponibili nelle tabelle riportate sui testi dedicati. Le densità dei liquidi di riferimento più importanti (H₂O ed etanolo) sono memorizzate nella bilancia.

Pesata

Come detto prima, la pesata gioca un ruolo importante per un'accurata determinazione della densità ed è pertanto essenziale che la bilancia usata soddisfi le esigenze dell'apposita applicazione. Per i campioni piccoli, è necessario considerare la pesata minima tipica della bilancia: un campione dal peso inferiore a questo valore non potrebbe soddisfare il livello di accuratezza richiesto.

Gestione dei dati

La trascrizione manuale dei dati del campione, dei valori di peso e dei calcoli della densità richiede tempo ed è incline agli errori.

Soluzioni per la determinazione della densità

Soluzione METTLER TOLEDO per la determinazione gravimetrica della densità dei campioni

La maggior parte delle bilance analitiche e di precisione di METTLER TOLEDO con risoluzione da 1 mg o superiore può essere facilmente usata per determinare la densità sfruttando la tecnica della spinta idrostatica con l'apposito kit che è possibile montare in pochi semplici passaggi.

Determinare la densità dei solidi usando una bilancia è un processo facile e comodo, che consente di ottenere risultati affidabili rispetto ad altri metodi in cui il volume del componente viene determinato indipendentemente dal peso. Convertendo una bilancia da laboratorio standard con l'aggiunta di un kit per la determinazione della densità, si evita la necessità di acquistare uno strumento dedicato per eseguire questa semplice procedura. Per questo motivo, l'acquisto di un kit per la determinazione della densità rappresenta un investimento estremamente conveniente. Con l'aggiunta di un corpo da immergere in vetro dal volume noto, il kit per la determinazione della densità può anche essere utilizzato per determinare la densità dei campioni liquidi.

L'applicazione integrata per la densità fornisce istruzioni dettagliate e può quindi essere usata facilmente anche da operatori inesperti. Ulteriori vantaggi:

Elevata flessibilità per soddisfare specifiche esigenze di processo
Calcoli della densità automatici per solidi e liquidi, compresa la regolazione della temperatura del liquido di riferimento
Valutazione statistica di campioni multipli
Tutti i risultati, comprendenti il nome dell'utente, l'ID del campione, il numero di lotto, la data e l'ora, possono essere stampati o salvati su memory stick USB.

Determinazione della densità di campioni voluminosi

Per i campioni voluminosi che non entrano nel kit per la determinazione della densità è possibile convertire le bilance di precisione METTLER TOLEDO con risoluzione da 0,1 g e 0,01 g aggiungendo un'apposita pesa aerea che consente di eseguire la pesata al di sotto della bilancia stessa. Il principio di determinazione della densità è esattamente lo stesso: il campione viene pesato in aria e successivamente in un liquido di riferimento.

Video: determinazione della densità nella pratica

Guardate quanto è semplice determinare la densità sulla vostra bilancia da laboratorio METTLER TOLEDO. Il kit per la determinazione della densità permette di misurare la densità di sostanze solide, liquide, porose e viscose. Grazie alle istruzioni dettagliate e ai calcoli automatici, l'intero processo è particolarmente semplice.

Determinazione della densità per la qualità delle materie plastiche

Nota applicativa gratuita: Semplice determinazione della densità per una qualità uniforme delle materie plastiche

La determinazione della densità delle materie plastiche è essenziale per ottenere una qualità uniforme. La nota applicativa spiega come misurare facilmente la densità dei componenti in plastica solida utilizzando l'applicazione integrata nelle bilance analitiche MS-TS, ML-T o ME-T di METTLER TOLEDO con kit per la determinazione della densità.

Miglioramento di gestione dei dati e sicurezza dei processi

LabX Software connects all instruments

La combinazione tra una bilancia della serie Excellence di METTLER TOLEDO e il software LabX offre un livello superiore di gestione dei dati e di sicurezza dei processi. Con l'aggiunta dell'apposito kit, le bilance analitiche e di precisione Excellence possono essere utilizzate per la determinazione della densità. LabX garantisce la piena conformità alla vostra SOP per la determinazione della densità. LabX registra tutti i valori di peso, esegue i calcoli e salva i risultati in un database centralizzato. Tutti i risultati correlati all'applicazione per la determinazione della densità possono essere trasferiti direttamente al sistema interno di gestione dei dati.