Měření hustoty na laboratorní váze

Využijte svoji váhu a sadu pro stanovení hustoty k měření hustoty pevných, kapalných a viskózních látek

Nejlepšími metodami pro stanovení hustoty pevných látek jsou vztlaková metoda a metoda vytěsnění. Obě jsou založeny na Archimédově zákonu. Tyto metody předpokládají použití kapaliny o známé hustotě, která nereaguje s materiálem vzorku, ale umožňuje jeho důkladné smáčení. Do kapaliny lze přidat smáčecí činidlo.

Aplikace, která je součástí váhy, poskytuje pokyny, které obsluhu provedou celým měřením krok za krokem. Váhy řady Excellence obsahují postupy pro 5 různých metod stanovení hustoty. Váhy řady Advanced a Standard obsahují postupy pro 2 metody.

Ve spojení se soupravou pro měření hustoty umožňuje skleněná ponorná nádobka s objemem 10 ml stanovit hustotu kapalin. Rozdíl hmotností ponorné nádobky naměřených na vzduchu a v kapalině slouží k výpočtu hustoty. Coby alternativu lze využít pyknometr nebo digitální hustoměr.

Váhový košík na soupravě pro měření hustoty lze obrátit. Lehčí vzorky nemohou plavat, protože košík je udrží pod hladinou. Je-li vztlaková síla větší než síla, kterou dokáže košík zadržet, umístěte na vážicí misku soupravy pro měření hustoty další závaží a opakujte celý postup stanovení hustoty. Případně můžete použít jinou referenční kapalinu s nižší hustotou.

Přidejte do referenční kapaliny několik kapek smáčecího přípravku. Ponechejte kapalinu odstát přes noc, aby se uvolnily veškeré rozpuštěné plyny. Měkkým štětečkem odstraňte bubliny ze vzorku a ze soupravy pro měření hustoty.

Přesnost měření hustoty je ovlivněna tolerancí metody (vzduchové bubliny apod.), teplotou měření a přesností měření hmotnosti. Měření na KAŽDÉ váze je vždy vystaveno určité míře nejistoty. Pochopení této nejistoty je klíčem k zajištění přesnosti výsledků vážení. Přesnost váhy neurčuje její rozlišení, ale spíše opakovatelnost a minimální čistá hmotnost vzorku.

Chcete-li zvolit vhodnou váhu pro své potřeby, potřebujete znát nejnižší hmotnost, kterou budete vážit, a jak přesně ji potřebujete zvážit (tj. při jaké toleranci).

Celosvětová norma pro vážení METTLER TOLEDO GWP^{^®} Vám pomůže vybrat vhodnou váhu pro požadavky konkrétní aplikace. Požádejte naše místní obchodní zastoupení o bezplatné doporučení váhy. Přesvědčte se, zda Vaše současná váha vyhovuje Vašim kvalitativním požadavkům.

Doporučení GWP Recommendation

Shoda s normou ISO 1183-1 vyžaduje použití váhy s rozlišením 0,1 mg a nižším a uvádí, že hmotnost vzorku by pokud možno měla činit alespoň 1 g. Vážení vzorků s hmotností alespoň 1 g na váze s rozlišením 0,1 mg zpravidla neporuší požadavek váhy na minimální čistou hmotnost vzorku. Požadovaná přesnost váhy by však měla být zohledňována v kontextu požadované tolerance Vašeho procesu. S výběrem vhodné váhy pro Vaše individuální potřeby Vám může pomoci naše bezplatná služba GWP^{^®} Recommendation.

Doporučení GWP Recommendation

Měření hustoty se skládá z několika úkonů. V některých případech je třeba chvíli vyčkat na ustálení váhy, takže člověk se může mezi jednotlivými úkony snadno ztratit, zejména pracuje-li na několika úkolech souběžně. Aplikace, která je součástí váhy, poskytuje pokyny, které obsluhu provedou celým měřením krok za krokem. Splnění každého pokynu se potvrzuje stisknutím tlačítka OK, takže si vždy uchováte přehled, ve které části měření se právě nacházíte.

Připojte k váze čtečku čárových kódů, která zajistí přímé a bezchybné načtení metadat, jako jsou ID vzorku, číslo šarže, číslo objednávky apod. S tiskárnami METTLER TOLEDO řady P-50 lze společně s výsledky vytisknout i metadata společně s údaji o datu a času měření.

Máte-li před sebou sérii měření hustoty, doplněk Statistika ve váhách METTLER TOLEDO Vám umožní rychle zjistit trendy ve vývoji dat. Tím pomáhá v případě potřeby rychle rozhodovat v průběhu měření.

Váhy řad MPE, XSE, MS-TS, ML-T a ME-T jsou vybaveny vestavěnou databází pro nejběžnější referenční kapaliny. Hodnota hustoty se upravuje na základě zadané teploty.

Aplikace pro měření hustoty ve váhách řady XPE, XSE a MS-TS provedou veškeré výpočty za Vás. Stačí zadat teplotu a vybrat použitou referenční kapalinu. Váha zcela automaticky zaznamená váhové hodnoty a vypočítá hustotu.

Aplikace pro měření hustoty, která je součástí vah řady MS-TS, ML-T a ME-T, umožňuje vytvářet protokoly k celým sériím měření hustoty. Tyto protokoly lze posléze vytisknout nebo uložit na paměťové zařízení USB. Váhy řady XPE a XSE nabízejí ve spojení se softwarem LabX rozsáhlejší možnosti přizpůsobení protokolů. Protokoly mohou obsahovat tabulky a grafy a lze je odesílat přímo do systémů LIMS a ERP.

Přehled
Aplikace
Publikace
Související výrobky
Více informací

Hustota představuje důležitý kvalitativní parametr surovin i hotových výrobků. Různé techniky umožňují přesné stanovení hustoty pevných, viskózních i kapalných látek, jako jsou kovy, plasty, chemické látky, maziva a potraviny.

Hustota pro kontrolu kvality

Odchylky vlastností surovin, na které poukazuje změna hustoty, mohou negativně ovlivnit funkce či kvalitu hotového výrobku. Měření hustoty surovin lze využít ke kontrole čistoty materiálu. Jestliže byl materiál naředěn levnější alternativou, naměřená hustota kompozitního materiálu bude odlišná od čistého materiálu.

Měření hustoty lze rovněž použít ke kontrole homogenity. U nehomogenních dílů dochází k negativnímu ovlivnění klíčových výkonnostních vlastností, jako jsou pevnost a odolnost vůči tvorbě prasklin. Například přítomnost vzduchové bubliny uvnitř dílu může při namáhání způsobit jeho selhání. Náhodný odběr vzorků představuje snadný a nenákladný způsob průběžné kontroly kvality.

Proč je přesné vážení tolik důležité

Běžné gravimetrické laboratorní postupy při měření hustoty jsou vztlaková technika, princip vytěsnění kapaliny a metoda s pyknometrem.

Nejčastější technikou je vztlaková metoda, která je založena na Archimédově zákonu. Ten praví, že těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno silou, která se rovná hmotnosti kapaliny vytlačené ponořenou částí tělesa. Tento starodávný fyzikální princip, který je znám již přibližně od roku 200 před naším letopočtem, se i v současnosti uplatňuje při gravimetrickém stanovení hustoty. Přesnost měření hustoty proto do značné míry závisí na přesnosti váhových hodnot.

Přejděte na další oddíly a přečtěte si více:

Aplikační postupy a překážky
Řešení METTLER TOLEDO
Časté dotazy

Postup při stanovení hustoty pevných materiálů

Vztlaková metoda – Archimédův zákon v praxi

Archimédův zákon praví, že na těleso částečně či zcela ponořené do kapaliny působí vztlaková síla. Velikost této síly se rovná
hmotnosti kapaliny vytlačené ponořenou části tělesa.

Pevné těleso se nejprve zváží na vzduchu (A) a poté znovu (B) v pomocné kapalině o známé hustotě. Hustotu pevné látky ρ lze vypočítat takto:

Calculation formula for density in solid sample

ρ = hustota vzorku

A = hmotnost vzorku na vzduchu

B = hmotnost vzorku v pomocné kapalině

ρ₀ = hustota pomocné kapaliny

ρ_L = hustota vzduchu

Je třeba zohlednit teplotu kapaliny, protože teplota může změnit její hustotu o 0,001 až 0,1 na každý °C. Tato skutečnost se projevuje
na třetím desetinném místě výsledku.

	Gravimetricky, vztlak	Gravimetricky, vytěsnění kapaliny	Pyknometr	Digitální hustoměr
Metody	Kádinka na pomocnou kapalinu je umístěna na plošině nebo pod váhou.	Kádinka na pomocnou kapalinu je umístěna na váze.	Skleněná nádobka o definovaném objemu.	Technologie oscilační trubice
Vhodné pro	Pevná tělesa Kapaliny (se skleněnou ponornou nádobkou)	Pastovité látky (s pomocí gama koule) Kapaliny (se skleněnou ponornou nádobkou) Pevná tělesa	Kapaliny, disperze Sypké materiály Granulát	Kapaliny Plyny
Výhody	Rychlost procesu Flexibilita z hlediska objemu vzorku Váha je již k dispozici	Rychlost procesu Váha je již k dispozici	Přesnost metody Váha je již k dispozici	Rychlost procesu Přesná regulace teploty díky použití Peltierových článků Automatizované měření hustoty Malý objem vzorku
Nevýhody	Citlivost na teplotu Při ponoření vzorku je třeba postupovat s mimořádnou pečlivostí Ve vzorku se nesmí zachytit vzduchové bubliny	Citlivost na teplotu Je vyžadován velký objem vzorku	Citlivost na teplotu Pracnost Časová náročnost Ve vzorku se nesmí zachytit vzduchové bubliny	Viskózní vzorky vyžadují korekci viskozity (je součástí moderních přístrojů).

Jestliže znáte hmotnost a objem vzorku (pevných nebo kapalných látek), lze jeho hustotu vypočítat:

Calculation of density by mass and volume

Potíže s objemem

Přesně zvážit vzorek je poměrně jednoduché, avšak stanovit přesně jeho objem může být mnohem náročnější.

Vztlak

Vztlaková metoda předchází potížím souvisejícím se stanovením objemu vzorku, protože spočívá ve dvojnásobném zvážení vzorku ve dvou různých médiích (na vzduchu a v kapalině). Objem lze proto považovat za konstantní v obou situacích.

Vytěsnění kapaliny

V nejjednodušší podobě spočívá metoda vytěsnění kapaliny v ponoření vzorku do kapaliny a sledování růstu objemu kapaliny.
A naopak, je-li těleso známého objemu ponořeno do kapaliny neznámé hustoty, rozdíl váhových hodnot (naměřených na vzduchu a v kapalině) lze použít ke stanovení hustoty kapaliny.

Pyknometr

Pyknometr je skleněná baňka zvláštní konstrukce, zpravidla s přesně definovaným objemem. Nejčastěji se používá ke stanovení hustoty kapalin. Pyknometr se nejprve zváží prázdný a poté naplněný zkoumanou kapalinou. Rozdíl mezi hodnotami (tj. naměřenými hmotnostmi vzorku) vydělený objemem pyknometru je hustota vzorku.
Metodu pyknometru lze použít i ke stanovení hustoty sypkých materiálů a granulátů.

Digitální hustoměr

Dutá skleněná trubička vibruje při určité frekvenci. Při naplnění trubice různými látkami se frekvence kmitání změní: čím vyšší hmotnost vzorku, tím nižší frekvence kmitání. Digitální hustoměry fungují na principu měření frekvence kmitání s jejím následným převodem na hodnotu hustoty.

Níže uvedená tabulka obsahuje porovnání těchto čtyř různých metod.

	Gravimetricky, vztlak	Gravimetricky, vytěsnění kapaliny	Pyknometr	Digitální hustoměr
Metody	Kádinka na pomocnou kapalinu je umístěna na plošině nebo pod váhou.	Kádinka na pomocnou kapalinu je umístěna na váze.	Skleněná nádobka o definovaném objemu.	Technologie oscilační trubice
Vhodné pro	Pevná tělesa Kapaliny (se skleněnou ponornou nádobkou)	Pastovité látky (s pomocí gama koule) Kapaliny (se skleněnou ponornou nádobkou) Pevná tělesa	Kapaliny, disperze Sypké materiály Granulát	Kapaliny
Princip měření pevného vzorku	Vzorek se zváží na vzduchu a poté ponořený do pomocné kapaliny o známé hustotě. Hustotu pevného vzorku lze stanovit ze známé hustoty kapaliny a obou naměřených hodnot hmotnosti. ρ,= hustota vzorku A,= hmotnost vzorku na vzduchu B,= hmotnost vzorku v pomocné kapalině ρ0,= hustota pomocné kapaliny ρL,= hustota vzduchu	Pomocná kapalina se známou hustotou se zváží před a po ponoření vzorku (pomocí táry lze měřit rozdíl hmotností přímo). Objem vzorku lze stanovit z rozdílu hmotností a hustoty kapaliny. Z takto získané hodnoty a z hmotnosti vzorku lze vypočítat jeho hustotu.	Pyknometr se nejprve zváží prázdný a poté naplněný referenční kapalinou o známé hustotě. Do čistého a suchého pyknometru se nadávkuje sypký materiál. Poté se pyknometr zváží, čímž se stanoví hmotnost sypkého vzorku. Poté se pyknometr naplní stejnou kapalinou, ve které však vzorek musí být zcela nerozpustný. Následně se pyknometr opět zváží. Tímto způsobem lze stanovit hmotnost vytlačené kapaliny, a tedy i vypočítat hustotu sypkého materiálu.	–
Princip měření kapalného vzorku	Referenční těleso o známém objemu (skleněná ponorná nádobka) se zváží na vzduchu a poté v kapalině s neznámou hustotou. Hustotu kapaliny lze stanovit ze známého objemu referenčního tělesa a obou naměřených hodnot hmotnosti. ρ,= hustota kapalného vzorku α,= váhový korekční faktor (0,99985) k zohlednění atmosférického vztlaku justovací hmotnosti A,= hmotnost referenčního tělesa na vzduchu B,= hmotnost referenčního tělesa v kapalině V,= známý objem referenčního tělesa ρL,= hustota vzduchu	Hmotnost kapaliny s neznámou hustotou se změří před (tára) a po ponoření referenčního tělesa (gama koule nebo skleněné ponorné nádobky). Hustotu kapalného vzorku lze stanovit na základě rozdílu hmotností a známého objemu referenčního tělesa.	Pyknometr se nejprve zváží prázdný a poté naplněný kapalným vzorkem. Rozdíl hmotností vydělený objemem pyknometru je hustota kapaliny.	Vzorek se naplní do duté skleněné trubice tvaru U v zařízení. Hustota vzorku se stanoví měřením frekvence vibrací trubice. Čím nižší je frekvence vibrací, tím vyšší je hustota vzorku.

Stanovení hustoty kapalin s digitálními hustoměry

Potřebujete-li stanovit nejen hustotu vzorku, nabízí se možnost použití digitálních hustoměrů. Tyto přístroje měří hustotu, měrnou hmotnost a další související vlastnosti kapalných vzorků (např. % alkoholu, stupně BRIX, stupně API), a to velmi rychle a s vysokou přesností.

Měření digitálními hustoměry

Normy pro měření hustoty

Při stanovení hustoty pevných vzorků se uplatňuje mnoho norem a standardů. Mezi nejběžnější z nich se řadí:

ISO 1183-1: Plasty – Metody stanovení hustoty nelehčených plastů
OIML G 14: Měření hustoty dle OIML
ASTM-D-792: Standardní zkušební metody pro stanovení hustoty a měrné hmotnosti

Norma ISO 1183-1 stanovuje použití analytické váhy se 4 desetinnými místy.

Potíže se sypnou hustotou

Sypná hustota je měřítkem, kolik částic, dílů nebo kusů je obsaženo ve známém objemu. Sypná hustota není vlastností samotného materiálu. Sypná hustota obsahuje i mezery mezi částicemi nebo položkami, jakož i vzduchové kapsy uvnitř samotných položek. Sypná hustota závisí na způsobu manipulace s materiálem. Například zatřesení nádoby umožní částicím se usadit, čímž se zvýší celková sypná hustota.

Potřebujete podporu?

Hustota představuje mimořádně důležitý kvalitativní parametr surovin i hotových výrobků. Víme, že existuje mnoho faktorů, které je třeba zohlednit k zajištění přesných výsledků měření hustoty. Potřebujete-li pomoci se stanovením hustoty nebo poradit, kterou váhu nebo soupravu pro měření hustoty zakoupit, náš tým odborníků je připraven Vám pomoci.
Neváhejte se na nás obrátit.

Překážky při měření hustoty pevných látek

Překážky pro přesné měření hustoty pevných látek

Bubliny

Zdaleka nejčastější příčinou chyb při měření hustoty bývá omezená smáčivost vzorku. Při ponoření vzorku do kapaliny je naprosto nezbytné odstranit vzduchové bubliny, které ulpívají na vzorku i na zařízení. Případné zbývající bubliny budou působit vztlakovou silou a ovlivní výpočet hustoty. (Bublina s průměrem 1 mm způsobuje vztlak odpovídající hmotnosti 0,5 mg.) Doporučujeme:

Použijte smáčecí přípravek nebo organické kapaliny (změna hustoty destilované vody v důsledku přidání několika kapek smáčecího přípravku je zanedbatelná).
Pevná tělesa odolná proti rozpouštědlům odmastěte
Pravidelně čistěte vybavení
Nedotýkejte se holýma rukama částí, které budou ponořeny
Na vzduchové bubliny, které nelze odstranit jinak, použijte jemný štěteček

Teplota

Pevná tělesa obecně nejsou příliš citlivá vůči změnám teploty, a proto případné změny teploty nemají na stanovenou hodnotu hustoty žádný vliv. Jelikož stanovení hustoty se provádí za použití pomocné kapaliny, je třeba zohlednit teplotu. Teplota má u kapalin výraznější vliv a způsobuje změnu hustoty řádově o 0,1–1 % na 1 °C.

Tento vliv je patrný již na třetím desetinném místě výsledku. Chcete-li získat přesné výsledky, doporučujeme u každého stanovení hustoty vždy zohlednit také teplotu pomocné kapaliny. Příslušné hodnoty jsou k dispozici v technických tabulkách. Hodnoty hustoty nejdůležitějších referenčních kapalin (H₂O a etanolu) jsou uloženy ve váze.

Vážení

Jak uvádíme výše, vážení hraje důležitou úlohu v přesnosti stanovení hustoty, a proto je naprosto nezbytné, aby použitá váha vyhovovala požadavkům na stanovení hustoty. U malých vzorků je třeba zohlednit hodnotu minimální navážky váhy – výsledek vážení vzorku s hmotností nižší než minimální navážka není z hlediska požadované úrovně přesnosti důvěryhodný.

Správa dat

Manuální přepisování dat o vzorku, váhových hodnot a výpočty hodnot hustoty jsou časově náročné a bývají častou příčinou vzniku chyb.

Řešení METTLER TOLEDO pro gravimetrické stanovení hustoty vzorků

Ke stanovení hustoty s využitím vztlakové metody lze použít většinu analytických a přesných vah METTLER TOLEDO s rozlišením 1 mg a vyšším ve spojení se soupravou pro měření hustoty. Tuto soupravu lze namontovat na váhu několika jednoduchými úkony.

Měření hustoty pevných látek pomocí váhy je snadný a pohodlný proces, který poskytuje vysoce spolehlivé výsledky při porovnání s ostatními metodami, při nichž se objem dílu stanovuje nezávisle na hmotnosti. Přestavíte-li standardní laboratorní váhu připojením soupravy pro měření hustoty, nebudete muset kvůli této jednoduché metodě investovat do samostatného zařízení. Pořízení soupravy pro měření hustoty se proto velmi rychle vyplatí. V případě přidání skleněné ponorné nádobky se známým objemem lze soupravu pro měření hustoty používat i ke stanovení hustoty kapalných vzorků.

Vestavěná aplikace pro stanovení hustoty Density poskytuje srozumitelné pokyny ke každému kroku, které usnadní měření i nezaškoleným zaměstnancům. Mezi další výhody se řadí:

Vysoká úroveň flexibility uspokojí požadavky každého konkrétního procesu
Automatické výpočty hustoty pevných a kapalných těles, včetně justování teplotou referenční kapaliny
Statistické vyhodnocení vyššího počtu vzorků
Všechny výsledky, včetně identifikace uživatele, identifikace vzorků, čísla šarže i data a času, lze vytisknout nebo uložit na paměťové zařízení USB.

Měření hustoty objemných vzorků

K měření objemných vzorků, které jsou do soupravy pro měření hustoty příliš velké, lze přesné váhy METTLER TOLEDO s rozlišením 0,1 g a 0,01 g přestavit pomocí speciálního háku tak, aby vážení probíhalo pod váhou. Princip měření hustoty je zcela shodný; vzorek se zváží na vzduchu a poté znovu v referenční kapalině.

Video: Stanovení hustoty v akci

Zjistěte, jak snadné je měřit hustotu na Vaší laboratorní váze METTLER TOLEDO. Souprava pro měření hustoty umožňuje stanovit hustotu pevných, kapalných, porézních a viskózních vzorků. Díky pokynům ke každému úkonu a automatickým výpočtům je celý proces naprosto snadný.

Stáhněte si aplikační poznámku zdarma: Snadné stanovení hustoty pro stabilní kvalitu plastů

Dosažení stabilní kvality plastů vyžaduje měření jejich hustoty. V naší aplikační poznámce se dočtete, jak snadno stanovit hustotu pevných plastových dílů za použití aplikace, která je součástí analytických vah METTLER TOLEDO MS-TS, ML-T a ME-T vybavených soupravou pro měření hustoty.

Rozšířená správa dat a zabezpečení procesu

LabX Software connects all instruments

Spojení váhy METTLER TOLEDO řady Excellence a softwaru LabX nabízí vyšší úroveň správy dat a zabezpečení procesu. Analytické a přesné váhy lze vybavit soupravou pro měření hustoty. Software LabX zajistí, aby Vaše SOP pro stanovení hustoty byly dodrženy naprosto přesně. Software LabX zaznamenává všechny váhové hodnoty, provádí veškeré výpočty a výsledky ukládá do centrální databáze. Všechna data související se stanovením hustoty lze přenést přímo do Vašeho interního systému pro správu dat.