Měřením hustoty se prověřuje čistota a koncentrace vzorku. Zároveň tak získáváme informace o jeho složení. Měření hustoty sehrává zásadní úlohu v různých odvětvích, kde zajišťuje kvalitu surovin i hotových výrobků.
Kupříkladu je známou skutečností, že hustota ultračisté vody při 20,00 °C činí 0,998203 g/cm3: případná odchylka od této hodnoty (± tolerance) by byla známkou toho, že voda obsahuje nečistoty.
Na této stránce získáte základní informace o měření hustoty.
Přejděte na jednu z následujících sekcí a získejte podrobnější informace o hustotě kapalin.
Hustota je fyzikální parametr, který nám dává informace o hmotnosti vzorku nebo tělesa vydělené jeho objemem. Jinými slovy tedy o údaje o tom, jak silně jsou molekuly látky nahuštěny v prostoru. Hustota se obvykle označuje písmenem řecké abecedy ró („ρ“). Často se také používá i písmeno latinky „d“.
Už jste někdy přemýšleli o tom, proč některé oleje zůstávají na hladině oceánu, když dojde k jejich úniku?
Kvůli rozdílu hustot stoupají některé látky nad jiné. Na obrázku vidíte příklady obvyklých hodnot hustoty.
A - Olej na svícení (0,80g /cm3)
B - Čistý líh (0,87 g/cm3)
C - Rostlinný olej (0,91 g/cm3)
D - Voda (0,99 g/cm3)
E - Prostředek na nádobí značky Down (1,33 g/cm3)
F - Med (1,36 g/ccm3)
Hydrometery
 |
Princip měření
Silné stránky
Slabé stránky
Pyknometry
 |
Princip měření
Silné stránky
Slabé stránky
Digitální hustoměry
 |
Princip měření
Silné stránky
Slabé stránky
Podívejte se na toto video a zkontrolujte, zda postupujete správně. Pomůžeme vám dosahovat přesných výsledků. Dále porovnáváme měření hustoty pyknometrem a digitálním hustoměrem.
Věděli jste, že změna teploty o 0,1 °C může ovlivnit výsledek naměřené hustoty až o 0,0001 g/cm3?
Teplota má vliv na prostor pro atomy v molekule. S rostoucí teplotou zesilují vibrace a atomy se od sebe vzdalují. Tak se snižuje hodnota hustoty.
 |
Molekula při dané teplotě
(mírné pohyby)
 |
Stejná molekula při zvýšení teploty
(oddálení se)
Z tohoto důvodu platí, že čím je teplota vyšší, tím je větší objem a nižší hustota. Pokud teplota klesne, objem a hustota se zvýší. Hmotnost látky se ovšem nezmění.
Jedinou výjimkou z tohoto pravidla je kapalná voda, která dosahuje maximální hustoty při 3,98 °C. Nad touto hodnotou objem vody roste a voda je méně hustá. Opak se děje při ochlazení vody.
Poznámka: Vztah mezi teplotou, objemem a hustotou není lineární funkcí a závisí na měrné tepelné kapacitě, výparném teple a dalších faktorech konkrétní látky.
Obyčejná vzduchová bublina, která se vyskytuje v měřené kapalině, může být příčinou obrovských rozdílů hustoty. Totéž platí pro nečistoty.
Kupříkladu skleněný pyknometr vychází při výpočtu hustoty z hmotnosti. Jestliže je však v látce přítomna vzduchová bublina nebo kontaminace, např. kvůli nesprávnému čištění, nebude hmotnost měřená a zobrazená váhou správná. To vede k nesprávnému stanovení hustoty.
Jste-li v Mexico City ve 3930 metrech nad mořem, bude tlak vzduchu na místě nižší než v Rio de Janeiru, které se nachází ve výšce 0 m n. m. Znamená to, že tlak vzduchu přímo souvisí s nadmořskou výškou.
Jelikož plyny a kapaliny jsou tekutiny, je zapotřebí zohlednit následující informace:
Při měření hustoty pomocí manuálního přístroje (např. pyknometru) se hodnota tlaku vzduchu nezohledňuje.
Moderní digitální hustoměry jsou vybaveny vestavěným barometrem (tlakovým snímačem), který měří lokální tlak vzduchu a automaticky nastavuje referenční hodnotu hustoty vzduchu. Tato hodnota je důležitá ze 2 důvodů.
Je-li látka viskózní, platí, že je hustší než méně viskózní látka?
Viskozita vyjadřuje odpor kapaliny při tečení. Neformálně se jí říká „hustota“ tekutiny. V zásadě však s hustotou nemá nic společného.
Viskozita však může mít vliv na stanovení hustoty, a to v závislosti na použité metodě.
Měření pomocí:
Definice relativní hustoty
Relativní hustota je poměr mezi absolutními hustotami dvou látek, přičemž dělitel se považuje za referenční látku. Pokud není tato látka určena, má se za to, že se jedná o vodu při 3,98 °C, a proto má hustotu 0,999972 g/cm3 neboli 999,972 kg/m3. Podle této rovnice nemá relativní hustota žádné jednotky.
Definice měrné tíhy
Měrná tíha (SG) je poměr mezi hustotou látky a hustotou vody. Pokud není určena teplota, má se za to, že se jedná o vodu při 3,98 °C, a proto má hustotu 0,999972 g/cm3 neboli 999,972 kg/m3.
Definice skutečné hustoty nebo absolutní hustoty
Skutečná hustota je poměr mezi hmotností a objemem látky za daného tlaku a teploty a odpovídá její hmotnosti ve vakuu. Jedná se o koncepci, která se rovněž využívá při měření hustoty pomocí digitálních hustoměrů.
Definice sypné hustoty
Sypná hustota je vlastnost segmentovaných pevných látek, jako jsou prášky a granule. Často se s ní pracuje v hornictví, potravinářství a v chemickém průmyslu. Sypná hustota je podle definice poměr mezi hmotností a objemem, avšak odpovídá váze na vzduchu.
 |
Hmotnost ve vakuu = Skutečná hustota |
Abychom si přiblížili rozdíl mezi skutečnou hustotou a sypnou hustotou, položíme pyknometr na váhu. Když ho naplníme kapalinou, váží tato kapalina na vzduchu méně než ve vakuu, a to kvůli vztlakovému účinku vzduchu.
Mnohé oficiální tabulky hustoty stále ještě vycházejí ze sypné hustoty. Digitální hustoměry přinášejí výsledky v různých jednotkách a koncentracích. Podívejte se na jejich specifikace.
 |
Hmotnost na vzduchu = Sypná hustota |
Dříve než začnete měřit, musíte přijmout příslušná opatření, a to podle typu vašeho vzorku.
Tipy:
Viskózní
Agresivní / toxický
Těkavý
Vzorek s rozpuštěnými plyny
Nehomogenní nebo se suspenzemi
Pravidelně prověřujte měřicí vlastnosti svého systému: změřte vzorek, u kterého znáte přesnou hustotu (např. ultračistou vodu nebo standard kapaliny). Tento postup se nazývá zkouškou, kalibrací nebo kontrolou. Po dokončení kontroly nebo zkoušky porovnejte naměřenou hustotu s nominální hodnotou vzorku.
K osvědčené praxi navíc patří i kontrola naprosté čistoty měřicí cely a její vysušení mezi analýzami různých látek. Doporučujeme vám, abyste každý den provedli zkoušku svého hustoměru pomocí ultračisté vody (0,998203 g/cm3 při 20,00 °C).
Často kladené otázky:
Kterou toleranci použít při zkoušce s deionizovanou vodou?
A pro organické standardy?
Co dělat, pokud zkouška nevyjde?
Věděli jste, že bublina o průměru 2 mm může být příčinou chybně naměřeného výsledku až o 0,0008 g/cm3?
Pokud měříte pomocí stříkačky:
Při automatickém plnění čerpadlem nebo automatickým podavačem vzorků:
Stále převádíte své výsledky ručně?
Vyhledávání v tabulkách a interpolace z nich je náchylná k chybám a časově náročná. Ručně psané výsledky navíc s sebou nesou riziko chyb při přepisu. Nemáte však záruku, že tento typ dokumentace splňuje požadavky stanovené v předpisech.
Nejvhodnějším řešením je automatická konverze pomocí interních tabulek (např. alkohol, brix, teplotní kompenzace podle API) nebo také podle nastavení uživatelem. Zamezíte tak chybám při odečtu nebo výpočtu a ušetříte si čas. Digitální hustoměr lze použít s interními konverzními tabulkami. Výsledek tak zobrazíte přímo v požadované jednotce.
Nesprávné čištění je nejčastějším zdrojem chybných výsledků!
Zkontrolujte, zda měřicí cela neobsahuje zbytky dříve měřených vzorků nebo proplachovacích roztoků.
Abyste tomu předešli, očistěte celu vhodnými proplachovacími roztoky a vysušte ji, a to nejlépe po každém měření.
Několik obecně platných rad týkajících se proplachovacích roztoků:
Čisticí roztok 1
Čisticí roztok 2
Nakonec nezapomeňte celu důkladně vysušit suchým vzduchem. Pokud pracujete s hustoměry od METTLER TOLEDO, nemusíte často ani používat dva roztoky. Díky výkonnému čerpadlu DryPump ušetříte čas i rozpouštědla.
Důležité: Nastavení hustoměru
Častá nastavování přístroje nemusí nutně vést k přesným výsledkům. Jakékoli přenastavení vede ke změně interního nastavení přístroje. Pokud přenastavení neprovedete správně, nebudou vaše měření přesná.
Z tohoto důvodu vám doporučujeme, abyste měnili nastavení hustoměru pouze tehdy, pokud zkouška několikrát nevyšla.
Hmotnost je míra toho, kolik hmoty je v předmětu nebo kapalině. Naproti tomu hustota vyjadřuje hmotnost v určitém objemu.
Například 10 kilo oceli a 10 kilo peří váží stejně. Mají však rozdílný objem, a tudíž i různé hustoty.
Hustotu lze snadno využít k identifikaci čistého vzorku, jelikož každý prvek vykazuje jedinečnou hustotu. Po změření hustoty daného vzorku můžeme hodnotu vyhledat a zjistit, které látce odpovídá.
Jako příklad si uvedeme roztok ethanolu ve vodě.
Jak jsme již ukázali dříve, čistá voda při 20 °C má hustotu d = 0,9982 g/cm3 a čistý ethanol vykazuje při 20 °C hustotu d = 0,7892 g/cm3. Roztok ethanolu a vody bude mít hustotu, která závisí na koncentraci roztoku.
Hustota je přímo úměrná lokálnímu tlaku vzduchu, ale nepřímo úměrná teplotě. Roste-li tlak při konstantní teplotě, zvyšuje se i hustota. Získejte další informace o vztahu mezi hustotou kapalin a tlakem.
K příkladům použití měření hustoty patří stanovení koncentrace alkoholu v lihovinách, regulace fermentačního procesu při výrobě vína a piva, při měření brix (obsahu cukru) v meziproduktech a konečných výrobcích v potravinářství a nápojářství. Hustota a další koncentrace jako tíha API ve viskózních olejích, parafínu a mazivech v petrochemickém průmyslu. Hustota (měrná tíha) v kyselině z baterií v automobilovém průmyslu i ostatní rozpouštědla, kyseliny a zásady v chemickém průmyslu. A konečně existuje řada možností použití ve farmaceutickém průmyslu, jako je měření hustoty, měrné tíhy v kosmetickém odvětví, ve výrobcích pro osobní péči a v mnoha dalších oborech. Klepněte na výše uvedené odkazy a přečtěte si podrobné informace o aplikacích anebo vstupte do naší odborné knihovny, kde naleznete ty správné aplikační poznámky pro svůj vzorek.
