يعد قياس كثافة العينة معلمة جودة مهمة لكل من المواد الخام والمنتجات النهائية. تتيح التقنيات المختلفة تحديد كثافة المواد الصلبة واللزجة والسائلة بدقة مثل المعادن والبلاستيك والمواد الكيميائية ومواد التشحيم والأغذية.
الكثافة لمراقبة الجودة
قد يكون للاختلاف في المادة الخام ، الذي يشار إليه بتغير في الكثافة ، نتيجة ضارة على أداء المنتج النهائي أو جودته. يمكن استخدام قياس كثافة المواد الخام لتأكيد نقاء المادة. إذا تم غش مادة ما ببديل أرخص ، فستختلف الكثافة المقاسة للمادة المركبة عن المادة النقية.
يمكن أيضا استخدام الكثافة لضمان التجانس. إذا لم يكن الجزء المصنع متجانسا ، فقد تتأثر سمات الأداء الرئيسية مثل القوة ومقاومة التشقق. على سبيل المثال ، يمكن أن تتسبب فقاعة الهواء الداخلية في النهاية في فشل جزء عند وضعه تحت الضغط. يعد أخذ العينات العشوائية للأجزاء طريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة لمراقبة الجودة المستمرة.
لماذا يعد الوزن الدقيق أمرا بالغ الأهمية
الإجراءات الوزنية المختبرية الشائعة لتحديد الكثافة هي تقنية الطفو ومبدأ الإزاحة وطريقة مقياس الضغط.
الطريقة الأكثر استخداما هي تقنية الطفو التي تستخدم مبدأ أرخميدس: يشير الجسم المغمور في السوائل إلى فقدان واضح في الوزن يساوي وزن السائل الذي يزيحه. هذا المبدأ القديم ، من حوالي 200 قبل الميلاد ، هو بالضبط ما يستخدم في الوقت الحاضر لتحديد الكثافة بالقياس الوزني. وبالتالي فإن قياس الكثافة الدقيق يعتمد بشكل كبير على قيم الوزن الدقيقة. على سبيل المثال ، يحتوي الدم على مخازن مؤقتة طبيعية للحفاظ على درجة حموضة ثابتة تتراوح بين 7.35 و 7.45 بحيث تعمل إنزيماتنا بشكل صحيح. نظرا لأن نشاط الإنزيم يختلف باختلاف الأس الهيدروجيني ، فإن الحفاظ على درجة حموضة ثابتة أمر ضروري في المقايسات الكيميائية الحيوية لضمان ملاحظة المستوى الصحيح للنشاط. في التطبيقات التجارية ، يمكن العثور على المخازن المؤقتة في الشامبو لمنع تهيج الجلد ، وفي مستحضرات الأطفال لمنع نمو البكتيريا ، وفي محاليل العدسات اللاصقة لضمان بقاء مستوى الأس الهيدروجيني للسائل متوافقا مع مستوى العين.
يتكون تحضير المخازن المؤقتة من عدة خطوات: وزن المكونات ، وإذابة المكونات ، وضبط الرقم الهيدروجيني ، والتجديد إلى الحجم النهائي. نظرا لأن نسبة الحمض إلى القاعدة في المخزن المؤقت ترتبط ارتباطا مباشرا بدرجة الحموضة النهائية ، فمن الضروري وزن المكونات بدرجة عالية من الدقة. لذلك ، من المهم أن تتم معايرة المعدات المستخدمة (الميزان والماصات ومقياس الأس الهيدروجيني) بشكل صحيح ولديها دقة كافية.
شاهد مدى سهولة قياس الكثافة على ميزان المختبر من METTLER TOLEDO. تمكنك مجموعة الكثافة من تحديد كثافة المواد الصلبة والسائلة والمسامية واللزجة. مع التعليمات خطوة بخطوة والحسابات التلقائية ، تكون العملية برمتها سهلة.
طريقة الطفو - مبدأ أرخميدس في العمل
ينص مبدأ أرخميدس على أن الجسم المغمور جزئيا أو كليا في السوائل يتعرض لقوة طفو تعمل عليه لأعلى. حجم هذه القوة يعادل وزن السائل الذي يزوره الجسم.
يتم وزن المادة الصلبة في الهواء (A) ثم مرة أخرى (B) في السائل الإضافي بكثافة معروفة. يمكن حساب كثافة المادة الصلبة ρ على النحو التالي:
ρ = كثافة العينة
أ = وزن العينة في الهواء
ب = وزن العينة في السائل الإضافي
ρ0 = كثافة السائل الإضافي
ρL = كثافة الهواء
يجب أن تؤخذ درجة حرارة السائل في الاعتبار لأن هذا يمكن أن يتسبب في تغيرات في الكثافة من 0.001 إلى 0.1 لكل درجة مئوية ، ويمكن رؤية تأثيرها في الخانة العشرية الثالثة من النتيجة.
| قياس الجاذبية ، الطفو | القياس الوزني، الإزاحة | مقياس الضغط | مقياس الكثافة الرقمية | |
| أساليب |
دورق للسائل الإضافي يقف على منصة أو تحت الميزان. |
دورق للسائل الإضافي يقف على الميزان. |
دورق زجاجي بحجم محدد. |
تقنية الأنبوب المتذبذب |
| مناسب ل |
|
|
|
|
| مزايا |
|
|
|
|
| مساوئ |
|
|
|
|
إذا كنت تعرف كتلة وحجم العينة (المواد الصلبة أو السوائل) ، فيمكن حساب كثافتها من:
صعوبة الحجم
من السهل جدا وزن العينة بدقة ، ولكن تحديد حجم العينة بدقة قد يكون أمرا صعبا.
الطفو
تتجنب طريقة الطفو مشكلة تحديد الحجم لأنها تتضمن وزن العينة مرتين في وسطين مختلفين (الهواء والسائل). لذلك يمكن افتراض أن الحجم ثابت في كلتا الحالتين.
التشريد
في أبسط تطبيق لطريقة الإزاحة ، يتم تحديد حجم العينة الصلبة من خلال ملاحظة الزيادة في مستوى السائل الذي تغمر فيه العينة.
على العكس من ذلك ، عندما يتم غمر جسم بحجم معروف في سائل بكثافة غير معروفة ، يمكن استخدام الفرق في قيم الوزن (في الهواء والسائل) لتحديد كثافة السائل.
مقياس الضغط
مقياس الضغط عبارة عن قارورة زجاجية مصممة خصيصا ، وعادة ما يكون حجمها محددا. غالبا ما يستخدم لتحديد كثافة السوائل. يتم وزن مقياس الضغط أولا فارغا ثم يمتلئ بالسائل قيد الفحص. الفرق (أي كتلة العينة) مقسوما على حجم مقياس الضغط هو كثافة العينة.
يمكن أيضا استخدام طريقة مقياس الضغط لتحديد كثافة عينات المسحوق أو الحبيبات.
مقياس الكثافة الرقمية
يهتز أنبوب زجاجي مجوف بتردد معين. يتغير التردد عندما يمتلئ الأنبوب بمواد مختلفة: فكلما زادت كتلة العينة ، انخفض التردد. تعمل مقاييس الكثافة الرقمية عن طريق قياس التردد وتحويله إلى كثافة.
يرجى الاطلاع على الجدول أدناه لمقارنة هذه الطرق الأربع المختلفة.
| قياس الجاذبية ، الطفو | القياس الوزني، الإزاحة | مقياس الضغط | مقياس الكثافة الرقمية | |
| أساليب |  دورق للسائل الإضافي يقف على منصة أو تحت الميزان. |  دورق للسائل الإضافي يقف على الميزان. |  دورق زجاجي بحجم محدد. |  تقنية الأنبوب المتذبذب |
| مناسب ل |
|
|
|
|
| مبدأ القياس ل عينة صلبة |
يتم وزن العينة مرة واحدة في الهواء وغمرها مرة واحدة في السائل الإضافي بكثافة معروفة. يمكن تحديد كثافة العينة الصلبة من الكثافة المعروفة للسائل وقيمتي الكتلة.  ρ = كثافة العينة أ ، = وزن العينة في الهواء ب ، = وزن العينة في السائل الإضافي ρ0 ، = كثافة السائل الإضافي ρL ، = كثافة الهواء
| يتم وزن السائل الإضافي ذو الكثافة المعروفة قبل وبعد غمر العينة (يمكن استخدام الفارغة لقياس فرق الكتلة مباشرة). باستخدام فرق الكتلة وكثافة السائل ، يمكن تحديد حجم العينة. ثم يتم استخدام هذا مع كتلة العينة لحساب كثافتها. | يتم وزن مقياس الضغط أولا فارغا ثم ممتلئا مرة أخرى بالسائل المرجعي ذي الكثافة المعروفة. يضاف المسحوق إلى مقياس الصبغة النظيف والمجفف. يتم وزنه لتحديد وزن عينة المسحوق. ثم يتم تعبئة مقياس الضغط بنفس السائل الذي يجب أن يكون فيه المسحوق غير قابل للذوبان تماما. يتم وزن مقياس الضغط مرة أخرى. يمكن بعد ذلك تحديد وزن السائل النازح ، وبالتالي حساب كثافة المسحوق. | غير متاح |
| مبدأ القياس ل عينة سائلة | يتم وزن الجسم المرجعي ذو الحجم المعروف (ثقالة الزجاج) مرة واحدة في الهواء ومرة واحدة في السائل بكثافة غير معروفة. | يتم قياس وزن السائل ذو الكثافة غير المعروفة قبل (الفارغة) وبعد غمر الجسم المرجعي (كرة جاما أو ثقالة زجاجية). باستخدام فرق الكتلة والحجم المعروف للجسم المرجعي ، يمكن تحديد كثافة العينة السائلة. | يتم وزن مقياس الضغط أولا فارغا ثم ممتلئا مرة أخرى بالعينة السائلة. فرق الكتلة مقسوما على حجم مقياس الضغط هو كثافة السائل. | تضاف العينة إلى أنبوب زجاجي مجوف على شكل حرف U في الجهاز. يتم تحديد كثافة العينة عن طريق قياس تردد اهتزاز الأنبوب. كلما انخفض تواتر الاهتزاز ، زادت كثافة العينة. |
إذا كان أكثر من مجرد كثافة ذات أهمية ، فإن مقاييس الكثافة الرقمية تقيس الكثافة والثقل النوعي والسمات الأخرى ذات الصلة للعينات السائلة (مثل الكحول ، درجة السكر ، درجات API) بدقة عالية ووقت قياس قصير.
توجد العديد من المعايير والقواعد لتحديد الكثافة في عينات المواد الصلبة. بعض من أكثرها استخداما هي:
تحدد ISO 1183-1 استخدام ميزان تحليلي مكون من 4 منازل عشرية.
الكثافة الظاهرية هي مقياس لعدد الجسيمات أو الأجزاء أو القطع الموجودة في الحجم المقاس. الكثافة الظاهرية ليست خاصية للمادة نفسها. تشمل الكثافة الظاهرية المسافات بين الجسيمات أو العناصر بالإضافة إلى أي فراغات داخل العناصر نفسها. يمكن أن تختلف الكثافة الظاهرية اعتمادا على كيفية التعامل مع المادة. هز الحاوية ، على سبيل المثال ، يسمح للأجزاء بالاستقرار ، مما يزيد من الكثافة الظاهرية الإجمالية.
قياس الكثافة هو معلمة جودة مهمة للغاية لكل من المواد الخام والمنتجات النهائية. نحن نتفهم أن هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها لضمان نتائج دقيقة للكثافة. إذا كنت بحاجة إلى دعم في تحديد الكثافة أو تريد المشورة بشأن الميزان أو مجموعة الكثافة التي تريد شراؤها ، فإن فريق الخبراء لدينا هنا لمساعدتك.
لا تتردد في الاتصال بنا للحصول على المساعدة.
الفقاقيع
إلى حد بعيد ، فإن أكبر مصدر للخطأ في قياس الكثافة هو قابلية البلل المحدودة للعينة. عندما يتم غمر العينة في السائل ، من الأهمية بمكان إزالة جميع الفقاعات الملتصقة بالعينة والمعدات. ستؤدي أي فقاعات متبقية إلى تأثير الطفو وتشويه حساب الكثافة. (فقاعة بقطر 1 مم تسبب طفو 0.5 مجم.) نوصي بما يلي:
درجة الحرارة
المواد الصلبة بشكل عام غير حساسة لتقلبات درجات الحرارة المحيطة بحيث لا يكون لتغيرات الكثافة المقابلة أي نتيجة. ومع ذلك ، نظرا لأن تحديد الكثافة يتم باستخدام سائل إضافي ، يجب مراعاة درجة الحرارة. درجة الحرارة لها تأثير أكبر مع السوائل وتسبب تغيرات في الكثافة من 0.1 إلى 1 ‰ لكل درجة مئوية.
هذا التأثير واضح بالفعل في الخانة العشرية الثالثة من النتيجة. للحصول على نتائج دقيقة ، نوصيك دائما بأخذ درجة حرارة السائل الإضافي في الاعتبار في جميع تحديدات الكثافة. القيم متوفرة في كتب مخصصة من الجداول. يتم تخزين كثافات أهم السوائل المرجعية (H2O والإيثانول) في الميزان.
وزنها
كما ذكرنا أعلاه، يلعب الوزن دورا مهما في التحديد الدقيق للكثافة، لذلك من الأهمية بمكان أن يلبي الميزان المستخدم احتياجات تطبيق الكثافة. بالنسبة للعينات الصغيرة، يجب مراعاة الحد الأدنى لصافي وزن العينة للميزان - لا يمكن الوثوق بوزن عينة أقل من هذا الوزن ليكون بمستوى الدقة المطلوب.
معالجة البيانات
يستغرق النسخ اليدوي لبيانات العينة وقيم الوزن وحسابات الكثافة وقتا طويلا وعرضة للخطأ.
يمكن بسهولة استخدام معظم موازين METTLER TOLEDO التحليلية والدقيقة ذات قابلية القراءة 1 مجم أو أعلى لتحديد الكثافة عبر تقنية الطفو باستخدام مجموعة الكثافة التي يتم تركيبها على الميزان في بضع خطوات بسيطة .
يعد قياس كثافة المواد الصلبة باستخدام الميزان عملية سهلة ومريحة تقدم نتائج موثوقة للغاية عند مقارنتها بالطرق الأخرى التي يتم فيها تحديد حجم الجزء بشكل مستقل عن الوزن. من خلال تحويل ميزان المختبر القياسي مع إضافة مجموعة الكثافة، فإنك تتجنب الحاجة إلى شراء قطعة مخصصة من المعدات لتنفيذ هذا الإجراء المباشر. هذا يجعل شراء ملحق Density Kit استثمارا فعالا للغاية من حيث التكلفة. مع إضافة ثقالة زجاجية ذات حجم معروف ، يمكن أيضا استخدام مجموعة الكثافة لتحديد كثافة العينات السائلة.
يوفر تطبيق الكثافة المدمج إرشادات خطوة بخطوة مما يسهل على المشغلين غير المدربين استخدامه. استفد أيضا من:
قياس كثافة العينات الضخمة
بالنسبة للعينات الضخمة، التي لا تتناسب مع مجموعة الكثافة، يمكن تحويل موازين METTLER TOLEDO الدقيقة التي تتميز بإمكانية قراءة 0.1 جم و0.01 جم لوزنها أقل من الميزان من خلال إضافة خطاف مخصص. مبدأ قياس الكثافة هو نفسه تماما. يتم وزن العينة في الهواء ومرة أخرى في سائل مرجعي.
يوفر الجمع بين ميزان مستوى التميز من METTLER TOLEDO وبرنامج LabX مستوى أعلى من إدارة البيانات وأمان العمليات. يمكن إعداد موازين Excellence التحليلية والدقيقة باستخدام مجموعة الكثافة لتحديد الكثافة. يضمن LabX اتباع إجراءات التشغيل القياسية للكثافة بدقة. يسجل LabX جميع قيم الوزن، ويقوم بإجراء جميع العمليات الحسابية ويحفظ جميع النتائج بشكل آمن في قاعدة بيانات مركزية. يمكن نقل جميع البيانات المتعلقة بتطبيق الكثافة الخاص بك مباشرة إلى نظام إدارة البيانات الداخلي الخاص بك.
يعد تحديد الكثافة في البلاستيك أمرا ضروريا لجودة البلاستيك المتسقة. توضح ملاحظة التطبيق كيف يمكن تحديد كثافة الأجزاء البلاستيكية الصلبة بسهولة باستخدام التطبيق المتكامل على الميزان التحليلي METTLER TOLEDO MX أو MR أو MA مع مجموعة الكثافة.
أفضل الإجراءات لتحديد كثافة المواد الصلبة هي طرق الطفو والإزاحة ، وكلاهما يعتمد على مبدأ أرخميدس. الشرط الأساسي لهذه الطرق هو استخدام سائل بكثافة معروفة لا يتفاعل مع مادة العينة ، ولكنه يبللها جيدا. يمكن إضافة عامل ترطيب إلى السائل.
يوفر تطبيق الميزان المتكامل إرشادات خطوة بخطوة. تحتوي موازين مستوى التميز على مهام سير عمل ل 5 طرق مختلفة لتحديد الكثافة. تحتوي أرصدة المستوى المتقدم والقياسي على مهام سير عمل ل 2.
بالاقتران مع مجموعة الكثافة ، يمكنك ثقالة الزجاج الاختيارية سعة 10 مل من تحديد كثافة السوائل. يتم استخدام فرق وزن الغطاس في الهواء والسائل لحساب الكثافة. بدلا من ذلك ، يمكن استخدام مقياس الضغط أو مقياس الكثافة الرقمي.
يمكن قلب سلة الوزن الموجودة في مجموعة الكثافة بحيث يتم الاحتفاظ بالعينات الأخف تحت السائل ولا يمكن أن تطفو على السطح. إذا واجهت أن قوة الطفو أكبر من جهاز السلة، فضع وزنا إضافيا على كفة الوزن العلوية لمجموعة الكثافة وأعد تشغيل إجراء تحديد الكثافة. بدلا من ذلك ، استخدم سائلا مرجعيا مختلفا بكثافة أقل.
أضف بضع قطرات من عامل الترطيب إلى السائل المرجعي. اتركه واقفا طوال الليل لإطلاق أي غاز مذاب. استخدم فرشاة ناعمة لتنظيف الفقاعات من العينة ومجموعة الكثافة.
تتأثر دقة قياس الكثافة بتفاوت الطريقة (فقاعات الهواء وما إلى ذلك) وقياس درجة الحرارة بالإضافة إلى دقة قياسات الوزن. كل قياس على أي ميزان يخضع لعدم اليقين. إن فهم عدم اليقين هذا هو المفتاح لضمان نتائج وزن دقيقة. ليست قابلية القراءة هي التي تحدد دقة أداة الوزن، بل قابليتها للتكرار والحد الأدنى لوزن العينة الصافي.
للعثور على الميزان المناسب لاحتياجاتك ، تحتاج إلى معرفة أصغر كمية تريد وزنها ومدى دقة وزنها (أي عند أي تسامح).
يساعدك معيار الوزن العالمي من METTLER TOLEDO، GWP® على اختيار الميزان المناسب لتلبية متطلبات التطبيق الخاصة بك. اطلب من ممثلك المحلي توصية برصيد مجاني. حدد ما إذا كان رصيدك الحالي يلبي متطلبات الجودة الخاصة بك.
يتطلب الامتثال لمعيار ISO 1183-1 توازنا مع قابلية قراءة تبلغ 0.1 مجم أو أقل ويحدد أنه يفضل أن تكون كتلة العينة لا تقل عن 1 جم. لن ينتهك وزن العينات التي لا تقل عن 1 جم على ميزان بقابلية قراءة 0.1 مجم بشكل عام الحد الأدنى لوزن العينة الصافي المطلوب للميزان. ومع ذلك ، يجب مراعاة دقة التوازن المطلوبة جنبا إلى جنب مع تفاوت العملية المطلوب. يمكن أن تساعدك خدمة توصيات GWP® المجانية في تحديد التوازن المناسب لاحتياجاتك الخاصة.
هناك عدة خطوات في عملية قياس الكثافة ، وفي بعض الأحيان تحتاج إلى الانتظار بعض الوقت حتى يستقر الميزان حتى يكون من السهل أن تضيع ، خاصة عندما تكون مشغولا بمهام متعددة. يوفر تطبيق الميزان المتكامل إرشادات خطوة بخطوة. يمكنك تأكيد كل تعليمات بالضغط على الزر "موافق" ، حتى تعرف دائما مكانك.
قم بتوصيل قارئ الباركود برصيدك لتمكين البيانات الوصفية ، مثل معرف العينة ورقم الدفعة ورقم الطلب وما إلى ذلك لتتم قراءتها مباشرة دون أي أخطاء. باستخدام مجموعة طابعات METTLER TOLEDO P-50، يمكن طباعة البيانات الوصفية، بالإضافة إلى تاريخ ووقت القياس، جنبا إلى جنب مع النتائج.
عندما يكون لديك سلسلة من قرارات الكثافة، يمكنك خيار الإحصائيات في أرصدة METTLER TOLEDO من تحديد الاتجاهات في بياناتك بسرعة مما يساعدك على اتخاذ قرارات بشأن مسار العمل عند الاقتضاء.
تحتوي موازين XPE و XSE و MS-TS و ML-T و ME-T على قاعدة بيانات كثافة مدمجة للسوائل المرجعية الأكثر استخداما. يتم ضبط قيمة الكثافة وفقا لدرجة الحرارة التي تدخلها.
يقوم تطبيق الكثافة على موازين XPE و XSE و MS-TS بجميع العمليات الحسابية نيابة عنك. ما عليك سوى إدخال درجة الحرارة وتحديد السائل المرجعي المستخدم. يسجل الميزان قيم الوزن ويحسب الكثافة تلقائيا.
يتيح لك تطبيق الكثافة على موازين MS-TS وML-T وME-T إنشاء تقرير بسلسلة تحديد الكثافة التي يمكنك طباعتها أو حفظها على محرك أقراص USB. توفر موازين XPE وXSE جنبا إلى جنب مع برنامج LabX درجة أعلى من تخصيص التقارير باستخدام الرسوم البيانية والمخططات، ويمكن إرسال التقرير مباشرة إلى LIMS أو EPR.
