La medición de la densidad de una muestra es un parámetro de calidad importante tanto de las materias primas como de los productos acabados. Diversas técnicas permiten determinar con precisión la densidad de materiales sólidos, viscosos y líquidos, por ejemplo, metales, plásticos, productos químicos, lubricantes y alimentos.
Densidad para el control de calidad
Una variación en una materia prima, indicada por un cambio en la densidad, puede tener un resultado perjudicial en el funcionamiento o la calidad del producto final. La medición de la densidad de las materias primas se puede utilizar para confirmar la pureza del material. Si una sustancia ha sido adulterada con una alternativa más barata, la densidad medida del material compuesto será diferente de la sustancia pura.
La densidad también se puede utilizar para garantizar la homogeneidad. Si una pieza fabricada no es homogénea, los atributos clave de rendimiento, como la resistencia y la resistencia al agrietamiento, pueden verse afectados. Por ejemplo, una burbuja de aire interna podría, en última instancia, hacer que una pieza falle cuando se somete a tensión. El muestreo aleatorio de piezas es una forma sencilla y rentable de controlar la calidad continua.
Por qué es crucial un pesaje preciso
Los procedimientos gravimétricos comunes de laboratorio para determinar la densidad son la técnica de flotabilidad, el principio de desplazamiento y el método del picnómetro.
El método más utilizado es la técnica de flotabilidad, que utiliza el principio de Arquímedes: un cuerpo sumergido en un fluido indica una pérdida aparente de peso igual al peso del fluido que desplaza. Este antiguo principio, de alrededor del año 200 a.C., es precisamente el que se utiliza hoy en día para determinar la densidad gravimétricamente. Por lo tanto, la medición precisa de la densidad depende en gran medida de los valores de peso precisos. Por ejemplo, la sangre contiene tampones naturales para mantener un pH estable de entre 7,35 y 7,45 para que nuestras enzimas funcionen correctamente. Dado que la actividad enzimática varía con el pH, es esencial mantener un pH constante en los ensayos bioquímicos para garantizar que se observe el nivel correcto de actividad. En aplicaciones comerciales, los tampones se pueden encontrar en champús para prevenir la irritación de la piel, en lociones para bebés para inhibir el crecimiento de bacterias y en soluciones para lentes de contacto para garantizar que el nivel de pH del líquido siga siendo compatible con el del ojo.
La preparación de tampones consta de varios pasos: pesaje de los componentes, disolución de los componentes, ajuste del pH y reposición hasta el volumen final. Dado que la relación entre el ácido y la base en un tampón está directamente relacionada con el pH final, es vital pesar los componentes con un alto grado de precisión. Por lo tanto, es importante que el equipo utilizado (balanza, pipetas y medidor de pH) esté correctamente calibrado y tenga suficiente precisión.
Compruebe lo sencillo que es medir la densidad en su balanza de laboratorio de METTLER TOLEDO. El kit de densidad le permite determinar la densidad de sustancias sólidas, líquidas, porosas y viscosas. Con instrucciones paso a paso y cálculos automáticos, todo el proceso es fácil.
Método de flotabilidad: el principio de Arquímedes en acción
El principio de Arquímedes establece que un cuerpo inmerso parcial o totalmente en un fluido experimenta una fuerza de flotación que actúa hacia arriba sobre él. La magnitud de esta fuerza es equivalente al peso del fluido desplazado por el cuerpo.
El sólido se pesa en aire (A) y luego nuevamente (B) en el líquido auxiliar con una densidad conocida. La densidad del sólido ρ se puede calcular de la siguiente manera:
ρ = Densidad de la muestra
A = Peso de la muestra en el aire
B = Peso de la muestra en el líquido auxiliar
ρ0 = Densidad del líquido auxiliar
ρL = Densidad del aire
Hay que tener en cuenta la temperatura del líquido, ya que puede provocar cambios de densidad del orden de magnitud de 0,001 a 0,1 por °C, cuyo efecto se puede ver en el tercer decimal del resultado.
| gravimétrico, de flotabilidad | gravimétrico, de cilindrada | Picnómetro | Densímetro digital | |
| Métodos |
El vaso de precipitados para líquido auxiliar se coloca sobre una plataforma o debajo de la balanza. |
El vaso de precipitados para líquido auxiliar se encuentra en la balanza. |
Vaso de vidrio de volumen definido. |
Tecnología de tubo oscilante |
| Adecuado para |
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| Ventajas |
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| Desventajas |
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Si se conoce la masa y el volumen de una muestra (sólidos o líquidos), su densidad se puede calcular a partir de:
La dificultad con el volumen
Es bastante sencillo pesar una muestra con precisión, pero determinar el volumen de una muestra con precisión puede ser un desafío.
Flotabilidad
El método de flotabilidad evita el problema de determinar el volumen porque implica pesar la muestra dos veces en dos medios diferentes (aire y un líquido). Por lo tanto, se puede suponer que el volumen es constante en ambas situaciones.
Desplazamiento
En la aplicación más simple del método de desplazamiento, el volumen de una muestra sólida se determina observando el aumento en el nivel del líquido en el que se sumerge la muestra.
Por el contrario, cuando un objeto de volumen conocido se sumerge en un líquido con densidad desconocida, la diferencia en los valores de peso (en el aire y en el líquido) se puede utilizar para determinar la densidad del líquido.
Picnómetro
Un picnómetro es un matraz de vidrio especialmente diseñado, generalmente con un volumen definido. Se utiliza con mayor frecuencia para determinar la densidad de los líquidos. Primero se pesa el picnómetro vacío y luego se llena del líquido que se está investigando. La diferencia (es decir, la masa de la muestra) dividida por el volumen del picnómetro es la densidad de la muestra.
El método del picnómetro también se puede utilizar para determinar la densidad de muestras de polvo o granulados.
Densímetro digital
Un tubo de vidrio hueco vibra a una cierta frecuencia. La frecuencia cambia cuando el tubo se llena con diferentes sustancias: cuanto mayor sea la masa de la muestra, menor será la frecuencia. Los densímetros digitales funcionan midiendo la frecuencia y convirtiéndola en densidad.
Consulte la tabla a continuación para obtener una comparación de estos cuatro métodos diferentes.
| Gravimétrico, de flotabilidad | Gravimétrico, de cilindrada | Picnómetro | Densímetro digital | |
| Métodos |
El vaso de precipitados para líquido auxiliar se coloca sobre una plataforma o debajo de la balanza. |
El vaso de precipitados para líquido auxiliar se encuentra en la balanza. |
Vaso de vidrio de volumen definido. |  Tecnología de tubo oscilante |
| Adecuado para |
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| Principio de medición para Una muestra sólida |
La muestra se pesa una vez en el aire y una vez se sumerge en el líquido auxiliar con densidad conocida. La densidad de la muestra sólida se puede determinar a partir de la densidad conocida del líquido y los dos valores de masa.  ρ,= Densidad de la muestra A,= Peso de la muestra en el aire B,= Peso de la muestra en el líquido auxiliar ρ0,= Densidad del líquido auxiliar ρL,= Densidad del aire
| El líquido auxiliar con densidad conocida se pesa antes y después de sumergir la muestra (la tara se puede utilizar para medir directamente la diferencia de masa). Usando la diferencia de masa y la densidad del líquido, se puede determinar el volumen de la muestra. A continuación, se utiliza junto con la masa de la muestra para calcular su densidad. | El picnómetro se pesa primero vacío y luego nuevamente lleno con el líquido de referencia de densidad conocida. El polvo se añade al picnómetro limpio y seco. Se pesa para determinar el peso de la muestra de polvo. A continuación, el picnómetro se rellena con el mismo líquido en el que el polvo debe ser completamente insoluble. Se vuelve a pesar el picnómetro. A continuación, se puede determinar el peso del líquido desplazado y, por lo tanto, calcular la densidad del polvo. | N/A |
| Principio de medición para una muestra líquida | El cuerpo de referencia con volumen conocido (plomo de vidrio) se pesa una vez en el aire y una vez en el líquido con densidad desconocida. | El peso del líquido con la densidad desconocida se mide antes (tara) y después de sumergir el cuerpo de referencia (esfera gamma o plomo de vidrio). Utilizando la diferencia de masa y el volumen conocido del cuerpo de referencia, se puede determinar la densidad de la muestra líquida. | Primero se pesa el picnómetro vacío y luego nuevamente lleno con la muestra líquida. La diferencia de masa dividida por el volumen del picnómetro es la densidad del líquido. | La muestra se agrega a un tubo de vidrio hueco en forma de U en el dispositivo. La densidad de la muestra se determina midiendo la frecuencia de vibración del tubo. Cuanto menor sea la frecuencia de vibración, mayor será la densidad de la muestra. |
Si lo que interesa es algo más que la densidad, los densímetros digitales miden la densidad, la gravedad específica y otros atributos relacionados de las muestras líquidas (es decir, alcohol, BRIX°, grados API) con alta precisión y corto tiempo de medición.
Existen muchos estándares y normas para la determinación de la densidad en muestras de sólidos. Algunos de los más utilizados son:
La norma ISO 1183-1 especifica el uso de una balanza analítica de 4 decimales.
La densidad aparente es una medida de cuántas partículas, partes o piezas están contenidas dentro de un volumen medido. La densidad aparente no es una propiedad del material en sí. La densidad aparente incluye los espacios entre las partículas o los elementos, así como los vacíos dentro de los propios elementos. La densidad aparente puede variar dependiendo de cómo se maneje el material. Agitar un contenedor, por ejemplo, permite que las piezas se asienten, aumentando la densidad aparente general.
La medición de la densidad es un parámetro de calidad extremadamente importante tanto de las materias primas como de los productos terminados. Entendemos que hay muchos factores que deben tenerse en cuenta para garantizar resultados de densidad precisos. Si necesita ayuda con la determinación de la densidad o desea asesoramiento sobre qué equilibrio o kit de densidad comprar, nuestro equipo de expertos está aquí para ayudarlo.
No dude en ponerse en contacto con nosotros para obtener ayuda.
Burbujas
Con mucho, la mayor fuente de error en la medición de la densidad es la humectabilidad limitada de la muestra. Cuando la muestra se sumerge en líquido, es crucial que se eliminen todas las burbujas adheridas a la muestra y al equipo. Las burbujas restantes causarán un efecto de flotabilidad y distorsionarán el cálculo de la densidad. (Una burbuja de 1 mm de diámetro provoca una flotabilidad de 0,5 mg). Te recomendamos:
Temperatura
Los sólidos son generalmente tan insensibles a las fluctuaciones de la temperatura ambiente que los cambios de densidad correspondientes no tienen consecuencias. Sin embargo, como la determinación de la densidad se realiza con un líquido auxiliar, se debe tener en cuenta la temperatura. La temperatura tiene un mayor efecto con los líquidos y provoca cambios de densidad del orden de magnitud de 0,1 a 1‰ por °C.
Este efecto ya es evidente en el tercer decimal del resultado. Para obtener resultados precisos, le recomendamos que siempre tenga en cuenta la temperatura del líquido auxiliar en todas las determinaciones de densidad. Los valores están disponibles en libros de tablas dedicados. Las densidades de los líquidos de referencia más importantes (H2, O y etanol) se almacenan en la balanza.
Pesaje
Como se mencionó anteriormente, el pesaje juega un papel importante en la determinación precisa de la densidad, por lo que es fundamental que la balanza utilizada satisfaga las necesidades de la aplicación de densidad. En el caso de muestras pequeñas, se debe tener en cuenta el peso neto mínimo de la balanza: no se puede confiar en que el peso de una muestra por debajo de este peso tenga el nivel de precisión requerido.
Manejo de datos
La transcripción manual de los datos de la muestra, los valores de peso y los cálculos de densidad requiere mucho tiempo y es propensa a errores.
La mayoría de las balanzas analíticas y de precisión de METTLER TOLEDO con una legibilidad de 1 mg o superior se pueden utilizar fácilmente para determinar la densidad mediante la técnica de flotabilidad con el uso de un kit de densidad que se monta en la balanza en unos sencillos pasos.
Medir la densidad de sólidos utilizando una balanza es un proceso fácil y conveniente que ofrece resultados altamente confiables en comparación con otros métodos en los que el volumen de la pieza se determina independientemente del peso. Al convertir una balanza de laboratorio estándar con la adición de un kit de densidad, evita la necesidad de comprar un equipo dedicado para llevar a cabo este sencillo procedimiento. Esto hace que la compra del accesorio Density Kit sea una inversión muy rentable. Con la adición de una plomada de vidrio de volumen conocido, el kit de densidad también se puede utilizar para determinar la densidad de muestras líquidas.
La aplicación de densidad incorporada proporciona instrucciones paso a paso, lo que facilita su uso incluso para operadores no capacitados. Benefíciese además de:
Medir la densidad de muestras voluminosas
En el caso de muestras voluminosas que no caben en el kit de densidad, las balanzas de precisión de METTLER TOLEDO con legibilidad de 0,1 g y 0,01 g se pueden convertir para pesar por debajo de la balanza mediante la adición de un gancho dedicado. El principio de medición de la densidad es exactamente el mismo; la muestra se pesa en el aire y de nuevo en un líquido de referencia.
La combinación de una balanza Excellence de METTLER TOLEDO y el software LabX ofrece un mayor nivel de gestión de datos y seguridad de procesos. Las balanzas analíticas y de precisión Excellence se pueden configurar con un kit de densidad para la determinación de la densidad. LabX garantiza que su SOP de densidad se siga con precisión. LabX registra todos los valores de peso, realiza todos los cálculos y guarda todos los resultados de forma segura en una base de datos central. Todos los datos relacionados con su aplicación de densidad se pueden transferir directamente a su sistema interno de gestión de datos.
La determinación de la densidad en el plástico es esencial para una calidad constante del plástico. La nota de aplicación describe cómo se puede determinar fácilmente la densidad de las piezas de plástico sólido utilizando la aplicación integrada en una balanza analítica METTLER TOLEDO MX, MR o MA con un kit de densidad.
Los mejores procedimientos para la determinación de la densidad de sólidos son los métodos de flotabilidad y desplazamiento, ambos basados en el principio de Arquímedes. El requisito previo para estos métodos es el uso de un líquido con densidad conocida que no reaccione con el material de la muestra, pero que lo humedezca completamente. Se puede agregar un agente humectante al líquido.
La aplicación de balanza integrada proporciona instrucciones paso a paso. Las balanzas de nivel de excelencia tienen flujos de trabajo para 5 métodos diferentes de determinación de densidad. Las balanzas de nivel Avanzado y Estándar tienen flujos de trabajo para 2.
Junto con el kit de densidad, la plomada de vidrio opcional de 10 ml le permite determinar la densidad de los líquidos. La diferencia del peso de la plomada en el aire y en el líquido se utiliza para calcular la densidad. Alternativamente, se puede utilizar un picnómetro o un densímetro digital.
La cesta de pesaje del kit de densidad se puede invertir para que las muestras más ligeras se mantengan bajo el líquido y no puedan flotar hacia la superficie. Si experimenta que la fuerza de flotabilidad es mayor que el aparato de la canasta, coloque un peso adicional en el plato de pesaje superior del kit de densidad y reinicie el procedimiento de determinación de la densidad. Alternativamente, use un líquido de referencia diferente con una densidad más baja.
Agregue unas gotas de agente humectante al líquido de referencia. Déjalo reposar toda la noche para liberar el gas disuelto. Utilice un pincel suave para quitar las burbujas de la muestra y del kit de densidad.
La precisión de la medición de la densidad está influenciada por la tolerancia del método (burbujas de aire, etc.) y la medición de la temperatura, así como por la precisión de las mediciones de peso. Cada medición en CUALQUIER equilibrio está sujeta a incertidumbre. Comprender esta incertidumbre es la clave para garantizar resultados de pesaje precisos. No es la legibilidad lo que determina la precisión de un instrumento de pesaje, sino su repetibilidad y el peso neto mínimo de la muestra.
Para encontrar la balanza adecuada a sus necesidades, debe saber la cantidad más pequeña que desea pesar y la precisión con la que debe pesarla (es decir, con qué tolerancia).
GWP® , el estándar de pesaje global de METTLER TOLEDO, le ayuda a elegir la balanza adecuada para satisfacer los requisitos de su aplicación. Pídele a tu representante local que te recomiende un saldo gratis. Determine si su saldo actual cumple con sus requisitos de calidad.
El cumplimiento de la norma ISO 1183-1 exige una balanza con una legibilidad de 0,1 mg o menos y especifica que la muestra debe tener preferiblemente una masa de al menos 1 g. El pesaje de muestras de al menos 1 g en una balanza con legibilidad de 0,1 mg generalmente no violará el requisito de peso neto mínimo de la muestra de la balanza. Sin embargo, la precisión de equilibrio requerida debe tenerse en cuenta junto con la tolerancia de proceso requerida. Nuestro servicio gratuito de recomendación de GWP® puede ayudarlo a seleccionar el equilibrio adecuado para sus necesidades específicas.
Hay varios pasos en el proceso de medición de la densidad y, a veces, es necesario esperar un tiempo para que el equilibrio se estabilice, por lo que puede ser fácil perderse, especialmente cuando está ocupado con varias tareas. La aplicación de balanza integrada proporciona instrucciones paso a paso. Confirma cada instrucción pulsando el botón OK, para que siempre sepa dónde se encuentra.
Conecte un lector de códigos de barras a su balanza para permitir que los metadatos, como el ID de la muestra, el número de lote y el número de pedido, etc., se lean directamente sin errores. Con la línea de impresoras P-50 de METTLER TOLEDO, los metadatos, además de la fecha y la hora de la medición, se pueden imprimir junto con los resultados.
Cuando tiene que realizar una serie de determinaciones de densidad, la opción de estadísticas de los balances de METTLER TOLEDO le permite identificar rápidamente las tendencias de sus datos, lo que le ayuda a tomar decisiones sobre el curso de acción adecuado.
Las balanzas XPE, XSE, MS-TS, ML-T y ME-T tienen una base de datos de densidad incorporada para los líquidos de referencia más utilizados. El valor de densidad se ajusta de acuerdo con la temperatura introducida.
La aplicación de densidad en balanzas XPE, XSE y MS-TS hace todos los cálculos por usted. Sólo hay que introducir la temperatura y seleccionar el líquido de referencia utilizado. La balanza registra los valores de peso y calcula la densidad automáticamente.
La aplicación de densidad en las balanzas MS-TS, ML-T y ME-T le permite crear un informe de su serie de determinación de densidad que puede imprimir o guardar en una memoria USB. Las balanzas XPE y XSE, en combinación con el software LabX, ofrecen un mayor grado de personalización de informes con gráficos y tablas, y el informe se puede enviar directamente a su LIMS o EPR.
