A medição da densidade de uma amostra é um importante parâmetro de qualidade das matérias-primas e dos produtos acabados. Várias técnicas permitem que a densidade de materiais sólidos, viscosos e líquidos seja determinada com precisão, por exemplo, metais, plásticos, produtos químicos, lubrificantes e alimentos.
Densidade para controle de qualidade
Uma variação de uma matéria-prima, indicada por uma alteração da densidade, pode ter um resultado prejudicial no funcionamento ou na qualidade do produto final. A medição de densidade de matérias-primas pode ser usada para confirmar a pureza do material. Se uma substância foi adulterada com uma alternativa mais barata, a densidade medida do material compósito será diferente da substância pura.
A densidade também pode ser usada para garantir a homogeneidade. Se uma peça fabricada não for homogênea, os principais atributos de desempenho, como resistência e resistência a trincas, podem ser afetados. Por exemplo, uma bolha de ar interna pode fazer com que uma peça falhe quando colocada sob estresse. A amostragem aleatória de peças é uma maneira simples e econômica de monitorar a qualidade contínua.
Por que a Pesagem Precisa é Crucial
Os procedimentos gravimétricos laboratoriais comuns para determinar a densidade são a técnica de flutuabilidade, o princípio de deslocamento e o método do picnômetro.
O método mais utilizado é a técnica de flutuabilidade, que utiliza o princípio de Arquimedes: um corpo imerso em fluido indica uma perda aparente de peso igual ao peso do fluido que desloca. Este princípio antigo, de cerca de 200 aC, é precisamente o que é usado hoje em dia para determinar a densidade gravimetricamente. A medição precisa da densidade, portanto, é altamente dependente de valores de peso precisos. Por exemplo, o sangue contém tampões naturais para manter um pH estável entre 7,35 e 7,45 para que nossas enzimas funcionem corretamente. Como a atividade enzimática varia com o pH, manter um pH constante é essencial em ensaios bioquímicos para garantir que o nível correto de atividade seja observado. Em aplicações comerciais, os tampões podem ser encontrados em xampus para evitar irritação da pele, em loções para bebês para inibir o crescimento de bactérias e em soluções para lentes de contato para garantir que o nível de pH do fluido permaneça compatível com o do olho.
A preparação dos tampões consiste em várias etapas: pesagem dos componentes, dissolução dos componentes, ajuste do pH e reabastecimento até o volume final. Como a proporção do ácido para a base em um tampão está diretamente relacionada ao pH final, é vital pesar os componentes com um alto grau de precisão. Por isso, é importante que os equipamentos utilizados (balança, pipetas e medidor de pH) estejam devidamente calibrados e tenham precisão suficiente.
Veja como é simples medir a densidade em sua balança de laboratório METTLER TOLEDO. O Kit de Densidade permite determinar a densidade de substâncias sólidas, líquidas, porosas e viscosas. Com instruções passo a passo e cálculos automáticos, todo o processo é fácil.
Método de Flutuabilidade - Princípio de Arquimedes em Ação
O princípio de Arquimedes afirma que um corpo imerso parcial ou totalmente em fluido experimenta uma força de empuxo agindo para cima sobre ele. A magnitude dessa força é equivalente ao peso do fluido deslocado pelo corpo.
O sólido é pesado no ar (A) e depois novamente (B) no líquido auxiliar com uma densidade conhecida. A densidade do sólido ρ pode ser calculada da seguinte forma:
ρ = Densidade da amostra
A = Peso da amostra no ar
B = Peso da amostra no líquido auxiliar
ρ0 = Densidade do líquido auxiliar
ρL = Densidade do ar
A temperatura do líquido deve ser levada em consideração, pois isso pode causar mudanças de densidade da ordem de magnitude de 0,001 a 0,1 por °C, cujo efeito pode ser visto na terceira casa decimal do resultado.
| Gravimétrico, Flutuabilidade | Gravimétrico, Deslocamento | Picnômetro | Medidor de densidade digital | |
| Métodos |
O copo para o líquido auxiliar fica em uma plataforma ou abaixo da balança. |
O copo para o líquido auxiliar fica na balança. |
Copo de vidro de volume definido. |
Tecnologia de tubo oscilante |
| Adequado para |
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| Vantagens |
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| Desvantagens |
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Se você conhece a massa e o volume de uma amostra (sólidos ou líquidos), sua densidade pode ser calculada a partir de:
A dificuldade com o volume
É muito simples pesar uma amostra com precisão, mas determinar o volume de uma amostra com precisão pode ser um desafio.
Empuxo
O método de flutuabilidade evita o problema de determinar o volume, pois envolve a pesagem da amostra duas vezes em dois meios diferentes (ar e líquido). O volume pode, portanto, ser considerado constante em ambas as situações.
Deslocamento
Na aplicação mais simples do método de deslocamento, o volume de uma amostra sólida é determinado observando o aumento do nível do líquido no qual a amostra está submersa.
Por outro lado, quando um objeto de volume conhecido é submerso em um líquido com densidade desconhecida, a diferença nos valores de peso (no ar e no líquido) pode ser usada para determinar a densidade do líquido.
Picnômetro
Um picnómetro é um frasco de vidro especialmente concebido, geralmente com um volume definido. É mais frequentemente usado para determinar a densidade de líquidos. O picnómetro é primeiro pesado vazio e, em seguida, cheio do líquido sob investigação. A diferença (ou seja, a massa da amostra) dividida pelo volume do picnómetro é a densidade da amostra.
O método do picnômetro também pode ser usado para determinar a densidade de amostras de pó ou granulados.
Medidor de densidade digital
Um tubo de vidro oco vibra em uma determinada frequência. A frequência muda quando o tubo é preenchido com diferentes substâncias: quanto maior a massa da amostra, menor a frequência. Os medidores de densidade digitais funcionam medindo a frequência e convertendo-a em densidade.
Consulte a tabela abaixo para obter uma comparação desses quatro métodos diferentes.
| Gravimétrico, Flutuabilidade | Gravimétrico, Deslocamento | Picnômetro | Medidor de densidade digital | |
| Métodos |  O copo para o líquido auxiliar fica em uma plataforma ou abaixo da balança. |  O copo para o líquido auxiliar fica na balança. |  Copo de vidro de volume definido. |  Tecnologia de tubo oscilante |
| Adequado para |
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| Princípio de medição para uma amostra sólida |
A amostra é pesada uma vez no ar e uma vez imersa no líquido auxiliar com densidade conhecida. A densidade da amostra sólida pode ser determinada a partir da densidade conhecida do líquido e dos dois valores de massa.  ρ,= Densidade da amostra A,= Peso da amostra no ar B,= Peso da amostra no líquido auxiliar ρ0,= Densidade do líquido auxiliar ρL,= Densidade do ar
| O líquido auxiliar com densidade conhecida é pesado antes e depois da imersão da amostra (a tara pode ser usada para medir diretamente a diferença de massa). Usando a diferença de massa e a densidade do líquido, o volume da amostra pode ser determinado. Isso é então usado junto com a massa da amostra para calcular sua densidade. | O picnómetro é primeiro pesado vazio e, em seguida, novamente cheio com o líquido de referência de densidade conhecida. O pó é adicionado ao picnómetro limpo e seco. É pesado para determinar o peso da amostra de pó. O picnómetro é então completado com o mesmo líquido em que o pó deve ser completamente insolúvel. O picnómetro é novamente pesado. O peso do líquido deslocado pode então ser determinado e, portanto, a densidade do pó calculada. | n/a |
| Princípio de medição para uma amostra líquida | O corpo de referência com volume conhecido (chumbada de vidro) é pesado uma vez no ar e uma vez no líquido com densidade desconhecida. | O peso do líquido com densidade desconhecida é medido antes (tara) e depois de imergir o corpo de referência (esfera gama ou chumbada de vidro). Usando a diferença de massa e o volume conhecido do corpo de referência, a densidade da amostra líquida pode ser determinada. | O picnómetro é primeiro pesado vazio e depois novamente cheio com a amostra líquida. A diferença de massa dividida pelo volume do picnômetro é a densidade do líquido. | A amostra é adicionada a um tubo de vidro oco em forma de U no dispositivo. A densidade da amostra é determinada medindo a frequência de vibração do tubo. Quanto menor a frequência de vibração, maior a densidade da amostra. |
Se mais do que apenas a densidade for de interesse, os medidores de densidade digitais medem a densidade, a gravidade específica e outros atributos relacionados de amostras líquidas (ou seja, % de álcool, BRIX°, graus API) com alta precisão e curto tempo de medição.
Existem muitos padrões e normas para a determinação da densidade em amostras sólidas. Alguns dos mais comumente usados são:
A ISO 1183-1 especifica o uso de uma balança analítica de 4 casas decimais.
A densidade aparente é uma medida de quantas partículas, partes ou peças estão contidas em um volume medido. A densidade aparente não é uma propriedade do material em si. A densidade aparente inclui os espaços entre as partículas ou itens, bem como quaisquer vazios dentro dos próprios itens. A densidade aparente pode variar dependendo de como o material é manuseado; Agitar um recipiente, por exemplo, permite que as peças se assentem, aumentando a densidade geral do solo.
A medição da densidade é um parâmetro de qualidade extremamente importante tanto das matérias-primas quanto dos produtos acabados. Entendemos que existem muitos fatores que devem ser considerados para garantir resultados precisos de densidade. Se você precisar de suporte com a determinação da densidade ou quiser conselhos sobre qual balança ou Kit de Densidade comprar, nossa equipe de especialistas está aqui para ajudar.
Não hesite em contactar-nos para obter assistência.
Bolhas
De longe, a maior fonte de erro na medição de densidade é a molhabilidade limitada da amostra. Quando a amostra é submersa em líquido, é crucial que todas as bolhas aderidas à amostra e ao equipamento sejam removidas. Quaisquer bolhas restantes causarão um efeito de flutuabilidade e distorcerão o cálculo da densidade. (Uma bolha com 1 mm de diâmetro causa uma flutuabilidade de 0,5 mg.) Nós recomendamos:
Temperatura
Os sólidos são geralmente tão insensíveis às flutuações da temperatura ambiente que as mudanças de densidade correspondentes não têm consequências. No entanto, como a determinação da densidade é realizada com um líquido auxiliar, a temperatura deve ser levada em consideração. A temperatura tem um efeito maior com líquidos e causa mudanças de densidade da ordem de magnitude de 0,1 a 1‰ por °C.
Esse efeito já é aparente na terceira casa decimal do resultado. Para obter resultados precisos, recomendamos que você sempre leve em consideração a temperatura do líquido auxiliar em todas as determinações de densidade. Os valores estão disponíveis em livros de tabelas dedicados. As densidades dos líquidos de referência mais importantes (H2O e Etanol) são armazenadas na balança.
Pesagem
Como mencionado acima, a pesagem desempenha um papel importante na determinação precisa da densidade, por isso é fundamental que a balança usada atenda às necessidades da aplicação da densidade. Para amostras pequenas, o peso líquido mínimo da balança deve ser considerado – pesar uma amostra abaixo desse peso não pode ser confiável para ter o nível de precisão exigido.
Tratamento de dados
A transcrição manual de dados de amostra, valores de peso e cálculos de densidade é demorada e propensa a erros.
A maioria das balanças analíticas e de precisão da METTLER TOLEDO com resolução de 1 mg ou mais pode ser facilmente usada para determinar a densidade por meio da técnica de flutuabilidade com o uso de um kit de densidade que é montado na balança em algumas etapas simples.
Medir a densidade de sólidos usando uma balança é um processo fácil e conveniente que oferece resultados altamente confiáveis quando comparado a outros métodos nos quais o volume da peça é determinado independentemente do peso. Ao converter uma balança de laboratório padrão com a adição de um Kit de Densidade, você evita a necessidade de comprar um equipamento dedicado para realizar esse procedimento simples. Isso torna a compra do acessório Density Kit um investimento muito econômico. Com a adição de uma chumbada de vidro de volume conhecido, o Kit de Densidade também pode ser usado para determinar a densidade de amostras líquidas.
O aplicativo Density integrado fornece instruções passo a passo, facilitando o uso até mesmo para operadores não treinados. Beneficie-se ainda mais de:
Medir a densidade de amostras volumosas
Para amostras volumosas, que não se encaixam no Kit de Densidade, as balanças de precisão da METTLER TOLEDO com resolução de 0,1 g e 0,01 g podem ser convertidas para pesar abaixo da balança por meio da adição de um gancho dedicado. O princípio de medição de densidade é exatamente o mesmo; A amostra é pesada ao ar e novamente num líquido de referência.
A combinação de uma balança de nível Excellence da METTLER TOLEDO e do software LabX oferece um nível mais alto de gerenciamento de dados e segurança de processos. As balanças analíticas e de precisão Excellence podem ser configuradas com um Kit de Densidade para determinação de densidade. O LabX garante que seu SOP de densidade seja seguido com precisão. O LabX registra todos os valores de peso, executa todos os cálculos e salva todos os resultados com segurança em um banco de dados central. Todos os dados relacionados à sua aplicação de densidade podem ser transferidos diretamente para o seu sistema interno de gerenciamento de dados.
A determinação da densidade no plástico é essencial para uma qualidade consistente do plástico. A nota de aplicação descreve como a densidade de peças plásticas sólidas pode ser facilmente determinada usando a aplicação integrada em uma balança analítica MX, MR ou MA da METTLER TOLEDO com um Kit de Densidade.
Os melhores procedimentos para a determinação da densidade de sólidos são os métodos de flutuabilidade e deslocamento, ambos baseados no Princípio de Arquimedes. O pré-requisito para esses métodos é o uso de um líquido com densidade conhecida que não reaja com o material da amostra, mas o molhe completamente. Um agente umectante pode ser adicionado ao líquido.
O aplicativo de balança integrado fornece instruções passo a passo. As balanças de nível de excelência têm fluxos de trabalho para 5 métodos diferentes de determinação de densidade. As balanças de nível Advanced e Standard têm fluxos de trabalho para 2.
Em conjunto com o Kit de Densidade, a chumbada de vidro opcional de 10 mL permite determinar a densidade dos líquidos. A diferença do peso da chumbada no ar e no líquido é usada para calcular a densidade. Alternativamente, um picnômetro ou medidor de densidade digital pode ser usado.
O cesto de pesagem no Kit de Densidade pode ser invertido para que amostras mais leves sejam mantidas sob o líquido e não possam flutuar para a superfície. Se você perceber que a força de empuxo é maior que o aparelho da cesta, coloque um peso adicional no prato de pesagem superior do Kit de Densidade e reinicie o procedimento de determinação da densidade. Como alternativa, use um líquido de referência diferente com uma densidade mais baixa.
Adicione algumas gotas de agente umectante ao líquido de referência. Deixe-o em repouso durante a noite para liberar qualquer gás dissolvido. Use um pincel macio para escovar as bolhas da amostra e do Kit de Densidade.
A precisão da medição da densidade é influenciada pela tolerância do método (bolhas de ar, etc.) e pela medição da temperatura, bem como pela precisão das medições de peso. Cada medição em QUALQUER balança está sujeita a incertezas. Compreender essa incerteza é a chave para garantir resultados de pesagem precisos. Não é a legibilidade que determina a precisão de um instrumento de pesagem, mas sim sua repetibilidade e o peso líquido mínimo da amostra.
Para encontrar a balança adequada às suas necessidades, você precisa saber a menor quantidade que deseja pesar e com que precisão precisa pesá-la (ou seja, com que tolerância).
O padrão global de pesagem da METTLER TOLEDO, o GWP® , ajuda você a escolher a balança certa para atender aos requisitos de sua aplicação. Peça ao seu representante local uma recomendação de saldo gratuito. Determine se a sua balança existente atende aos seus requisitos de qualidade.
A conformidade com a ISO 1183-1 exige uma balança com resolução de 0,1 mg ou menos e especifica que a amostra deve preferencialmente ter uma massa de pelo menos 1 g. A pesagem de amostras de pelo menos 1 g em uma balança com resolução de 0,1 mg geralmente não viola o requisito mínimo de peso líquido da balança. A precisão da balança necessária, no entanto, deve ser considerada em conjunto com a tolerância de processo necessária. Nosso serviço gratuito de recomendação GWP® pode ajudá-lo a selecionar a balança certa para suas necessidades específicas.
Existem várias etapas no processo de medição de densidade e, às vezes, você precisa esperar um pouco para que o equilíbrio se estabilize, para que seja fácil se perder, especialmente quando você está ocupado com várias tarefas. O aplicativo de balança integrado fornece instruções passo a passo. Você confirma cada instrução pressionando o botão OK, para que você sempre saiba onde está.
Conecte um leitor de código de barras à sua balança para permitir que metadados, como ID da amostra, número do lote e número do pedido, etc., sejam lidos diretamente, sem erros. Com a linha de impressoras METTLER TOLEDO P-50, os metadados, além da data e hora da medição, podem ser impressos junto com os resultados.
Quando você tem uma série de determinações de densidade a fazer, a opção de estatísticas nas balanças da METTLER TOLEDO permite que você identifique rapidamente tendências em seus dados, ajudando você a tomar decisões sobre um curso de ação quando apropriado.
As balanças XPE, XSE, MS-TS, ML-T e ME-T possuem um banco de dados de densidade integrado para os líquidos de referência mais comumente usados. O valor da densidade é ajustado de acordo com a temperatura inserida.
A aplicação de densidade nas balanças XPE, XSE e MS-TS faz todos os cálculos para você. Você só precisa inserir a temperatura e selecionar o líquido de referência usado. A balança registra os valores de peso e calcula a densidade automaticamente.
A aplicação de densidade em balanças MS-TS, ML-T e ME-T permite que você crie um relatório de sua série de determinação de densidade que você pode imprimir ou salvar em um pendrive. As balanças XPE e XSE em combinação com o software LabX oferecem um maior grau de personalização de relatórios com gráficos e tabelas, e o relatório pode ser enviado diretamente para o seu LIMS ou EPR.
