counter free hit invisible
تعیین غلظت با استفاده از اندازه گیری چگالی

تعیین غلظت با استفاده از اندازه گیری چگالی

 

فهرست مطالب

مخلوط های دودویی و شبه دوتایی

اندازه گیری چگالی با استفاده از تراکم سنج دیجیتال

تبدیل چگالی به واحد غلظت

یک رابطه غیر خطی: تعیین غلظت اسید سولفوریک

دقت در نتیجه اندازه گیری

روش های جایگزین برای تعیین غلظت

نتیجه گیری

 

فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی ابوسینا ارائه کننده تجهیزات اندازه گیری چگالی

 

اگر بین غلظت یک ماده در محلول و چگالی محلول رابطه وجود داشته باشد، می توان غلظت آن را با اندازه گیری چگالی محلول تعیین کرد. این مقاله بر روی راه‌حل‌های دوتایی، امکانات مختلف برای اندازه‌گیری غلظت آنها تمرکز می‌کند و مهم‌ترین واحدها را برای توصیف این مخلوط‌ها مشخصمی‌کند.

 

جنبه های عمومی

در صورت تغییر مواد چگالی مایعات تغییر می کند. به عنوان مثال: یک نوشابه حاوی قند تراکم بالاتری نسبت به یک نوشابه رژیمی خواهد داشت. بنابراین، شکر نه تنها چگالی مایع را افزایش می دهد، بلکه می توان آن را با دانستن چگالی مایع در یک نوع مایع معکوس نیز اندازه گیری کرد. استفاده از این همبستگی اطلاعات مفیدی را در تولید بسیاری از نوشیدنی ها فراهم می کند.

 

شکل 1: با افزودن یک ماده به یک حلال، چگالی مخلوط با چگالی حلال خالص متفاوت خواهد بود. بنابراین می توان از چگالی برای تعیین غلظت یک ماده ("املاح") در یک محلول (مانند آب) استفاده کرد.

 

مخلوط های دودویی و شبه دوتایی

مخلوط های دو جزئی را مخلوط های دوتایی ( binary mixtures ) می نامند. در این مقاله وب سایت ابوسینا می آموزیم چگالی مخلوط تابعی از ترکیب آن است. بنابراین، مقدار چگالی یک مخلوط دوتایی را می توان برای محاسبه ترکیب آن با کمک جداول غلظت استفاده کرد.

 

مخلوط های دو جزئی معمولی عبارتند از. محلول های الکل-آب، محلول های شکر-آب، محلول های آب نمک و اسیدها یا بازهای محلول در آب.

 

تعیین غلظت با مخلوط های به اصطلاح شبه دوتایی نیز امکان پذیر است. اینها مخلوط هایی هستند که حاوی دو جزء اصلی و برخی مواد اضافی هستند که در غلظت های بسیار کمی در مقایسه با دو جزء اصلی وجود دارند. به دلیل تأثیر کمی که بر چگالی ظاهری دارند، این مواد اضافی را می توان نادیده گرفت.

 

تعیین غلظت نیز در صورتی امکان پذیر است که یک مخلوط حاوی چندین جزء باشد و فقط یکی از آنها متفاوت باشد در حالی که سایر مواد ثابت باشند.

 

 

شکل 2: اجزای اصلی نوشابه های معمولی آب و شکر (ساکاروز) هستند، سایر مواد مانند طعم دهنده ها یا رنگ های غذایی به مقدار ناچیزی وجود دارند. بنابراین، نوشابه‌ها محلول‌های قند آب در نظر گرفته می‌شوند و برای تعیین میزان قند از اندازه‌گیری چگالی استفاده می‌شود.

 

شکل 3: برای تولید دمنوش، چندین ماده پایه شامل نمک ها و مواد موثره بر اساس دستور العمل به طور دقیق وزن می شوند. در مرحله دوم این مخلوط با آب رقیق می شود. غلظت را می توان با اندازه گیری چگالی کنترل کرد.

 

اندازه گیری چگالی با استفاده از تراکم سنج دیجیتال

 

ابزارهای تحلیلی بی‌شماری در آزمایشگاه‌های امروزی برای کنترل کیفیت و تولید وجود دارد. در فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی ابوسینا هم ابزارهایی برای اندازه گیری چگالی موجود می باشد . با این حال، همه آنها به آسانی، سریع و قابل توجه یک تراکم سنج دیجیتال نیستند.دانسیته مترهای مدرن به نمونه بسیار کمی نیاز دارند، ترکیب نمونه را تغییر نمی دهند، به اپراتور وابسته نیستند، مصرف مواد شیمیایی را کاهش می دهند و با حداکثر دقت کار می کنند.

نمونه به یک لوله U شکل وارد می شود که به صورت الکترونیکی برای نوسان در فرکانس مشخص خود تحریک می شود. فرکانس مشخصه بسته به چگالی نمونه پر شده تغییر می کند. از طریق اندازه گیری دقیق فرکانس مشخصه، چگالی نمونه تعیین می شود. به دلیل وابستگی بالای چگالی به دما، سلول اندازه گیری باید به طور دقیق با دما کنترل شود.

دانسیته مترهای مدرن با دقت بالا علاوه بر این، یک تصحیح ویسکوزیته و یک نوسانگر مرجع را فراهم می کند تا نتایج دقیق را در محدوده وسیعی از چگالی، دما و ویسکوزیته ممکن کند. روش U-tube برای اندازه گیری چگالی واقعی ρ سیالات استفاده می شود.

 

تبدیل چگالی به واحد غلظت

چگالی یک مخلوط را می توان با استفاده از جدول غلظت مناسب یا به طور کلی فرمول تبدیل به یک واحد غلظت تبدیل کرد. تقریباً تمام محلول های دوتایی را می توان با استفاده از توابع مرتبط با چگالی و جداول غلظت مشخص کرد. این جداول ممکن است از ادبیات یا داده‌های تجربی فردی آمده باشند.

غلظت محلول ها یا مخلوط ها اغلب بر حسب ترکیب درصدی محلول بر اساس وزن یا حجم بیان می شود.

 

 

در میدان شیمیایی، غلظت ها اغلب بر حسب %وزن/وزن یا %جرم/جرم گزارش می شوند. این به اختصار %w/w یا %m/m نشان داده می‌شود. به طور کلی این به این معنی است: گرم جزء در 100 گرم محلول.

 

یک مثال: اسید سولفوریک 5 درصد یعنی در 100 گرم محلول 5 گرم اسید سولفوریک وجود دارد. دما را می توان در اینجا نادیده گرفت، زیرا دما تأثیری بر وزن یا جرم ندارد. در حالی که بیشتر صنایع از %وزن/وزن استفاده می کنند، صنعت الکل عمدتاً غلظت آنها را بر حسب % حجم/حجم گزارش می کند. اگر به یک بطری آبجو نگاه کنید، معمولاً محتوای الکل گزارش شده در %V/V را مشاهده خواهید کرد. البته این یک واحد وابسته به دما است. به عنوان مثال، در صنعت داروسازی، یک محلول ضد عفونی ممکن است حاوی 70 درصد اتانول (V/V) باشد. این بدان معناست که در محلول 1 لیتری 700 میلی لیتر اتانول وجود دارد.

 

یک واحد غلظت متداول در صنعت آبجوسازی برای توصیف غلظت آبجو و مخمر، °Plato یا °Blling است. این به محتوای عصاره در محصول اشاره دارد، معمولاً مخمر آبجو، و کم و بیش یکسان است.

 

°Proof واحد دیگری است که اساساً در صنعت الکل در ایالات متحده استفاده می شود. %V/V الکل ضربدر 2 در 60 درجه فارنهایت است:

 

 

 

API که مخفف American Petroleum Institute است، اصطلاح گرانشی خود را ° API Gravityارائه کرد تا به راحتی محصولات نفتی سنگین یا سبک را در مقایسه با آب مشخص کند: اگر گرانش API (در 60 درجه فارنهایت) یک فرآورده نفتی باشد. بزرگتر از 10 «سبک» است و روی آب شناور است، اگر کمتر از 10 باشد «سنگین‌تر» از آب است و فرو می‌رود. گرانش API بر حسب درجه گزارش می شود و بر اساس فرمولی محاسبه می شود که شامل وزن مخصوص می باشد. بسته به کشور یا هنجار 60 درجه فارنهایت یا 15 درجه سانتیگراد به عنوان دمای مربوطه استفاده می شود. این مقیاس به طور کلی برای اکثر معاملات در ایالات متحده و همچنین در عمل پالایشگاه در سراسر جهان استفاده می شود.

 

 

معادله 1: فرمول محاسبه گرانش API یک فرآورده نفتی بر اساس وزن مخصوص SG یک نمونه

 

در صنایع شیمیایی ° Baumé را می توان به عنوان یک واحد استفاده کرد. این شبیه به عدد API است، با استفاده از وزن مخصوص SG در یک فرمول.

 

 

معادله 2: دو فرمول Baumé وجود دارد، یکی برای مایعاتی که سنگین‌تر از آب هستند (وزن مخصوص SG > 1) و دیگری برای مایعاتی که سبک‌تر از آب هستند (گرانش مخصوص SG ≤ 1)

 

در صنعت نوشابه، °Brix برای درجه ساکاروز یا عصاره درجه در محصول استفاده می شود. °بریکس و °افلاطون اساساً یکسان هستند.

 

 

یک رابطه غیر خطی: تعیین غلظت اسید سولفوریک

گاهی اوقات یک جدول غلظت برای یک ماده خاص، کل محدوده غلظت از 0 %w/w تا 100%w/w را پوشش نمی‌دهد. یک دلیل ممکن است این باشد که املاح در حال حاضر به مقداری وجود دارد که در آن مقدار بیشتری نمی تواند حل شود ("اشباع").

 

دلیل دیگر ممکن است این باشد که چگالی محلول رابطه خطی با مقدار غلظت نشان نمی دهد. این مورد در مورد اسید سولفوریک است: هنگام تعیین اسید سولفوریک در آب، اندازه گیری چگالی قرائت دقیق غلظت را در محدوده غلظتی از 0٪ تا 87٪ نشان می دهد. اما اگر غلظت اسید سولفوریک بیشتر باشد (87٪ تا 100٪)، با افزایش مقدار اسید محلول، چگالی دیگر افزایش نمی یابد.

چگالی محلول اسید سولفوریک رابطه خطی با مقدار غلظت نشان نمی دهد. مقدار چگالی حداکثر را در غلظت اسید سولفوریک 87 درصد نشان می‌دهد که منجر به مقداری می‌شود که دیگر نمی‌تواند تنها با یک غلظت مرتبط باشد. برای پوشش کل محدوده غلظت باید از پارامتر اندازه گیری دوم استفاده شود، به عنوان مثال. سرعت صوت.

 

 

دقت در نتیجه اندازه گیری

دقت نتیجه اندازه‌گیری نه تنها به دقت چگالی ابزار اندازه‌گیری، بلکه به کیفیت داده‌های مرجع (یعنی جدول چگالی به غلظت) و محاسبه پشت تابع تبدیل (مثلاً یک جدول یا یک تابع چند جمله‌ای) بستگی دارد. هرچه اندازه گیری چگالی شما دقیق تر باشد، تعیین غلظت شما دقیق تر خواهد بود.

 

مثال: نحوه محاسبه دقت

محلول کلرید سدیم (NaCl) با دستگاهی با دقت 0.000005 g/cm³ اندازه گیری می شود. دو غلظت از محلول (0.5% w/w و 1.5% w/w NaCl) به عنوان محدوده غلظت نمونه مورد انتظار در نظر گرفته می‌شود. چگالی هر دو محلول اندازه گیری شده و اختلاف ∆ بین چگالی ها محاسبه می شود.

 

 

اختلاف ∆ 1.0 % w/w مربوط به تغییر چگالی 0.0071 g/cm³ است، بنابراین دقت محلول NaCl برابر است با: (1.0 x 0.000005)/0.00710 = 0.007 % w/w. این دقت متوسط برای محدوده کلی است که در بالا تعریف شد، و تنها با فرض خطی بودن رابطه چگالی و غلظت درست است.

 

هنگامی که جفت داده های به دست آمده زیادی (مقدار چگالی و غلظت مربوطه) با دقت بالا وجود دارد، می توانید با جدول کاربری خود به نتایج دقیق تری برسید. با توجه به رفتار غیر خطی راه حل های واقعی، دقت فقط در محدوده غلظت خاصی معتبر است.

 

روش های جایگزین برای تعیین غلظت

تیتراسیون: یک عیب رایج تیتراسیون این است که به یک اپراتور ماهر با دانش شیمیایی نیاز دارد. محدوده غلظت محدودی پوشش داده شده است، بنابراین نمونه باید بر این اساس رقیق شود. علاوه بر این، بسته به هر نمونه به یک تنظیم خاص نیاز است. یکی دیگر از اشکالات تیتراسیون استفاده از مواد شیمیایی تهاجمی و نیاز به مواد مصرفی گران قیمت است. این نکات باعث می شود این روش بسیار وقت گیر و کاربر پسند نباشد.

 

پیکنومتر: پیکنومتر یک دستگاه اندازه گیری مقرون به صرفه است که نتایج اندازه گیری بسیار دقیقی را ارائه می دهد. با این حال، برای دستیابی به نتایج بسیار دقیق، به یک اپراتور بسیار ماهر و همچنین یک تعادل بسیار دقیق نیاز است. عیب دیگر کنترل دمای نمونه است که مقدار زیادی از آن (تا 100 میلی لیتر) مورد نیاز است. در مجموع این روش کاملاً زمان بر است و فقط می توان چگالی ظاهری نمونه را تعیین کرد، بنابراین شناوری هوا باید جبران شود.

خرید آنلاین پیکنومتر آزمایشگاهی

هیدرومتر: هیدرومترها مقرون به صرفه هستند و اندازه گیری غلظت بسیار سریع را ارائه می دهند. با این حال، مقیاس به راحتی می تواند اشتباه خوانده شود و اصلاح دما ضروری است. همانطور که در مورد پیکنومتر وجود دارد، مقدار نمونه زیادی مورد نیاز است و هیدرومتر می تواند به راحتی بشکند.

خرید آنلاین هیدرومتر آزمایشگاهی

ترازوی هیدرواستاتیک: ترازهای هیدرواستاتیک در تاسیسات ویژه ای مانند اداره ملی استاندارد استفاده می شود، زیرا بسیار دقیق و قابل اعتماد هستند. با این حال، تعادل هیدرواستاتیک یک دستگاه عظیم و پیچیده با پایه بتنی است که نیاز به عایق بندی و کنترل دما دارد. این "ابزار" بسیار گران است و برای صنعت مناسب نیست. اندازه گیری بسیار زمان بر است و ممکن است یک تا دو روز طول بکشد.

 

نتیجه گیری

هر زمان که یک محصول مایع تولید، مبادله یا مصرف می شود، تعیین غلظت مخلوط های دوتایی مورد نیاز است. اصول اولیه مخلوط های دوتایی در این مقاله وب سایت ابوسینا ارائه شده است، همچنین روش های اندازه گیری و واحدهای مختلف برای مقایسه و توصیف محصولات بسته به صنعت ارائه شده است.

 

ارسال شده در 1400-09-01 آموزش, مقالات پزشکی 0

یک نظر ارسال کنیدپاسخی ارسال کنید

مقایسه 0
قبلی
بعدی

محصولی موجود نیست

برای تشخیص حمل
ناموجود مجموع

قیمت ها با مالیات

پرداخت