在日常實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物質(zhì)測(cè)量和分析時(shí),經(jīng)常會(huì)使用電子天平和密度測(cè)試組件進(jìn)行固體密度的測(cè)量。利用奧豪斯電子天平可測(cè)量密度大于輔助液體密度的固體,密度小于輔助液體密度的固體,液體密度,多孔材料(如:滲油,軸承材料)的密度。
首先我們來(lái)簡(jiǎn)單了解使用電子天平進(jìn)行測(cè)量固體密度的原理:
1.物體的密度為其質(zhì)量與體積的比值,具體公式:
2.密度測(cè)量是依據(jù)阿基米德原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該原理說(shuō)明:浸入液體中的每一個(gè)固體失去的重量等于它所排開(kāi)的液體的重量。
3.固體密度測(cè)量通常是使用一種已知密度液體(例如:水或乙醇)作為輔助液體,通過(guò)在空氣(A)和輔助液體(B)中先后稱量的待測(cè)固體質(zhì)量,即可計(jì)算求得其密度,具體公式如下:
進(jìn)行密度測(cè)量前,我們需要進(jìn)行如下準(zhǔn)備工作:
1.電子天平。需根據(jù)對(duì)測(cè)量的密度數(shù)據(jù)精度的具體要求選擇電子天平的精度,根據(jù)被測(cè)樣品的體積,重量選擇電子天平的容量。在進(jìn)行測(cè)試前需要對(duì)準(zhǔn)備好的電子天平進(jìn)行足夠長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱,并進(jìn)行必要的校正以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。
2.測(cè)試組件。需選擇合適的測(cè)試組件,如對(duì)某些體積較大,稱量室無(wú)法放置的物質(zhì)需選擇下掛式測(cè)試組件。
3.待測(cè)樣品。考慮到水的表面張力的影響,為了測(cè)量密度的準(zhǔn)確性,建議測(cè)量的樣品重量須大于1g。為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度,建議選擇形狀規(guī)則,表面粗糙度小的樣品。
4.選擇合適的輔助液體。一般可選擇為:水、酒精、其他。選擇測(cè)試輔助液體時(shí)需根據(jù)具體的測(cè)試樣品的性質(zhì)進(jìn)行選擇,如易于與水發(fā)生反應(yīng)的,可選擇酒精作為輔助輔助液體。
準(zhǔn)備好所需的設(shè)備和樣品后,請(qǐng)按如下步驟進(jìn)行測(cè)量:
1.打開(kāi)電子天平的左側(cè)門(mén)或者右側(cè)門(mén)取下秤盤(pán),將密度托架插入電子天平中。
2.將支架放在托架上方合適的位置,確保支架不會(huì)與托架相接觸。
3.將燒杯按照在支架中心位置。將溫度表插在燒杯內(nèi),用于測(cè)量液體的當(dāng)前溫度。
4.將已知密度的參考液體(通常是水或酒精)注入燒杯,確保待測(cè)固體能被液體完全浸1cm以上 (如下圖1):
5.放置掛籃于固定支架上,確保其表面無(wú)氣泡并不碰到燒杯或溫度計(jì)(如下圖2)
6.打開(kāi)電子天平開(kāi)關(guān)
7.關(guān)閉防風(fēng)門(mén)并去皮重;
8.打開(kāi)電子天平防風(fēng)門(mén),將被測(cè)固體放置在固定支架的稱量臂上或掛籃頂部的秤盤(pán)中;若被測(cè)固體在空氣中的質(zhì)量大于20g,請(qǐng)將其放置在掛籃頂部的秤盤(pán)中進(jìn)行稱量;
注:對(duì)于密度小于輔助液體密度的固體,則需將掛籃下部的稱量網(wǎng)反置,壓住被測(cè)物體。如果固體的浮力大于掛籃的重量,則必須通過(guò)在掛籃上部放置一個(gè)附加砝碼來(lái)協(xié)助稱量。在裝入附加砝碼后,給電子天平去皮并再次開(kāi)始稱量。如上圖3所示。
9.關(guān)閉電子天平防風(fēng)們,待電子天平穩(wěn)定后,電子天平將自動(dòng)記錄稱量結(jié)果A(如下圖4)
10.打開(kāi)電子天平防風(fēng)門(mén),取下被測(cè)固體,關(guān)閉防風(fēng)門(mén)并去皮重;
11.打開(kāi)電子天平防風(fēng)門(mén)將被測(cè)固體放置在掛籃下部的稱量網(wǎng)內(nèi),并確保無(wú)氣泡附著在固體表面(可以用小刷子清除表面氣泡);
12.關(guān)閉電子天平防風(fēng)門(mén),待電子天平穩(wěn)定后,電子天平將自動(dòng)記錄稱量結(jié)果B。并根據(jù)密度公式自己計(jì)算待測(cè)固體密度(如下圖5)。
注:對(duì)于奧豪斯DV和AR等系列電子天平已在電子天平軟件中進(jìn)行設(shè)置,可直接讀出密度數(shù)據(jù),無(wú)需人工計(jì)算,更加健康。
具有密度直讀功能的電子天平有:DV、EP工業(yè)電子天平、AR、SE;具有密度測(cè)定功能的電子天平有:EP、CAV、CP、SPS(可通過(guò)手工計(jì)算)。
提高固體密度測(cè)量結(jié)果的精度
1.溫度
固體一般對(duì)溫度變動(dòng)不是特別敏感,但測(cè)量密度過(guò)程中利用輔助液體工作時(shí) ,必須考慮溫度對(duì)液體的較大影響。一般會(huì)以0.1℃到1℃的數(shù)量級(jí)引起密度的變化。此時(shí)會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果中的第三小數(shù)位的變化。建議在固體密度測(cè)量過(guò)程中始終考慮到輔助液體的溫度。
2.輔助液體的表面張力
液體粘附到掛籃上會(huì)使表面質(zhì)量增加3mg。當(dāng)在固體的兩次稱量中(空氣和輔助液體中)下掛籃浸入輔助液體中時(shí),輔助液體表面張力所引起的量增大的影響可以忽略不計(jì)。因?yàn)殡娮犹炱皆诿看螠y(cè)量前都會(huì)去皮。為了降低氣泡的影響和確保最大的可能精度,可以使用幾滴潤(rùn)濕劑(不提供)并添加到輔助液體中。