Основные виды пикнометров и принцип работы каждого из них

На сегодняшний день невозможно представить себе процесс контроля качества сырья и готовой продукции в лабораторных условиях без определения такого показателя как плотность. Для проведения измерений используются специальные приборы – пикнометры. Самые точные результаты за минимальный промежуток времени можно получить с помощью автоматических устройств, к примеру, гелиевого пикнометра.

Что собой представляет пикнометр

Это стеклянный сосуд специальной формы, предназначенный для измерения плотности жидких, твердых и газообразных веществ. Он изготавливается из медицинского и химико-лабораторного стекла. Точность замеров очень высока, при этом достаточно совсем небольшого количества измеряемого вещества (от 0,5 см³). Одним из достоинств измерительного прибора является то, что операции по взвешиванию и термостатированию можно проводить раздельно.

Принцип работы пикнометра основан на взвешивании его до и после заполнения исследуемым веществом до специальной метки на горловине при определенной температуре. Для определения плотности твердых материалов их погружают в стеклянный сосуд, заполненный жидкостью (как правило, это дистиллированная вода). Плотность определяется путем деления массы исследуемого вещества на его объем.

Виды пикнометров

Наименование прибора	Особенности конструкции	За счет чего обеспечивается высокая точность измерения	Для определения плотности каких веществ применяется
Стандартный пикнометр	Представляет собой небольшую мерную колбочку с меткой вокруг горлышка. Метка определяет вместимость сосуда.		Чистые однокомпонентные жидкости
Пикнометр Гей-Люссака	Выполнен в виде стеклянной колбы, изготовленной из термостойкого стекла. Вместо метки на горлышке имеет капилляр. Плоское дно обеспечивает сосуду дополнительную устойчивость.	Высокая точность измерений достигается за счет того, что термостойкое стекло, из которого изготовлен прибор, имеет малый коэффициент расширения.	Жидкости и твердые вещества
Пикнометр Менделеева	Оснащен термометром, который позволяет непрерывно вести наблюдение за изменением температуры исследуемого вещества.	Высокая точность результатов достигается за счет возможности строго поддерживать постоянство температуры.	Жидкие вещества
Пикнометр Оствальда	Оснащен двумя капиллярами-носиками.	Высокая точность результатов обеспечивается за счет того, что заполнение прибора исследуемым веществом не сопровождается потерей объема вследствие его испарения.	Жидкости, летучие вещества и растворы
Пикнометр Рейшауэра	Имеет вид мерной колбы с высоким и узким горлышком. В верхней части горлышка расположена градуировка кольцевыми метками.		Твердые вещества
Пикнометр для газов	Изготовлен в виде стеклянного шара. Оснащен двумя отводящими трубками с краниками.	Высокую точность обеспечивают конструктивные особенности.	Газы
Гелиевый пикнометр	Выполнен в виде компактного блока с встроенным дисплеем и клавиатурой.	Это полностью автоматический прибор, обеспечивающий высокоточное и высокоскоростное измерение плотности в различных веществах.	Твердые материалы (в том числе полезные ископаемые, продукты питания, зерновые культуры, полимеры и пр.), пасты, суспензии, жидкости.

Самые достоверные результаты можно получить с помощью гелиевого пикнометра. Прибор работает без участия человека, время анализа исследуемого вещества составляет 2-3 минуты.

Принципы работы разных видов пикнометров

Для определения плотности любого вещества его массу надо разделить на объем. С помощью мерной колбы (пикнометра) можно точно измерить эти показатели. Для определения объема абсолютно чистый и сухой сосуд заполняют исследуемым веществом до определенной метки. Массу вещества рассчитывают как разницу между массой пустой колбы и колбы, заполненной этим же веществом.

Плотность твердого вещества рассчитывается немного по-другому. Пикнометр заполняют жидкостью, в которой исследуемый образец не должен растворяться. При определении показателя плотности следует учитывать массу:

образца;
прибора с жидкостью;
прибора вместе с жидкостью и исследуемым образцом.

Обычный пикнометр

Принцип его работы заключается в следующем. Пустой прибор взвешивают, затем его надо подогреть до такой температуры, при которой будет происходить измерение плотности исследуемого вещества. Одновременно с ним подогревают чистую воду. Когда все будет готово – в сосуд наливают воду, следя за постоянством температуры, и взвешивают его.

Затем воду выливают и высушивают прибор в специальной печи. Исследуемую жидкость наливают в прибор до метки, ее температура должна совпадать с температурой воды.

Пикнометр Менделеева

Применяется по такому же принципу, что и обычный пикнометр. Но при этом можно обойтись без операции термостатирования. Пришлифованный к колбе термометр позволяет непрерывно контролировать температуру вещества. Отверстие капилляра закрывается колпачком.

Пикнометр Оствальда

Прибор очень удобно использовать для определения плотности жидкости. Во время проведения исследований правую часть изогнутой трубки необходимо присоединить к водоструйному насосу, а левую часть – погрузить в жидкость. Образующиеся внутри колбы пузырьки воздуха легко удаляются при нагревании или взбалтывании. В остальном принцип его использования не отличается от обычного пикнометра.

Газовый пикнометр

Стеклянный сосуд, наполненный газом, взвешивают на аналитических весах. Предварительно следует измерить температуру и атмосферное давление. Затем пикнометр надо присоединить к вакуум-насосу, открыть один кран и через него полностью откачать газ.

После этого кран закрывают, а прибор взвешивают. Массу газа определяют как разность массы сосуда с газом и без него. Плотность газа в текущих условиях определяют путем деления разницы масс пикнометра с воздухом и без него на объем стеклянного сосуда (его необходимо определить заранее).

Гелиевый пикнометр

Работает по принципу вытеснения газа. Исследуемый образец надо поместить в наполненную гелием калиброванную камеру. Молекулы газа будут проникать в мельчайшие поры материала, и в результате будет вытеснен объем газа, который равен объему твердой фазы. На дисплее прибора следует предварительно ввести вес исследуемого образца, и на основании этого пикнометр автоматически вычислит плотность.

Как принцип работы пикнометра связан с состоянием вещества, которое нужно измерить

Пикнометр для определения плотности твердых веществ, имеет широкую горловину и герметично закрывается пробкой.
Пикнометр для работы с газами оснащается кранами, через которые можно откачивать исследуемое вещество.
Сосуды, которые будут использоваться для работы с летучими жидкостями, оснащаются капиллярами-носиками.
Приборы, предназначенные для определения плотности жидкостей, изготавливаются из термостойкого стекла. На горловине имеется специальная метка, также пикнометр может быть оснащен термометром.

Что обязательно нужно учитывать при замере

Температуру исследуемого вещества, так как она способна оказать большое влияние на изменение его плотности.
Правильность взвешивания. Образцы небольшой массы необходимо взвешивать на высокоточных весах, только благодаря этому удастся получить достоверные результаты.
Наличие пузырьков воздуха, которые образуются на поверхности исследуемого образца или стеклянного сосуда. Даже самые небольшие пузырьки увеличивают выталкивающую силу, искажая тем самым расчеты.

Как правильно пользоваться пикнометром

В лабораторных условиях для определения плотности материалов хорошо зарекомендовал себя гелиевый пикнометр. Как работает пикнометр и что понадобится для проведения исследований? Последовательность действий при работе с прибором приведена далее:

Понадобится такое оборудование: электронные весы с точностью 0,001 г, сушильный шкаф, тонкий шпатель.
Сначала надо правильно выставить давление на регуляторе газа пикнометра. На входе в прибор оно должно составлять 20 пси, на выходе – 2 пси.
Затем надо подготовить исследуемый образец. Твердое вещество следует высушить в сушильном шкафу в течение 2 часов при температуре 110 °С, а затем охладить в эксикаторе до комнатной температуры.
Высушенный образец надо взвесить и поместить в гелиевый пикнометр. Все действия следует выполнять очень быстро, чтобы образец не успел набраться влаги. Камеру для образцов следует все время держать закрытой.
Теперь надо задать на приборе соответствующую программу. Для этого необходимо выбрать пункт меню Unit – Start analysis, затем выбрать файл из списка или создать новый.
В окне Mass следует ввести значение массы образца.
Нажать кнопку Start. Через 2-3 минуты система выведет результат на экран.

Гелиевый пикнометр AccuPyc 1340 имеет массу преимуществ перед стеклянными пикнометрами. Благодаря ему значительно снижается трудоемкость процесса, а полученные результаты будут максимально точными. Прибор подходит для измерения плотности самых разнообразных материалов. Ознакомиться с техническими характеристиками гелиевого пикнометра и заказать его можно здесь http://chimbiolab.ru/laboratornoe-oborudovanie/analiticheskoe-oborudovanie/accupic-1340.htm. Заказанный прибор будет доставлен в любой регион РФ.