CN108333077A - 一种测量液体密度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量液体密度的方法，其包括以下步骤：1)准备好鉴定合格的天平、经校准的加样枪、装样小瓶以及待测液体，该装样小瓶包括瓶体、瓶盖和加样枪枪头；2)利用天平称出装样小瓶的质量，质量记为m1；3)拧开装样小瓶上的瓶盖，拿出加样枪枪头，利用加样枪从存放待测液体的容器内吸出待测液体，再将加样枪内的待测液体通过加样枪枪头装入瓶体内，记加入装样小瓶内的待测液体体积为v，称重加液后的装样小瓶质量为m2；4)重复步骤2)和步骤3)数次，并且记录每组测量数据；5)计算每组测量数据对应的待测液体密度；6)对多组待测液体密度值进行统计学处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种密度测量方法，特别涉及一种测量液体密度的方法。
背景技术
密度是物质的重要特性之一，不同物质的密度不同，借此能够初步判定物质的类别。测量固体、气体或液体密度的方法不同。测量固体密度的方法包括测量法(质量和体积)和基于阿基米德原理的浮力法等；测量气体密度的方法主要包括直接称重法(抽干已知体积瓶子的空气，注入适当量气体，再称出气体质量的方法)和排水法等。测量液体密度的方法包括称重法(采用天平、量筒或容量瓶等)，密度计法和基于阿基米德原理的方法。
液体密度测量最常用容量瓶称重法，其步骤为(1)容量瓶体积的校正：控制室温为20℃～22℃，湿度20％～50％。根据JJG 196-1990中华人民共和国国家计量检定规程校准容量瓶。将1只待校准的10ml清洁、干燥的容量瓶恒重，称重(M1)；测量去离子水的温度(将去离子水置实验室1小时以上，实验室室温即为水的温度)将去离子水注入容量瓶标线处，液面凹陷底部与容量瓶刻线相平齐，称重(M2)；根据去离子水的温度，查出该温度下水的密度(ρ水)，计算该温度下该容量瓶实际体积为(M2-M1)/ρ水。重复上述步骤20次，计算该容量瓶实际体积均值(V)与相对标准不确定度。得到容量瓶实际体积。(2)溶液样品的密度的计算：将经过体积校正的10ml容量瓶称重为M1；将液体样品小心转移至容量瓶，液面凹陷底部与容量瓶刻线相平齐，称重为M2。液体样品密度(ρ血清溶液样品)为：(M2-M1)/V。重复上述步骤20次，计算ρ液体样品的均值与标准差。测量液体样品的密度的总不确定度是由如下不确定度构成的合成不确定度：容量瓶体积的相对不确定度、重复操作引起的不确定度、称量引起的不确定度。
以上测量液体密度测量所需的液体量大(至少10ml)，对于样本量少的科研试验显然不适用。另外，对容量瓶的要求较高，需要专门机构的检定和校准。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量液体密度的方法，该方法对于测量用具的要求低且适用于小量液体密度测量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种测量液体密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备好鉴定合格的天平、经校准的加样枪、装样小瓶以及待测液体；
该装样小瓶包括瓶体、瓶盖和加样枪枪头，瓶体为一顶部敞口的空心圆柱体；加样枪枪头呈空心圆锥状结构，其锥尖朝下伸入所述瓶体内腔，锥底卡在瓶体的瓶口处，使加样枪枪头悬挂在瓶体内，加样枪枪头与加样枪配套使用，用于向瓶体内加样；瓶盖盖合在瓶体的瓶口上方；
2)利用天平称出装样小瓶和加样枪头的质量，质量记为m1；
3)拧开装样小瓶上的瓶盖，配戴无菌手套拿出加样枪枪头，利用加样枪从存放待测液体的容器内吸出待测液体，再将加样枪内的待测液体通过加样枪枪头装入瓶体内，记加入装样小瓶内的待测液体体积为v，称重加液后的装样小瓶质量为m2；
4)重复步骤2)和步骤3)数次，并且记录每组测量数据；
5)利用下式的液体密度计算公式计算每组测量数据对应的待测液体密度：
ρ＝(m2-m1)/v
式中，ρ为待测液体密度；
6)对多组待测液体密度值进行统计学处理，具体处理过程如下：
①对步骤5)得到的多组待测液体密度值求平均值，记为M，求标准差，记为SD；
②剔除平均值加减3倍标准差以外的离群值，计算待测液体密度的平均值M。
在上述步骤3)中，加样枪吸出的待测液体体积为10～1000μl。
在上述步骤3)中，加样枪从存放待测液体的容器内吸出待测液体后擦去加样枪外壁上附着的液体。
在上述步骤4)中，重复步骤2)和步骤3)的次数为20次以上。
为验证测量所得的待测液体密度值的准确性，计算上述步骤6)中待测液体密度的平均值M和靶值T的偏差，记为D，偏差D越小，说明测得的待测液体密度值越准确；其中，靶值T根据液体说明书可知或为公认的数值。
重复进行上述步骤6)的统计学处理，直至待测液体密度的平均值与靶值的偏差D落在1％以内。
上述步骤1)中，当待测液体体积低于50μl，天平采用精度万分之一或十万分之一的天平，加样枪采用量程为10μl或20μl的加样枪。
本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明采用专用装样小瓶测量并最终存放待测液体，不需使用专门机构检定和校准的容器，降低密度测量方法对测量工具的要求；该密度测量方法每次先称取装样小瓶的净重，通过加样枪向装样小瓶内加液后再称重，反复多次形成同一体积下多组称量数据值，由于每次对装样小瓶整体称重，能够降低称得质量的误差，利用液体密度计算公式计算多组待测液体密度值，对多组密度值进行数据处理，降低多组待测液体的密度偏差值，提高液体密度测量的准确性。
附图说明
图1是本发明装样小瓶的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明提供了一种测量液体密度的方法，其包括以下步骤：
1)准备好鉴定合格的天平、经校准的加样枪、装样小瓶以及待测液体；
如图1所示，该装样小瓶包括瓶体1、瓶盖2和加样枪枪头3，瓶体1为一顶部敞口的空心圆柱体；加样枪枪头3呈空心圆锥状结构，其锥尖朝下伸入瓶体1内腔，锥底卡在瓶体1的瓶口处，以使加样枪枪头3悬挂在瓶体1内，该加样枪枪头3可与加样枪配套使用，用于向瓶体1内加样；瓶盖2盖合在瓶体1的瓶口上方，保证装样小瓶的密封性，提高称重的准确性；
2)利用天平称出装样小瓶的质量，质量记为m1；
3)工作人员戴上无菌橡胶手套将装样小瓶上的瓶盖2拧开，拿出加样枪枪头3，利用加样枪从存放待测液体的容器内准确吸出10～1000μl的待测液体，擦去加样枪外壁上附着的液体，再将加样枪内的待测液体通过加样枪枪头3装入瓶体1内，记加入装样小瓶内的待测液体体积为v，称重加液后的装样小瓶质量为m2，由于加样后的加样枪枪头3的内壁上附着有少量待测液体，故需将加样枪枪头3重新悬挂至瓶体1内进行整个装样小瓶的称重，提高称得加液后装样小瓶质量的准确性，进而保证测得液体质量的准确性；
4)重复步骤2)和步骤3)20次以上，并且记录每组测量数据；
5)利用下式的液体密度计算公式计算每组测量数据对应的待测液体密度：
ρ＝(m2-m1)/v
式中，ρ为待测液体密度；
6)对多组待测液体密度值进行统计学处理，具体处理过程如下：
①对步骤5)得到的多组待测液体密度值求平均值，记为M，求标准差，记为SD；
②剔除平均值加减3倍标准差以外的离群值，计算待测液体密度的平均值M。
进一步地，为验证测量所得的待测液体密度值是否准确，可计算待测液体密度的平均值M和靶值T的偏差，记为D，偏差D越小，说明测得的待测液体密度值越准确；
其中，靶值T根据液体说明书可知或为公认的数值。
进一步地，可重复进行步骤6)的统计学处理，直至待测液体密度的平均值M与靶值T的偏差D落在1％以内，尽可能的降低误差，提高测得液体密度值的准确性。
进一步地，当针对体积在50μl以下的少量样本进行密度测量时，需要精度高的天平，可采用精度为万分之一或十万分之一的天平，采用小量程的加样枪，其量程为10μl或20μl。
采用上述方法分别对室温下的超纯水、无水乙醇、甲基磺酸以及人血清基质国际标准物质NIST SRM 956d的密度进行测量，其中，超纯水、无水乙醇和甲基磺酸分别称取的量为1.0ml，0.5ml，0.1ml；人血清基质国际标准物质NIST SRM 956d分别称取0.2ml和0.01ml，实验结果如下表1～6所示：
表1.室温(23℃)下超纯水的密度计算(体积v＝1ml)
由表1可知，测得室温(23℃)下1ml超纯水的密度的偏差为0.91﹪，
表2.室温(23℃)下无水乙醇的密度计算(体积v＝0.5ml)
表2中，室温(23℃)下0.5ml无水乙醇的密度的偏差为-0.4﹪，
表3.室温(23℃)下甲基磺酸的密度计算(体积v＝0.1ml)
表3中，室温(23℃)下0.1ml甲基磺酸的密度的偏差为0.78﹪，
表4.室温(23℃)下国际标准物质956d的密度计算(体积v＝0.2ml)
表5.室温(23℃)下国际标准物质956d密度计算(剔离群值，体积v＝0.2ml)
对比表4和表5，表4中室温(23℃)下0.2ml国际标准物质956d的密度的偏差为0.64﹪，有两组密度值属于离群值；表5中，将两组离群值剔除后，室温(23℃)下0.2ml国际标准物质956d的密度的偏差降低至0.21﹪，
表6.室温(23℃)下国际标准物质956d的密度计算(体积v＝0.01ml)
表6中，室温(23℃)下0.01ml国际标准物质956d的密度的偏差为0.06﹪。
通过表1～表6实验数据对比可知，采用本发明的方法测量液体密度，能够较为准确测量液体密度，降低数据偏差，同时，实验测量用具的要求低且适用于小量液体密度测量。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种测量液体密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备好鉴定合格的天平、经校准的加样枪、装样小瓶以及待测液体；
该装样小瓶包括瓶体、瓶盖和加样枪枪头，瓶体为一顶部敞口的空心圆柱体；加样枪枪头呈空心圆锥状结构，其锥尖朝下伸入所述瓶体内腔，锥底卡在瓶体的瓶口处，使加样枪枪头悬挂在瓶体内，加样枪枪头与加样枪配套使用，用于向瓶体内加样；瓶盖盖合在瓶体的瓶口上方；
2)利用天平称出装样小瓶和加样枪头的质量，质量记为m1；
3)拧开装样小瓶上的瓶盖，配戴无菌手套拿出加样枪枪头，利用加样枪从存放待测液体的容器内吸出待测液体，再将加样枪内的待测液体通过加样枪枪头装入瓶体内，记加入装样小瓶内的待测液体体积为v，称重加液后的装样小瓶质量为m2；
4)重复步骤2)和步骤3)数次，并且记录每组测量数据；
5)利用下式的液体密度计算公式计算每组测量数据对应的待测液体密度：
ρ＝(m2-m1)/v
式中，ρ为待测液体密度；
6)对多组待测液体密度值进行统计学处理，具体处理过程如下：
①对步骤5)得到的多组待测液体密度值求平均值，记为M，求标准差，记为SD；
②剔除平均值加减3倍标准差以外的离群值，计算待测液体密度的平均值M。
2.如权利要求1所述的一种测量液体密度的方法，其特征在于：在上述步骤3)中，加样枪吸出的待测液体体积为10～1000μl。
3.如权利要求1所述的一种测量液体密度的方法，其特征在于：在上述步骤3)中，加样枪从存放待测液体的容器内吸出待测液体后擦去加样枪外壁上附着的液体。
4.如权利要求1所述的一种测量液体密度的方法，其特征在于：在上述步骤4)中，重复步骤2)和步骤3)的次数为20次以上。
5.如权利要求1所述的一种测量液体密度的方法，其特征在于：为验证测量所得的待测液体密度值的准确性，计算上述步骤6)中待测液体密度的平均值M和靶值T的偏差，记为D，偏差D越小，说明测得的待测液体密度值越准确；其中，靶值T根据液体说明书可知或为公认的数值。
6.如权利要求5所述的一种测量液体密度的方法，其特征在于：重复进行上述步骤6)的统计学处理，直至待测液体密度的平均值与靶值的偏差D落在1％以内。
7.如权利要求1所述的一种测量液体密度的方法，其特征在于：上述步骤1)中，当待测液体体积低于50μl，天平采用精度万分之一或十万分之一的天平，加样枪采用量程为10μl或20μl的加样枪。
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