Измерение плотности чистящих и дезинфицирующих средств

Измерение плотности чистящих и дезинфицирующих средств

Актуально для: Производителей и пользователей чистящих и дезинфицирующих средств

Состав жидких чистящих и дезинфицирующих средств можно контролировать в процессе производства и в конечном продукте путем определения плотности, учитывая, что исследуемая жидкость представляет собой бинарную смесь. Если жидкость содержит лишь очень небольшое количество добавок, ее все равно можно считать бинарной смесью с достаточной точностью.

Одни производители продают эти чистящие и дезинфицирующие средства по объему, другие - по весу. Это делает правильное преобразование веса в объем важным шагом, который будет подробно рассмотрен в данном отчете о применении.

1 Роль чистящих и дезинфицирующих средств

Безопасность потребителей требует очистки и дезинфекции во многих областях применения, подверженных загрязнению, таких как производственное оборудование, полы, инструменты, руки и многое другое.

Жидкие чистящие средства бывают разных составов, среди них есть средства на водной и спиртовой основе.

Средства на водной основе содержат кислоты, щелочи, альдегиды, гипохлорит натрия (NaOCl), перекись водорода (H₂O₂) или другие пер-соединения. Они часто поставляются в концентрированном виде и перед использованием должны быть разбавлены до концентрации от 1% до 10%.

Продукты на основе спирта состоят из смеси спирта с водой в различных концентрациях или смесей спиртов, в основном н-пропилового спирта (пропан-1-ол или 1-пропанол), изопропилового спирта (ИПС; пропан-2-ол или 2-пропанол) и этанола. Некоторые из этих продуктов также содержат активный ингредиент, например, четвертичное аммониевое соединение в концентрации менее 1%.

Для производства и контроля качества этих растворов наиболее подходящим является определение плотности как интегрального параметра.

2 Немного теории

Для определения плотности с помощью плотномера DMA, образец вводится в U-образную трубку из боросиликатного стекла внутри плотномера. U-образная трубка приводится в колебательное состояние с помощью электроники, при этом частота колебаний соответствует плотности образца. Поскольку плотность зависит от температуры, необходимо точно определить температуру образца.

3 Преимущества измерения плотности

Для мониторинга этих растворов измерение плотности является надежным методом для:

• быстрой проверки концентрации сырья для характеризации или идентификации (например, правильная ли концентрация, является ли поставляемое чистое вещество 1-пропанолом или 2-пропанолом?),
• быстрой проверки концентрации бинарных и квазибинарных растворов,
• контроля конечной плотности для сертификации, также используется для пересчета веса в объем при продаже продукции по объему и для контроля объема фасовки в соответствии с местным налоговым законодательством,
• быстрой проверки, чтобы убедиться, что концентрат был растворен правильно и полностью, и
• определения концентрации конечного продукта или готового к применению разбавленного продукта перед использованием.

4 Безопасность превыше всего

Многие чистящие и дезинфицирующие средства являются легковоспламеняющимися, опасными веществами или обладают другими свойствами, влияющими на здоровье оператора, окружающую среду и любое задействованное оборудование. Паспорта безопасности материалов (MSDS) должны быть под рукой, рекомендации и инструкции, приведенные в MSDS, должны соблюдаться.

5 Доступные параметры для определения концентрации

5.1 Как плотность переводится в концентрацию?

Плотномеры Anton Paar могут автоматически преобразовывать результат измерения плотности (например, в г/см³) в требуемое значение концентрации (например, % масс./масс.). Широко используемые параметры, такие как этанол в воде,интегрированы по умолчанию и могут быть легко выбраны в качестве результата измерения. Кроме того, в приборы могут быть добавлены пользовательские функции, также называемые функциями пользователя, для обеспечения возможности преобразования других параметров, например, концентрация уксусной кислоты в воде. Чтобы узнать, существует ли уже требуемая пользовательская функция и как ее получить, обратитесь за поддержкой к местному представителю Anton Paar. Файлы существующих пользовательских функций можно бесплатно загрузить для импорта в соответствующий прибор.

5.2 Пример: Доступные параметры для DMA 35

Таблица 1 содержит выдержку из существующих пользовательских функций для DMA 35 для выражения результата измерения плотности в процентах массы (%мас/мас) Существуют многочисленные пользовательские функции для других плотномеров Anton Paar, они доступны по запросу. Поскольку количество пользовательских функций постоянно увеличивается, в зависимости от потребностей и запросов клиентов, обратите внимание, что список пользовательских функций может быть изменен.

Таблица 1. Доступные параметры измерения и пользовательские функции (выдержка) для водных моющих растворов и дезинфицирующих средств для DMA 35 для преобразования плотности в концентрацию (%мас/мас)

*) Пользовательская функция, предоставляется по запросу

5.3 Как действовать, чтобы получить новую пользовательскую функцию?

Несмотря на существание множества пользовательских функций для различных инструментов, среди них может не оказаться нужной Вам функции. В этом случае, пожалуйста, свяжитесь с местным представителем Anton Paar, чтобы узнать, возможно ли создать соответствующую функцию.

Если это так, то для следующего шага понадобятся данные. Например, для пользовательской функции DMA 35 необходимо записать плотность и температуру референсного раствора, указать концентрацию и характер образца, желаемую референсную температуру и требуемый диапазон концентраций.

Иногда эту информацию можно получить из литературы. Если такая информация отсутствует, необходимо записать данные о плотности референсных жидкостей бинарных смесей различной концентрации.

Чем больше данных, тем точнее будет созданная пользовательская функция.

Точки данных, сведенные в таблицу пользователя, могут быть переданы местным представителем Anton Paar в отдел поддержки клиентов LDC/PI, где они преобразуются в полином, который может быть легко установлен в соответствующий прибор.

Плата за создание пользовательской функции зависит от типа прибора.

6 Как выполнить пересчёт веса в объем

6.1 Плотность и температура

Реальная плотность жидкостей и газов сильно зависит от температуры. Как следствие, точные измерения плотности либо должны проводиться с термостатированием, либо необходимо точное измерение температуры.

6.2 Истинная и кажущаяся плотность

Истинная плотность ρ в кг/м³ или г/см³ жидкости определяется как ее масса m, деленная на ее объем V.

ρ = m / V

Масса m соответствует весу в вакууме и не зависит от таких внешних условий, как плавучесть в воздухе или гравитация.

Кажущаяся плотность ρ_каж образца определяется как вес образца на воздухе, разделенный на его объём V.

ρ_каж = W / V

Значения истинной и кажущейся плотности различаются, даже если их единицы измерения одинаковы. Истинная плотность воздуха при 20 °C, измеренная плотномером, составляет 0,0012 г/см³, тогда как кажущаяся плотность воздуха при 20 °C равна 0,0000 г/см³ - воздух на весах ничего не весит!

Метод осциллирующей U-образной трубки в плотномерах Anton Paar позволяет определять истинную плотность жидкостей и газов. Если требуется определить объем наполнения на основе заданного веса, то для выполнения преобразования необходима кажущаяся плотность.

6.3 Преобразование истинной плотности в кажущуюся плотность

Кажущаяся плотность ρ_каж определяется как

ρ_каж = (ρ_{истин., образец} - ρ_воздух) / (1 - ρ_воздух / ρ_{сталь или латунь})

где ρ_каж = кажущаяся плотность образца;
ρ_сталь = 8,0 г/см³; _латунь = 8,4 г/см³;
ρ_воздух = истинная плотность воздуха (≈ 0,0012 г/см³);
ρ_{истин., образец} = истинная плотность образца.

Программное обеспечение DMA 501 (рис. 2) и DMA 1001, а также программное обеспечение DMA 4101 / 4501 / 5001 (рис. 3) позволяет отображать значение кажущейся плотности непосредственно при выборе измерительных величин "App. Плотность латуни (или стали)" в одном из полей.

Для DMA 35 расчет кажущейся плотности проводится в два этапа:

Шаг 1:

Выберите параметр измерения "Плотность@" и введите желаемую температуру отсчета и соответствующий температурный коэффициент.

Чтобы определить температурный коэффициент, измерьте истинные значения плотности ρ₁ и ρ₂ при двух различных температурах T₁ и T₂ и разделите разность плотностей на разность температур.

Температурный коэффициент = | (ρ₁ - ρ₂) / (T₁ - T₂) |

Результат - это температурный коэффициент. Он всегда имеет положительный знак.

Введите смещение (плотность воздуха) для компенсации плавучести.

6.4 Как определить объем заполнения?

Объем заполнения V взвешенного образца может быть рассчитан на основе кажущейся плотности образца.

V = W / ρ_каж

Объем заполнения может быть показан непосредственно на дисплее DMA.

7 Рекомендуемые приборы

Подходящие приборы включают портативный плотномер DMA 35 (Рисунок 1) с тремя десятичными знаками и автоматической температурной компенсацией (если требуется).

Портативный плотномер DMA 35 также доступен в искробезопасном исполнении DMA 35 Ex и DMA 35 Ex Petrol для использования во взрывоопасных средах. DMA 35 Ex и DMA 35 Ex Petrol соответствуют требованиям ATEX (Ex II 2 G Ex iB IIB T4 Gb) и IECEx (Ex ib IIB T4 Gb).

Рисунок 1: портативный плотномер DMA 35

Также компактные лабораторные плотномеры DMA 501 (Рисунок 2) (точность измерения плотности: три знака после запятой, точность результата измерения температуры: один знак после запятой) и DMA 1001 (точность измерения плотности: четыре знака после запятой, точность результата измерения температуры: два знака после запятой) представляют собой отличные приборы, занимающие мало места на рабочем столе.

Рисунок 2: Плотномер DMA 501

Для очень точных измерений плотности существуют модели DMA 4101 / 4501 / 5001 (Рисунок 3), как отдельностоящие с устройством смены образцов или без него, так и в сочетании с дополнительными модулями, а также измеритель плотности и скорости звука DSA 5000 M. Последняя модель также пригодна для определения состава трёхкомпонентных растворов.

Рисунок 3: DMA 4101 / 4501 / 5001

Чтобы добавить новую пользовательскую функцию к плотномеру DMA 35, необходимо перенести необходимые коэффициенты для расчета в прибор, в то время как модели DMA 501 / 1001 / 4101 / 4501 / 5001 позволяют напрямую создавать и вводить в них пользовательские единицы измерения.

Важно:
в моделях DMA 501 / 1001 / 4101 / 4501 / 5001 идет речь о пользовательских единицах измерения (вместо пользовательских функций).

Процедуры отображения желаемого значения подробно описаны в соответствующем руководстве по DMA.