NHỮNG ĐIỀU CẦN BIẾT VỀ TỶ TRỌNG KẾ – Khi nhắc đến những dụng cụ phổ biến trong các phòng thí nghiệm, thì không thể không nhắc tới dụng cụ rất phổ biến, đó là tỷ trọng kế.
Tỷ trọng kế là gì?
Tỷ trọng kế là một dụng cụ đo lường để xác định khối lượng riêng của một chất lỏng. Nó thường được làm bằng thủy tinh có hình trụ và một đầu có quả bóng chứa thủy ngân hay kim loại nặng để giữ nó nằm thẳng đứng. Người ta sẽ sử dụng tỷ trọng kế để đo tỷ trọng dung dịch điện phân.
Tỷ trọng kế (còn được gọi là thủy lực) được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm với những ứng dụng quan trọng, chúng được hiệu chuẩn và chia độ với một hoặc nhiều thang đo giống trọng lượng riêng.
Nguồn gốc
Vào cuối thế kỉ IV đầu thế kỉ V, Hypatia là một nhà triết học người Hy Lạp đã sáng chế ra chiếc tỷ trọng kế (hay còn được gọi là thủy lực) đầu tiên.
Nó dạng hình ống trụ, gần giống một cây sáo và kích thước cũng tương tự như vậy. Nó được thiết kế có thêm các rãnh ở đường vuông góc dọc thân ống, nhờ đó chúng ta có thể dễ dàng kiểm tra trọng lượng của nước. Một nắp có hình nón được gắn chặt với ống. Khi người thực hiện đặt ống vào trong nước, ống sẽ chìm ngay xuống một khoảng. Số rãnh đã chìm trong nước chính là trọng lượng của nước.
Thang đo
Được phân ra thành 5 loại:
• API trọng lực: Thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp dầu khí.
• Thang đo Baume: Được dùng trong công nghiệp hóa chất và y dược.
• Cân Brix: Hầu hết được sử dụng trong nước ép trái cây, sản xuất rượu vang và trong công nghiệp đường.
• Quy mô Plato: Được dùng để sản xuất bia.
• Thang đo Twaddell: Sử dụng trong các ngành công nghiệp tẩy, nhuộm.
Cấu tạo cơ bản
Tỷ trọng kế gồm có một ống thủy tinh rỗng kín, phần đáy hơi phình ra, phần trong có chứa chì hoặc thủy ngân để được sự ổn định và làm cho nó chìm trong chất lỏng.
Một số loại tỷ trọng kế phổ biến hiện nay
Có rất nhiều loại với nhiều mẫu mã, kích thước đa dạng. Trong đó có một số loại được phổ biến rộng rãi hiện nay điển hình như:
– Máy đo độ cồn
Máy đo độ cồn cho biết độ cồn của chất lỏng mà về cơ bản là hỗn hợp của rượu và nước. Nó còn được gọi là tỷ trọng kế bằng chứng và Tralles. Nó đo mật độ của chất lỏng. Một số giả định được đưa ra để ước tính lượng cồn có trong chất lỏng. Máy đo độ cồn có thang đo được đánh dấu bằng phần trăm thể tích của “cồn tiềm năng”; dựa trên trọng lượng riêng được tính toán trước. Chỉ số “cồn tiềm năng” cao hơn trên thang này là do trọng lượng riêng lớn hơn, được giả định là do đường hòa tan hoặc vật liệu gốc carbohydrate. Số đọc được thực hiện trước và sau khi lên men và nồng độ cồn gần đúng được xác định bằng cách trừ số đọc sau lên men cho số đọc trước khi lên men.
– Máy đo sữa
Máy đo đường sữa được sử dụng để kiểm tra độ tinh khiết của sữa bò. Trọng lượng riêng của sữa không đưa ra dấu hiệu kết luận về thành phần của nó vì sữa chứa nhiều chất nặng hơn hoặc nhẹ hơn nước. Các xét nghiệm bổ sung về hàm lượng chất béo là cần thiết để xác định thành phần tổng thể. Nhạc cụ được chia thành trăm phần. Sữa được đổ vào và để yên cho đến khi kem hình thành, khi đó độ sâu của cặn kem tính theo độ sẽ quyết định chất lượng của sữa. Nếu mẫu sữa nguyên chất, thì máy đo đường sữa nổi; nếu nó bị pha tạp chất hoặc không tinh khiết, máy đo đường sữa sẽ chìm.
– Saccharometer (đừng nhầm lẫn với máy đo đường hóa)
Thiết bị đo đường là một tỷ trọng kế được sử dụng để xác định lượng đường trong dung dịch, được phát minh bởi Thomas Thomson.[11] Nó được sử dụng chủ yếu bởi thợ nấu rượu và người nấu bia,[12] và nó cũng có thể được sử dụng để làm sorbets và kem. Máy đo độ đường đầu tiên của nhà sản xuất bia được chế tạo bởi Benjamin Martin (có lưu ý đến việc chưng cất) và ban đầu được James Baverstock Sr sử dụng để sản xuất bia vào năm 1770. Henry Thrale đã sử dụng nó và sau đó nó được phổ biến bởi John Richardson vào năm 1784.
Nó bao gồm một bầu thủy tinh có trọng lượng lớn với một thân mỏng nhô lên từ phía trên với các dấu hiệu đã được hiệu chuẩn. Mức đường có thể được xác định bằng cách đọc giá trị mà bề mặt của chất lỏng vượt qua thang đo. Hàm lượng đường càng cao thì dung dịch càng đặc và do đó, bóng đèn sẽ nổi càng cao.
– Nhiệt kế
Nhiệt kế là một tỷ trọng kế có nhiệt kế kèm theo phần phao. Để đo tỷ trọng của các sản phẩm dầu mỏ, chẳng hạn như dầu nhiên liệu; mẫu thử thường được làm nóng trong một áo khoác nhiệt độ với nhiệt kế đặt phía sau vì tỷ trọng phụ thuộc vào nhiệt độ. Dầu nhẹ được đặt trong các vỏ làm mát, thường ở 15 ° C. Các loại dầu rất nhẹ có nhiều thành phần dễ bay hơi được đo trong một bình chứa có thể tích thay đổi bằng cách sử dụng một ống nổi pít tông thiết bị lấy mẫu để giảm thiểu tổn thất cuối ánh sáng.
– Tỷ trọng kế pin
Trạng thái phụ trách của một axit chì pin có thể được ước tính từ tỷ trọng của dung dịch axit sunfuric được sử dụng như chất điện giải. Tỷ trọng kế được hiệu chuẩn để đọc trọng lượng riêng so với nước ở 60 ° F (16 ° C) là một công cụ tiêu chuẩn để bảo dưỡng ắc quy ô tô. Bảng được sử dụng để hiệu chỉnh số đọc về nhiệt độ tiêu chuẩn. Nó cũng được sử dụng để bảo dưỡng pin niken-cadmium tế bào ướt để đảm bảo chất điện phân có cường độ thích hợp cho ứng dụng; đối với hóa học pin này, trọng lượng riêng của chất điện phân không liên quan đến trạng thái tích điện của pin.
– Tỷ trọng kế dùng pin có nhiệt kế (nhiệt kế)
Đo trọng lượng riêng đã bù nhiệt độ và nhiệt độ chất điện phân.
– Máy kiểm tra chất chống đông
Một ứng dụng ô tô khác của tỷ trọng kế là kiểm tra chất lượng của chất chống đông dung dịch dùng để làm mát động cơ. Mức độ bảo vệ chống đông có thể liên quan đến mật độ (và nồng độ) của chất chống đông; các loại chất chống đông khác nhau có quan hệ khác nhau giữa tỷ trọng đo được và điểm đóng băng.
– Máy đo axit
Máy đo axit (đôi khi được đánh vần là axit kế) là một tỷ trọng kế được sử dụng để đo trọng lượng riêng của một axit.
– Barkometer
Một máy đo vỏ được hiệu chuẩn để kiểm tra độ bền của rượu thuộc da được sử dụng trong thuộc da da.
– Máy đo độ mặn
Salinometer là một tỷ trọng kế dùng để đo hàm lượng muối trong nước cấp vào nồi hơi hàng hải.
– Máy đo nước tiểu
A máy đo nước tiểu là một tỷ trọng kế y tế được thiết kế cho phân tích nước tiểu. Vì trọng lượng riêng nước tiểu được quy định bởi tỷ lệ chất hòa tan (chất thải) so với nước. Máy đo nước tiểu có thể nhanh chóng đánh giá mức độ hydrat hóa tổng thể của bệnh nhân.
Nguyên tắc hoạt động cơ bản
Tỷ trọng kế hoạt động dựa vào nguyên lý lực đẩy Acsimet.
• Một vật rắn khi ở trong chất lỏng sẽ nổi được nhờ vào một lực đẩy bằng với phần chất lỏng bị chiếm chỗ bởi phần chìm của vật rắn.
• Lực đẩy này có cùng phương và ngược hướng so với trọng lực.
• Nếu mật độ chất lỏng càng thấp thì tỷ trọng kế của trọng lượng được cho trước càng giảm. Nếu mật độ chất lỏng càng cao thì tỷ trọng kế của trọng lượng cho trước sẽ càng tăng. Vật sẽ nổi được khi trọng lượng riêng của nó bé hơn trọng lượng riêng của nước.
• Khi ở trong xăng, dầu hỏa, rượu, tỷ trọng kế sẽ chìm sâu hơn. Và khi ở trong nước muối, sữa, axit, tỷ trọng kế sẽ nổi nhiều hơn.
Hướng dẫn sử dụng
• Cho chất lỏng từ từ vào thùng chứa cao, tốt nhất là nên chọn bình chia độ. Phải đặt bình này trên một mặt phẳng nhẵn, không cho rung chuyển.
• Để tỷ trọng kế một cách nhẹ nhàng vào bên trong chất lỏng. Đến khi nào tỷ trọng đã giữ thăng bằng, ngừng xê dịch bên trong chất lỏng đó
• Vị trí mà bề mặt chất lỏng tiếp xúc với thân của tỷ trọng kế sẽ tương quan đến mật độ tương đối hay chính là kết quả cần đo. Tùy vào tính tương quan với mật độ của chất lỏng mà nó sẽ đạt bất kì giá trị nào.
Ứng dụng
Thường được sử dụng khá rộng rãi trong ngành sản xuất những chất lỏng thương mại. Chẳng hạn như: nước ngọt, rượu van, cồn,…với công dụng giúp đo nồng độ cồn.
Là dụng cụ quan trọng không thể thiếu trong phòng thí nghiệm. Giúp người thực hiện xác định dễ dàng, nhanh chóng, chính xác khối lượng của chất lỏng cần đo.
Giúp đo lường độ tinh khiết của sữa bò. Nếu sữa càng nguyên chất, đảm bảo chất lượng thì tỷ trọng kế sẽ càng nổi lên.
Dùng để đo Axit Sunfuric, dầu mỏ.
Lưu ý khi bảo quản và sử dụng
• Cần phải bảo quản ở những nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp.
• Các bình chứa chất lỏng cần đo phải bảo đảm đủ chiều cao. Khi đo phải giữ chúng cố định, không để xê dịch.
• Khi cho chất lỏng và tỷ trọng kế vào bình cần phải thật nhẹ nhàng và cẩn thận. Chờ cho đến khi tỷ trọng kế trong bình không còn chuyển động nữa mới đọc kết quả.
Những loại tỷ trọng kế được sử dụng nhiều nhất hiện nay
• Tỷ trọng kế đo độ mặn
Được sử dụng nhiều nhất hiện nay bởi nó có tác dụng đa dạng. Chuyên dùng để đo khối lượng nước ở các hồ cá, tôm hoặc nước tưới cây,…
Dụng cụ này có thang đo độ mặn: 0 – 40 ppt (phần ngàn). Thêm một điều đặc biệt, loại tỷ trọng này có giá thành rẻ, không quá 100.000đ, lại dễ dàng sử dụng, vận hành.
• Tỷ trọng kế trong ô tô
Giúp kiểm tra chất lượng của chất chống đông được dùng để làm mát động cơ trong xe. Cấu tạo của thiết bị đơn giản, dễ dàng sử dụng.
Tỷ trọng kế này được thợ kỹ thuật chuyên nghiệp ô tô lựa chọn và tin dùng. Nó giúp xác định nồng độ chất nhanh, dễ dàng và chính xác. Nhờ nó mà người dùng tiết kiệm được rất nhiều thời gian thay vì phải “cân đo đong đếm”.