数字密度计与经典方法测定密度、浓度的比较
(海南出入境检验检疫局技术中心,海南海口)
概述
在进出口商品检验中,密度(比重)、浓度(酒精度、糖度)的数值与品质、重量密切相关,尤其在重量鉴定业务中,是通过密度换算重量,重量决定货值的。因此,准确测定密度、浓度值关系到国际贸易的公平交易。目前,我国和国际标准通用的测定方法有密度计法、比重瓶法、酒精计法等.密度计法简单快速,但精度差,一般密度计、酒精计准确到小数点后两位,特殊密度计最多到小数点后三位,而且还要查表换算温度系数;比重瓶法可以准确到小数点后第四位,但存在操作时间长、对环境温度要求苟刻等缺点,不便于准确、快速定值.笔者采用进口数字密度计测定了多种液体样品的密度、浓度值。该仪器由微电脑控制,经不同设定可一次测定,能显示并打印出不同温度下的密度值、比重值、酒精度及糖度值;方法快速简便,一次用样量仅1~2 mL,经与上述经典方法比较并用数理统计原理进行数据分析,证实仪器法与经典法之分析结果间无显著性差异。
1仪器与方法原理
1.1仪器与器皿
数字密度计;石油密度计;酒精计;糖度计;比重瓶;250 mL.500 mL, 1000 mL玻璃量筒;恒温水浴、温度计.
1.2方法原理
1.2.1仪器法
该仪器根据U型振荡管振动原理设计,通过测量液体的共振频率来测定其密度值、比重值,并由其内置的密度与浓度(如酒精度、糖度)的换算表计算出液体的浓度.该仪器操作简单,只需用注射器注人1~2 mL样品,让其在内置恒温槽内恒温5 min左右即可屏幕显示所需温度下的密度值和浓度值.在温度范围内可自动校准至所需温度.
1.2.2比重瓶法
依据比重原理,通常是指某一液体物质与同体积、同温度下纯水质量的比值.
1.2.3密度计法
根据阿基米德定律设计的一般密度计及特殊密度计,如为石油产品设计的石油密度计、为酒精浓度设计的酒精计及为糖液或果汁产品设计的糖度计.
2实验数据及分析
2.1仪器法与经典法的显著性差异试验
1)选用10种不同的液本样品分别用仪器法和比重瓶法测定其比重值,选用10种不同的石油产品分别用仪器法和石油密度计法测定其密度值,采用配对t检验法统计处理实验数据,结果见表1、表2.实验证明,仪器法与比重瓶法、石油密度计法之间有良好的一致性. ;
表1仪器法与比重瓶法测定比孟值的对比
样品名 | 仪器法(d1) | 比重瓶法(d2 ) | 相差值(d:一d2 ) |
乙二醇 丙二醇 醋酸丁醋 油漆稀释剂 甲酸 40%功夫(农药) 毒死蟀(农药) 邻二甲苯 原油 棕搁油 | 1 .1152 1.0424 0.8780 0.8518 1.2143 1.0245 1.0872 0.8817 0.7938 0.9137 | 1 .1152 1.0427 0.8780 0.8515 1.2145 1.0244 1.0871 0.8817 0.7934 0.9135 | 0.0000 -0.0003 0.0000 +0.0003 -0.0002 +0.0001 +0.0001 0.0001 +0.0004 +0.0002 |
t配对检验法 | t计算<t0.05(9) |
表2仪器法与石油密度计法测定密度值的对比
样品名 | 仪器法(D1) | 石油密度法(D2) | 相差值(D1一D2) |
基础油 基础油(化工原料) 溶剂油(120 # ) 无铅汽油 航空煤油 轻柴油(0#) 重柴油 摩托车机油(二冲程) 摩托车机油(15 w/40) 摩托车机油(10 w/30) | 0.8466 0.8928 0.7980 0.7506 0.7887 0.8359 0.8726 0.8821 0.8840 0.8772 | 0.8468 0.8926 0.7977 0.7504 0.7889 0.8362 0.8727 0.8818 0.8837 0.8770 | -0.0002 +0.0002 +0.0003 +0.0002 -0.0002 -0.0003 -0.0001 +0.0003 +0.0003 +0.0002 |
t配对检验法 | t计算<t0.05(9) |
2)仪器法与酒精计法测定各种酒与食用酒精中酒精度的结果见表3,分别测定了原酒样和经蒸馏分离的酒样.实验结果表明,当用仪器法测定酒的酒精度时,与酒精计法一样,只能准确测定蒸馏酒的酒精度;而对于发酵酒(葡萄酒)和进口洋酒,由于其中含有大量糖分或色素等成分,这些成分的水溶液比重都大于1,其影响是造成实测酒精度的含量偏低.因此,在用仪器法测定发酵酒、配制酒和有颜色的酒时,必须先经蒸馏后再测定;而仪器法与酒精计法在测定蒸馏酒、发酵酒、配制酒的酒精度时并无显著性差异.
表3仪器法与酒精计法测定酒箱度值的对比
样品名 | 仪器法(x2) | 酒精计法(x2) | 相差值(x1一x2) | 标签上注明值 | |
1# | 2# | 2# | 2# | ||
马爹利酒 葡萄酒 人头马 威士忌 海口大曲 食用酒精 | 38.00 5,68 38,00 42,74 38.02 一 | 39.27 12.42 39.52 42.70 38.01 95.47 | 39.80 12.61 39.20 42.10 37.90 95.00 | -0.53 -0.18 +0.32 +0.60 +0.11 +0.47 | 40.0 12.0 40.0 43.0 38.0 一 |
t配对检验法 | t计算<t0.05(5)
|
注:酒样在20℃下测试,1#为未蒸馏过的酒样,2#为蒸馏过的酒样
表4仪器法与糖度计法测定糖度值的对比
注:在20℃下测试
3)仪器法与糖度计法测定软饮料中糖度的对
样品名 | 仪器法(y1) | 糖度计法(y1) | 相差值(y1一y2 ) |
冬瓜茶 可乐汽水 葡萄法汽水 红牛饮料 | 8.17 10.97 12.23 9.12 | 8.16 10.98 12.24 9.12 | +0.01 -0.01 -0.01 0.00 |
t配对检验法 | t计算<t0.05(3)
|
比结果见表4.软饮料中的主要成分是蔗糖和水,其它添加剂的含量很少,对糖度的测定影响不大一般情况下比糖水略偏高一些,即便有影响,也是一种系统误差.换言之,其影响对仪器法和糖度计法应该是一样的.统计结果表明,两种方法测定冬瓜茶、可口可乐、葡萄汁汽水、红牛饮料中的糖度时不存在显著性差异.
2.2方法的精密度实验比较
任取8组密度值、比重值的平行试验数据,比较仪器法与比重瓶法、石油密度计法的精度,其结果均达到各种方法的要求.精密度用平行试验的相对偏差来表示,详见表5、表6.仪器法的相对偏差在0一0.0070%之间,比重瓶法在0.005 5%一0 . 021%之间,石油密度计法在0.011 % - 0.025%之间,说明仪器法由于自动化程度高其精度也相当高。
表5仪路法与比重瓶法测试精密度的对比
样品名 | 仪器法 | 经重瓶法 | ||||
测量结果/(g·cm一3)
| 精密度/% | 测量结果/(g·cm一3)
| 精密度/% | |||
1# | 2# | 1# | 2# | |||
马爹利酒 威士忌酒 毒死蜱(农药) 棕搁油 原油 乙二醇 邻二甲苯 冬瓜茶 | 0.952 9 0.945 2 1.087 2 0.913 7 0.793 9 1 .115 2 0.881 7 1.032 4 | 0.952 9 0.945 3 1.087 3 0.913 7 0.793 8 1 .115 2 0.881 7 1. 032 4 | 0.0000 0.005 3 0.004 6 0.0000 0.006 3 0.000 0 0.000 0 0.000 0 | 0.953 0 0,945 3 1.087 0 0.913 9 0.794 0 1.115 0 0.881 4 1.032 4 | 0.953 2 0.949 9 1.087 4 0.913 8 0.793 7 1.115 4 0.881 2 1.032 8 | 0.010 0 0.021 0 0.018 0 0.0055 0.019 0 0.018 0 0.011 0 0.019 0 |
注:样品在20℃下测试.1#,2#为平行结果
表6仪器法与石油密度计测试精密度的对比
样品名 | 仪器法 | 经重瓶法 | ||||
测量结果/(g·cm-3)
| 精密度/% | 测量结果/(g·cm-3) | 精密度/% | |||
l# | 2# | l# | 2# | |||
基础油 航空煤油 溶剂油(120#) 无铅汽油 轻柴油(0#) 重柴油 摩托车机油(二冲程) 摩托车机油(15 w/40) | 0.8466 0.7886 0.7980 0.7506 0.8359 0.8726 0.882 I 0.884 0 | 0.8466 0.7887 0.7980 0.7506 0.8359 0.8726 0.882 1 0.884 0 | 0.0000 0.0070 0.0046 0.0000 0.0000 0.000 0 0.000 0 0.000 0 | 0.8469 0.7887 0.7975 0.7505 0.8363 0.8729 0.881 9 0.883 9 | 0.8647 0.7890 0.7979 0.7503 0.8361 0.8726 0.881 7 0.883 5 | 0.012 0.019 0.025 0.013 0.012 0.017 0.011 0.023 |
注:样品在20℃下测试,1#,2#为平行结果
3结论
实验证明,使用数字密度计较经典方法具有显著的优越性:其一,操作简便、快速;其二,测定结果精确;其三,适用范围广,一台设备可测定化工、食品各类样品的密度、比重、酒精度、糖度等;其四,测定时不受环境温度影响,在温度范围内可自动校准至所需温度.因此,在日常商品检验工作中,用以替代上述诸多经典方法可大大提高工作效率.
参考文献:
[1] GB/T 1884 - 1992.石油和液体石油产品密度测定法(密度计法)[S].
[2] GB/T 2540 - 1981.石油产品密度测定法(比重瓶法)[S].
[3] ISO 279一1981.香油精在20℃时相对密度的测定[S].
[4] GB/T 10345.3 - 1989.白酒酒精度的试验方法[S].
[5]国家进出商品检验局数据统计专业委员会.实验室数据处理[M].北京:科学普及出版社,1992.125 -140.