[실험법] 비중(밀도) 측정 4가지 방법
비중(밀도) 측정 4가지 방법
비중(밀도) 측정 4가지 방법
이전 글에서 비중, 밀도의 원리와 차이를 알아봤는데요.
[정보] 밀도, 비중의 정의 및 차이
개요밀도와 비중은 비슷하면서 차이가 있다. 정확한 정의를 알고 차이점을 알아보자. 밀도의 정의밀도는 단위 부피 당 질량을 나타내는 값(=질량/부피)이다. 단위는 g/cm3(mL) 혹은 kg/m3(L)로 나타낸
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이번에는 대한민국약전(이하 약전)에 수록된 비중 및 밀도측정법에 대해 알아보겠습니다.
약전에서는 총 4가지 기구(기기)를 이용한 측정법을 다룹니다.
1. 비중병
2. 쉬프렝겔.오스트발트 피크노메타
3. 부칭계
4. 진동식 밀도계
제1 법 비중병(Specific gravity bottle, Pycnometer)
비중병 측정은 비중의 원리를 이용한 가장 원초적이고 대중적인 방법입니다.
측정법
측정법을 순서대로 하면 아래와 같습니다.
1. 빈 비중병 무게 재기 (m0)
2. 비중병에 정제수 가득 채우기
3. 물이 채워진 비중병 무게 재기 (m1)
4. 비중병 건조 후 빈 비중병 무게 재기 (m2)
5. 비중병에 검체 가득 채우기
6. 검체가 채워진 비중병 무게 재기 (m3)
비중병 계산식
온도는 물과 검체가 동일하다는 가정하에 아래와 같습니다.
비중 = (m3-m2)/(m1-m0)
동일한 부피의 비중병에 들어가는 물과 검체의 질량비를 계산합니다.
비중병의 무게는 항상 같지 않으므로
m0, m1은 월 1회(주기적으로) 확인하고
m2, m3는 검체 실험시마다 확인합니다.
비중병 종류
종류는 위 사진처럼 다양한데요.
주로 사용하는 건 1,5번(게이-뤼삭), 2번(하바드)입니다. 게이 뤼삭과 하바드 비중병에는 액체가 가득 찬 것을 확인하는 미세구멍이 있으니 실험 시 육안으로 확인합니다. 르샤텔과 차프만 비중병은 메스실린더처럼 눈금을 보고 확인합니다.
비중병 사용 시 유의점
1. 유리초자이므로 파손에 유의합니다.
2. 비중병 무게는 미세하게 변하므로 정확한 결과를 위해 주비중병의 빈 무게와 물 무게를 주기적으로 확인합니다.
제2 법 쉬프렝겔.오스트발트 피크노메타에 의한 측정법
해당 측정법을 일본공업규격(JIS)에서도 볼 수 있는데, 다른 측정법에 비해 세팅이 어렵고, 개인적으로도 알지 못해 약전 내용을 그대로 가져왔습니다.
쉬프렝겔·오스트발트 피크노메타는 보통 내용 1 ~ 10 mL의 유리용기로서 아래 그림 1. 같은 양쪽 끝이 두꺼운 세관 (안 지름 1 ~ 1.5 mm , 바깥지름 3 ~ 4 mm)으로 되어 있고 한쪽 세관 A에는 표선 C가 있다.
측정법(계산식 생략)
미리 깨끗이 닦아 건조한 피크노메타를 백금 또는 알루미늄 등의 선 D로 화학천칭의 저울대의 고리에 걸어서 질량 M를 단 다음에 규정 온도보다 3 ~ 5 ℃ 낮은 검체 중에 세관 B를 담근다. A에는 고무관 또는 갈아 맞춘 세관을 붙여 기포가 들어가지 않도록 조심하여 검체를 C의 위까지 빨아올린다. 다음에 규정온도 t' ℃의 수욕 중에 약 15분간 담근 다음 B의 끝에 여과지를 대어 검체의 끝을 C에 일치시킨다. 수욕에서 꺼내어 외부를 잘 닦은 다음 질량 M1을 단다. 같은 피크노메타에 물을 넣어 같은 방법으로 조작하고 그 규정온도 t ℃에서 질량 M2를 단다. 약전에 수록된 식에 따라 비중을 계산한다.
제3 법 부칭계
부칭계 측정은 액상인 검체에 부칭계를 띄워서 비중을 측정하는 방법입니다. 단순한 측정법으로 편리하지만 육안으로 값을 읽으므로 정밀도와 정확도가 다소 떨어집니다. 그래서 약전에서도 기준이 ‘약’으로 표현되어 있는 경우에 부칭계를 사용한다고 되어있습니다.
부칭계 측정법
액상인 검체에 부칭을 띄워서 눈금을 읽는다.
부칭계 사용 시 유의점
1. 부칭계마다 사용할 수 있는 측정범위가 정해져 있으므로 확인하여 사용하고, 정밀도(눈금범위)도 고려한다.
2. 유리로 되어있어 파손에 유의한다.
제4 법 진동식밀도계
진동식밀도계는 개인적으로 가장 간단하고 편리하며 정확도가 높은 밀도(비중) 측정법입니다. 기기 내부의 U자 모양의 모세관에 액상검체를 주입하여 진동을 이용해 측정하는 방법입니다. 원리는 아래와 같이 약전 내용을 가져왔습니다.
진동식밀도계 원리
진동식밀도계에 의한 밀도의 측정은 액체 또는 기체검체를 함유하는 셀의 고유 진동주기 T(s)를 측정하여 검체의 밀도를 구하는 방법이다. 밀도를 측정하려는 액체 또는 기체를 넣은 검체셀에 진동을 줄 때 검체셀은 검체의 질량에 따른 고유진동주기를 가지고 진동한다. 검체셀의 진동하는 부분의 부피를 일정하게 하면 그때의 고유진동주기의 제곱과 검체의 밀도 사이에는 직선관계가 성립하고 이를 이용해 밀도를 측정한다.
진동식밀도계 측정법
원하는 측정온도를 설정하고 주사기를 이용해 검체를 진동식밀도계 내부 모세관에 주입한다. 정제수나 기타 물질로 값을 보정/교정할 수 있다.
진동식밀도계 사용 시 유의점
1. 모세관이 석영(유리)으로 되어있어 유리를 부식시키는 불산류 측정은 불가하고 강한 산이나 염기성 물질 사용에도 유의한다.
2. 점성 높은 액체(ex. 끈끈한 시럽) 측정 후에는 모세관을 물이나 용매로 깨끗이 닦아준다.
3. 정제수나 표준물질을 이용해 정기적으로 교정/보정한다.
맺음말
약전에 수록된 위 4가지 밀도(비중) 측정법을 이용하여 정밀하고 규정에 부합한 결과를 도출해 내시길 바랍니다.