在工业生产与科研领域,精准的浓度测量始终是关键环节。传统分析方法如滴定法、气相色谱法等,虽在历史上发挥了重要作用,但普遍存在耗时、繁琐、误差率高的痛点。
安东帕密度和声速测量仪的出现,以其高效、精准、多功能的特性,为多个行业的浓度分析带来了革命性的解决方案,正在重塑各领域的质量控制与研究模式。
01
化工行业:突破浓度测量瓶颈
在化工生产中,硫酸、乙酸等核心原料的浓度测量直接影响产品质量与生产效率。以硫酸为例,工业级硫酸浓度约98%,传统滴定法需稀释样品,不仅耗时,还可能引入误差。而密度和声速联合测量技术无需样品预处理,通过两者的协同作用,测量范围分别为0至100%(质量分数,以H2SO4计)和0至65%(质量分数,以SO3计)。
对于发烟硫酸这种特殊溶液,其含有的三氧化硫会对测量造成干扰,安东帕密度和声速测量仪仍能凭借独特的算法和传感器设计,提供可靠的浓度数据,在化肥、石油精炼等硫酸消耗大户行业中展现出卓越的适用性。
图1
硫酸和发烟硫酸的密度和声速特性
乙酸的浓度测量更是传统方法的难题。在20℃时,乙酸密度在80%浓度左右达到峰值,导致高于60%浓度时无法通过单一密度参数准确匹配浓度。
密度和声速测量仪则利用声速在高浓度区间的清晰相关性,轻松解决这一“反转点”问题。与传统滴定法相比,该技术无需稀释样品,测量时间从数小时缩短至几分钟,精度提升至偏差<0.1% w/w,同时避免了试剂使用带来的环保与成本问题,为年需求量约1700万吨的乙酸生产与质控提供了高效方案。
图2
20°C下乙酸浓度的密度和声速值
02
食品与饮料:重塑质量控制标准
饮料行业的糖转化监测长期依赖繁琐的实验室方法,难以满足实时质控需求。蔗糖转化为葡萄糖和果糖的过程中,溶液密度和声速会发生特征性变化,安东帕密度和声速测量仪通过捕捉这些变化,可快速计算出实际白利度、新鲜白利度和转化白利度,以及转化度等关键参数。
以含糖软饮料生产为例,传统方法需耗时处理样品,而该技术可直接从包装中取样,同步测定白利糖度、二氧化碳等多项指标,不仅消除了测量误差,还能通过在线监测系统实时调整生产参数,大幅节省糖浆和水资源,提升生产效率。
图3:初始12°Brix溶液经转化酶转化过程中糖浓度参数随时间的变化。
乳制品行业的乳糖分析则面临基质复杂的挑战。全球70%人口存在乳糖不耐受问题,精准测定乳糖浓度对低乳糖产品生产至关重要。
安东帕密度和声速测量仪通过监测乳糖酶促水解过程中的声速与密度变化,不仅能精准定量乳糖,还可实时追踪水解进程。与参比方法-高分辨率超声光谱法对比显示,结果高度一致,且无需复杂的样品前处理,为乳制品加工中的质量控制和新产品研发提供了强大工具,也为复杂混合物中其他成分的分析开辟了新路径。
图4:在20°C下,通过DMA密度声速仪和HR-US测量SMA牛奶中乳糖水解过程中声速变化的比较。
图5:使用DMA密度声速仪测量的20°C下SMA牛奶中乳糖水解过程中声速和密度的演变对比。
03
生物与制药:推动精准化生产进程
在生物制药领域,血浆蛋白分离中的乙醇浓度控制是关键工艺参数。乙醇浓度直接影响蛋白质的选择性沉淀,传统方法难以满足动态生产过程中的实时监测需求。
安东帕密度和声速测量仪通过分析乙醇添加后样品的密度和声速变化,构建定制化校准曲线,实现了对血浆分离中乙醇浓度的精准监测。密度和声速同时测量技术可有效应对不同批次血浆的生物学变异性,通过动态偏移校正确保测量可靠性,为免疫球蛋白、凝血因子等重要生物制品的生产提供了稳定的工艺控制手段,推动生物制药向更精准化的方向发展。
图6:0°C时不同组分样品的密度和声速读数与乙醇浓度(%,气相色谱法)的关系
表1:基于声速值的乙醇浓度偏差
c(EtOH) … 乙醇浓度(v/v %,GC测定)
cCal(EtOH) … 乙醇浓度(v/v %,通过定制函数计算)
Δ … 偏差 [c(EtOH) – cCal(EtOH)](v/v %)
此外,在生物燃料和油墨生产中,等熵压缩率是影响产品性能的关键参数。
安东帕密度和声速测量仪通过两者的测量数据,可精确计算出等熵压缩率,为生物柴油的燃料喷射特性评估、喷墨油墨的印刷质量优化提供了重要依据,在新兴产业的质量控制中发挥着越来越重要的作用。
图7:在20°C下测量的黑色(black)墨水及其稀释液的密度、声速和压缩率。平均值,n=5
DMA 6002 SV 密度声速一体机
安东帕密度和声速测量仪之所以能在多个行业实现广泛应用,源于其核心技术优势。
一方面,双参数协同测量突破了单一参数的局限性,尤其解决了如乙酸密度反转点等传统难题;另一方面,数字化、自动化的测量流程大幅缩短了分析时间,从传统方法的数小时缩短至几分钟,同时消除了人为操作误差。
此外,该技术无需额外试剂,减少了化学污染,符合绿色生产趋势,在线传感器的应用更实现了从实验室到生产现场的全流程监控。
随着工业4.0的推进,精准化、智能化的测量需求将持续增长。安东帕的密度和声速测量技术作为跨行业的通用分析工具,不仅在现有应用领域不断深化,还将在更多复杂体系的分析中发挥作用,为各行业的质量提升和技术创新提供坚实的测量基础。
DMA 系列密度浓度计
作为全球首台数字密度计,DMA 自诞生起便颠覆行业,收获数十万用户信赖——在现场、生产车间开展高通量质量控制(QC) 工作,助力精准研发。模块化设计与多参数分析功能,为个性化应用提供支撑。DMA 能够在严苛条件下无缝运行。
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