Аналитические весы и взвешивание

В количественном химическом анализе весы являются основным измерительным прибором, так как независимо от метода необходимый этап анализа – взятие навески анализируемой пробы, заключающееся в измерении массы вещества.

1. Классификация весов

По назначению лабораторные весы делятся на технические, аналитические и специальные.

Пределы взвешивания технических весов находятся в диапазоне 20 г–50кг. Наиболее распространены весы, имеющие нагрузку 0,2–5 кг, с ценой деления 0,05–0,1 г.

Аналитические весы применяют при взвешивании высшей и высокой точности. В зависимости от предельно допустимой нагрузки и цены деления аналитические весы делятся на следующие группы:

Группы	Предельно допустимая нагрузка	Цена деления
Большегрузные весы	1–5 кг	1–5 мг
Весы для макроанализа	100–200 г	0,05–0,1 мг
Микроаналитические весы	20 г	0,01 мг
Ультрамикроаналитические весы	1 г	0,01–1 мг

Специальные весы служат для определения величин, зависящих от массы.

Методы взвешивания делятся на две группы – метод сравнения с мерой (массой эталона) и метод непосредственной оценки. Метод непосредственной оценки заключается в определении массы груза по отсчетному устройству весов без применения гирь. Такой метод пригоден при пользовании безрычажными весами. По методу сравнения с мерой массу груза принимают равной массе сравниваемых с ним гирь (простое взвешивание) или вычисляют как сумму значений массы гирь и показаний весов (точное взвешивание). В большинстве современных лабораторных весов, использующих метод сравнения, большая часть измеряемой массы груза (свыше 99%) уравновешивается гирями или противовесом, а оставшаяся (около 1%) измеряется по углу отклонения коромысла от исходного положения равновесия с помощью отсчетных шкал. По устройству такие весы являются рычажными.

Рычажные весы характеризуются поворотом подвижной системы вокруг неподвижной оси. Различаются они по типу опор весового рычага. Наиболее распространенной жесткой опорой является подушка, на которой острой гранью перекатывается призма. Весы с такими опорами называются призменными.

2. Устройство и принцип действия рычажных призменных весов

Призменные рычажные весы делятся на равноплечие (двухчашечные), двухпризменные (одночашечные) и квадратные.

2.1. Устройство двухчашечных весов.

Наиболее распространены в лабораториях аналитические весы типа АДВ–200 м, ВЛА–200 г, ВЛР–200 г. На базе весов ВЛР–200 г с электронной приставкой выпускаются электронные весы ВЛЭ–200 г.

Все двухчашечные аналитические весы, а также технохимические имеют одни и те же рабочие (основные) части и отличаются только размерами, точностью изготовления деталей и некоторыми дополнительными приспособлениями, а следовательно, точностью и скоростью взвешивания, пределом нагрузки.

Главной рабочей частью всех рычажных весов является коромысло, действующее как рычаг первого рода, точкой опоры которого служит ребро опорной призмы. В двухчашечных весах опорная призма помещается точно в центре коромысла. На концах коромысла закреплены грузоподъемные призмы (точки приложения сил), на которые навешиваются серьги, связывающие коромысло и чашки (подвески) весов. На левую чашку весов помещают груз, на правую – гири.

Точность взвешивания во многом зависит от качества заточки ребер призм и полировки поверхности, на которую они опираются. Поэтому материал, из которого изготавливают призмы и опорные пластинки (подушки), должен быть очень твердым, чтобы рабочее ребро призмы не снашивалось и обеспечивало подвижное сочленение с наименьшим трением. Для этой цели используют минералы (агат, халцедон) и твердые сплавы. Но поскольку нагрузка на ребра призм очень велика, возможны их повреждение и преждевременное изнашивание. Для предотвращения этого весы снабжены дополнительным изолирующим приспособлением, называемым арретиром. С помощью рукоятки арретира весы приводят в нерабочее состояние (арретированное положение), при котором коромысло приподнимается и ни одна из призм при этом не касается своих опорных подушек.

Для регулирования положения равновесия коромысла справа и слева в него ввернуты винты с тарировочными (балансирными) гайками.

К нижним крючкам серег подвешены демпферы – приспособления для воздушного или магнитного торможения колебаний коромысла и стрелки, что способствует ускорению взвешивания. Воздушный демпфер состоит из двух металлических стаканов, один из которых неподвижно укреплен на стойке, а другой, дном вверх, при колебании коромысла свободно движется внутри неподвижного стакана, создавая воздушную подушку, тормозящую колебания. На правой сережке коромысла укреплена планка (балансир), на которую при помощи системы рычагов дискового наборного устройства можно навесить встроенные разновески в виде колец различной массы (кольцевые гири). Накладывают или снимают кольца с помощью дисковой рукоятки, расположенной снаружи футляра, в котором заключены весы.

На нижнем конце стрелки закреплена микрошкала с отсчетом от 0 до 10 мг, которая с помощью оптического устройства, называемого вейтографом, проецируется на световой экран. На экране вейтографа наблюдатель видит перемещение микрошкалы около неподвижной отсчетной вертикальной линии. На экране снимаются отсчеты третьего и четвертого знака с точностью до 0,1 мг.

В весах типа ВЛР имеется делительное устройство, позволяющее снимать отсчет на весах с точностью до 0,05 мг. Диск делительного устройства разделен на 20 частей. Каждая часть обозначена цифрой от 00 до 95 через 5 единиц. Полный оборот диска соответствует изменению отсчета на шкале на одно деление, т. е. на 1 мг. На экране снимаются отсчеты по лимбу гиревого механизма, по шкале и по диску делительного устройства.

Установка весов по уровню производится вращением регулировочных ножек в основании весов. Питание весов осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В через выносной трансформатор.

Каждые аналитические двухчашечные весы снабжены набором разновесок, масса которых соответствует максимально допустимой назрузке. Набор разновесок (гирь) называют аналитическим разновесом. Все гири разновеса можно брать только пинцетом.

Нельзя пользоваться гирями из другого разновеса!