Лабораторные весы, виды, применение.
Взвешивание – эта процедура сравнения массы взвешиваемого тела с заранее известной массой гирь. Осуществляя с помощью весов, в зависимости от точности производимого на них взвешивания они подразделяются на весы для грубого (с точностью до 1г), точного взвешивания (с точностью от 1 до 10 мг) и аналитические, которые, в свою очередь, могут быть обычными (с точностью до 0,01-0,02мг), микрохимическими (с точностью до 10-6-10-9 мг) и специальными (пробирными, торсионные и пр.).
Весы оснащаются разновесами. В большинстве случаев это помещенный в футляр набор гирь, на каждой гире обозначена ее номинальная масса (она может несколько отличаться от истинной). Величина отклонения номинальной массы от истинной (характеризующая точность разновеса) практически не сказывается на точности определения навески.
В КДЛ нашло широкое применение весовое оборудование следующих моделей:
Весы лабораторные равноплечие (ВЛР):
ВЛЛ от 200 г до 50 кг (предел взвешивания от 200г до 50000г, погрешность от +5 до +500 мг);Весы лабораторные квадрантные:
ВЛКТ от 160 г до 5 кг (предел взвешивания от 160 г до 5000г, погрешность +5 до +500 мг);
Весы лабораторные микрокомпьютерные:
ВЛМК от 220 г до 2200г (предел взвешивания от 220 г до 2200, погрешность + 60 мг);
Весы торсионные однодиапозонные (WT 500 мг, WT 1000 мг).
Весы для грубого взвешивания. Весы для грубого взвешивания могут быть рычажными, типа безменов, чашечными и циферблатными (столовыми). На весах указана предельная нагрузка, допустимая при пользовании (грузоподъемность). Она варьирует от 1 до 50 кг. Точность взвешивания на рычажных весах составляет до 2%, на циферблатных – до 0,5%. Весы размещают на строго горизонтальной поверхности стола, не допуская перекосов. Чашечные весы устанавливают в положении равновесия, стрелка указания рычажных или циферблатных весов при этом должна показывать на нулевое деление. Перед взвешиванием необходимо обязательно проверять не только правильность установки, но и чистоту чашек (площадок) весов.
Для осуществления процесса взвешивания применяют так называемый разновес, т.е. комплект чугунных, фарфоровых или латунных, иногда никелированных гирь, которые хранятся в деревянной колодке с гнездами, размер которых соответствует диаметру гирь.
Разного рода сыпучие материалы насыпаются на непосредственно на чашу весов, а в предварительно взвешенную (тарированную) или уравновешенную посуду (коробку, ящик, банку, стакан и т.д.). на правую чашу гири требуемый массы. Затем в тару насыпают взвешиваемый материал до тех пор, пока весы не уравновесятся. Если взвешиваемый материал окажется в избытке, его снимают при помощи рогового совочка, шпателя, ложки либо картона или бумаги. Чем ближе к завершению процедура взвешивания, тем осторожнее следует досыпать материал (нельзя снимать излишки или досыпать недостающее количество материала руками!).
При определении массы конкретного предмета его помещают на левую чашу весов, а гири – на правую (вначале более крупные, потом мелкие).
Жидкость, навеску которой требуется определить, осторожно вливают в сосуд, взвешенный вместе с воронкой (немного меньше требуемого количества), а затем из мензурки или стакана с носиком постепенно вливают остальное количество жидкости (до уравновешивания весов). [1,3]
Весы для точного взвешивания
Весы для точного взвешивания устанавливают в определенном месте лаборатории, стационарно, строго по отвесу или по жидкостному уровню с пузырьком воздуха, используя вращение передних винтовых ножек, опирающихся на круглые металлические подставки с выемками в центре.
Одним из видов весов для точного взвешивания являются ручные или аптечные (рис 9), с предельной нагрузкой не выше 100г. обычно их устанавливают на штативе.
Рисунок 9. Весы ручные или аптечные
Более совершенными являются технические химические весы (грузоподъемность от 200 г до нескольких килограммов). Они снабжены балансировочными гайками и арретирными устройством, благодаря которому самые ответственные части весов – призмы коромысла и подушки – в нерабочем положении не изнашиваются (отделяется и не касаются площадок). Это предохраняет призму от износа, а весы – от потери чувствительности. В рабочее положение весы приводятся поворотом ручки арретира. Если при опускании арретири весы не придут в равновесное состояние, его добиваются при помощи балансировочных гаек.
Отдельные элементы технических химических весов (особенно призмы, подушки для них, а также чашки) следует время от времени очищать. Поскольку на многих технических химических весах серьги, стремена и чашки пронумерованы, при сборке таких весов обращают внимание на соединение деталей с одинаковыми номерами.
Для взвешивания на технических химических весах применяют точный разновес, гири которого (500 г и меньше) обычно никелированные. Кроме граммовых гирь в разновесе имеются миллиграммовые – в виде пластинок из алюминия, нейзильбера или никеля. Для удобства распознавания гири делают разной формы: 500 и 50 мг – шестигранные, 200 и 20 мг – прямоугольные, 100 и 10 мг – треугольные. Каждая миллиграммовая гирька имеет загнутый краешек (за который ее берут пинцетом, как за ушко) и соответствующую гравировку – число, обозначающее массу гири в миллиграммах: 500, 200, 100, 50, 10 и реже 5, 2, 1.
Однако и при условии, что весы не установлены строго на ноль, можно провести точное взвешивание. Для этого на правую чашку весов помещают взвешиваемый предмет, на левую – гири до установления весов на ноль. Затем взвешиваемый предмет переносят на левую чашку, гири – на правую. При этом одна из чашек будет перешивать другую; добавляя или снимая разновесы, снова уравновешиваются весы. Истинная масса взвешиваемого предмета равна среднему арифметическому между результатами этих двух взвешиваний. Такой прием называется способом двойного взвешивания.
Пример. Масса предмета при первом взвешивании оказалась равной 30,00 г. при втором взвешивании, когда взвешиваемый предмет и гири поменяли местами, оказалась равна 30,60 г. истинная масса предмета в этом случае составляет:
Весы для точного взвешивания (аналитические)
Аналитические весы всегда заключены в футляр (обычно застекленный, с поднимающейся передней стенкой и открывающимися боковыми дверками). Во время взвешивания и в период, когда весами не пользуются, все дверки должны быть закрыты. Аналитические весы устанавливают стационарно, и переносить их с места на место не рекомендуется.
Рисунок
10. Равноплечные двухчашечные
микроаналитические весы (предельная
нагрузка 20 г): 1 — коромысло; 2 — воздушные
успокоители; 3 — механизмы наложения
встроенных гирь (от 1 до 999 мг); 4 — экран,
на который проектируется шкала отсчёта;
5 — манипулятор, выдвигающий чашку
весов в окошко; 6 — перегородка, защищающая
коромысло от температурных влияний и
воздушных потоков; 7 — встроенные гири,
имеющие вид колец.
Аналитические весы могут быть полуавтоматическими и автоматическими, периодического качания и апериодические (демпферные), 1-го и 2-го класса точности. В КДЛ широко используется полуавтоматические (электрические) демпферные весы.
Аналитические весы желательно устанавливает в специально отведенной весовой комнате. В ней не должно быть никакой мебели и оборудования, не относящихся к процессу взвешивания. Двери и окна ее рекомендуется завешивать тяжелыми портьерами (чтобы предохранить весы от резкого тока воздуха при закрывании и открывании двери), а также от попадания прямого солнечного света; весы следует располагать далеко от отопительных приборов (в противном случае возможно неравномерное нагревание плеч коромысла весов, приводящее к неравноплечию). Нельзя устанавливать весы в тех местах, где фундамент или стены вибрируют, дрожат от прохождения по дороге автомобильного транспорта ит.п.
Грузоподъемность аналитических весов обычно 200 г. Они дают возможность взвешивать с точностью до 0,0001 или 0,0002 г. Для взвешивания на аналитических весах применяют специальный, так называемый аналитический разновес, т.е. набор точных гирь, собранных в особом футляре с крышкой. Футляр внутри выложен бархатом.
Разновесы меньше 0,01 г в обычном наборе аналитических весов являются их чувствительность и устойчивость (т.е. постоянство показания). Чувствительность любых весов выражается в миллиграммах, вызывающей отклонение стрелки на одно деление. Для облегчения отсчета по очень мелкой шкале современные весы оборудованы специальными приспособлениями, представляющими собой или вогнутое зеркало, или, микроскоп, и увеличивающими стрелку и деления шкалы.
Самой важной частью аналитических весов являются три призмы: средняя, на которую опирается коромысло при взвешивании, и две боковых, на которые опираются серьги с подвешенными к ним чашками. Во время взвешивания наибольшую нагрузку несет средняя призма.
Порошкообразные вещества, высушенные при нагревании или в эксикаторе, рекомендуется взвешивать в закрытых сосудах-бюксах (для исключения интенсивной абсорбции влаги из воздуха, сказывающейся на результатах взвешивания). Жидкости и сухие вещества, пары которых корродируют металлы (кислоты, йод и пр.), также взвешивают в бюксах или колбах с притертыми пробками (можно использовать и другую аналогичную лабораторную посуду).
Для ускорения процедуры взвешивания на аналитических весах рекомендуется предварительно взвешивать навески на технических химических весах (с точностью 0,1 г), чтобы знать их приблизительную массу. Этим, к тому же, предотвращается перегрузка аналитических весов. [1,3]
Аналитические весы апериодического качания
Затухание колебаний коромысла на аналитических весах с периодическими качанием происходит очень медленно. Взвешивание на них обычно занимает много времени, оно очень утомительно. Этих недостатков лишены весы с апериодическим качанием стрелки, так как они имеют приспособление для воздушного или магнитного торможения колебаний коромысла и стрелки.
Аналитические весы с апериодическим качанием стрелки бывают обычными и полуавтоматическими, с верхним и нижним размещением демпферов. Демпферы представляют собой широкие цилиндры, прикрепленные или к дужке, или к чашке весов, они свободно перемещаются внутри других полых цилиндров, непосредственно укрепленных на колонке (рис 11).
Рисунок 11. Полуавтоматические весы апериодического качания с рейтографом АДВ-200: 1-плечо коромысла, 2-лимбы с делениями,3-демпферы, 4-источник света, 5-микрошкала, 6-стрелка, 7-увеличитель, 8, 9-зеркала, 10-матовый экран, 11-микрошкала
Нулевая точка весов должна располагаться в пределах одного деления в ту или другую сторону шкалы. Если смещение нулевой точки будет больше, то весы следует перестроить при помощи балансировочных гаек на коромысле. После того как нулевая точка установлена, приступают в взвешиванию. Для этого открывают левую дверку весов и левой рукой вставят в центр чашки предмет, который нужно взвесить, после чего закрывают дверку. Открывают правую дверку и при помощи пинцета из аналитических разновеса извлекают граммовую гирьку и ставят в центр чашки. [1,3]
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ
Полуавтоматические весы снабжены приспособлениями для механической нагрузки гирь. Для облегчения работы и ускорения процедуры взвешивания предмет предварительно взвешивают на технических химических весах с точностью до второго знака после запятой (т.е. до сотых грамма). Перед взвешиванием весы подключают (через трансформатор) к осветительной сети. Поворачивают штурвал арретира наблюдают перемещение освещенной шкалы. Если ноль шкалы совпадает с отсчетной линией, можно приступать к взвешиванию (если такого совпадения нет, то небольшим вращением головки корректора арретира добиваются их совпадения). Открыв левую дверку витрины, на чашку весов помещают взвешиваемый предмет, после чего дверку витрины, на чашку весов помещают взвешиваемый предмет, после чего дверку закрывают. На середину правой чашки весов помещают гири из разновеса. За показаниями весов наблюдают, открыв арретир. Если микрошкала на экране перемещается влево от отсчетной линии, взвешиваемое тело тяжелее гирь, положенных на правую чашку; тогда арретир закрывают, и на чашку помещают новые гири.
В практике КДЛ также широко используются одноплечие электромагнитные автоматические весы (системы Меттлера). Взвешивание на таких весах исключает ошибку, зависящую от работающего.
Большой чувствительностью отличаются полумикровесы (аналитические весы для полумикроанализа) и микрохимические весы. Они устроены аналогично описанным аналитическим весам, но отличаются меньшей грузоподъемностью.
ТОРСИОННЫЕ ВЕСЫ
Торсионные
(пружинные, циферблатные) предназначены
для взвешивания небольших грузов (до
50 мг). Чашка весов заключена в шкафчик,
весы устанавливаются горизонтально
по уровню, который находится на одной
из ножек. В зависимости от конструкции
торсионные весы бывают двух типов: с
неподвижной циферблатной шкалой и
подвижной стрелкой (рис) и с подвижной
шкалой и неподвижной стрелкой. Порядок
взвешивания на торсионных весах состоит
в следующем. Вначале открывают арретир
и ставят стрелку на ноль. Затем проверяют,
установлен ли указатель равновесия с
чертой равновесия.
Электронные весы применяют для специальных целей. Они обладают существенными преимуществами перед механическими. Они позволяют определять суммарный вес компонентов при формировании смеси, осуществлять индикацию веса в процентах относительно заданной навески, а также – взвешивание при нестабильных внешних условиях и др. Они имеют весовые чашки треугольной формы. Дверцы ветрозащитной витрины открываются плавно и широко. Все части витрины легко снимаются, что обеспечивает легкую очистку камеры. [1,3]