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Exemples d'applications de mesure de la masse volumique

La densité des liquides est un paramètre physique important qui joue un rôle crucial non seulement dans la protection des consommateurs, le commerce, la sécurité et les soins de santé, la fiscalité et la protection de l'environnement, mais aussi dans la recherche et le développement.

La mesure précise de la densité est essentielle pour caractériser les huiles et les carburants, par exemple, ainsi que pour déterminer la concentration d'alcool dans les boissons alcoolisées à des fins fiscales ou la teneur en sucre dans les boissons non alcoolisées. 

Il est également essentiel pour quantifier de grandes quantités de biens liquides lors de la conversion d'un débit massique en un débit volumique ou vice versa.[1]

Mesure de la densité par la concentration

L'une des applications les plus importantes de la mesure de la densité est déterminer la concentration des solutions binaires (c'est-à-dire des mélanges de deux composants, tels que des solutions alcool-eau ou des solutions sucre/eau). 

La densité d'une solution dépend de la concentration de la substance dissoute ("soluté"); si l'interrelation est connue, la densité peut être mesurée puis convertie en la concentration respective. Une application typique est la détermination de la teneur en sucre dans l'industrie des boissons non alcoolisées. En déterminant la densité d'une boisson gazeuse, qui est considérée comme une solution de sucre et d'eau, vous pouvez également déterminer sa teneur en sucre.

La détermination de la concentration est également possible lorsqu'un mélange contient plusieurs composants et qu'un seul d'entre eux varie tandis que tous les autres ingrédients restent constants. 

Les densimètres numériques modernes incluent souvent de nombreux tableaux de concentration chimique pour les composés industriels les plus importants, tels que ceux ci-dessous.

Acides

NomConc. Plage (% p/p) Précision Approximative (%) Δ
acide acétique (CH3COOH)0–600,09
acide citrique anhydre. (C6H8O7)0-300,02
Acide citrique (C6H8O7·H2O)0–30.60,02
EDTA anhydre. (C10H16N2O8)0-60,02
EDTA anhydre. (C10H16N2O8)0–6.640,02
acide formique (CH2O2)0-700,04
Acide chlorhydrique (HCl)0-400,02
acide lactique (C3H6O3)0–800,04
acide malique (C4H6O5)0–70.10,02
Acide nitrique, HNO30-1000,07
acide oxalique (C2H2O4)0-80,02
Acide phosphorique, H3PO40-1000,06
Acide sulfurique (H2SO4)0–930,05
acide tartrique (C4H6O6)0–580,02
acide trichloroacétique (C2HCl3O2)0-500,02

* Non disponible pour les compteurs de densité combinée et de vitesse du son 
Δ La précision spécifiée est basée sur les tables de littérature sous-jacentes

Concentration des différents acides aqueux en mol/L selon différents tableaux, basé sur la densité réelle à 20 °C :

NomConc. Plage (mol/L)
Acide chlorhydrique (HCl)0-13.1
Acide nitrique, HNO30-24
Hydroxyde de sodium (NaOH)0-19,07
Acide phosphorique, H3PO40-19,07
Acide sulfurique (H2SO4)0-17,6

Bases

Concentration de différents acides et bases aqueux en pourcentage par poids (% p/p) et mol par litre (mol/L) selon différentes tables.

NomConc. Plage (% p/p) Précision Approximative (%) Δ
ammoniac (NH3)0-300,03
hydroxyde d'ammonium (NH4OH)0–61,740,06
Hydroxyde de potassium (KOH)0-500,01
Hydroxyde de sodium (NaOH)0-500,04

Δ La précision spécifiée est basée sur les tables de littérature sous-jacentes

Alcool

Concentration de différents acides et bases aqueux en pourcentage par poids (% p/p) selon différentes tables, basée sur la densité réelle à 20 °C

NomConc. Plage (% p/p) Précision Approximative (%) Δ
Ethylène glycol (C2H6O2)0-600,08
glycérol (C3H8O3)0-1000,04
méthanol (CH3OH)0-1000,05
1-propanol (C3H8O)0-1000,05
2-propanol (C3H8O)0-1000,05
Propylène glycol (C3H8O2)0-600,14

Δ La précision spécifiée est basée sur les tables de littérature sous-jacentes

Éthanol

Concentrations d'éthanol en pourcentage par volume (%v/v) ou pourcentage par poids (%p/p) selon les tables de concentration d'éthanol de différents organismes/auteurs.

NomDescription
éthanol accise canadienne (% v/v)Table d'éthanol spécifique convertissant la sortie d'un ajustement spécifique en une valeur d'éthanol.
Éthanol AOAC 60°F (%v/v)Pourcentage par volume à 15,56°C (60°F), tables AOAC (American Organization of Analytical Chemists = Organisation américaine des chimistes analytiques), basées sur la masse volumique réelle à 20°C. La température de mesure doit être de 20°C (68°F). La température de mesure doit être de 20 °C (68 °F).
Éthanol AOAC 60°F (%v/v) (sans corr. visc.)Pourcentage par volume à 15,56°C (60°F), tables AOAC (American Organization of Analytical Chemists = Organisation américaine des chimistes analytiques), basées sur la masse volumique réelle à 20°C. La température de mesure doit être de 20°C (68°F). La température de mesure doit être de 20 °C (68 °F).
Alcool HM C&E (%v/v)HM C&E table à 20°C.
Alcool HM C&E (% m/m)HM C&E table à 20°C.
Éthanol IUPAC (%v/v)Tables de l'Union internationale de chimie pure et appliquée, basées sur la masse volumique réelle à 20°C. La température de mesure doit être de 20°C (68°F). La température de mesure doit être de 20 °C (68 °F).
Éthanol IUPAC (% m/m)Tables de l'Union internationale de chimie pure et appliquée, basées sur la masse volumique réelle à 20°C. La température de mesure doit être de 20 °C (68 °F).
Alcool Kaempf (%v/v)Pourcentage par volume/poids selon W. KAEMPF, basé sur la masse volumique réelle à 20°C.
Éthanol Kaempf (%m/m)Pourcentage par volume/poids selon W. KAEMPF, basé sur la masse volumique réelle à 20°C.
Alcool OIML (%v/v)Selon les tableaux de l'Organisation Internationale de Métrologie Légale (OIML), température selon ITS 68, basée sur la masse volumique réelle à 20°C.
Éthanol OIML (% p/p)Selon les tableaux de l'Organisation Internationale de Métrologie Légale (OIML), température selon ITS 68, basée sur la masse volumique réelle à 20°C.
SHUSEI-DOPourcentage par volume à 15°C (59°F), basé sur la masse volumique réelle à 15°C (59°F). La température de mesure doit être de 15°C (59°F).
Éthanol OIML-ITS-90 (%v/v)Selon les tableaux de l'Organisation Internationale de Métrologie Légale (OIML), température selon ITS-90, basée sur la masse volumique réelle à 20°C.
Alcool OIML-ITS-90 (% p/p)Selon les tableaux de l'Organisation Internationale de Métrologie Légale (OIML), température selon ITS 68, basée sur la masse volumique réelle à 20°C.
Ethanol Proof 60°FDegrés de résistance à 15,56 °C (60 °F), basé sur la masse volumique réelle à 20 °C.
Éthanol proof 60°F (sans corr.-visc.)Degrés de proof à 15,56 °C (60 °F), basé sur la masse volumique réelle à 20 °C.

Sels inorganiques

Concentration de différents acides et bases aqueux en pourcentage par poids (% m/m) et mol par litre (mol/L) selon différentes tables.

NomConc. Plage (% p/p) Précision Approximative (%) Δ
chlorure d'ammonium (NH4Cl)0-240,03
sulfate d'ammonium ((NH4)2SO4)0-400,02
chlorure de barium anhydre. (BaCl2)0-260,01
chlorure de barium anhydre. (BaCl2·2H2O)0-300,01
chlorure de cadmium (CdCl2)0-560,01
sulfate de cadmium (CdSO4)0-400,01
chlorure de barium anhydre. CaCl20-400,01
chlorure de barium anhydre. (CaCl2·H2O)0–52,990,01
chlorure de césium (CsCl)0-640,01
chlorure de cobalt anhydre. (CoCl2)0-200,01
chlorure de cobalt anhydre (CoCl2·6H2O)0–36,60,02
sulfate de cuivre anhydre. (CuSO4)0-180,01
sulfate de cuivre anhydre (CuSO4·5H2O)0–28,160,01
phosphate de dipotassium anhydre (K2HPO4)0-80,01
phosphate de dipotassium anhydre (K2HPO4·3H2O)0–10,480,02
phosphate de dipotassium anhydre (Na2HPO4)0-5,50,01
phosphate de dipotassium anhydre (Na2HPO4·7H2O)0–10,390,02
chlorure ferrique anhydre. (FeCl3)0-400,01
chlorure ferrique anhydre (FeCl3·6H2O)0–66,660,02
nitrate de lanthane anhydre (La(NO3)3)0-440,01
nitrate de lanthane anhydre (La(NO3)3·6H2O)0–58,640,01
chlorure de lithium (LiCl)0-300,02
chlorure de barium anhydre (MgCl2)0-300,01
chlorure de barium anhydre (MgCl2·6H2O)0-640,02
sulfate de magnésium anhydre (MgSO4)0-260,01
sulfate de magnésium anhydre (MgSO4·7H2O)0–53,240,02
sulfate de manganèse anhydre (MnSO4)0-200,01
sulfate de manganèse anhydre (MnSO4·H2O)0–22,390,01
phosphate de monopotassium (KH2PO4)0-100,01
phosphate de dipotassium anhydre (NaH2PO4)0-400,01
phosphate de dipotassium anhydre (NaH2PO4·H2O)0-460,01
sulfate de nickel anhydre (NiSO4)0-60,01
sulfate de nickel anhydre (NiSO4·6H2O)0–10,290,02
bicarbonate de potassium (KHCO3)0-240,01
biphthalate de potassium (C8H5KO4)0-80,02
bromure de potassium (KBr)0-400,01
carbonate de potassium anhydre (K2CO3)0-500,01
carbonate de potassium anhydre (K2CO3·1½H2O)0–59,780,01
chlorure de potassium (KCl)0-240,01
chromate de potassium (K2CrO4)0-300,01
chromate de potassium (K2Cr2O7)0-100,01
ferricyanure de potassium anhydre (K3Fe(CN)6)0-300,02
ferricyanure de potassium anhydre (K3Fe(CN)6)0-200,01
ferricyanure de potassium anhydre (K4Fe(CN)6·3H2O)0–22,930,02
iodure de potassium (KI)0-400,01
nitrate de potassium (KNO3)0-240,01
carbonate de potassium anhydre (K2C2O4)0-140,01
carbonate de potassium anhydre (K2C2O4·H2O)0–15,520,01
permanganate de potassium (KMnO4)0-60,01
sulfate de potassium (K2SO4)0-100,01
thiocyanate de potassium (KSCN)0-640,02
nitrate d'argent (AgNO3)0-400,01
acétate de sodium (CH3COONa)0-300,02
bicarbonate de sodium (NaHCO3)0-60,01
Bromure de sodium0-400,01
carbonate de potassium anhydre (Na2CO3)0-150,01
carbonate de potassium anhydre (Na2CO3·10H2O)0–40,490,03
Chlorure de sodium (NaCl) :0-260,01
carbonate de potassium anhydre (Na3C6H5O7)0-360,01
carbonate de potassium anhydre (Na3C6H5O7·2H2O)0–41,030,01
dichromate de sodium anhydre (Na2Cr2O7)0-600,01
dichromate de sodium anhydre (Na2Cr2O7·2H2O)0–68,250,01
ferricyanure de potassium anhydre (K3Fe(CN)6)0-150,01
ferricyanure de potassium anhydre (Na4Fe(CN)6·10H2O)0–23,890,02
carbonate de potassium anhydre (Na2MoO4)0-90,01
carbonate de potassium anhydre (Na2MoO4·2H2O)0–10,580,01
nitrate de sodium (NaNO3)0-400,01
carbonate de potassium anhydre (Na2SO4)0-220,01
carbonate de potassium anhydre (Na2SO4·10H2O)0–49,90,02
carbonate de potassium anhydre (C4H4Na2O6)0-280,01
carbonate de potassium anhydre (C4H4Na2O6·2H2O)0–33,20,02
thiocyanate de sodium (NaCNS)0-560,02
carbonate de potassium anhydre (Na2S2O3)0-400,01
carbonate de potassium anhydre (Na2S2O3·5H2O)0–62,790,02
carbonate de potassium anhydre (Na2WO4)0-90,01
carbonate de potassium anhydre (Na2WO4·2H2O)0-10.10,01
chlorure de strontium anhydre (SrCl2)0-360,01
chlorure de strontium anhydre (CoCl2·6H2O)0–60,550,01
phosphate de trisodium anhydre (Na3PO4)0-80,01
phosphate de dipotassium anhydre (Na3PO4·12H2O)0–18,550,02
sulfate de zinc anhydre (ZnSO4)0-160,01
sulfate de zinc anhydre (MgSO4·7H2O)0–28,50,02

Δ La précision spécifiée est basée sur les tables de littérature sous-jacentes

Autres

Concentration de différents acides et bases aqueux en pourcentage par poids (% p/p) et mol par litre (mol/L) selon différentes tables.

NomConc. Plage (% p/p) Précision Approximative (%) Δ
acétone (C3H6O)0-100,08
créatinine (C4H7N3O)0-80,04
oxyde de deutérium (D2O)0-1000,09
1,4-dioxane (C4H8O2)0-600,16
Peroxyde d'hydrogène, H2O20-1000,02
chlorhydrate de procaïne (C13H21N2O2·HCl)0-600,05
diatrizoate de sodium (C11H8I3N2NaO4)0-400,01
chlorhydrate de procaïne (C15H24N2O2·HCl)0-120,08
THAM (C4H11NO3)0-400,04
urée (NH2CONH2)0-460,03

Δ La précision spécifiée est basée sur les tables de littérature sous-jacentes

Extrait / sucre

Concentration de différents acides et bases aqueux en pourcentage par poids (% p/p) et mol par litre (mol/L) selon différentes tables.

NomConc. Plage (% p/p) Précision Approximative (%) Δ
dextrane (C6H10O5)0-100,03
dextrose anhydre (C6H12O6)0-600,02
dextrose anhydre (C6H12O6·H2O)0–660,02
d-fructose (C6H12O6)0-700,02
inuline (C6H10O5)x)0-100,03
lactose anhydre. (C12H22O11)0-180,02
lactose anhydre. (C12H22O11)0–18,950,02
maltose anhydre (C12H22O11)0-600,02
maltose anhydre (C12H22O11)0–63,160,02
d-mannitol (C6H14O6)0-150,03
sucrose (C12H22O11)0-1000,02

Δ La précision spécifiée est basée sur les tables de littérature sous-jacentes

Caractérisation des matériaux

Dans des industries comme celle de la pétrochimie, la densité d'un produit est un nombre de caractérisation ou un paramètre de qualité très important. Les normes telles que celles définies par l'ASTM définissent une certaine densité pour chaque produit (par exemple, les carburants, les huiles lubrifiantes ou les huiles brutes). La mesure de la densité garantit que ces matériaux peuvent être caractérisés et que la qualité de chaque produit est définie. 

Recherche académique

La densité est également couramment utilisée comme paramètre standard dans la recherche académique pour étudier le comportement physique particulier d'un produit. En pétrochimie, par exemple, les scientifiques mesurent la densité de l'essence à différentes pressions et températures dans le laboratoire pour découvrir comment elle réagira une fois injectée dans un moteur.

Contrôle de qualité basé sur la densité

Une autre application importante de la mesure de la densité est le contrôle de la qualité – non seulement dans l'industrie des boissons gazeuses ou pétrochimique, mais aussi dans la production de boissons alcoolisées (bière, spiritueux, vin), de carburants (y compris le biodiesel et le bioéthanol), de cosmétiques, de produits de soins personnels, de médicaments, et bien d'autres.

Contrôle du volume de remplissage

Alors que certains produits sont quantifiés par poids, d'autres sont remplis, payés ou taxés en fonction de leur volume. Une procédure bien éprouvée consiste à mesurer le poids d'un produit liquide avec une balance, puis à calculer son volume de remplissage en utilisant la densité de l'échantillon. Cette procédure est généralement appliquée lorsque la mesure directe du volume n'est pas possible (par exemple, dans les industries des boissons, du pétrole ou de la chimie).

Le volume de remplissage d'un certain poids d'échantillon peut être calculé en fonction de la densité apparentede l'échantillon :

$$ V = { W \over \rho _{app}}$$

Équation 1: Le volume V est définie comme étant le rapport entre le poids de l'air W et la masse volumique apparente ρ(app)

Conclusion

D'innombrables méthodes analytiques sont utilisées dans les laboratoires d'aujourd'hui, que ce soit dans des installations de recherche ou des usines industrielles. Mesure de densité est utilisée non seulement pour spécifier et décrire des substances pures, mais aussi pour déterminer les concentrations de mélanges binaires. Il fournit des informations importantes sur la composition des mélanges, ce qui est utile lors du contrôle de qualité ou lors de la détermination du volume de remplissage lors de l'embouteillage d'un produit. 

Références

  1. Fehlauer, H., et H. Wolf. 2006. "Liquides de référence de densité certifiés par l'Institut fédéral de métrologie et de technologie." Science et technologie des mesures 17: 2588–2592.

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