在工業生產與科研領域,精準的濃度測量始終是關鍵環節。傳統分析方法如滴定法、氣相色譜法等,雖發揮了重要作用,但普遍存在耗時、繁瑣、誤差率高的痛點。
安東帕密度和聲速測量儀的出現,以其高效、精準、多功能的特性,為多個行業的濃度分析帶來了革命性的解決方案,正在重塑各領域的質量控制與研究模式。

01
化工行業:突破濃度測量瓶頸



在化工生產中,硫酸、乙酸等核心原料的濃度測量直接影響產品質量與生產效率。以硫酸為例,工業級硫酸濃度約98%,傳統滴定法需稀釋樣品,不僅耗時,還可能引入誤差。而密度和聲速聯合測量技術無需樣品預處理,通過兩者的協同作用,測量范圍分別為0至100%(質量分數,以H2SO4計)和0至65%(質量分數,以SO3計)。
對于發煙硫酸這種特殊溶液,其含有的三氧化硫會對測量造成干擾,安東帕密度和聲速測量儀仍能憑借獨特的算法和傳感器設計,提供可靠的濃度數據,在化肥、石油精煉等硫酸消耗大戶行業中展現出適用性。

圖1
硫酸和發煙硫酸的密度和聲速特性

乙酸的濃度測量更是傳統方法的難題。在20℃時,乙酸密度在80%濃度左右達到峰值,導致高于60%濃度時無法通過單一密度參數準確匹配濃度。
密度和聲速測量儀則利用聲速在高濃度區間的清晰相關性,輕松解決這一“反轉點"問題。與傳統滴定法相比,該技術無需稀釋樣品,測量時間從數小時縮短至幾分鐘,精度提升至偏差<0.1% w/w,同時避免了試劑使用帶來的環保與成本問題,為年需求量約1700萬噸的乙酸生產與質控提供了高效方案。

圖2
20°C下乙酸濃度的密度和聲速值

02
食品與飲料:重塑質量控制標準



飲料行業的糖轉化監測長期依賴繁瑣的實驗室方法,難以滿足實時質控需求。蔗糖轉化為葡萄糖和果糖的過程中,溶液密度和聲速會發生特征性變化,安東帕密度和聲速測量儀通過捕捉這些變化,可快速計算出實際白利度、新鮮白利度和轉化白利度,以及轉化度等關鍵參數。
以含糖軟飲料生產為例,傳統方法需耗時處理樣品,而該技術可直接從包裝中取樣,同步測定白利糖度、二氧化碳等多項指標,不僅消除了測量誤差,還能通過在線監測系統實時調整生產參數,大幅節省糖漿和水資源,提升生產效率。

圖3:初始12°Brix溶液經轉化酶轉化過程中糖濃度參數隨時間的變化。

乳制品行業的乳糖分析則面臨基質復雜的挑戰。全球70%人口存在乳糖不耐受問題,精準測定乳糖濃度對低乳糖產品生產至關重要。
安東帕密度和聲速測量儀通過監測乳糖酶促水解過程中的聲速與密度變化,不僅能精準定量乳糖,還可實時追蹤水解進程。與參比方法-高分辨率超聲光譜法對比顯示,結果高度一致,且無需復雜的樣品前處理,為乳制品加工中的質量控制和新產品研發提供了強大工具,也為復雜混合物中其他成分的分析開辟了新路徑。

圖4:在20°C下,通過DMA密度聲速儀和HR-US測量SMA牛奶中乳糖水解過程中聲速變化的比較。

圖5:使用DMA密度聲速儀測量的20°C下SMA牛奶中乳糖水解過程中聲速和密度的演變對比。
03
生物與制藥:推動精準化生產進程



在生物制藥領域,血漿蛋白分離中的乙醇濃度控制是關鍵工藝參數。乙醇濃度直接影響蛋白質的選擇性沉淀,傳統方法難以滿足動態生產過程中的實時監測需求。
安東帕密度和聲速測量儀通過分析乙醇添加后樣品的密度和聲速變化,構建定制化校準曲線,實現了對血漿分離中乙醇濃度的精準監測。密度和聲速同時測量技術可有效應對不同批次血漿的生物學變異性,通過動態偏移校正確保測量可靠性,為免疫球蛋白、凝血因子等重要生物制品的生產提供了穩定的工藝控制手段,推動生物制藥向更精準化的方向發展。

圖6:0°C時不同組分樣品的密度和聲速讀數與乙醇濃度(%,氣相色譜法)的關系

表1:基于聲速值的乙醇濃度偏差
c(EtOH) … 乙醇濃度(v/v %,GC測定)
cCal(EtOH) … 乙醇濃度(v/v %,通過定制函數計算)
Δ … 偏差 [c(EtOH) – cCal(EtOH)](v/v %)

此外,在生物燃料和油墨生產中,等熵壓縮率是影響產品性能的關鍵參數。
安東帕密度和聲速測量儀通過兩者的測量數據,可精確計算出等熵壓縮率,為生物柴油的燃料噴射特性評估、噴墨油墨的印刷質量優化提供了重要依據,在新興產業的質量控制中發揮著越來越重要的作用。

圖7:在20°C下測量的黑色(black)墨水及其稀釋液的密度、聲速和壓縮率。平均值,n=5
DMA 6002 SV 密度聲速一體機


安東帕密度和聲速測量儀之所以能在多個行業實現廣泛應用,源于其核心技術優勢。
一方面,雙參數協同測量突破了單一參數的局限性,尤其解決了如乙酸密度反轉點等傳統難題;另一方面,數字化、自動化的測量流程大幅縮短了分析時間,從傳統方法的數小時縮短至幾分鐘,同時消除了人為操作誤差。
此外,該技術無需額外試劑,減少了化學污染,符合綠色生產趨勢,在線傳感器的應用更實現了從實驗室到生產現場的全流程監控。
隨著工業4.0的推進,精準化、智能化的測量需求將持續增長。安東帕的密度和聲速測量技術作為跨行業的通用分析工具,不僅在現有應用領域不斷深化,還將在更多復雜體系的分析中發揮作用,為各行業的質量提升和技術創新提供堅實的測量基礎。
DMA 系列密度濃度計
作為數字密度計,DMA 收獲數十萬用戶信賴——在現場、生產車間開展高通量質量控制(QC) 工作,助力精準研發。模塊化設計與多參數分析功能,為個性化應用提供支撐。DMA 能夠在嚴苛條件下無縫運行。

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