Cân Phân Tích: Bộ Phận, Nguyên Lý và Ứng Dụng

Cân phân tích là loại cân phòng thí nghiệm phổ biến nhất để xác định khối lượng của hóa chất hoặc vật thể với độ chính xác cao. Là một thiết bị rất nhạy, nó có thể đo khối lượng nhỏ từ dưới miligam (tức là 0,00001 gam hoặc 0,01 mg) đến vài kilogam. Nó còn được gọi là cân hóa chất hoặc cân phòng thí nghiệm.

Khả năng đo khối lượng nhỏ chính xác và chính xác đã làm tăng nhu cầu sử dụng thiết bị này trong các phòng thí nghiệm. Do đó, cân phân tích được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, thực phẩm, nhựa, sản xuất hóa chất, phòng thí nghiệm đảm bảo chất lượng, phòng thí nghiệm hiệu chuẩn, v.v.

Hãy cùng A&D Việt Nam tìm hiểu qua bài viết dưới đây !

Bộ phận của cân phân tích

Cân phân tích bao gồm nhiều bộ phận được mô tả dưới đây;

1. Mâm cân (đĩa cân): Được đặt bên trong một lớp chắn gió, thường làm bằng thép không gỉ. Nó cung cấp bề mặt để đặt vật thể cần đo.
2. Quả cân: Là vật thể có trọng lượng chính xác được biết đến và cố định. Nó giúp hiệu chỉnh cân và cũng giúp đảm bảo cân phân tích hoạt động chính xác.
3. Lớp chắn gió: Là một lớp vỏ trong suốt hình chữ nhật. Nó giúp bảo vệ mẫu và dụng cụ khỏi các ảnh hưởng của môi trường như luồng không khí hoặc bụi. Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đo chính xác và chính xác.
4. Tay nắm cửa: Giúp mở lớp chắn gió để đặt vật thể lên mâm cân.
5. Chỉ thị mức: Giúp kiểm tra xem cân đã đạt mức chưa.
6. Nút nguồn: Được sử dụng để bật hoặc tắt cân.
7. Nút cân trừ bì: Giúp đưa cân về số 0 ngay cả sau khi đặt dụng cụ chứa khối lượng cần đặt lên mâm cân. Nó cũng được gọi là nút đặt lại về 0.
8. Nút chế độ: Thiết lập hệ thống cần thiết để đo ở chế độ mg hoặc gm.
9. Bảng hiển thị: Hiển thị nhiều chức năng như kết quả, lỗi, thông tin về cài đặt chức năng và chức năng đang tiến hành.
10. Chân điều chỉnh mức: Là các chân di chuyển có thể được điều chỉnh để đưa cân về vị trí tham chiếu.

Nguyên lý hoạt động của cân phân tích

Về cơ bản, cân phân tích hoạt động dựa trên nguyên lý ‘bù điện từ’. Do đó, trọng lượng được đo bằng nam châm điện. Thiết bị này không đo trọng lượng của vật thể trực tiếp; thay vào đó, nó đo lực tác dụng xuống mâm cân.

Khi dòng điện được cung cấp cho động cơ phục vụ điện từ được lắp đặt bên dưới mâm cân, nó sẽ tạo ra lực chống lại khối lượng của vật thể. Như vậy, dòng điện cần thiết để tạo ra lực này tỷ lệ thuận với khối lượng của vật thể nếu thiết bị được hiệu chỉnh chính xác trước khi đo. Kết quả là, trọng lượng được đo sẽ hiển thị trên màn hình. Tương tự như vậy, bộ dò null sử dụng nguồn sáng và bộ dò trong nhiều loại cân để chỉ ra khi lực trọng lượng và lực điện từ bằng nhau.

Các loại cân phân tích

Cân phân tích hai đĩa:

• Còn được gọi là cân phân tích cánh tay bằng nhau, hoạt động dựa trên nguyên lý đòn bẩy loại một.
• Nó bao gồm một thanh cân đối xứng và ba lưỡi dao.
• Hai lưỡi dao đầu giữ các đĩa cân, và lưỡi dao giữa đóng vai trò là điểm xoay mà thanh cân dao động.
• Hai đĩa cân được cân bằng với nhau. Ở đây, vật thể cần đo được đặt trên một đĩa, trong khi trọng lượng đã biết được đặt trên đĩa kia.
• Các nguồn lỗi phổ biến nhất trong cân hai đĩa là:
• Hai đĩa cân phải cách đều tâm. Nếu một cánh tay dài hơn một chút so với cánh tay kia, sẽ xảy ra sai số trong kết quả.
• Khi trọng lượng tăng lên, thanh cân có thể uốn cong nhẹ trên lưỡi dao, dẫn đến sai số đo.

Cân cơ hai đĩa:

• Còn được gọi là cân cơ cánh tay không bằng nhau, được Erhard Mettler giới thiệu vào năm 1946.
• Nó nhanh hơn và tiện lợi hơn cân hai đĩa.
• Nó bao gồm một thanh cân có hai lưỡi dao; một giữ đĩa cân và cái kia đóng vai trò là điểm xoay.
• Một quả cân cố định cân bằng tải trọng trên đĩa cân.

Cân điện tử một đĩa:

• Còn được gọi là cân lực điện từ, đã thay thế cân cơ hoặc cân một đĩa.
• Dòng điện đi qua tạo ra lực từ cân bằng tải trọng của vật thể đặt trên đĩa cân.
• Do đó, khối lượng của tải trọng tỷ lệ thuận với dòng điện cần thiết để cân bằng nó.
• Loại cân này cho phép đọc trực tiếp khối lượng được áp dụng. Ngược lại, hai loại cân phân tích khác phụ thuộc vào việc so sánh hai lực (trọng lượng chưa biết hoặc trọng lượng bên ngoài hoặc bên trong).

Cân vi lượng:

• Loại cân phân tích này có thể đo mẫu đến ít nhất 1 triệu phần của một gam.
• Được sử dụng để đo chính xác lượng mẫu nhỏ.
• Cân vi lượng tinh thể thạch anh là một dạng cân vi lượng nhạy hơn xác định một lượng khối lượng rất nhỏ (tức là virus hoặc bất kỳ vật thể nhỏ nào khác cần được đo).

Quy trình vận hành cân phân tích

Lập kế hoạch

• Thu thập tất cả các thiết bị và thuốc thử, dụng cụ, nhíp, v.v. cần thiết.
• Sử dụng các dụng cụ sạch và khô có trọng lượng nhẹ hơn.
• Đưa mẫu về nhiệt độ của cân.

Chọn vị trí thích hợp

• Chọn nơi chắc chắn, bằng phẳng và không bị rung động.
• Tránh những nơi có ánh nắng trực tiếp, luồng không khí và thay đổi nhiệt độ.

Cân bằng cân phân tích

• Kiểm tra xem cân có bị rung không và bong bóng khí trong chỉ thị có nằm ở giữa không. Nếu không, hãy căn chỉnh nó bằng cách xoay chân điều chỉnh mức của cân.

Hiệu chỉnh cân phân tích

• Hiệu chỉnh là cần thiết để đảm bảo cân đang cân chính xác. Hiệu chỉnh cân phân tích có thể được thực hiện theo hai cách: hiệu chỉnh bên ngoài và hiệu chỉnh bên trong. Hiệu chỉnh tự động là loại hiệu chỉnh bên trong. Các bước cơ bản để thực hiện hiệu chỉnh bên ngoài và bên trong được đưa ra dưới đây;

Hiệu chỉnh bên ngoài:

• Bật cân và chờ một giờ để làm nóng.
• Nhấn nút để vào chế độ hiệu chỉnh.
• Sau đó đặt quả cân hiệu chỉnh lên đĩa cân và cũng nhấn nút để thực hiện hiệu chỉnh.
• Sau khi hiệu chỉnh hoàn tất, tín hiệu sẽ hiển thị trên màn hình.

Hiệu chỉnh bên trong:

• Bật cân và chờ một giờ để làm nóng.
• Đối với hiệu chỉnh bên trong, cân thường được cung cấp một nút.
• Nếu cần hiệu chỉnh bên trong, hãy nhấn nút được cung cấp để tự hiệu chỉnh.
• Sau đó, cân sẽ tự động thực hiện hiệu chỉnh.

Cân:

• Làm nóng cân trước trong một giờ trước khi sử dụng.
• Nhấn nút ‘TARE’ để đặt cân về số 0 ở trạng thái không tải.
• Bây giờ đặt dụng cụ hoặc giấy cân ở giữa đĩa cân.
• Đóng cửa lớp chắn gió và chờ 5 đến 10 giây để màn hình LCD ổn định.
• Nhấn lại nút ‘TARE’ để đặt lại cân về số 0 nếu bạn không muốn tính khối lượng của dụng cụ.
• Thêm vật thể cần cân sau khi loại bỏ dụng cụ khỏi cân.
• Điều chỉnh lại cân của dụng cụ và chờ vài giây (tức là 5-10 giây) cho đến khi kết quả ổn định.
• Thực hiện ít nhất ba lần đọc, tính trung bình để tránh sai số và ghi kết quả vào bảng dữ liệu.

Vệ sinh:

• Tắt dây nguồn trong khi vệ sinh.
• Sử dụng một miếng vải mềm, có tẩm chất tẩy rửa nhẹ, ướt xà phòng để vệ sinh.
• Trong khi vệ sinh, đảm bảo không có chất lỏng hoặc bụi bẩn nào lọt vào các bộ phận của cân.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của cân phân tích

1. Nhiệt độ

Đây là một trong những yếu tố quan trọng có thể dẫn đến sự dao động đáng kể trong phép đo. Sự gia tăng nhiệt độ phòng có thể dẫn đến sự giãn nở hoặc bay hơi của mẫu. Trong khi đó, sự giảm nhiệt độ phòng có thể dẫn đến sự co lại hoặc ngưng tụ của mẫu. Kết quả là, nó gây ra sự dao động trong phép đo.

2. Phản ứng hóa học

Mẫu cần đo phải trơ về mặt hóa học. Đó là vì các mẫu có khả năng phản ứng cao rất nhạy cảm với sự thay đổi của khí quyển.

3. Rung động

Rung động đóng một vai trò quan trọng trong sự dao động trong phép đo. Khi chúng ta đo mẫu trong môi trường rung động do tủ lạnh, máy thông gió hoặc các thiết bị khác, nó sẽ làm thay đổi độ chính xác của cân do sự sắp xếp lại, di chuyển hoặc đổ mẫu. Do đó, rung động ảnh hưởng đến số lượng mẫu có sẵn.

4. Dòng không khí

Mẫu nên được đo trong phòng thông thoáng. Sự di chuyển của không khí trên đĩa cân sẽ gây ra sự thay đổi trong phép đo. Dòng khí dẫn đến thay đổi áp suất không khí dẫn đến sự dao động trong phép đo khối lượng.

5. Nam châm

Nếu mẫu có tính từ hoặc bị từ hóa, nó có thể tạo ra từ trường có thể ảnh hưởng đến cuộn cảm biến của cân và làm dao động phép đo. Vì vậy, trong khi cân, bản chất của mẫu đóng một vai trò quan trọng.

6. Vết vân tay

Nếu mẫu có số lượng nhỏ, dấu vân tay có thể làm thay đổi kết quả.

Ứng dụng của cân phân tích

Trong ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm

1. Được sử dụng trong việc xác định và phân tích mật độ của dung môi.
2. Được sử dụng trong việc đếm số lượng viên thuốc trong ngành công nghiệp dược phẩm.
3. Được sử dụng trong việc cân phần trăm cho phép định lượng hiệu quả hơn trong hóa chất và dược phẩm.

Trong phòng thí nghiệm sinh học và vi sinh

1. Được sử dụng để chuẩn bị mẫu và thuốc thử.
2. Được sử dụng trong việc hiệu chuẩn pipet.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm

1. Được sử dụng trong việc cân nguyên liệu để làm sản phẩm thực phẩm
2. Được sử dụng trong việc cân kiểm tra hàng hóa đóng gói để duy trì độ chính xác về trọng lượng và số lượng sản phẩm 100%.
3. Được sử dụng để xác định trọng lượng toàn phần của hàng hóa đóng gói.

Trong phòng thí nghiệm động vật học

• Được sử dụng trong việc cân các động vật nhỏ như côn trùng.

Ưu điểm của cân phân tích

1. Nó là một thiết bị đơn giản và dễ sử dụng.
2. Nó có thể đo khối lượng nhỏ đến bốn chữ số ở bên phải dấu thập phân một cách chính xác.
3. Nó hỗ trợ các phòng thí nghiệm duy trì các thực hành phòng thí nghiệm tốt được chấp nhận.
4. Nó nhạy hơn và có thể phát hiện những thay đổi nhỏ về khối lượng.
5. Nó đảm bảo tính thống nhất, nhất quán, khả năng tái tạo và tính toàn vẹn trong phép đo.

Nhược điểm của cân phân tích

1. Thiết kế của nó không phù hợp để đo lượng lớn.
2. Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, dòng không khí, v.v.
3. Màn hình tinh thể lỏng (LCD) có thể dễ bị hỏng do tải trọng nặng.

Biện pháp phòng ngừa

1. Luôn hiệu chỉnh cân phân tích trước khi xác định khối lượng của vật thể.
2. Việc cân nên được thực hiện trong môi trường thích hợp, chẳng hạn như: không bị rung động, có nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát, không có ánh nắng trực tiếp và nên có dòng không khí thấp.
3. Sau khi bật nút nguồn, luôn làm nóng cân trước trong một giờ để có kết quả chính xác hơn.
4. Hãy chắc chắn nhấn nút ‘TARE’ trước khi cân mẫu để giảm thiểu trọng lượng của dụng cụ.
5. Không bao giờ chạm vào mẫu bằng tay không. Dầu từ da có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của trọng lượng. Do đó, luôn đeo găng tay khi xử lý mẫu.
6. Không đặt cân gần nam châm để tránh sự phát triển của điện tích tĩnh điện trong mẫu có thể làm dao động kết quả đọc.
7. Luôn đóng cửa lớp chắn gió trong khi cân mẫu.
8. Không bao giờ sử dụng bất kỳ hóa chất ăn mòn nào để làm sạch đĩa cân. Thay vào đó, có thể sử dụng bàn chải lạc đà để làm sạch nó.
9. Tránh đặt đồ trực tiếp vào đĩa cân vì việc làm như vậy có thể làm ô nhiễm cân. Luôn sử dụng giấy cân hoặc dụng cụ.