آشنایی با انواع ترازوی آزمایشگاهی
ترازو چیست؟
ترازو وسیله ای است که با نیروی جاذبه ای که به جسم یا ماده وارد می شود، وزن را اندازه گیری می کند. کلمه انگلیسی ترازو Balance از واژه لاتین bis به معنای دو و lanx به معنای صفحه گرفته شده است. نام های مقیاس Scale و میزان Weight نیز برای ترازو استفاده می شود.
بیشتر بخوانید: استخراج فلزات با اسید کلریدریک چگونه است؟
نیرویی که میدان جاذبه زمین روی یک ماده وارد می کند، وزن نام دارد و این نیرو در واقع محصول حاصلضرب وزن ماده در شتاب مکانی جاذبه زمین (F=m*g) است. استفاده از واژه مکان بر این نکته تاکید دارد که شتاب به عواملی مانند عرض جغرافیایی و حجم لایه های زمین بستگی دارد، این نیرو بر حسب نیوتن اندازه گیری می شود.
ترازوی آزمایشگاهی
ترازوی آزمایشگاهی (Laboratory Scale) وسیله توزین بسیار دقیق و ظریفی است و برای استفاده در آزمایشگاه‌ها با شرایط و ویژگی‌های خاص، طراحی و ساخته می‌شود. ترازو آزمایشگاهی یک دسته بندی از ترازوهای دقیق و حساس بسیاری را شامل می شود. این نوع ترازوها به دو شکل محفظه‌دار و بدون محفظه در انواع گوناگونی از جمله ترازوی آنالیتیکال (ترازوی تحلیلی)، ترازوی گرمی، ترازوی مایکرو (میکرو ترازو) و ترازوی رطوبت سنج با ظرفیت‌ها و دقت‌های توزین بسیار بالا و متنوع در بازار موجود است.
ترازوی مایکرو (Micro Scale)
میکرو ترازو یا ترازوی مایکرو از دقت فوق‌العاده بالایی مبنی بر واحد اندازه‌گیری میکروگرم، برای توزین برخوردار می باشد و در حقیقت دقیق‌ترین ترازوهای جهان، ترازوهای مایکرو هستند. دقت سنجش در ترازوی مایکرو بین 0.1 میکروگرم معادل 0.0001 میلی‌گرم یا 0.00000001 گرم تا 1 میکروگرم معادل 0.001 میلی گرم یا 0.000001 گرم و وابسته به ظرفیت‌های متنوع، در نوسان است.
قابلیت‌های توزین فراوانی همراه با میکرو ترازو عرضه می‌شود که می توان تحلیل فضای اطراف برای اندازه گیری تا توزین مایعات و جامدات با پیش‌فرض‌های متنوع برای سنجش، و حتی امکان لغزش و لرزش سطح قرارگیری را برشمرد.
بیشتر بخوانید: اسپکتروسکوپی جرمی
ترازوی آنالیتیکال یا تحلیلی (Analytical Balance)
ترازوی تحلیلی معمولا به صورت محفظه دار برای جلوگیری از اثرات محیطی نظیر الکتریسیته ساکن و باد و جریان عادی هوای مکان‌های مسقف ساخته می‌شود. ترازوی تحلیلی بسیار حساس و دقیق است و در بیشتر انواع آن با راه اندازی دستگاه بدون نیاز به عمل خاصی، کالیبراسیون یا تنظیم به صورت داخلی و خودکار طراحی شده و انجام می‌پذیرد.
این مورد جزو امتیازات ترازوی آنالیتیکال است. دقت توزین در ترازوی تحلیلی تا 0.00001یا 0.0001 گرم می باشد، البته این میزان دقت به میزان ظرفیت ترازو بستگی دارد و به نسبت آن متغیر خواهد بود. توانایی‌های دیگری از جمله توزین درصدی و آمارگیری و امکان سنجش چگالی یا دانسیته مواد آزمایشگاهی از مواردی است که یک ترازوی تحلیلی انجام می دهد.
ترازوی تحلیلگر (Analyzer Scale)
ترازوی تحلیلگر آزمایشگاهی همان ترازوی آنالیتیکال با نامی دیگر است؛ که علاوه بر عمل توزین، قابلیت آنالیز و تحلیل‌هایی مبتنی بر ارائه آمار بر مبنای درصد یا نمایش نمودارهای میله‌ای و موارد مشابه و محاسبه مواردی مانند دانسیته یا چگالی و Dosing را دارد که این ویژگی برای آزمایشگاه‌ها بسیار کاربردی و مفید می باشد. دقت توزین در ترازوی تحلیلگر نیز مانند انواع دیگر ترازوی آزمایشگاهی بستگی به ظرفیت توزین دارد و از 0.00001 گرم تا 0.0001 گرم در تغییر است.
ترازوی گرمی (Gram Scale)
ترازوی گرمی معمولا بدون محفظه توزین و در اندازه‌های کوچک ساخته می‌شود. این نوع ترازوی آزمایشگاهی با توجه به ظرفیت توزین تعیین شده دارای دقت سنجش 0.001 گرم، 0.01 گرم یا 0.1 گرم است. ترازو گرمی از بهترین انواع برای ترازوی طلا و ترازوی زعفران می باشد. دقت‌های یاد شده برای اندازه گیری وزن جواهرآلات و نقره‌جات و مواد غذایی سبک و گرمی مانند زعفران، مناسب است.
بیشتر بخوانید: کاربردهای کروماتوگرافی در صنایع نفت و پتروشیمی
ترازوی رطوبت سنج (Moisture Balance)
ترازوی رطوبت سنج برای سنجیدن میزان رطوبت موجود در مواد به کار می‌رود. از روش‌های مرسومی که در این دسته از ترازوها کاربرد دارد، تولید حرارت به وسیله لامپ‌هایی همچون لامپ هالوژن است، تا ماده مورد نظر کاملا خشک شود. از طریق وزن از دست رفته مواد می‌توان به مقدار رطوبت موجود در ماده پی برد.
انواع ترازوی رطوبت سنج نیز با حساسیت‌های بسیار بالا در بازار وجود دارد و داشتن محفظه های مخصوص روی سینی، برای گرمادهی از ویژگی‌های ظاهری این نوع ترازوست.
موارد استفاده از ترازو آزمایشگاهی
ترازو برای اندازه گیری وزن یک ماده استفاده می شود. در آزمایشگاه، ترازوی آزمایشگاهی برای بخشی از فعالیت های کنترل کیفی ابزارهایی مانند پی پت ها ، تهیه مخلوطی از ترکیبات با نسبت های از قبل تعیین شده و همچنین تعیین چگالی و یا وزن مورد استفاده قرار می گیرند.
ترازوهای مکانیکی
ترازوهای زیر از ترازوهای متداول مکانیکی هستند:
ترازوی فنری ( Spring Balance )
این ترازو بر اساس خاصیت مکانیکی فنر کار می کند. نیروی وارد شده روی فنر متناسب با ضریب ثابت کشسانی (K) فنر ضربدر طول فنر (X) است (F=-KX). اگر وزن ماده (m) زیاد باشد، با در نظر گرفتن این که طول فنر متناسب با ضریب ثابت کشسانی فنر است، طول فنر بیشتر خواهد شد. کالیبراسیون ترازوی فنری به نیروی جاذبه وارد شده روی ماده مورد اندازه گیری بستگی دارد. این نوع ترازو زمانی که نیازی به دقت زیادی نیست، کاربرد دارد.
ترازوی آنالیتیک ( Analytical Balance )
این ترازو با مقایسه وزنه هایی با جرم معین و وزن های نامشخص کار می کند. در ترازوی آنالیتیک از یک پایه در وسط و یک بخش مسطح و قرینه که با تیغه ای به نام شاهین استفاده شده است. در انتها، کابل ها قرار دارند که با همان تیغه پشتیبانی می شوند و به آرامی و یکنواخت تاب می خورند. به انتهای کابل ها دو کفه متصل است.
وزنه های معتبر (Certified Weights) در یک کفه و ماده مورد اندازه گیری در کفه دیگر قرار می گیرد. ترازو یک قفل ایمنی دارد و زمانی که مورد استفاده قرار نگیردو یا وزنه های تعادلی باید میزان شوند، سبب پایداری اهرم شاهین می شود. ترازوهای آنالیتیک می توانند تا ده هزارم (0001/0) گرم یا صد هزارم (00001/0) گرم را اندازه گیری کنند و تا وزن 200 گرم ظرفیت (Capacity) دارند.
بیشتر بخوانید: کاربردهای کروماتوگرافی در پزشکی قانونی
ترازو با وزنه لغزشی ( Sliding Weight Balance )
این نوع ترازو به دو نوع وزنه مشخص مجهز است که روی مقیاس انتخابی میکرو و ماکرو حرکت می کند. وقتی یک ماده با وزن نامشخص روی کفه ترازو قرار داده شود، وزن آن با تنظیم هر دو مقیاس و متعادل شدن آن تعیین می گردد. در این حالت، وزن برابر با مجموع اعداد هر دو مقیاس است.
ترازوی یک کفه ای (میله شاهین نامساوی یا ترازوی دو تیغه ای)
Substitution Balance (Unequal-lever arm or two-knife Balance)
این ترازو یک کفه دارد. ماده مورد اندازه گیری با وزن مشخص روی کفه ترازو قرار داده می شود و در سمت وزنه متعادل کننده، جرم های مشخص طوری جابه جا می شوند تا ترازو دوباره به حالت تعادل برسد و وزن مشخص شود. این عمل با استفاده از دندانه های مکانیکی صورت می گیرد.
شاهین ترازو معمولا در مرکز نیست و به قسمت جلوی ترازو متمایل است. وقتی ماده ای روی کفه ترازو قرار داده شود و اهرم ترازو آزاد خواهد شد، حرکت شاهین از طریق یک سیستم نوری به صفحه نمایش در قسمت جلوی ترازو منتقل می شود.
بیشتر بخوانید: کمومتریکس تجزیه ای
ترازو با صفحه فوقانی ( با بارگذاری زیاد یا ترازو با کنترل موازی )
Upper plate balance (Top loading or parallel guidance)
در این نوع، کفه ترازو در قسمت بالای آن نصب شده و به وسیله یک میله پشتیبان به اتصالات موازی تاشو متصل می باشد. نیروی وارد شده به وسیله ماده مورد اندازه گیری، از این میله به صورت مستقیم یا مکانیکی به کفه ترازو منتقل می شود. در این نوع ترازو اتصالات موازی باید دقت 1± میکرومتر را داشته باشد.
در غیر اینصورت، خطایی به نام خطای بار جانبی (Lateral Load) ایجاد می شود و با قرار گرفتن ماده مورد اندازه گیری و قرائت در مرکز یا روی یکی از لبه ها اختلاف هایی در قرائت را نشان می دهد.