⚖️ Dichte mit dem Pyknometer

Petrochemie PN-EN ISO 3838

Übersicht

Die Dichte ist einer der grundlegenden physikalischen Parameter von Rohöl und Mineralölerzeugnissen; sie bestimmt deren Handelsklassifizierung, die Volumen-Masse-Abrechnung, Prozessberechnungen in Raffinerien und die Identifizierung der Produkte. Die Dichte von Rohöl wird in kg/m³ bei einer Temperatur von 15 °C angegeben (oder als API-Dichte — Skala des American Petroleum Institute).

Das pyknometrische Verfahren (PN-EN ISO 3838) ist ein klassisches Referenzverfahren, bei dem ein kalibriertes Glasgefäß (Pyknometer) präzise mit der geprüften Flüssigkeit gefüllt und auf der Analysenwaage gewogen wird. Die Dichte wird aus der Masse der Flüssigkeit berechnet, die das bekannte Volumen des Pyknometers bei kontrollierter Temperatur einnimmt. Das Verfahren zeichnet sich durch die höchste Genauigkeit unter den Dichtebestimmungsverfahren aus (±0,1 kg/m³) und wird als Schiedsverfahren in Handelsstreitigkeiten eingesetzt.

Die Norm ISO 3838 beschreibt zwei Varianten: das Kapillarpyknometer (Typ Hubbard — Stopfen mit Kapillare, überschüssige Flüssigkeit tritt nach außen aus) und das Bikapillarpyknometer (zwei Kapillaren — Niveauausgleich). Für Routineanalysen in Raffinerielaboren wird zunehmend das schnellere Biegeschwingerverfahren mit U-Rohr (ISO 12185, ASTM D4052) eingesetzt, die Pyknometrie bleibt jedoch das in Streitfällen geforderte Referenzverfahren.

Die Dichteergebnisse dienen der Umrechnung von Volumen in Masse (und umgekehrt) bei der Handelsabrechnung von Rohöl und Mineralölerzeugnissen, der Berechnung des Volumens bei der Bezugstemperatur 15 °C (Umrechnungstabellen ASTM/API — Tabellen 54) sowie der Berechnung weiterer Parameter (z. B. Brechungsindex, angenäherte molare Masse, Charakterisierungsfaktor K_UOP).

Prinzip der Methode

Ein Glaspyknometer mit genau bekanntem Volumen (typisch 10–50 mL) wird gewaschen, getrocknet und gewogen (m₀). Anschließend wird es mit destilliertem Wasser gefüllt und gewogen (m_w), um das genaue Volumen des Pyknometers bei der gegebenen Temperatur zu bestimmen (V = [m_w − m₀] / ρ_Wasser). Nach dem Trocknen wird das Pyknometer mit dem geprüften Mineralölerzeugnis gefüllt, im Wasserbad auf die vorgegebene Temperatur (15,0 ± 0,1 °C oder 20,0 ± 0,1 °C) temperiert und gewogen (m_p). Die Dichte der Probe wird nach der Formel berechnet: ρ = (m_p − m₀) / V. Das Kapillarpyknometer hat einen Stopfen mit enger Kapillare (ø ~1 mm), durch die beim Temperieren überschüssige Flüssigkeit austritt, was eine reproduzierbare Füllung gewährleistet.

Anwendungen

• Handelsklassifizierung von Rohöl (API-Dichte)
• Volumen-Masse-Abrechnung in Tanklagern und Raffinerien
• Dichtebestimmung von Mineralölerzeugnissen — Ottokraftstoff, Dieselkraftstoff, Petroleum, Schmieröle
• Schiedsverfahren in Handelsstreitigkeiten über die Kraftstoffqualität
• Qualitätskontrolle von Bitumen und bitumenhaltigen Bindemitteln
• Laboruntersuchungen von Rohöl (Lagerstättencharakterisierung)
• Identifizierung von Mineralölerzeugnissen (Vergleich mit Produktnormen)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN ISO 3838:2008

Titel (PL)

Ropa naftowa i ciekłe lub stałe przetwory naftowe — Oznaczanie gęstości lub gęstości względnej — Metody piknometru kapilarnego i piknometru bikapilarnego

Title (EN)

Crude petroleum and liquid or solid petroleum products — Determination of density or relative density — Capillary-stoppered pyknometer and graduated bicapillary pyknometer methods

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Waschen des Pyknometers

   Pyknometer mit Chromschwefelsäure oder Laborreinigungsmittel waschen. Mehrfach mit destilliertem Wasser ausspülen. Mit Aceton spülen. Im Trockenschrank (50 °C) oder im Luftstrom trocknen.

   ⏱ Zeit: 20 min

2. Wägung des leeren Pyknometers (m₀)

   Pyknometer auf Raumtemperatur abkühlen (15 min im Exsikkator). Auf der Analysenwaage auf 0,1 mg genau wägen. Bis zur Massekonstanz wiederholen.

   ⏱ Zeit: 20 min

3. Volumenkalibrierung (mit Wasser)

   Pyknometer mit frisch entgastem destilliertem Wasser füllen. Kapillarstopfen aufsetzen — überschüssiges Wasser tritt aus. 30 min im Bad bei 15,0 °C ± 0,1 °C temperieren.

   ⏱ Zeit: 30 min • 🌡 Temperatur: 15,0 °C

4. Wägung mit Wasser (m_w)

   Pyknometer aus dem Bad nehmen, außen mit Filterpapier abtrocknen (ohne die Kapillare zu berühren). Sofort wägen. V = (m_w − m₀) / ρ_Wasser(15 °C). ρ_Wasser(15 °C) = 999,099 kg/m³.

   ⏱ Zeit: 5 min

5. Trocknen des Pyknometers

   Pyknometer entleeren, mit Aceton spülen (2×), im Strom trockener Luft oder im Trockenschrank trocknen (50 °C/15 min).

   ⏱ Zeit: 15 min

6. Füllen mit der Probe

   Pyknometer mit dem geprüften Mineralölerzeugnis füllen (mit einer Spritze oder durch Eingießen). Kapillarstopfen aufsetzen. Der Überschuss tritt durch die Kapillare aus.

   ⏱ Zeit: 5 min

7. Temperieren

   Pyknometer 30 min in das Wasserbad bei 15,0 ± 0,1 °C stellen. Prüfen, ob keine weitere Flüssigkeit aus der Kapillare austritt (thermisches Gleichgewicht erreicht).

   ⏱ Zeit: 30 min • 🌡 Temperatur: 15,0 °C

8. Wägung mit der Probe (m_p)

   Pyknometer herausnehmen, außen abtrocknen. Sofort auf der Analysenwaage wägen (0,1 mg). Masse m_p notieren.

   ⏱ Zeit: 3 min

9. Dichteberechnung

   ρ = (m_p − m₀) / V [kg/m³]. Alternativ: relative Dichte d¹⁵₁₅ = (m_p − m₀) / (m_w − m₀). Umrechnung in API-Dichte: °API = 141,5 / d₆₀ₓ₆₀ − 131,5.

   ⏱ Zeit: 5 min

10. Qualitätskontrolle

    Dichte der Referenzflüssigkeit (CRM) messen. Das Ergebnis muss innerhalb von ±0,3 kg/m³ vom zertifizierten Wert liegen. Doppelbestimmung der Probe: Differenz ≤0,1 kg/m³.

    ⏱ Zeit: 60 min

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Mineralölerzeugnisse — entzündbar, Arbeit fern von Zündquellen
• Aceton — entzündbar, augenreizend, Arbeit unter dem Abzug
• Wasserbad — Elektrizität + Wasser, Erdung prüfen, nicht überlaufen lassen
• Glaspyknometer — zerbrechlich, Schnittgefahr, vorsichtige Handhabung
• Schutzhandschuhe und Schutzbrille verpflichtend

Häufige Fragen