Wasseraktivität : Taupunkt, TDL, Kapazitäts- und resistive elektrolytische Sensoren

Der Messvorgang

Unabhängig von der verwendeten Messtechnik oder Sensortechnologie beginnen alle Wasseraktivität auf dieselbe Weise. Eine repräsentative Probe wird in eine versiegelte Messkammer gegeben, wo sie mit der Luft im Kopfraum ins Gleichgewicht kommen kann. Während dieses Gleichgewichtsprozesses wandern Wassermoleküle zwischen der Probe und der Luft hin und her, bis der Dampfdruck oder die Dampfdichte) im Kopfraum einen stabilen Wert Kopfraum . Sobald das Gleichgewicht erreicht ist, Wasseraktivität mithilfe einer von vier Sensortechnologien bestimmt, die sich in zwei primäre (direkte) und zwei sekundäre (indirekte) Methoden unterteilen.

Primäre (direkte) Methoden

Primäre Messverfahren erfassen eine grundlegende physikalische Eigenschaft des Wasserdampfs selbst – entweder seinen Dampfdruck seine Konzentration –, anstatt Wasseraktivität einem sekundären elektrischen Effekt abzuleiten. Dadurch sind sie von Natur aus genauer und weniger anfällig für Drift, Verunreinigungen oder Störungen.

Kühlspiegel-Taupunktsensor. Ein Kühlspiegel-Taupunktsensor misst direkt die Taupunkttemperatur der sich im Gleichgewicht befindlichen Luft über der Probe. Ein kleiner Spiegel wird so lange gekühlt, bis sich auf seiner Oberfläche die ersten mikroskopisch kleinen Kondensationströpfchen bilden. Ein optisches System erkennt den Beginn der Kondensation und ermittelt so die Taupunkttemperatur, während ein separater Sensor die Umgebungstemperatur in der Kammer misst. Anhand dieser beiden Temperaturen berechnet das Gerät die relative Feuchte – und damit die Wasseraktivität der Probe. Da sie auf dem grundlegenden thermodynamischen Zusammenhang zwischen Taupunkt und Dampfdruck basiert, gilt die Kühlspiegel-Technologie als direkte Primärmethode zur Messung Wasseraktivität wird allgemein als die genaueste Technik für nichtflüchtige Proben angesehen.

Sensorregelbarer Diodenlaser TDL). Ein regelbarer Diodenlaser misst direkt die Konzentration von Wasserdampfmolekülen im Kopfraum. Der Sensor sendet einen fein abgestimmten Infrarot-Laserstrahl durch die Luft über der Probe. Die Laserwellenlänge, die weniger als ein Nanometer beträgt, ist speziell auf das am häufigsten vorkommende Isotop von Wasser abgestimmt. Wasserdampfmoleküle absorbieren einen Teil der Laserenergie, während andere flüchtige Verbindungen – darunter Alkohole, Benzin, organische Lösungsmittel und Propylenglykol – die Messung nicht beeinträchtigen. Indem das Gerät misst, um wie viel der Laserstrahl abgeschwächt wird, bestimmt es direkt die Wasserdampfkonzentration und berechnet Wasseraktivität. Da der regelbarer Diodenlaser die Wasserdampfdichte direkt misst, anstatt sich auf Veränderungen der elektrischen Eigenschaften zu stützen, regelbarer Diodenlaser er regelbarer Diodenlaser direktes Primärverfahren und ist die einzige Sensortechnologie, die in der Lage ist, Wasseraktivität Proben mit erheblichen Konzentrationen flüchtiger Verbindungen genau zu messen.

Sekundäre (indirekte) Methoden

Sekundäre Methoden messen den Wasserdampf nicht direkt. Stattdessen leiten sie Wasseraktivität einer Veränderung der elektrischen Eigenschaften eines Sensormaterials ab, wenn dieses Feuchtigkeit aufnimmt. Diese Methoden können nützlich sein, sind jedoch im Allgemeinen anfälliger für Sensordrift, Verunreinigungen und Störungen als direkte Methoden.

Kapazitiver Sensor. Kapazitive Sensoren bestimmen Wasseraktivität , indem sie Änderungen der elektrischen Eigenschaften eines hygroskopischen Polymers messen. Der Sensor besteht aus zwei Elektroden, die durch ein polymeres dielektrisches Material voneinander getrennt sind. Wenn Wasserdampf aus der Probe vom Polymer absorbiert wird, steigt dessen Dielektrizitätskonstante an, wodurch sich die Kapazität des Sensors ändert. Das Messgerät setzt diese Kapazitätsänderung in die relative Luftfeuchtigkeit des Kopfraum um Kopfraum berechnet daraus Wasseraktivität. Da die Messung auf Veränderungen einer elektrischen Eigenschaft basiert und nicht auf einer direkten Messung des Dampfdruck der Wasserdampfkonzentration, gelten Kapazitätssensoren als indirekte, sekundäre Methode.

Resistiver elektrolytischer Sensor. Resistive elektrolytische Sensoren messen Wasseraktivität ebenfalls Wasseraktivität anhand von Veränderungen der elektrischen Eigenschaften. Der Sensor besteht aus zwei feinen Glasstäbchen mit Metallelektroden, die durch eine Elektrolytlösung voneinander getrennt sind. Wenn Wasserdampf in den Elektrolyten aufgenommen wird, dissoziieren ionische funktionelle Gruppen, wodurch sich die elektrische Impedanz (der Widerstand) des Sensors ändert. Diese Impedanzänderung steht in Zusammenhang mit der relativen Luftfeuchtigkeit im Kopfraum, sodass das Gerät Wasseraktivität abschätzen kann. Wie Kapazitätssensoren gelten auch resistive elektrolytische Sensoren als indirekte, sekundäre Methoden, da sie auf elektrischen Reaktionen beruhen, anstatt den Wasserdampf selbst direkt zu messen.

Warum AQUALAB Taupunkt- und regelbarer Diodenlaser einsetzt

AQUALAB-Geräte nutzen in erster Linie die Technologien des gekühlten Spiegeltau-Punkts und regelbarer Diodenlaser TDL), da es sich hierbei um direkte, primäre Methoden zur Messung Wasseraktivität handelt. Beide Sensoren erfassen direkt den thermodynamischen Zustand des Wassers im Kopfraum entweder durch Messung Dampfdruck den Tau-Punkt oder durch direkte Messung der Wasserdampfkonzentration mittels Laserspektroskopie. Im Gegensatz dazu sind kapazitive und resistive elektrolytische Sensoren sekundäre Verfahren, da sie Wasseraktivität Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Sensor-Materialien ableiten. Diese indirekten Verfahren können zwar nützliche Messwerte liefern, sind jedoch im Allgemeinen anfälliger für Sensordrift, Verunreinigungen und Störungen als die von AQUALAB eingesetzten direkten Messverfahren.

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