El agua está presente en casi todas partes y, a menudo, es fundamental para controlar la textura, la calidad, la seguridad y otras características de los productos manufacturados.

En las industrias en las que los productos se venden por peso, un malentendido sobre el contenido de humedad puede llevar a regalar productos por valor de millones de dólares o provocar fallos catastróficos en los productos.

Por ello, muchos fabricantes, desde los de alimentos hasta los de madera, necesitan saber cuánta humedad contiene una sustancia determinada. Además, muchos fabricantes, especialmente en las industrias alimentaria, farmacéutica y del cannabis, están obligados por las normativas gubernamentales a medir el contenido de humedad.

Introducción de los analizadores de humedad: instrumentos que calculan la cantidad de agua que hay en un material mediante el análisis de una pequeña muestra.

Métodos frente a instrumentos

Existen varias clases de instrumentos para medir el contenido de humedad. Cada clase utiliza un método de medición diferente, y cada método tiene sus ventajas y desventajas.

La termogravimetría, a veces denominada «pérdida por secado» (abreviatura de «medición de la pérdida de masa por secado»), es el método más común y conocido. La termogravimetría consiste en calentar una muestra y deducir la cantidad de humedad que contiene comparando su masa antes del secado con su masa después del secado. La termogravimetría asume que el agua es la única sustancia que se evapora durante el secado, aunque no siempre es así.

Otros métodos deducen el contenido de humedad comprobando cómo responde una muestra a estímulos como la luz o la electricidad, y luego utilizan el resultado para deducir el contenido de humedad.

Elija cuidadosamente los métodos y analizadores de contenido de humedad.

En teoría, medir el contenido de humedad parece sencillo: se pesa, se seca, se vuelve a pesar y la diferencia entre ambos pesos indica cuánta humedad había, ¿verdad?

Por desgracia, no. A veces, el agua de una sustancia está tan fuertemente ligada al resto de sus componentes que, cuando se intenta extraer solo el agua, también se evaporan otros materiales volátiles. Es casi imposible diferenciar entre el agua perdida y otros volátiles perdidos.

En otras situaciones, los esfuerzos por extraer la humedad (normalmente a altas temperaturas) pueden alterar la composición química de la muestra, creando literalmente más agua en la muestra.

Si decide no utilizar la termogravimetría con la esperanza de evitar esos problemas, pronto se encontrará con los productos químicos tóxicos utilizados en la titulación y la deriva de calibración del NIR. Y eso es solo el principio, aún hay más.

Obtener una medición del contenido de humedad verdaderamente precisa y científicamente fiable puede resultar difícil, pero no es imposible, siempre y cuando conozca bien el material de la muestra y elija el método y el instrumento adecuados.

A continuación, encontrarás una breve introducción a cada clase de instrumentos y cómo se pueden utilizar mejor.

(leyenda: Dibujo lineal de un horno de secado utilizado para el análisis de humedad y la determinación del contenido de humedad en laboratorios de ciencia alimentaria).

Hornos de secado

El análisis termogravimétrico de la humedad mediante un horno de secado es la forma más tradicional de medir el contenido de agua y sigue siendo el método de referencia oficial para muchos organismos reguladores, incluidos la AOAC y la USP.

Sin embargo, también es el método más manual y que más tiempo consume: en este caso, el usuario es el verdadero «analizador de humedad», y el horno es simplemente una fuente de calor. Los métodos oficiales de la AOAC (que son típicos de la mayoría de los métodos oficiales) requieren variaciones de los pasos que se indican a continuación, dependiendo del tipo de muestra:

1. Secar un recipiente de muestra vacío a una temperatura específica durante tres horas.
2. Transfiera el recipiente a un desecador para enfriarlo.
3. Una vez que el plato se haya enfriado, vierta y extienda la cantidad especificada de muestra.
4. Vuelva a colocar el plato y la muestra en el horno a una temperatura específica durante varias horas.
5. Retire la muestra seca y el plato y colóquelos en un desecador para que se enfríen.
6. Después de enfriar, vuelva a pesar el plato y la muestra.
7. Calcular el contenido de humedad con una ecuación específica.

Los hornos son omnipresentes en los laboratorios de ciencia alimentaria y control de calidad. Requieren atención al detalle y mucho tiempo de trabajo práctico, pero pueden ofrecer resultados precisos y de calidad de referencia cuando se utilizan correctamente. Y, a diferencia de muchos de los métodos que se describen a continuación, los hornos permiten a los usuarios secar muchas muestras a la vez, aunque seguirá siendo necesario enfriar y pesar todas esas muestras por separado.

Balances de humedad

Los analizadores de equilibrio de humedad aplican los mismos principios termogravimétricos que los hornos de secado, pero automatizan el pesaje y solo miden una muestra a la vez.

En lugar de mantener separados la fuente de calor y el mecanismo de pesaje, las balanzas de humedad integran una báscula (o balanza), un espacio para la muestra y un calentador (normalmente una bombilla halógena), todo en un solo instrumento. Una vez que el usuario introduce la muestra y selecciona un programa de secado, el instrumento calienta la muestra a una temperatura determinada y durante un tiempo establecido.

Dado que la balanza está integrada, los usuarios no tienen que retirar y pesar la muestra una y otra vez, ya que el dispositivo lo hace automáticamente. La fuente de calor halógena, de uso frecuente, alcanza altas temperaturas rápidamente y, dado que las balanzas de humedad solo tienen espacio para una muestra, el pequeño espacio se calienta rápidamente.

Para evitar los errores habituales de las balanzas de humedad, elija cuidadosamente su instrumento y configure su programa de secado con cuidado. El control de la temperatura suele ser un problema: al intentar acelerar los tiempos de secado, muchas balanzas se calientan demasiado rápido y simplemente queman las muestras, creando una capa carbonizada que sella la humedad restante, cambia la estructura química de la muestra y distorsiona los resultados finales (por no mencionar el mal olor que invade el laboratorio).

Analizadores de humedad por microondas

Los analizadores de humedad por microondas, que son los más recientes en incorporarse a esta clase, son otro método «termogravimétrico» o de pérdida por desecación. En lugar de utilizar energía infrarroja para calentar las muestras, los analizadores de humedad por microondas bombardean las muestras con microondas, calentando el agua de la muestra y provocando su evaporación.

Los analizadores de laboratorio por microondas pueden calentar muestras muy rápidamente, especialmente aquellas con alto contenido de humedad. Por ello, son muy populares para medir líquidos y pastas, como yogur, queso y productos lácteos.

Dado que se centran en sustancias líquidas y pastosas, la preparación de cualquier muestra que no sea ya líquida suele requerir triturarla hasta convertirla en pasta y untarla en una almohadilla antes de realizar la prueba, un proceso que puede alterar inadvertidamente el contenido de humedad de la muestra.

Los analizadores de microondas no son adecuados para muestras con bajo contenido de humedad, ya que tienden a chamuscar y quemar.

Valoradores

La titulación Karl Fischer, llamada así por el científico que la inventó en 1935, mide cantidades infinitesimales de humedad. En la mayoría de los casos, es el método más preciso para medir el contenido de humedad, por lo que se utiliza a menudo en las industrias farmacéutica y petrolera, donde cualquier rastro de humedad puede tener un impacto desmesurado.

La titulación es un proceso complejo. Los analizadores de humedad Karl Fischer funcionan mezclando la muestra con un producto químico que reacciona con el agua. Tras la reacción, el titulador puede cuantificar la cantidad de agua con un electrodo. La titulación puede durar desde unos minutos hasta más de 30, dependiendo de la compatibilidad de la muestra con los disolventes necesarios y de si se necesitan soluciones alternativas.

La precisión de la titulación tiene un coste. Los tituladores de un solo botón han simplificado considerablemente el proceso, pero sigue siendo necesario tener un conocimiento relativamente amplio de química y ciencias de laboratorio para configurar correctamente las pruebas, elegir los reactivos adecuados, manipular productos químicos peligrosos e interpretar los resultados.

Espectroscopia del infrarrojo cercano (NIR)

El NIR es un método indirecto para medir el contenido de humedad que no requiere secado, pesaje, mezcla de productos químicos ni siquiera tocar la muestra.

El NIR funciona irradiando muestras con luz dentro de un espectro específico. Dado que ciertas moléculas interactúan con la luz de diferentes maneras, al medir la cantidad de luz que refleja la muestra, se pueden hacer suposiciones sobre la cantidad de humedad que contiene.

Dado que el NIR puede realizar lecturas rápidamente y sin tocar ni afectar en absoluto a las muestras, se utiliza a menudo en las líneas de producción para obtener lecturas rápidas de humedad durante el procesamiento.

El NIR es un método indirecto, por lo que requiere una calibración periódica con un método de referencia, que a menudo acaba siendo uno de los otros métodos de medición mencionados anteriormente. Las lecturas de los instrumentos NIR suelen mantener una variación de alrededor de 1,5 o menos desviaciones estándar del método de referencia utilizado para calibrarlos.

Elegir el analizador adecuado

Solo hay unos pocos métodos fiables para analizar la humedad, pero en el mercado hay innumerables analizadores de humedad. A la hora de elegir un instrumento, primero determine qué método (valoración, NIR o termogravimetría) es el adecuado para usted y, a continuación, pase a elegir un instrumento específico.

Incluso dentro de las limitaciones de un único método, los analizadores vienen en todas las formas y tamaños. Algunos analizadores priorizan la velocidad sobre la precisión, otros miden más que solo el contenido de humedad y unos pocos pueden automatizar la medición de muchas muestras a la vez.

Considere qué características específicas necesita de su analizador y, a continuación, elija en función de su aplicación.

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Escrito pensando en las industrias del cannabis, la fabricación de alimentos y la farmacéutica.

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