Métodos de medición de la actividad del agua: punto de rocío, TDL, capacitancia y sensores electrolíticos resistivos

El proceso de medición

Independientemente del instrumento o la tecnología de los sensores, todas las mediciones de la actividad del agua comienzan de la misma manera. Se introduce una muestra representativa en una cámara de medición sellada, donde se deja que alcance el equilibrio con el aire del espacio libre situado por encima de ella. Durante este proceso de equilibrio, las moléculas de agua se desplazan entre la muestra y el aire hasta que la presión de vapor (o densidad de vapor) en el espacio libre alcanza un valor estable. Una vez alcanzado el equilibrio, la actividad del agua se determina utilizando una de las cuatro tecnologías de sensores, que se dividen en dos métodos primarios (directos) y dos métodos secundarios (indirectos).

Métodos primarios (directos)

Los métodos primarios miden una propiedad física fundamental del propio vapor de agua —ya sea su presión de vapor o su concentración— en lugar de deducir la actividad del agua a partir de un efecto eléctrico secundario. Esto los hace, por naturaleza, más precisos y menos susceptibles a la deriva, la contaminación o las interferencias.

Sensor de punto de rocío de espejo enfriado. Un sensor de punto de rocío de espejo enfriado mide directamente la temperatura del punto de rocío del aire en equilibrio situado sobre la muestra. Se enfría un pequeño espejo hasta que se forman las primeras gotitas microscópicas de condensación en su superficie. Un sistema óptico detecta el inicio de la condensación, identificando la temperatura del punto de rocío, mientras que un sensor independiente mide la temperatura ambiente de la cámara. A partir de estas dos temperaturas, el instrumento calcula la humedad relativa —y, por lo tanto, la actividad del agua— de la muestra. Dado que se basa en la relación termodinámica fundamental entre el punto de rocío y la presión de vapor, la tecnología de espejo refrigerado se considera un método directo y primario para medir la actividad del agua y es ampliamente reconocida como la técnica más precisa para muestras no volátiles.

Sensor de láser de diodo sintonizable (TDL). Un sensor de láser de diodo sintonizable mide directamente la concentración de moléculas de vapor de agua en el espacio de cabeza. El sensor emite un rayo láser infrarrojo finamente sintonizado a través del aire situado sobre la muestra. La longitud de onda del láser, inferior a un nanómetro, se sintoniza específicamente con el isótopo más abundante del agua. Las moléculas de vapor de agua absorben una parte de la energía del láser, mientras que otros compuestos volátiles —como los alcoholes, la gasolina, los disolventes orgánicos y el propilenglicol— no interfieren en la medición. Al medir la atenuación del rayo láser, el instrumento determina directamente la concentración de vapor de agua y calcula la actividad del agua. Dado que mide directamente la densidad del vapor de agua en lugar de basarse en cambios en las propiedades eléctricas, el láser de diodo sintonizable también se considera un método directo y primario, y es la única tecnología de sensores capaz de medir con precisión la actividad del agua en muestras que contienen concentraciones significativas de compuestos volátiles.

Métodos secundarios (indirectos)

Los métodos secundarios no miden el vapor de agua directamente. En su lugar, deducen la actividad del agua a partir de un cambio en una propiedad eléctrica de un material sensor a medida que este absorbe humedad. Estos métodos pueden resultar útiles, pero suelen ser más susceptibles a la deriva del sensor, la contaminación y las interferencias que los métodos directos.

Sensor de capacitancia. Los sensores de capacitancia determinan la actividad del agua de forma indirecta midiendo los cambios en las propiedades eléctricas de un polímero higroscópico. El sensor consta de dos electrodos separados por un material dieléctrico polimérico. A medida que el vapor de agua de la muestra es absorbido por el polímero, su constante dieléctrica aumenta, lo que provoca un cambio en la capacitancia del sensor. El instrumento correlaciona este cambio en la capacitancia con la humedad relativa del espacio de cabeza y, a continuación, calcula la actividad del agua. Dado que la medición se deduce a partir de cambios en una propiedad eléctrica, en lugar de ser una medición directa de la presión del vapor de agua o de la concentración de vapor, los sensores de capacitancia se consideran un método indirecto y secundario.

Sensor electrolítico resistivo. Los sensores electrolíticos resistivos también miden la actividad del agua de forma indirecta a través de cambios en las propiedades eléctricas. El sensor está formado por dos varillas finas de vidrio con electrodos metálicos separadas por una solución electrolítica. A medida que el vapor de agua es absorbido por el electrolito, los grupos funcionales iónicos se disocian, lo que modifica la impedancia eléctrica (resistencia) del sensor. Este cambio de impedancia está correlacionado con la humedad relativa del espacio de cabeza, lo que permite al instrumento estimar la actividad del agua. Al igual que los sensores de capacitancia, los sensores electrolíticos resistivos se consideran métodos indirectos y secundarios, ya que se basan en respuestas eléctricas en lugar de medir directamente el vapor de agua en sí.

Por qué AQUALAB utiliza sensores de punto de rocío y sensores láser de diodo sintonizable

Los instrumentos AQUALAB utilizan principalmente las tecnologías de punto de rocío con espejo enfriado y de láser de diodo sintonizable (TDL), ya que se trata de métodos directos y primarios para medir la actividad del agua. Ambos sensores cuantifican directamente el estado termodinámico del agua en el espacio de cabeza, ya sea midiendo la presión de vapor a través del punto de rocío o midiendo directamente la concentración de vapor de agua mediante espectroscopia láser. Por el contrario, los sensores electrolíticos de capacitancia y resistivos son métodos secundarios, ya que deducen la actividad del agua a partir de los cambios en las propiedades eléctricas de los materiales sensores. Aunque estos métodos indirectos pueden proporcionar mediciones útiles, suelen ser más susceptibles a la deriva del sensor, la contaminación y las interferencias que las técnicas de medición directa empleadas por AQUALAB.

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