Qu'est-ce qu'un analyseur d'humidité ? Comment les balances, les fours, les titrages et le NIR se comparent-ils ?

Méthodes et instruments

Il existe plusieurs catégories d'instruments de mesure de la teneur en eau. Chaque classe utilise une méthode de mesure différente, et chaque méthode a ses forces et ses faiblesses.

La thermogravimétrie, parfois appelée perte à la dessiccation (abréviation de "mesure de la perte de masse à la dessiccation"), est la méthode la plus courante et la plus connue. La thermogravimétrie consiste à chauffer un échantillon, puis à déduire la quantité d'humidité qu'il contient en comparant sa masse avant séchage à sa masse après séchage. La thermogravimétrie suppose que l'eau est la seule substance qui s'évapore pendant le séchage, ce qui n'est pas toujours le cas.

D'autres méthodes déduisent la teneur en eau en testant la réaction d'un échantillon à des stimuli tels que la lumière ou l'électricité, puis en utilisant le résultat pour déduire la teneur en eau.

Choisir avec soin les méthodes et les analyseurs de la teneur en eau

En théorie, la mesure de la teneur en eau semble simple : il suffit de peser le produit, de le sécher, de le peser à nouveau et la différence entre les deux poids indique la teneur en eau, n'est-ce pas ?

Malheureusement, non. Parfois, l'eau contenue dans une substance est si étroitement liée au reste de sa composition que lorsque vous essayez d'extraire uniquement l'eau, d'autres matières volatiles s'évaporent également. Il est presque impossible de faire la différence entre l'eau perdue et les autres substances volatiles perdues.

Dans d'autres situations, les efforts déployés pour extraire l'humidité (généralement à des températures élevées) peuvent modifier la composition chimique de l'échantillon, créant littéralement plus d'eau dans l'échantillon.

Si vous décidez de ne pas utiliser la thermogravimétrie dans l'espoir d'éviter ces problèmes, vous serez bientôt confronté aux produits chimiques toxiques utilisés pour le titrage et à la dérive d'étalonnage du proche infrarouge. Et ce n'est qu'un début - d'autres problèmes nous attendent.

Obtenir une mesure de la teneur en eau vraiment précise et scientifiquement fiable peut être difficile, mais ce n'est pas impossible, à condition de bien comprendre le matériau de l'échantillon et de choisir la méthode et l'instrument qui conviennent.

Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu de chaque catégorie d'instruments et de la manière dont ils peuvent être utilisés au mieux.

Fours de séchage

L'analyse thermogravimétrique de l'humidité à l'aide d'une étuve est la méthode la plus traditionnelle pour mesurer la teneur en eau et reste la méthode de référence officielle pour de nombreux organismes de réglementation, notamment l'AOAC et l'USP.

Toutefois, il s'agit également de la méthode la plus manuelle et la plus longue - l'utilisateur est le véritable "analyseur d'humidité" dans ce cas, le four n'étant qu'une source de chaleur. Les méthodes officielles de l'AOAC (qui sont typiques de la plupart des méthodes officielles) requièrent des variations des étapes ci-dessous, en fonction du type d'échantillon :

1. Sécher un récipient à échantillon vide à une température donnée pendant trois heures.
2. Transférer le récipient dans un dessiccateur pour qu'il refroidisse.
3. Une fois le plat refroidi, verser et étaler une quantité déterminée d'échantillon.
4. Remettre le plat et l'échantillon au four à une température donnée pendant plusieurs heures.
5. Retirer l'échantillon séché et la coupelle et les placer dans un dessiccateur pour les refroidir.
6. Après refroidissement, peser à nouveau le plat et l'échantillon.
7. Calculer le taux d'humidité à l'aide d'une équation donnée

Les fours sont omniprésents dans les laboratoires de sciences alimentaires et de contrôle de la qualité. Elles requièrent une attention particulière aux détails et beaucoup de temps de travail, mais peuvent fournir des résultats précis et de qualité de référence lorsqu'elles sont utilisées correctement. Et contrairement à la plupart des méthodes ci-dessous, les fours permettent aux utilisateurs de sécher plusieurs échantillons à la fois - bien qu'il faille toujours refroidir et peser tous les échantillons séparément.

Bilan hydrique

Les analyseurs d'humidité appliquent les mêmes principes thermogravimétriques que les fours de séchage, mais ils automatisent le pesage et ne mesurent qu'un seul échantillon à la fois.

Au lieu de séparer la source de chaleur et le mécanisme de pesée, les balances d'humidité intègrent une balance, un espace pour l'échantillon et un dispositif de chauffage (généralement une ampoule halogène), le tout dans un seul instrument. Une fois que l'utilisateur a inséré un échantillon et choisi un programme de dessiccation, l'instrument chauffe l'échantillon à une température et pendant une durée déterminées.

Comme la balance est intégrée, les utilisateurs n'ont pas besoin de retirer et de peser l'échantillon à plusieurs reprises - l'appareil le fait automatiquement. La source de chaleur halogène souvent utilisée atteint rapidement des températures élevées et, comme les balances d'humidité ne peuvent contenir qu'un seul échantillon, l'espace restreint se réchauffe rapidement.

Pour éviter les pièges les plus courants des balances d'humidité, choisissez votre appareil avec soin et définissez votre programme de dessiccation de manière réfléchie. Le contrôle de la température est souvent un problème - visant des temps de séchage rapides, de nombreuses balances deviennent trop chaudes trop tôt et brûlent simplement les échantillons, créant une coquille brûlée qui scelle l'humidité restante, modifie la structure chimique de l'échantillon et fausse les résultats finaux (sans parler de l'odeur nauséabonde qui règne dans votre laboratoire).

Analyseurs d'humidité à micro-ondes

Les analyseurs d'humidité à micro-ondes sont une autre méthode de dessiccation "thermogravimétrique" ou par perte. Plutôt que d'utiliser l'énergie infrarouge pour chauffer les échantillons, les analyseurs d'humidité à micro-ondes bombardent les échantillons avec des micro-ondes, chauffant l'eau dans un échantillon et provoquant son évaporation.

Les analyseurs de laboratoire à micro-ondes peuvent chauffer les échantillons très rapidement, en particulier les échantillons à forte teneur en eau. Ils sont donc très appréciés pour mesurer les liquides et les pâtes tels que le yaourt, le fromage et les produits laitiers.

Parce qu'ils se concentrent sur les substances liquides et pâteuses, la préparation de tout échantillon qui n'est pas déjà liquide nécessite généralement de le réduire en pâte et de l'étaler sur un tampon avant le test - un processus qui peut modifier par inadvertance le taux d'humidité de l'échantillon.

Les analyseurs à micro-ondes n'excellent pas dans le cas d'échantillons à faible teneur en eau, car ils ont tendance à brûler.

Titrateurs

Le titrage Karl Fischer, du nom du scientifique qui l'a inventé en 1935, mesure des quantités d'humidité infiniment petites. Dans la plupart des cas, il s'agit de la méthode la plus précise pour mesurer la teneur en eau. Elle est donc souvent utilisée dans les industries pharmaceutiques et pétrolières, où toute trace d'humidité peut avoir un impact considérable.

Le titrage est un processus complexe. Les analyseurs d'humidité Karl Fischer fonctionnent en mélangeant votre échantillon avec un produit chimique qui réagit avec l'eau. Après la réaction, le titrateur peut quantifier la quantité d'eau à l'aide d'une électrode. Le titrage peut prendre de quelques minutes à plus de 30 minutes, en fonction de la compatibilité de l'échantillon avec les solvants nécessaires et de la nécessité de trouver des solutions de rechange.

La précision du titrage a un coût. Les titrateurs à bouton unique ont considérablement simplifié le processus, mais des connaissances relativement approfondies en chimie et en sciences de laboratoire sont encore nécessaires pour configurer correctement les tests, choisir les réactifs appropriés, manipuler les produits chimiques dangereux et interpréter les résultats.

Spectroscopie dans le proche infrarouge (NIR)

Le proche infrarouge est une méthode indirecte de mesure de la teneur en eau qui ne nécessite pas de séchage, de pesage, de mélange de produits chimiques, ni même de toucher l'échantillon.

Le proche infrarouge fonctionne en projetant des échantillons avec de la lumière à l'intérieur d'un spectre spécifique. Certaines molécules interagissant différemment avec la lumière, la mesure de la quantité de lumière renvoyée par l'échantillon permet d'établir des hypothèses sur la quantité d'humidité qu'il contient.

Étant donné que la technologie NIR permet d'effectuer des relevés rapidement et sans toucher ou affecter les échantillons, elle est souvent utilisée sur les chaînes de production pour obtenir des relevés rapides de l'humidité au cours du traitement.

Le proche infrarouge est une méthode indirecte, qui nécessite donc un étalonnage régulier par rapport à une méthode de référence, qui est souvent l'une des autres méthodes de mesure énumérées ci-dessus. Les lectures des instruments NIR conservent généralement une variance d'environ 1,5 écart-type, voire moins, par rapport à la méthode de référence utilisée pour l'étalonner.

Choisir le bon analyseur

Il n'existe que quelques méthodes fiables d'analyse de l'humidité, mais il y a d'innombrables analyseurs d'humidité sur le marché. Lors du choix d'un instrument, il convient d'abord de déterminer quelle méthode - titrage, NIR ou thermogravimétrie - vous convient le mieux, puis de passer au choix d'un instrument spécifique.

Même dans les limites d'une méthode unique, les analyseurs sont de toutes formes et de toutes tailles. Certains privilégient la rapidité à la précision, d'autres ne se contentent pas de mesurer le taux d'humidité, et quelques-uns peuvent automatiser la mesure de nombreux échantillons à la fois.

Réfléchissez aux caractéristiques spécifiques dont vous avez besoin pour votre analyseur, puis faites votre choix en fonction de votre application.

Obtenir une vue d'ensemble

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