我們?nèi)绾螠y(cè)量水分活度

AquaLab是美國全面優(yōu)質(zhì)水分活度解決方案的提供者，采用可溯源的鏡面冷凝露點(diǎn)方法，是美國USP和FDA推薦使用的方法，能夠在5分鐘內(nèi)快速測(cè)量樣品的水分活度，是世界上一唯無需進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)的水分活度儀，并且讀數(shù)能夠長期保持穩(wěn)定。目前超過80%的客戶都在使用AquaLab水分活度儀。

什么是水分活度？

如前面的文章所述，水分活度是物質(zhì)中水的能量狀態(tài)的測(cè)量。物質(zhì)中的游離水是不與任何物質(zhì)化學(xué)結(jié)合并且可以自由進(jìn)入或揮發(fā)的水分。水以這種方式移動(dòng)的能力使我們能夠測(cè)量水分活度。

水蒸氣分壓

空氣是由混合氣體組成，每種氣體對(duì)總氣壓都有其貢獻(xiàn)。例如，在23℃和RH35%時(shí)，空氣中的水蒸氣僅占總氣壓的不到1%—1013.2 hPa的水蒸氣對(duì)全部氣體混合物的作用約為9.8 hPa。水蒸氣的分壓處于恒定的通量狀態(tài)，并受到水進(jìn)出任何暴露于空氣的物質(zhì)的影響，空氣只能容納這么多的水。在23℃時(shí)，空氣飽和之前，水蒸氣的分壓只能高達(dá)28.1 hPa（約為2.8%）。

什么是擴(kuò)散？

擴(kuò)散是液體或氣體分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域的移動(dòng)。在移動(dòng)達(dá)到平衡之前，會(huì)一直移動(dòng)，并且在整個(gè)可用空間中的濃度一致且穩(wěn)定。說到水蒸氣方面，以濕衣服的晾干為例，當(dāng)濕衣服掛起來晾干時(shí)，衣服中水分的濃度比衣服周圍空氣中的濃度要高得多。由于衣服中的水沒有化學(xué)鍵合到材料中，因此它能夠從衣服中逸出進(jìn)入到衣服周圍的空氣中，直到空氣中的水量與織物中的水量相同為止，此時(shí)達(dá)到平衡。這將增加空氣中水蒸氣的總分壓。在干燥的一天，將衣服掛在外面時(shí)，有足夠的空間讓移動(dòng)到空間中，但是如果將它們掛在一個(gè)小房間里，您會(huì)注意到該房間中的濕度會(huì)增加，甚至可能達(dá)到衣服的濕度點(diǎn)將無法正常進(jìn)一步晾干。正是這一特性使我們能夠測(cè)量水分活度。

圖1 擴(kuò)散是顆粒從高濃度區(qū)域移動(dòng)到低濃度區(qū)域的過程

衣服晾干與測(cè)量水分活度有什么關(guān)系？

就像水會(huì)從衣服中進(jìn)出一樣，水也會(huì)以不同的程度進(jìn)出其他材料。如果將蘋果切成兩半并放在一邊，您會(huì)發(fā)現(xiàn)它會(huì)變干。這是因?yàn)樘O果中的所有自由水都逃逸到了蘋果周圍的空氣中。同樣，這種現(xiàn)象將繼續(xù)發(fā)生，直到蘋果周圍空氣中的水分與蘋果中水分相同為止。在一個(gè)大房間里，這實(shí)際上意味著大部分水終都會(huì)離開蘋果。但是，如果要將切成薄片的蘋果放入一個(gè)小容器中，您會(huì)發(fā)現(xiàn)它不會(huì)以相同的方式變干。這是因?yàn)槿萜鞯目臻g要小得多，因此從蘋果中充滿水直到達(dá)到平衡所需的水量要少得多。如果要測(cè)量容器中的相對(duì)濕度，您會(huì)注意到它會(huì)在穩(wěn)定之前迅速增加。將終的相對(duì)濕度除以100，就可以很好地了解這片蘋果的水分活度。

這如何應(yīng)用于工業(yè)中的水分活度測(cè)量？

通常，水活度測(cè)量裝置將僅由某種相對(duì)濕度傳感器和一個(gè)小的密封樣品容器制成。當(dāng)您將樣品放入容器中時(shí)，水會(huì)進(jìn)出樣品，直到達(dá)到平衡為止，并且傳感器將讀取相對(duì)濕度。一旦溫度和相對(duì)濕度穩(wěn)定，機(jī)器將給出終讀數(shù)。

圖2：水分活度儀測(cè)量達(dá)到平衡后樣品周圍空氣的相對(duì)濕度

水分活度與溫度有什么關(guān)系？

正如溫度是影響相對(duì)濕度的關(guān)鍵因素一樣，它也會(huì)影響水分活度。如果不在多個(gè)不同溫度下對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，就無法知道溫度變化對(duì)特定樣品的水分活度的確切影響。因此，在測(cè)量水活度時(shí)，至關(guān)重要的是要確保樣品溫度一致且穩(wěn)定。

水分活度的范圍。

水分活度的測(cè)量范圍是0到1。如果測(cè)量純凈的水，則水分活度為1，這幾乎是不可能的–*純凈水之上的空氣的相對(duì)濕度為100％。要使水分活度為0，您需要*不用水進(jìn)行測(cè)量。假設(shè)空氣中總是有水，則有可能如果某物暴露于空氣中，則其中至少會(huì)包含一些水，因此水分活度為0是不可能的。