Навигация по сайту Анализатор влажности Sartorius MA150 » Влагометрия » Теоретические основы » Другие методы измерения влажности – краткий обзор


Другие методы измерения влажности – краткий обзор

Термогравиметрические методы охватывают только один набор методов, приемлемых для определения влажности. Но существует много других измерительных методов, как прямых, так и косвенных. Прямые методы определяют пропорцию влаги в пробе по физическим свойствам, таким как масса или по химической реакции, которую можно измерить количественно. Косвенные методы измеряют физические величины, связанные с влажностью, например, электропроводность или коэффициент поглощения электромагнитного излучения. Объём данной книги не позволяет дать детального описания всех методов определения влажности, но некоторые из них приводятся ниже в кратком изложении.

Титрование по Карлу Фишеру

Анализ влажности титрованием по Карлу Фишеру (сокращённо КФ) является международно-признанным контрольным методом. Различие проводится между объёмным титрованием, используемым для проб со средним и высоким содержанием воды и кулонометрическим (от «Кулон» – единица измерения электрического заряда) титрованием. Последняя методика гораздо более чувствительна по сравнению с объёмным титрованием и используется для веществ с влажностью от 0,1 до 0,0001 % (рисунок 34).

Оба метода основаны на следующей химической реакции:

I2 + 2 H2O + SO2 → 2 HI + H2SO4 ,
где I2 – йод
H2O – вода
SO2 – двуокись серы
HI – йодистый водород
H2SO4 – серная кислота

Перед проведением этой реакции вода должна быть отделена от пробы. Для этого вода либо экстрагируется с помощью приемлемого растворителя, либо выгоняется из пробы нагреванием (конвекционное нагревание в печи). Далее получаемый пар в непрерывном потоке азота переносится в КФ ячейку. В обоих случаях проба на выходе должна взвешиваться на внешних аналитических весах.
При объёмном титровании влажность материала пробы вычисляется по объёму потребляемого реагента КФ. Расчёт основан на начальной концентрации раствора КФ. Вообще, количество титрованной воды в пробе массой около 2 г находится в интервале между 10 и 50 мг .

Напротив, кулонометрическое титрование основано на другом принципе. В этом методе йод получается из реагента КФ путём электролиза. Затем измеряется ток, который пересчитывается в количество заряда. Поскольку отношение количества йода к количеству воды в данной реакции составляет 1:1, содержание воды может быть вычислено из значения протекшего тока. Количество титрованной воды обычно составляет от 500 до 1000 мкг в пробах массой от 50 мг до 1 г.

Если, например, окружающая влага проникает в ячейку КФ, или печь во время измерения открыта, или если одновременно протекают вторичные водообразующие реакции, то полученные результаты будут недостоверными.

Метод с применением фосфорного ангидрида
Испытательное оборудование и методика этого метода измерений очень похожи на таковые в методе титрования по Карлу-Фишеру. Главное отличие заключается в измерительной ячейке: в ней при титровании КФ используется жидкие тестовые реагенты, тогда как в настоящем методе внутренние стенки ячейки покрыты тонким слоем фосфорного ангидрида (рисунок 35).

В отличие от термогравиметрических методов, в которых влажность определяется по увеличению веса улавливателя влаги, в методе фосфорного ангидрида измеряется электропроводность продукта реакции фосфорного ангидрида и воды.

10.04
Рис.35 Принцип действия ячейки Р2О5

Начальный вес пробы определяется на микровесах, после чего проба нагревается в кварцевой печи. Поток высушенного азота переносит испаренную воду к измерительной ячейке. Характерной особенностью этой методики является то, что можно регистрировать по отдельности поверхностную, капиллярную и связанную воду. Высокопрецизионный регулятор температуры можно использовать для дозирования энергии, передаваемой в сушильную камеру таким образом, что сначала испаряется поверхностная вода, затем капиллярная и, наконец, связанная вода. Развитие процесса сушки или химическая реакция обрабатываются и отображаются на персональном компьютере.

Так как измерительная ячейка обладает ограниченной способностью поглощать воду, то эта методика используется, только если в пробе массой 1 г имеется крайне низкое содержание влаги.
Минимальный предел измерения с помощью этого метода составляет несколько частей на миллион; т.е. настоящий метод является в высокой степени прецизионным.

Метод карбида кальция (МК)

Этот метод определения влажности основан на реакции карбида кальция (СаС2) с водой (Н2О) в результате чего получаются ацетилен (С2Н2) и гидроокись кальция (Са (ОН) 2).

После начального взвешивания проба помещается в сосуд под давлением (рисунок 36). Добавляется карбид кальция, что вызывает изменение давления в сосуде. Для того чтобы обеспечить наиболее полное реагирование воды, необходимо тщательно перемешать пробу с карбидом кальция. Количество ацетилена, образующегося в этой реакции, вычисляется из роста давления и из температуры в сушильной камере. Плотность газа при различных значениях температуры и давления определяется по международно-признанным таблицам. Количество прореагировавшей воды определяется следующим химическим уравнением:

СаС2 + 2 Н2О → С2Н2 + Са(ОН) 2

10.05
Рис.36 Принципиальная схема установки определения влажности методом карбида

Благодаря портативности батареи, простоте методики и кратковременности измерения (несколько секунд), данный метод широко используется в сельскохозяйственной промышленности –для определения влажности зерна перед уборкой урожая.

10.06


Рис.37 Портативные кондуктометры для измерения электрической проводимости проб


Метод инфракрасной спектроскопии

Данная методика определения влажности основывается на характерных для каждого вещества спектрах поглощения и отражения в инфракрасном диапазоне. Проба облучается монохроматическим, т.е. одной длины волны, светом ближнего инфракрасного диапазона. Некоторая часть этого излучения поглощается материалом пробы, другая часть отражается от её поверхности. Для количественного замера отражённого пучка света и преобразования его в электрический сигнал используется фотодатчик (рисунок 38).

Характеристики метода Значение влажности может быть выведено из размера сигнала с помощью калибровочной кривой. Этот метод даёт быстрые результаты и не зависит от контактных явлений на электродах (как при измерении электропроводности), которые могут вносить негативный вклад в погрешность измерений. По этой причине данный метод часто применяется для онлайнового мониторинга производственного процесса, например, на конвейерных лентах. С другой стороны, инфракрасная спектроскопия очень чувствительна к изменению отражательной способности материала пробы; изменению его цвета или поверхностных свойств, что может привести к искажению результатов. Для калибровки в качестве контрольного метода используется метод сушильной печи.

10.07
Рис.38 Принципиальная схема ИК-спектрометра

Дополнительно