مبادئ خمسة أجهزة شائعة لقياس الرطوبة

يشارككم مصنع أجهزة تحليل الرطوبة هذه المقالة.

محلل رطوبة الهالوجين

1. جهاز تحليل الرطوبة كارل فيشر:

طريقة كارل فيشر، أو طريقة فيشر اختصارًا، هي طريقة فصل حجمي لقياس الرطوبة، اقترحها كارل فيشر عام ١٩٣٥. تُعدّ طريقة فيشر الطريقة الأكثر دقةً وتخصصًا من بين جميع الطرق الكيميائية لتحديد رطوبة المواد. ورغم أنها طريقة كلاسيكية، فقد خضعت لتحسينات في السنوات الأخيرة لزيادة دقتها وتوسيع نطاق قياسها، وأصبحت تُعتبر طريقةً قياسيةً لتحديد الرطوبة في العديد من المواد.

طريقة فيشر هي طريقة قياس اليود، ومبدأها الأساسي هو أنه عند استخدام اليود لأكسدة ثاني أكسيد الكبريت، يلزم وجود كمية معينة من الماء للمشاركة في التفاعل:

I2 عشرة SO2 عشرة 2H2O=2HI عشرة H2SO4

التفاعل المذكور أعلاه قابل للانعكاس. ولجعل التفاعل يسير في الاتجاه الموجب وبكمية كاملة، يجب إضافة مادة قلوية. وقد أثبتت التجارب أن البيريدين هو الكاشف الأنسب، كما أنه يتحد مع اليود وثاني أكسيد الكبريت لخفض ضغط بخارهما. لذلك، يجب إضافة الكاشف إلى الميثانول أو أي مذيب آخر يحتوي على مجموعات هيدروكسيل نشطة لتحويل أنهيدريد الكبريتيك بيريدين إلى ميثيل هيدروجين سلفات بيريدين المستقر.

2. مقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء:

آلية التسخين بالأشعة تحت الحمراء: عند تسليط الأشعة تحت الحمراء البعيدة على جسم ما، تحدث عمليات الامتصاص والانعكاس والنفاذ. مع ذلك، لا تستطيع جميع الجزيئات امتصاص هذه الأشعة، بل فقط الجزيئات القطبية التي تمتلك خاصية التوصيل الكهربائي. يتميز الماء والمواد العضوية والبوليمرات بقدرة عالية على امتصاص الأشعة تحت الحمراء البعيدة. عندما تمتص هذه المواد طاقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وتجعل تردد اهتزاز ودوران جزيئاتها وذراتها متوافقًا مع تردد هذه الأشعة، يزداد احتمال حدوث الرنين أو الدوران، مما يؤدي إلى تكثيف الحركة وتحويلها إلى طاقة حرارية ترفع درجة الحرارة الداخلية، وبالتالي تليّن المادة أو تجفيفها بسرعة.

تعتمد طريقة التسخين التقليدية على التوصيل الحراري والحمل الحراري، مما يتطلب انتقال الحرارة عبر وسط ما، وهي عملية بطيئة وتستهلك الكثير من الطاقة. أما التسخين بالأشعة تحت الحمراء البعيدة فيعتمد على الإشعاع الحراري دون الحاجة إلى وسط. ولأن الطاقة الإشعاعية تتناسب طرديًا مع القوة الرابعة لدرجة حرارة عنصر التسخين، فإن هذه الطريقة لا توفر الطاقة فحسب، بل تتميز أيضًا بالسرعة والكفاءة العالية. إضافةً إلى ذلك، تتمتع الأشعة تحت الحمراء البعيدة بقدرة اختراق معينة. ولأن المادة المسخنة والمجففة تمتص طاقة الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء البعيدة على عمق معين، بالتزامن مع جزيئات السطح، فإنها تُحدث تأثير التسخين الذاتي، مما يؤدي إلى تبخر جزيئات المذيب أو الماء وتسخينها بشكل متساوٍ، وبالتالي تجنب التشوه والتغيرات النوعية الناتجة عن اختلاف درجات التمدد الحراري، والحفاظ على مظهر المادة وخصائصها الفيزيائية والميكانيكية، وثبات لونها.

محلل الرطوبة

يعتمد جهاز تحليل الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي على سخان الأشعة تحت الحمراء والميزان الإلكتروني لتحديد دقته واستقراره.

سخان الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء: يمكن لأنبوب التفريغ المصنوع من خيوط التنجستن أن يشع أشعة تحت حمراء قريبة، وكربيد السيليكون هو سخان إشعاع الأشعة تحت الحمراء البعيدة ذات الطول الموجي الطويل، ويمكن لسخانات الأشعة تحت الحمراء المصنوعة من زجاج الكوارتز والسيراميك أن تشع أشعة تحت حمراء متوسطة.

مقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء هو جهاز مشابه جدًا لمقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء المستخدم في التجفيف الحراري وقياس الكتلة، وهو ما يُعرف بـ"طريقة الفقد الجاف" كطريقة قياس قياسية معترف بها لقياس الرطوبة. تُعرف هذه الطريقة أيضًا بأسماء أخرى مثل (طريقة 105 درجة مئوية لمدة 5 ساعات) و(طريقة 135 درجة مئوية لمدة 3 ساعات). يتم وضع العينة في مجفف وتسخينها وتجفيفها لفترة طويلة. ولقياس التغير في الكتلة بدقة قبل وبعد التجفيف، يتم حساب محتوى الرطوبة. يتطلب هذا الأمر مهارة عالية من الفنيين في استخدام المعدات والتقنيات. ونظرًا لطول مدة القياس، يصعب قياس عدد كبير من العينات بسرعة. لذلك، يُعد مقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء الخيار الأمثل لقياس مجموعة واسعة من العينات بدقة عالية. على الرغم من وجود طرق قياس كهربائية وبصرية أخرى، إلا أنها جميعًا أجهزة متخصصة تحد من نطاق القياس. ومن حيث التنوع، فهي أقل كفاءة بكثير من مقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء.

سخان الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء: يمكن لأنبوب التفريغ المصنوع من خيوط التنجستن أن يشع أشعة تحت حمراء قريبة، وكربيد السيليكون هو سخان إشعاع الأشعة تحت الحمراء البعيدة ذات الطول الموجي الطويل، ويمكن لسخانات الأشعة تحت الحمراء المصنوعة من زجاج الكوارتز والسيراميك أن تشع أشعة تحت حمراء متوسطة.

مقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء هو جهاز مشابه جدًا لمقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء المستخدم في التجفيف الحراري وقياس الكتلة، وهو ما يُعرف بـ"طريقة الفقد الجاف" كطريقة قياس قياسية معترف بها لقياس الرطوبة. تُعرف هذه الطريقة أيضًا بأسماء أخرى مثل (طريقة 105 درجة مئوية لمدة 5 ساعات) و(طريقة 135 درجة مئوية لمدة 3 ساعات). يتم وضع العينة في مجفف وتسخينها وتجفيفها لفترة طويلة. ولقياس التغير في الكتلة بدقة قبل وبعد التجفيف، يتم حساب محتوى الرطوبة. يتطلب هذا الأمر مهارة عالية من الفنيين في استخدام المعدات والتقنيات. ونظرًا لطول مدة القياس، يصعب قياس عدد كبير من العينات بسرعة. لذلك، يُعد مقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء الخيار الأمثل لقياس مجموعة واسعة من العينات بدقة عالية. على الرغم من وجود طرق قياس كهربائية وبصرية أخرى، إلا أنها جميعًا أجهزة متخصصة تحد من نطاق القياس. ومن حيث التنوع، فهي أقل كفاءة بكثير من مقياس الرطوبة بالأشعة تحت الحمراء.

نطاق التطبيق: يمكنه قياس الحبوب، والنشا، والدقيق، والمعكرونة المجففة، والمنتجات المخمرة، والمأكولات البحرية، ومنتجات الأسماك المصنعة، ومنتجات اللحوم الصالحة للأكل المصنعة، والتوابل، والحبوب، والقلوب، ومنتجات الألبان، والأطعمة المجففة، والزيوت النباتية وغيرها من المواد الغذائية، والأدوية، وخام الرمل، وفحم الكوك، والمواد الخام الزجاجية، والأسمنت، والأسمدة الكيميائية، والورق، واللب، والقطن، والألياف المختلفة وغيرها من المنتجات الصناعية.

3. مقياس رطوبة نقطة الندى:

جهاز تحليل رطوبة نقطة الندى سهل الاستخدام، وبسيط التصميم، ونتائجه مرضية عمومًا. يُستخدم غالبًا لتحديد آثار الرطوبة في الغازات الدائمة. مع ذلك، يعاني هذا الأسلوب من تداخلات كثيرة، إذ تتكثف بعض الغازات سريعة التبادل الحراري قبل بخار الماء، مما يُسبب تداخلات، خاصةً عند التركيزات العالية.

4. مقياس رطوبة الميكروويف:

يستخدم جهاز تحليل الرطوبة بالميكروويف مجال الميكروويف لتجفيف العينة وتسريع عملية التجفيف. يتميز الجهاز بسرعة القياس وسهولة التشغيل ودقة عالية ونطاق استخدام واسع. وهو مناسب للحبوب والورق والخشب والمنسوجات والمنتجات الكيميائية. كما يمكن استخدامه لتحديد الرطوبة في العينات الصلبة المسحوقة واللزجة، وكذلك في البترول والكيروسين وغيرها من العينات السائلة.

5. مقياس رطوبة كولوم:

تُستخدم أجهزة تحليل الرطوبة الكولومترية بشكل شائع لتحديد نسبة الرطوبة في الغاز. هذه الطريقة سهلة التشغيل وسريعة الاستجابة، وهي مناسبة بشكل خاص لتحديد آثار الرطوبة في الغاز. أما إذا تم تحديدها بطريقة كيميائية عامة، فسيكون الأمر بالغ الصعوبة. لكن طريقة التحليل الكهربائي غير مناسبة لتحديد المواد القلوية أو ثنائيات الأوليفينات المترافقة.