Funktionsprinzipien von 5 gebräuchlichen Feuchtigkeitsmessgeräten

Dieser Artikel wird Ihnen vom Hersteller eines Feuchtigkeitsanalysators zur Verfügung gestellt.

Halogen-Feuchteanalysator

1. Karl-Fischer-Feuchteanalysator:

Die Karl-Fischer-Methode, kurz Fischer-Methode, ist ein volumetrisches Trennverfahren zur Feuchtigkeitsmessung, das 1935 von Karl Fischer entwickelt wurde. Sie gilt als die spezifischste und genaueste Methode zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Wasser unter allen chemischen Verfahren. Obwohl sie ein Klassiker ist, wurde sie in den letzten Jahren hinsichtlich Genauigkeit und Messbereich verbessert. Sie ist als Standardmethode zur Feuchtigkeitsbestimmung in vielen Substanzen anerkannt.

Die Fischer-Methode ist eine iodometrische Methode, deren Grundprinzip darin besteht, dass bei der Oxidation von Schwefeldioxid mit Iod eine bestimmte Menge Wasser an der Reaktion teilnehmen muss:

I2 zehn SO2 zehn 2H2O=2HI zehn H2SO4

Die obige Reaktion ist reversibel. Um die Reaktion in positive Richtung zu verschieben und quantitativ ablaufen zu lassen, muss eine alkalische Substanz zugegeben werden. Experimente haben gezeigt, dass Pyridin das geeignetste Reagenz ist. Pyridin kann zudem mit Iod und Schwefeldioxid reagieren und so deren Dampfdruck senken. Daher muss das Reagenz zu Methanol oder einem anderen Lösungsmittel mit aktiven OH-Gruppen gegeben werden, um Pyridin-Schwefelsäureanhydrid in stabiles Pyridin-Methylhydrogensulfat umzuwandeln.

2. Infrarot-Feuchtigkeitsmessgerät:

Infrarot-Heizmechanismus: Wenn Ferninfrarotstrahlung auf ein Objekt trifft, kann es zu Absorption, Reflexion und Transmission kommen. Allerdings können nicht alle Moleküle Ferninfrarotstrahlung absorbieren; nur polare Moleküle, die elektrisch geladen sind, können dies. Wasser, organische Substanzen und Polymere absorbieren Ferninfrarotstrahlung besonders gut. Wenn diese Substanzen die Energie der Ferninfrarotstrahlung absorbieren und die natürliche Schwingungs- und Rotationsfrequenz ihrer Moleküle und Atome mit der Frequenz der Ferninfrarotstrahlung übereinstimmt, kommt es zu Resonanz oder Rotation der Moleküle und Atome. Dadurch wird die Bewegung stark verstärkt und in Wärmeenergie umgewandelt. Dies führt zu einer Erhöhung der Innentemperatur, wodurch die Substanz schnell weich wird oder austrocknet.

Die herkömmliche Erwärmungsmethode nutzt Wärmeleitung und Konvektion, die sich durch ein Medium ausbreiten müssen. Dies ist langsam und energieintensiv. Die Ferninfrarot-Erwärmung hingegen nutzt Wärmestrahlung ohne Ausbreitung durch ein Medium. Da die Strahlungsenergie proportional zur vierten Potenz der Temperatur des Heizelements ist, ist sie nicht nur energiesparend, sondern auch schnell und hocheffizient. Zudem besitzen Ferninfrarotstrahlen ein gewisses Eindringvermögen. Das erwärmte und getrocknete Material absorbiert Ferninfrarotstrahlung in einer bestimmten Tiefe zusammen mit den Oberflächenmolekülen. Dadurch entsteht ein Selbsterwärmungseffekt, der die Verdunstung von Lösungsmitteln oder Wassermolekülen und eine gleichmäßige Erwärmung ermöglicht. So werden Verformungen und qualitative Veränderungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung vermieden, und Aussehen, physikalische und mechanische Eigenschaften, Farbe und Beständigkeit des Materials bleiben erhalten.

Feuchtigkeitsanalysator

Die Genauigkeit und Stabilität eines Infrarot- Feuchtigkeitsanalysators werden hauptsächlich durch einen Infrarot-Strahlungsheizer und eine elektronische Waage bestimmt.

Infrarot-Heizstrahler: Wolframdraht-Vakuumröhren strahlen Nahinfrarotstrahlung ab, Siliziumkarbid ist ein langwelliger Ferninfrarot-Heizstrahler, Quarzglas- und Keramik-Infrarot-Heizstrahler strahlen Mittelinfrarotstrahlung ab.

Das Infrarot-Feuchtemessgerät ähnelt dem Infrarot-Feuchtemessgerät für die Wärmetrocknung und Massenmessung. Es verwendet die anerkannte Standardmethode der Feuchtemessung, die sogenannte „Trockenverlustmethode“. Diese Methode ist auch unter Bezeichnungen wie „5-Stunden-Methode bei 105 °C“ oder „3-Stunden-Methode bei 135 °C“ bekannt. Die Probe wird in einem Trockner erhitzt und über einen längeren Zeitraum getrocknet. Um den Feuchtegehalt zu berechnen, wird die Massenänderung vor und nach der Trocknung präzise gemessen. Hierfür sind umfassende Kenntnisse des Messpersonals im Umgang mit den Geräten und der Technologie erforderlich. Aufgrund der langen Messzeit ist die schnelle Messung einer großen Anzahl von Proben schwierig. Daher ist für hochpräzise Messungen verschiedenster Proben die Infrarot-Feuchtemessung die einzige Option. Zwar existieren auch andere elektrische und optische Messmethoden, diese sind jedoch spezialisierte Geräte und schränken den Messgegenstand ein. Hinsichtlich ihrer Vielseitigkeit sind sie der Infrarot-Feuchtemessung deutlich unterlegen.

Infrarot-Heizstrahler: Wolframdraht-Vakuumröhren strahlen Nahinfrarotstrahlung ab, Siliziumkarbid ist ein langwelliger Ferninfrarot-Heizstrahler, Quarzglas- und Keramik-Infrarot-Heizstrahler strahlen Mittelinfrarotstrahlung ab.

Das Infrarot-Feuchtemessgerät ähnelt dem Infrarot-Feuchtemessgerät für die Wärmetrocknung und Massenmessung. Es verwendet die anerkannte Standardmethode der Feuchtemessung, die sogenannte „Trockenverlustmethode“. Diese Methode ist auch unter Bezeichnungen wie „5-Stunden-Methode bei 105 °C“ oder „3-Stunden-Methode bei 135 °C“ bekannt. Die Probe wird in einem Trockner erhitzt und über einen längeren Zeitraum getrocknet. Um den Feuchtegehalt zu berechnen, wird die Massenänderung vor und nach der Trocknung präzise gemessen. Hierfür sind umfassende Kenntnisse des Messpersonals im Umgang mit den Geräten und der Technologie erforderlich. Aufgrund der langen Messzeit ist die schnelle Messung einer großen Anzahl von Proben schwierig. Daher ist für hochpräzise Messungen verschiedenster Proben die Infrarot-Feuchtemessung die einzige Option. Zwar existieren auch andere elektrische und optische Messmethoden, diese sind jedoch spezialisierte Geräte und schränken den Messgegenstand ein. Hinsichtlich ihrer Vielseitigkeit sind sie der Infrarot-Feuchtemessung deutlich unterlegen.

Anwendungsbereich: Es kann Getreide, Stärke, Mehl, getrocknete Nudeln, Brauprodukte, Meeresfrüchte, verarbeitete Fischprodukte, verarbeitete Fleischprodukte, Gewürze, Kerne, Herzen, Milchprodukte, Trockenlebensmittel, Pflanzenöle und andere Lebensmittel, Arzneimittel, Erzsand, Koks, Glasrohstoffe, Zement, chemische Düngemittel, Papier, Zellstoff, Baumwolle, verschiedene Fasern und andere Industrieprodukte messen.

3. Taupunkt-Feuchtemesser:

Das Taupunkt-Feuchtemessgerät ist einfach zu bedienen, das Gerät ist unkompliziert und liefert in der Regel zufriedenstellende Messergebnisse. Es wird häufig zur Bestimmung von Spurenfeuchte in permanenten Gasen eingesetzt. Allerdings ist diese Methode störanfällig, da manche leicht austauschbare Gase vor dem Wasserdampf kondensieren und dadurch, insbesondere bei hohen Konzentrationen, Störungen verursachen.

4. Mikrowellen-Feuchtigkeitsmessgerät:

Das Mikrowellen-Feuchtemessgerät nutzt Mikrowellenfelder zur Trocknung der Probe und beschleunigt so den Trocknungsprozess. Es zeichnet sich durch kurze Messzeiten, einfache Bedienung, hohe Genauigkeit und ein breites Anwendungsspektrum aus. Es eignet sich für Getreide, Papier, Holz, Textilien und chemische Produkte. Die Feuchtigkeitsbestimmung in pulverförmigen und viskosen Feststoffproben kann auch zur Feuchtigkeitsbestimmung in Erdöl, Kerosin und anderen flüssigen Proben eingesetzt werden.

5. Coulomb-Feuchtemessgerät:

Coulometrische Feuchteanalysatoren werden häufig zur Bestimmung der Feuchte in Gasen eingesetzt. Diese Methode ist einfach anzuwenden und liefert schnelle Ergebnisse. Sie eignet sich besonders zur Bestimmung von Spurenfeuchte in Gasen. Die Bestimmung mit herkömmlichen chemischen Methoden ist hingegen sehr schwierig. Die Elektrolyse ist jedoch nicht geeignet zur Bestimmung von alkalischen Substanzen oder konjugierten Diolefinen.