Principi di funzionamento di 5 comuni strumenti di misurazione dell'umidità

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Analizzatore di umidità alogeno

1. Analizzatore di umidità Karl Fischer:

Il metodo di Karl Fischer, abbreviato in metodo Fischer, è un metodo di separazione volumetrica per la misurazione dell'umidità, proposto da Karl Fischer nel 1935. Il metodo Fischer è il metodo più specifico e preciso per la determinazione dell'umidità dell'acqua tra tutti i metodi chimici utilizzati per determinare l'umidità di una sostanza. Pur essendo un metodo classico, è stato perfezionato negli ultimi anni per aumentarne la precisione e ampliarne il campo di misura. È stato riconosciuto come metodo standard per la determinazione dell'umidità in numerose sostanze.

Il metodo Fischer è un metodo iodometrico, e il suo principio fondamentale è che quando si utilizza lo iodio per ossidare l'anidride solforosa, è necessaria una certa quantità di acqua per partecipare alla reazione:

I2 dieci SO2 dieci 2H2O=2HI dieci H2SO4

La reazione sopra descritta è reversibile. Per far sì che la reazione proceda nella direzione positiva e in modo quantitativo, è necessario aggiungere una sostanza alcalina. Gli esperimenti hanno dimostrato che la piridina è il reagente più adatto, e che la piridina può anche combinarsi con iodio e anidride solforosa per ridurre la pressione di vapore di entrambi. Pertanto, il reagente deve essere aggiunto al metanolo o a un altro solvente contenente gruppi OH attivi per convertire l'anidride solforica piridina in metilidrogenosolfato piridina stabile.

2. Misuratore di umidità a infrarossi:

Meccanismo di riscaldamento a infrarossi: quando i raggi infrarossi lontani vengono irradiati su un oggetto, possono verificarsi assorbimento, riflessione e trasmissione. Tuttavia, non tutte le molecole possono assorbire i raggi infrarossi lontani; solo le molecole polari che presentano un campo elettrico possono farlo. L'acqua, le sostanze organiche e le sostanze polimeriche hanno una forte capacità di assorbire i raggi infrarossi lontani. Quando queste sostanze assorbono l'energia della radiazione infrarossa lontana e fanno sì che la frequenza di vibrazione e rotazione naturale delle molecole e degli atomi sia coerente con la frequenza della radiazione infrarossa lontana, si verifica una risonanza o rotazione di molecole e atomi estremamente probabile, causando un'intensificazione del movimento che viene convertita in energia termica. Ciò aumenta la temperatura interna, in modo che la sostanza si ammorbidisca o si asciughi rapidamente.

Il metodo di riscaldamento tradizionale utilizza la conduzione e la convezione del calore, che richiedono la propagazione attraverso un mezzo, risultando lento e dispendioso in termini di energia. Il riscaldamento a infrarossi lontani, invece, sfrutta l'irraggiamento termico senza necessità di un mezzo di propagazione. Allo stesso tempo, poiché l'energia radiante è proporzionale alla quarta potenza della temperatura dell'elemento riscaldante, si ottiene un risparmio energetico, oltre a un'elevata velocità ed efficienza. Inoltre, i raggi infrarossi lontani possiedono una certa capacità di penetrazione. Poiché il materiale riscaldato e asciugato assorbe l'energia di radiazione infrarossa lontana a una certa profondità, contemporaneamente alle molecole superficiali, si crea un effetto di autoriscaldamento che permette al solvente o alle molecole d'acqua di evaporare e riscaldarsi uniformemente, evitando così deformazioni e alterazioni qualitative causate da diverse dilatazioni termiche e preservando l'aspetto, le proprietà fisiche e meccaniche, la solidità e il colore del materiale.

Analizzatore di umidità

L'analizzatore di umidità a infrarossi si basa principalmente su un riscaldatore radiante a infrarossi e su una bilancia elettronica per determinarne la precisione e la stabilità.

Riscaldatori a infrarossi: il tubo a vuoto con filamento di tungsteno può irradiare raggi infrarossi vicini, il carburo di silicio è un riscaldatore a infrarossi lontani a lunga lunghezza d'onda, mentre i riscaldatori a infrarossi in vetro al quarzo e ceramica possono irradiare infrarossi medi.

L'igrometro a infrarossi è un dispositivo molto simile agli igrometri a infrarossi per l'essiccazione a caldo e la misurazione della massa, che utilizza il "metodo della perdita di peso a secco", un metodo di misurazione standard riconosciuto per la determinazione dell'umidità. Il "metodo della perdita di peso a secco", noto anche come metodo a 105 °C per 5 ore, metodo a 135 °C per 3 ore, ecc., prevede che il campione venga posto in un essiccatore e riscaldato e asciugato per un lungo periodo di tempo. La misurazione accurata della variazione di massa prima e dopo l'essiccazione permette di calcolare il contenuto di umidità. A tal fine, il personale addetto alla misurazione deve possedere una solida competenza nell'utilizzo delle apparecchiature e delle tecnologie. Poiché la misurazione richiede molto tempo, risulta difficile misurare rapidamente un gran numero di campioni. Pertanto, per una misurazione ad alta precisione di un'ampia varietà di campioni, l'igrometro a infrarossi rappresenta la soluzione ideale. Sebbene esistano altri metodi di misurazione elettrici e ottici, si tratta di strumenti specifici che limitano l'oggetto della misurazione. In termini di versatilità, sono nettamente inferiori agli igrometri a infrarossi.

Riscaldatori a infrarossi: il tubo a vuoto con filamento di tungsteno può irradiare raggi infrarossi vicini, il carburo di silicio è un riscaldatore a infrarossi lontani a lunga lunghezza d'onda, mentre i riscaldatori a infrarossi in vetro al quarzo e ceramica possono irradiare infrarossi medi.

L'igrometro a infrarossi è un dispositivo molto simile agli igrometri a infrarossi per l'essiccazione a caldo e la misurazione della massa, che utilizza il "metodo della perdita di peso a secco", un metodo di misurazione standard riconosciuto per la determinazione dell'umidità. Il "metodo della perdita di peso a secco", noto anche come metodo a 105 °C per 5 ore, metodo a 135 °C per 3 ore, ecc., prevede che il campione venga posto in un essiccatore e riscaldato e asciugato per un lungo periodo di tempo. La misurazione accurata della variazione di massa prima e dopo l'essiccazione permette di calcolare il contenuto di umidità. A tal fine, il personale addetto alla misurazione deve possedere una solida competenza nell'utilizzo delle apparecchiature e delle tecnologie. Poiché la misurazione richiede molto tempo, risulta difficile misurare rapidamente un gran numero di campioni. Pertanto, per una misurazione ad alta precisione di un'ampia varietà di campioni, l'igrometro a infrarossi rappresenta la soluzione ideale. Sebbene esistano altri metodi di misurazione elettrici e ottici, si tratta di strumenti specifici che limitano l'oggetto della misurazione. In termini di versatilità, sono nettamente inferiori agli igrometri a infrarossi.

Campo di applicazione: può misurare cereali, amido, farina, pasta secca, prodotti fermentati, frutti di mare, prodotti ittici trasformati, prodotti a base di carne commestibile trasformata, spezie, vinaccioli, latticini, alimenti secchi, oli vegetali e altri prodotti alimentari, medicinali, sabbia mineraria, coke, materie prime per il vetro, cemento, fertilizzanti chimici, carta, pasta di cellulosa, cotone, fibre varie e altri prodotti industriali.

3. Misuratore di umidità del punto di rugiada:

L'analizzatore di umidità a punto di rugiada è facile da usare, lo strumento non è complesso e i risultati misurati sono generalmente soddisfacenti. Viene spesso utilizzato per la determinazione di tracce di umidità nei gas permanenti. Tuttavia, questo metodo presenta molte interferenze e alcuni gas a facile scambio termico condensano prima del vapore acqueo, causando interferenze, soprattutto quando la concentrazione è elevata.

4. Misuratore di umidità a microonde:

L'analizzatore di umidità a microonde utilizza il campo a microonde per essiccare il campione e accelera il processo di asciugatura. Presenta tempi di misurazione brevi, facilità d'uso, elevata precisione e un ampio campo di applicazione. È adatto per cereali, carta, legno, tessuti e prodotti chimici. La determinazione dell'umidità in campioni solidi in polvere e viscosi può essere applicata anche alla determinazione dell'umidità in campioni liquidi come petrolio, cherosene e altri.

5. Igrometro Coulomb:

Gli analizzatori di umidità coulometrici sono comunemente utilizzati per determinare l'umidità nei gas. Questo metodo è semplice da utilizzare e rapido, ed è particolarmente adatto per la determinazione di tracce di umidità nei gas. Se la determinazione viene effettuata con un metodo chimico tradizionale, risulta molto difficile. Tuttavia, il metodo elettrolitico non è adatto per la determinazione di sostanze alcaline o diolefine coniugate.