部分水分測定儀的原理介紹
中子水分計、近紅外水分儀、電容式水分計、電阻式水分計、卡爾\費休水分儀、重量法水分計
近紅外水分儀
近紅外光是指波長在0. 78~2. 52um之間的電磁波。電磁波都具有定的能量。物質(zhì)對電磁波能量有選擇性吸收的能力,換句話說,種分子只能吸收某種或某幾種波長的電磁波,而對其他波長的電磁波則不吸收。
近紅外水分儀就是根據(jù)水分子對某些波長的近紅外光吸收強烈的原理工作的。研究表明,水在近紅外光域內(nèi)有三個特征吸收峰,即1.43um,1.94um和2.95um。水分子對1.43um附近的和1.94um附近的近紅外光吸收強烈。如果用這兩個波長的近紅外光照射被測物質(zhì),就可以通過測量透射光或反射光的衰減程度來測量物質(zhì)的水分。
上海佳實電子科技有限公司生產(chǎn)的SH-8B在線近紅外水分儀就是這種水分測定儀的代表產(chǎn)品,測量準(zhǔn)確。
中子水分計
由中子源、探測器和相應(yīng)的計數(shù)裝置所組成測量物質(zhì)水分的儀器叫作中子水分計。其基本測量原理是:由中子源發(fā)射出的中子在被測物質(zhì)中的減速擴散、減速透射、衰減、散射都由被測物質(zhì)內(nèi)的氫含量所決定,水分子(H2O}含有兩個氫原子,所以探測中子的計數(shù)率就能反映該物質(zhì)中水分的大小。
中子水分計的種類很多,可按測量方式、測量原理和裝置類型三種分類方法進(jìn)行。按測量方式分類有插入型、表面型、透射型和散射型四種;按測量原理分有中子減速擴散法,中子減速透射法,中子衰減法和散射法;按裝置類型分類有固定式、移動式和取樣式三種。
電容式水分計
電容器的電容量與其兩極間介質(zhì)的介電常數(shù)ε成正比。不同的物質(zhì)具有不同的介電常數(shù)。在干燥狀態(tài)下,許多物質(zhì)(如纖維、紙張、木材、谷物等)的介電常數(shù)都較低。約為1-5。而純水的介電常數(shù)則很,為80左右。因此,當(dāng)介質(zhì)中含有水分時,其介電常數(shù)就會大大提,從而引起電容器電容量的增加,電容式水分計就是利用水的這個特性工作的。
電容式水分計的主要特點是:結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度、量程寬、響應(yīng)快、操作方便,價格低廉,還能實現(xiàn)有線和無線遙測。適用于糧食、建材、造紙、紡織,煤炭、鑄造等行業(yè)檢測粉狀、粒狀、片狀、塊狀和漿料等非金屬物料中的水分。
電阻式水分計
固體物質(zhì)中如有水分存在,其導(dǎo)電性能就會發(fā)生變化。般干燥固體的電阻率為1010~1018Ω·cm,當(dāng)含有水分時,電阻率可能會下降到10-2~10-3Ω·cm,并且電阻的變化與含水量的大小遵從定的規(guī)律。根據(jù)這特性,可在定條件下測出物質(zhì)的電阻(或電導(dǎo))與水分含量的關(guān)系曲線。電阻式水分計就是根據(jù)這種原理工作的。
電阻式水分計的主要特點:是靈敏度,當(dāng)水分發(fā)生微小變化時,其直流電阻會發(fā)生較大變化;二是響應(yīng)時間快,可用于連續(xù)的在線測量但由于物質(zhì)中電解質(zhì)的存在會嚴(yán)重影響導(dǎo)電性能,故不能用于含有電解質(zhì)物質(zhì)的水分測量。
電阻式水分計應(yīng)用域十分。除含有電解質(zhì)的物質(zhì)外,其他物質(zhì)的水分測量都可以采用,如木材、紙張、谷物、皮革、蔗渣、棉紗、纖維、草、型砂、干果、乳制品、面粉、食糖、水泥、土壤、焦炭、等。
卡爾·費休水分儀
化學(xué)法是測量水分的重要方法。它是依靠水分子和特殊反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)方程式的定量關(guān)系計算水分含量的就是卡爾·菲休滴定法。
卡爾·費休滴定法是由卡爾·費休(Kerb Fischer)提出井于1935年發(fā)表的。該方法的核心就是在醇環(huán)境中用水與碘發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來檢測水分含量。因此,該方法被命名為卡爾·費休滴定法,所用的特殊試劑被命名為卡爾·費休試劑,采用該方法的儀器稱為卡爾·費休水分儀。這種方法和儀器準(zhǔn)確可靠,為世界各所。許多家和組織把它作為法定的標(biāo)準(zhǔn)分析方法,用于測定液體、固體和氣體中的含水量。長期以來,人們對卡爾·費休滴定法的理論和應(yīng)用研究從未間斷過,在卡爾·費休試劑的組成、配制和使用條件等方面做了大量開發(fā)研究工作,儀器的技術(shù)指標(biāo)和自動化程度也在不斷地提。
●卡爾·費休試劑
為了滿足實際需要,人們研究開發(fā)了大量的卡爾·費休試劑,有些還申請了利??傮w來說,卡爾·費休試劑包括三類:用于卡爾·費休容量法滴定的單組分試劑和雙組分試劑,用于卡爾·費休庫侖法的試劑以及用于測量酮、醛和其他物質(zhì)中水分的特殊試劑。
重量法水分計
重量法水分計的工作原理是把被測固體或液體樣品于干燥裝置中,在某溫度和壓力條件下脫水干燥,通過稱量干燥前后樣品的質(zhì)量變化,按照公式計算出被測物質(zhì)的濕基水分和干基水分。由于樣品的種類繁多,其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)各不相同,其中水分的存在形式有很大的差別,例如有的物質(zhì)受熱容易分解,氧化和揮發(fā)以及升華等,水分存在的形式有游離狀態(tài)的物理吸附水,化學(xué)吸附水和化學(xué)結(jié)合水等。因此,在用重量法水分計測量固體或液體的含水量時,須根據(jù)測量對象的特點采用不同的處理方法。
在重量法測試操作中,溫度、壓力、干燥時間以及干燥劑的選擇。條件不同測量方法和所用儀器也不同,因此重量法水分計又分為烘箱法、熱天平法和干燥劑法三種類型。上海佳實電子科技有限公司生產(chǎn)MS-100型鹵素水分儀,紅外水分儀是這種水分儀的代表產(chǎn)品,測量準(zhǔn)確,效果好。
1 烘箱法
對于具有熱化學(xué)穩(wěn)定性的樣品,常用的方法是常壓下的烘箱法。其操作步驟是通常把試樣置于烘箱中,在合適的溫度下烘干恒重,干燥前后的質(zhì)量差即為樣品的含水量。加熱的方式可用電加熱或紅外線加熱。此方法簡單方便,因而使用為。但要注意干燥后冷卻吸水以及是存在易揮發(fā)成分,是否容易受熱分解、氧化或升華等。試樣如果宜在減壓和較低溫度條件下進(jìn)行干燥,用真空烘箱法。
2 熱天平法
熱天平法是研究熱解的有效方法,既可以用來測定固體物質(zhì)的吸附水和結(jié)晶水,又可以用來判斷固體化合物的熱化學(xué)性質(zhì)。其工作原理簡單來說就是將加熱爐中的試樣懸掛在天平的臂上,加熱前天平的指針或示值處于平衡位置,在加熱過程中由于水分的解吸或熱解,天平失去平衡。連續(xù)記錄讀數(shù),即可測出試樣質(zhì)量的變化。加熱爐基本上都采用紅外輻射加熱,因為紅外輻射能量,穿透性強,可以實對樣品的干操。
3干燥劑法
有些物質(zhì)熱穩(wěn)定性較差,在溫度較的情況下容易分解。對于這類試樣,不宜采用加熱干燥的測量方法,而宜采用干燥劑使之在室溫和常壓(或減壓)下干燥,以測定其水分。常用的干燥劑按其干燥能力順序為五氧化二磷、氯酸鎂、氫氧化鉀、三氧化二鋁、氧化鋇、無水濃硫酸、硅膠、氧化鎂、氧化鈣、氯化鈣、濃硫酸、氯化鋅、無水硫酸銅等。為了干燥目的,可以采用兩種不同的方式:其是試樣經(jīng)過干燥劑干燥之后,稱量其質(zhì)量變化;其二是將試樣置于個干燥的空間中用真空泵進(jìn)行減壓于燥。由泵吸出的氣體通過五氧化二磷吸收管收集其中的水分,吸收管的增重即為試樣的含水量。