我們如何測量水分活度

AquaLab是美國全面優質水分活度解決方案的提供者，采用可溯源的鏡面冷凝露點方法，是美國USP和FDA推薦使用的方法，能夠在5分鐘內快速測量樣品的水分活度，是世界上一唯無需進行維護和校準的水分活度儀，并且讀數能夠長期保持穩定。目前超過80%的客戶都在使用AquaLab水分活度儀。

什么是水分活度？

如前面的文章所述，水分活度是物質中水的能量狀態的測量。物質中的游離水是不與任何物質化學結合并且可以自由進入或揮發的水分。水以這種方式移動的能力使我們能夠測量水分活度。

水蒸氣分壓

空氣是由混合氣體組成，每種氣體對總氣壓都有其貢獻。例如，在23℃和RH35%時，空氣中的水蒸氣僅占總氣壓的不到1%—1013.2 hPa的水蒸氣對全部氣體混合物的作用約為9.8 hPa。水蒸氣的分壓處于恒定的通量狀態，并受到水進出任何暴露于空氣的物質的影響，空氣只能容納這么多的水。在23℃時，空氣飽和之前，水蒸氣的分壓只能高達28.1 hPa（約為2.8%）。

什么是擴散？

擴散是液體或氣體分子從高濃度區域向低濃度區域的移動。在移動達到平衡之前，會一直移動，并且在整個可用空間中的濃度一致且穩定。說到水蒸氣方面，以濕衣服的晾干為例，當濕衣服掛起來晾干時，衣服中水分的濃度比衣服周圍空氣中的濃度要高得多。由于衣服中的水沒有化學鍵合到材料中，因此它能夠從衣服中逸出進入到衣服周圍的空氣中，直到空氣中的水量與織物中的水量相同為止，此時達到平衡。這將增加空氣中水蒸氣的總分壓。在干燥的一天，將衣服掛在外面時，有足夠的空間讓移動到空間中，但是如果將它們掛在一個小房間里，您會注意到該房間中的濕度會增加，甚至可能達到衣服的濕度點將無法正常進一步晾干。正是這一特性使我們能夠測量水分活度。

圖1 擴散是顆粒從高濃度區域移動到低濃度區域的過程

衣服晾干與測量水分活度有什么關系？

就像水會從衣服中進出一樣，水也會以不同的程度進出其他材料。如果將蘋果切成兩半并放在一邊，您會發現它會變干。這是因為蘋果中的所有自由水都逃逸到了蘋果周圍的空氣中。同樣，這種現象將繼續發生，直到蘋果周圍空氣中的水分與蘋果中水分相同為止。在一個大房間里，這實際上意味著大部分水終都會離開蘋果。但是，如果要將切成薄片的蘋果放入一個小容器中，您會發現它不會以相同的方式變干。這是因為容器的空間要小得多，因此從蘋果中充滿水直到達到平衡所需的水量要少得多。如果要測量容器中的相對濕度，您會注意到它會在穩定之前迅速增加。將終的相對濕度除以100，就可以很好地了解這片蘋果的水分活度。

這如何應用于工業中的水分活度測量？

通常，水活度測量裝置將僅由某種相對濕度傳感器和一個小的密封樣品容器制成。當您將樣品放入容器中時，水會進出樣品，直到達到平衡為止，并且傳感器將讀取相對濕度。一旦溫度和相對濕度穩定，機器將給出終讀數。

圖2：水分活度儀測量達到平衡后樣品周圍空氣的相對濕度

水分活度與溫度有什么關系？

正如溫度是影響相對濕度的關鍵因素一樣，它也會影響水分活度。如果不在多個不同溫度下對樣品進行測試，就無法知道溫度變化對特定樣品的水分活度的確切影響。因此，在測量水活度時，至關重要的是要確保樣品溫度一致且穩定。

水分活度的范圍。

水分活度的測量范圍是0到1。如果測量純凈的水，則水分活度為1，這幾乎是不可能的–*純凈水之上的空氣的相對濕度為100％。要使水分活度為0，您需要*不用水進行測量。假設空氣中總是有水，則有可能如果某物暴露于空氣中，則其中至少會包含一些水，因此水分活度為0是不可能的。