Grundlagen der dynamischen Wasserdampfsorption
Die dynamische Wasserdampfsorptionsanalyse ist eine präzise und zuverlässige Methode zur Untersuchung der temperaturabhängigen Wechselwirkungen zwischen einem Material und der Umgebungsfeuchte. Die Funktionsweise der proUmid-Sorptionsprüfsysteme besteht darin, die Gewichtsänderung einer Probe in Abhängigkeit der vorliegenden Umgebungsbedingungen zu ermitteln. Auf diese Weise werden Informationen über die Kinetik der Wasserdampfsorption und -desorption sowie über den Gleichgewichtszustand in Abhängigkeit einer gegebenen relativen Umgebungsfeuchte gewonnen. Die folgenden Anwendungsbeispiele erklären Grundlagen der Dynamischen Wasserdampfsorption und stellen Theorien zur Dateninterpretation vor. Die Anwendungsbeispiele sollen so dabei helfen, zuverlässige und reproduzierbare Messergebnisse zu erzielen.
Anwendungsbeispiele
Kalibrierung von Feuchtesensoren mit gesättigten Salzlösungen
Zuverlässige und reproduzierbare Messergebnisse sind in den Bereichen Qualitätssicherung, Forschung und Entwicklung von entscheidender Bedeutung. Um die Genauigkeit der SPS- und Vsorp-Geräte sicherzustellen, sollte neben der routinemäßigen Wartung, der Feuchtesensor in regelmäßigen Abständen überprüft und kalibriert werden. Application Note 18-01 stellt eine Methode zur Kalibrierung des Feuchtesensors mithilfe gesättigter Salzlösungen vor und erläutert das Prinzip der Methode.
Zertifizierung von mikrokristalliner Cellulose als Feuchtereferenz für gravimetrische DVS-Systeme
Mikrokristalline Cellulose wurde von proUmid als Referenzmaterial für gravimetrische DVS-Geräte zertifiziert. Die Application Note 18-02 beschreibt die durchgeführte Stabilitätsstudie und die Validierung des Materials im Rahmen der Zertifizierung.
Mikrokristalline Cellulose als Feuchtereferenz für gravimetrische DVS-Systeme
Die SPS- und Vsorp-Instrumente erfordern eine regelmäßige Validierung des Feuchtigkeitssensors, um genaue und zuverlässige Messungen sicherzustellen. Hierzu steht das MCC-Referenzmaterial zur Verfügung. Die Application Note 18-03 beschreibt eine praktische und zeitsparende Methode mithilfe einer Inline-Validierungsroutine.
Geschwindigkeit vs. Genauigkeit in der Feuchtesorptionsanalyse
Dynamische Wasserdampfsorption-Analysen sind oft zeitaufwändig, da für reproduzierbare Ergebnisse der Gleichgewichtszustand zwischen dem Wassergehalt der Probe und der relativen Umgebungsfeuchte abgewartet werden sollte. Je nach Probenbeschaffenheit kann dies mehrere Tage pro Feuchtestufe dauern und eine Beschleunigung ist nur in einem sehr begrenzten Bereich möglich. Um die Wichtigkeit ausreichend langer Messzeiten zu verdeutlichen, wurden in der Application Note 17-01 die Parameter zur Gleichgewichtserkennung variiert und so der Einfluss beschleunigter Messeinstellungen auf die Ergebnisse aufgezeigt.
Sorptions-Isotherme
Sorptionsisothermen sind definiert als die „Beziehung zwischen der Gleichgewichtsfeuchte einer Substanz und der relativen Feuchte der Umgebung bei einer bestimmten Temperatur“. Die daraus gewonnene Information über den Wassergehalt in Abhängigkeit von der Wasseraktivität ist wesentlich für die Charakterisierung eines Stoffes hinsichtlich mikrobieller, (bio)-chemischer und physikalischer Stabilität. Darüber hinaus können anhand der charakteristischen Form einer Sorptionsisotherme Rückschlüsse auf die Art der Wasserbindung oder feuchteinduzierte Prozesse gezogen werden. Das White Paper 21-01 erklärt wie Sorptionsisothermen aufgenommen werden, stellt Theorien zur Interpretation vor und veranschaulicht diese anhand einiger praktischer Beispiele.
Heat-of-Sorption
DVS-Analysen können zur Bestimmung der Wärmemenge („Heat-of-Sorption“), die bei Sorptions- oder Desorptionsprozessen von Wasserdampf an Oberflächen auftritt, genutzt werden.
Die Wasserdampfsorption oder -desorption ist dabei mit der Freisetzung oder Aufnahme von Energie verbunden, je nachdem, ob der Prozess exotherm oder endotherm abläuft. Das Ausmaß der Energieänderung hängt von der Affinität zwischen den Wasserdampfmolekülen und der Oberfläche des Systems ab und liefert somit einen Hinweis auf die Bindungsstärke.
Die Bestimmung der Heat-of-Sorption mittels DVS basiert auf der Temperaturabhängigkeit des Sorptionsverhaltens. Durch Korrelation der temperaturabhängigen Wasseraktivitäten bei konstantem Feuchtegehalt, kann die Sorptionswärme als Maß für die energetischen Prozesse berechnet werden.
Solche Daten sind beispielsweise für die Auslegung und Energieeffizienz industrieller Trocknungsprozesse relevant.
Das White Paper 25-01 erläutert die Theorie hinter dieser Analyse und zeigt beispielhafte Sorptionsdaten für die Berechnung.
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proUmid ist spezialisiert auf die Herstellung und weltweiten Vertrieb von Systemen zur Messung der Sorptionseigenschaften von Materialien sowie von Feuchtegeneratoren für analytische Anwendungen. Unsere Geräte und Instrumente werden weltweit in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen zur Wasserdampfsorption sowie zur Regelung der relativen Feuchtigkeit in Analysegeräten eingesetzt.