我们如何测量水分活度

AquaLab是美国专业的水分活度解决方案*，采用可溯源的镜面冷凝露点方法，是美国USP和FDA*使用的方法，能够在5分钟内快速测量样品的水分活度，是世界上一唯无需进行维护和校准的水分活度仪，并且读数能够*保持稳定。目前超过80%的客户都在使用AquaLab水分活度仪。

什么是水分活度？

如前面的文章所述，水分活度是物质中水的能量状态的测量。物质中的游离水是不与任何物质化学结合并且可以自由进入或挥发的水分。水以这种方式移动的能力使我们能够测量水分活度。

水蒸气分压

空气是由混合气体组成，每种气体对总气压都有其贡献。例如，在23℃和RH35%时，空气中的水蒸气仅占总气压的不到1%—1013.2 hPa的水蒸气对全部气体混合物的作用约为9.8 hPa。水蒸气的分压处于恒定的通量状态，并受到水进出任何暴露于空气的物质的影响，空气只能容纳这么多的水。在23℃时，空气饱和之前，水蒸气的分压只能高达28.1 hPa（约为2.8%）。

什么是扩散？

扩散是液体或气体分子从高浓度区域向低浓度区域的移动。在移动达到平衡之前，会一直移动，并且在整个可用空间中的浓度一致且稳定。说到水蒸气方面，以湿衣服的晾干为例，当湿衣服挂起来晾干时，衣服中水分的浓度比衣服周围空气中的浓度要高得多。由于衣服中的水没有化学键合到材料中，因此它能够从衣服中逸出进入到衣服周围的空气中，直到空气中的水量与织物中的水量相同为止，此时达到平衡。这将增加空气中水蒸气的总分压。在干燥的一天，将衣服挂在外面时，有足够的空间让移动到空间中，但是如果将它们挂在一个小房间里，您会注意到该房间中的湿度会增加，甚至可能达到衣服的湿度点将无法正常进一步晾干。正是这一特性使我们能够测量水分活度。

图1 扩散是颗粒从高浓度区域移动到低浓度区域的过程

衣服晾干与测量水分活度有什么关系？

就像水会从衣服中进出一样，水也会以不同的程度进出其他材料。如果将苹果切成两半并放在一边，您会发现它会变干。这是因为苹果中的所有自由水都逃逸到了苹果周围的空气中。同样，这种现象将继续发生，直到苹果周围空气中的水分与苹果中水分相同为止。在一个大房间里，这实际上意味着大部分水终都会离开苹果。但是，如果要将切成薄片的苹果放入一个小容器中，您会发现它不会以相同的方式变干。这是因为容器的空间要小得多，因此从苹果中充满水直到达到平衡所需的水量要少得多。如果要测量容器中的相对湿度，您会注意到它会在稳定之前迅速增加。将终的相对湿度除以100，就可以很好地了解这片苹果的水分活度。

这如何应用于工业中的水分活度测量？

通常，水活度测量装置将仅由某种相对湿度传感器和一个小的密封样品容器制成。当您将样品放入容器中时，水会进出样品，直到达到平衡为止，并且传感器将读取相对湿度。一旦温度和相对湿度稳定，机器将给出终读数。

图2：水分活度仪测量达到平衡后样品周围空气的相对湿度

水分活度与温度有什么关系？

正如温度是影响相对湿度的关键因素一样，它也会影响水分活度。如果不在多个不同温度下对样品进行测试，就无法知道温度变化对特定样品的水分活度的确切影响。因此，在测量水活度时，至关重要的是要确保样品温度一致且稳定。

水分活度的范围。

水分活度的测量范围是0到1。如果测量纯净的水，则水分活度为1，这几乎是不可能的–*纯净水之上的空气的相对湿度为100％。要使水分活度为0，您需要*不用水进行测量。假设空气中总是有水，则有可能如果某物暴露于空气中，则其中至少会包含一些水，因此水分活度为0是不可能的。