Relative Luftfeuchtigkeit L40/RH

Feuchtemessungen in der thermischen Analyse

Bei vielen Anwendungen in der Thermoanalyse spielt die Atmosphäre eine wichtige Rolle, da sie das Verhalten der Probe beeinflussen oder Reaktionen auslösen kann. Der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf Baumaterialien, die Lagerzeit von Arzneimitteln und Lebensmitteln oder der Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Polymeren sind nur einige der häufigsten Beispiele.

Natürlich sind die Linseis-Geräte für solche Experimente geeignet, aber es gibt eine Tatsache, die oft für Verwirrung sorgt und sorgfältig beachtet werden muss: Der Unterschied zwischen Wasserdampf und relativer Luftfeuchtigkeit.

Unterschied zwischen relativer Luftfeuchtigkeit und Wasserdampf

Generatoren für relative Luftfeuchtigkeit werden am häufigsten für Experimente bei Raumtemperatur verwendet, während Wasserdampfanwendungen bei höheren Temperaturen stattfinden.

Wenn Wasser auf seinen Siedepunkt oder darüber hinaus erhitzt wird, ändert es seine Aggregatzustandsform von flüssig zu gasförmig. Es liegt dann als Wasserdampf (Dampf) vor. Wird dieser Dampf in eine Reaktionskammer oder ein Gerät eingeleitet, spricht man von Wasserdampfeinsatz.

Im Gegensatz dazu kann jedes Gas bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Menge an Wasser transportieren und enthalten. Dies wird als Feuchtigkeit bezeichnet. Am Beispiel der Luft lässt sich feststellen, dass auch unterhalb des Siedepunkts von Wasser immer eine bestimmte Menge Wasser in der Luft enthalten ist, die als Feuchtigkeitsgrad oder relative Feuchtigkeit bezeichnet wird.

Messungen der Luftfeuchtigkeit

Der typische Temperaturbereich für Feuchtegeneratoren liegt zwischen Raumtemperatur und 80°C mit einer regelbaren relativen Feuchte von 0,2% bis 98%. Dies kann für Anwendungen in thermischen Analysegeräten wie Dilatometern, Differential Scanning Calorimetern oder Simultan-Thermoanalysatoren genutzt werden, insbesondere für die Analyse von Lebensmitteln, Pharmazeutika, Baumaterialien oder biologischen Prozessen.

Das bedeutet, dass dieselbe Menge Wasser, genauer gesagt, Wasserdampf in der Luft (Gramm H2O pro Kilogramm Luft) je nach Temperatur zu unterschiedlichen relativen Luftfeuchtigkeitsgraden führt, da sich die Kapazität der Atmosphäre ändert. Diese maximale Wassermenge (Kapazität) ist stark temperaturabhängig und reicht von einem Bruchteil von Gramm pro Kubikmeter (bei Temperaturen unter 0 °C) bis zu etwa 600 Gramm pro Kubikmeter bei 100 °C.

Relative Luftfeuchtigkeit

Das am häufigsten verwendete Maß für die Luftfeuchtigkeit ist die relative Luftfeuchtigkeit. Die relative Luftfeuchtigkeit kann einfach definiert werden als die Wassermenge in der Luft im Verhältnis zur Sättigungsmenge, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann, multipliziert mit 100. Luft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % enthält die Hälfte des Wasserdampfes, den sie bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann.

Wenn die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 0,1 % und 100 % liegt, kann das Wasser in Form von Wasserdampf vorliegen. Wird eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 % erreicht und die Umgebungsluft abgekühlt, wird der Taupunkt (der die maximale Wassermenge definiert, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann) überschritten und das Wasser kondensiert aus der Luft in Form von flüssigem Wasser.

Der Rest ist ein Gleichgewicht zwischen flüssigem Wasser und Wasserdampf bei der jeweiligen Temperatur. Wird dagegen die Temperatur über den Siedepunkt von Wasser (100°C auf Meereshöhe) erhöht, kann das Wasser in der Luft nur noch in Form von Wasserdampf existieren.

Insbesondere im Hinblick auf die Lebensbedingungen auf der Erde ist die Angabe der relativen Luftfeuchtigkeit sehr hilfreich, da der sehr enge Bereich der Wasserdampfkonzentration, in dem sich ein Säugetier, wie der Mensch, wohlfühlt, durch die Angabe der relativen Luftfeuchtigkeit grafisch dargestellt werden kann.

Dies führt zu zwei Hauptanwendungsfällen für thermische Analyseanwendungen. Der erste ist eine Temperatursweep-Anwendung, bei der ein definierter Feuchtigkeitswert bei Raumtemperatur eingestellt wird und die Probe einschließlich der Umgebung auf eine voreingestellte Temperatur erhitzt oder abgekühlt wird.

In diesem Fall bleibt die Wassermenge in der Messkammer konstant, aber die relative Feuchte ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur.

Die andere Möglichkeit ist die Messung unter isothermen Bedingungen, die es erlaubt, definierte und konstante Feuchtewerte zwischen 0,2 % und 98 % relativer Feuchte einzustellen. Kalte Luft unterhalb der Raumtemperatur kann Wasserdampf nur in einer sehr begrenzten Menge aufnehmen, die mit der Temperatur abnimmt. Luft unter 0°C kann keinen Wasserdampf mehr enthalten.

(siehe Grafik oben).

Sobald die relative Luftfeuchtigkeit über dem Taupunkt liegt (z. B. beim Abkühlen), kondensiert der Wasserdampf zu Feuchtigkeit und gefriert, wenn die Umgebungstemperatur unter 0 °C liegt. Dieses Verfahren erfordert eine umfangreichere Hardware-Ausstattung, z. B. eine beheizte Transferleitung für Probentemperaturen über Raumtemperatur.

Ein Feuchtegenerator erzeugt eine wasserdampfhaltige Atmosphäre, indem er ein Gas durch warmes Wasser leitet und es so sättigt. Anschließend wird das Gas durch Zugabe von trockener Luft mit Hilfe eines Taupunktsensors auf eine vorgegebene relative Luftfeuchtigkeit von 100 % RH eingestellt. Kundenspezifische Konfigurationen für Trägergas und Zusammensetzungen können bestellt werden, wobei zusätzliche MFCs oder externe Taupunktsensoren verwendet werden.

Downloads

Download