美國TA蒸汽吸附分析儀Discovery SA

TA儀器還提供精心設(shè)計的蒸汽吸附分析儀 - 生產(chǎn)效率高，精度佳，濕度控制范圍廣。

應(yīng)用行業(yè)

制藥

水或水分通常出現(xiàn)在醫(yī)藥產(chǎn)品中。原料藥的吸水特性是一種固有特性。原材料或醫(yī)療產(chǎn)品在加工和存儲過程中都會暴露于水蒸氣中。水分會影響活性藥物成分和賦形劑，從而顯著改變藥物的功效和耐受性。為此，必須準(zhǔn)確了解水分的吸收能力。要想保護物質(zhì)免遭水分導(dǎo)致的不良變化的影響，唯一方法就是限制物質(zhì)暴露于非臨界的濕度水平。

美國藥典委員會(USP)通則<1241>將水-固體相互作用描述為吸附。水吸附程度會影響藥物的結(jié)晶度、滲透性和熔點。對于非晶態(tài)材料，水的存在會顯著改變玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度等整體特性，甚至引發(fā)向晶形的轉(zhuǎn)變。此外，水還會促進水解，誘導(dǎo)藥物降解。雖然原料藥中的水不會作為雜質(zhì)進行處理，但還應(yīng)盡可能對其采取嚴(yán)格的監(jiān)測和控制。

評估吸濕性

材料吸收水蒸氣的能力通常被稱為吸濕性。材料的這一特性是在常溫情況下，在稱重樣品質(zhì)量的同時改變 RH 值測得的。通過這些數(shù)據(jù)，可以評估水分對藥物材料特性的潛在影響。在選擇開發(fā)藥物時，這些數(shù)據(jù)還可充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)。下表對《歐洲藥典》推薦的藥物的吸濕性進行分類。

水吸附數(shù)據(jù)通常用于初試篩選過程，以識別吸濕性較低的藥物候選物。

在下圖中，布洛芬在 25℃ 時對水蒸氣的吸附和解吸顯示為相對濕度函數(shù)。根據(jù)分類表，它被認(rèn)為是具有中等吸濕性的物質(zhì)。

聚合物

聚合物材料廣泛應(yīng)用于消費品的制造過程中，也被經(jīng)常用作包裝材料。許多聚合物本身就自帶有吸附周圍潮濕環(huán)境中水的功能。經(jīng)證實，吸附的水可充當(dāng)塑化劑，從而降低玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度和機械強度。然而，吸附的水還會導(dǎo)致聚合物結(jié)構(gòu)發(fā)生

不可逆的降解。

根據(jù)用于評估聚合物-水相互作用的 ASTM、ISO 等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建議采用重力蒸氣吸附測量。Discovery SA 測量聚合物材料在暴露于受控 RH 的情況下，重量增加時水吸附情況，從而評估材料的吸濕穩(wěn)定性。水吸收或釋放的動力學(xué)是聚合物材料水滲透性的特征，可從連續(xù)記錄的重量數(shù)據(jù)中提取出來。

電子設(shè)備用聚合物的水解穩(wěn)定性

在電子設(shè)備的制造過程中，水吸附相關(guān)的可靠性問題變得越來越重要。通過使用先進的聚合物基材料，可集成更多功能，進一步減少產(chǎn)品尺寸。一旦暴露于環(huán)境濕度中，必須確保材料屬性的完整性。

Kapton 是一種可在寬溫度范圍內(nèi)，干燥條件下保持穩(wěn)定的聚酰亞胺聚合物。Kapton 用作柔性電子元件印刷電路的基材和易碎的靜電敏感部件的絕緣保護層。Kapton 具有極高的耐水解性，因此，與其他常用的聚酰亞胺材料相比，提供的電氣、化學(xué)和機械性能更好。

食品

含水量是食品行業(yè)考慮的一個關(guān)鍵因素。產(chǎn)品的水分含量會影響產(chǎn)品的質(zhì)地、保質(zhì)期、加工難度、生產(chǎn)成本等。一旦食品中的含水量增加，就會使酥脆的食品變軟，新鮮的意大利面變得粘乎乎的，不好處理。另一方面，如果產(chǎn)品太干，缺少水分，就會使其變脆，變硬，咬不動。此外，微生物活動也很喜歡食品中的可用水分。含水量豐富的食品很容易遭受微生物的攻擊，使其腐爛，變壞。因此，食品材料的保質(zhì)期由食品中的含水量確定。

通過開發(fā)合適的配方，設(shè)定處理和存儲條件，制造商可控制食品從大氣中吸收的水分。水分吸附受控且狀態(tài)良好的食品不僅可以保持味道和所需質(zhì)地，還能延長保質(zhì)期，增強客戶體驗。

評估保質(zhì)期和存儲穩(wěn)定性

玉米片的脆度是人體感官體驗其是否好吃的重要屬性之一。玉米片開封后，應(yīng)妥善保存。這需要較低濕度水平下的低水分吸附環(huán)境。在高濕度下，水分吸附能力會大大增強，使玉米片在被食用前其中包含的牛奶滲透到玉米片中。

下圖顯示的是玉米片在 25℃ 和 40℃ 時測量得出的水蒸氣吸附和解吸數(shù)據(jù)比較。在這兩個溫度條件下，只要水分吸附能力較低，不超過 40%Rh，吸附等溫線都能表現(xiàn)所需的 III 類形狀。這表明，在該研究范圍內(nèi)，玉米片的存儲穩(wěn)定性受溫度的影響不大。

評估玉米淀粉的吸濕性

淀粉是谷類食品中重要的生物聚合物成分之一，這在很大程度上決定了谷類食品的吸濕性。此外，很多食品產(chǎn)品也使用淀粉，而淀粉的保存則主要取決于它的吸濕性。淀粉具有多種功能，且具可變性，因此，也被用于包裝材料、生物技術(shù)、香料、紡織品和醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。

下圖顯示的是玉米淀粉在 25℃ 時測量得出的隨 RH 變化而變化的水蒸氣吸附和解吸情況。II 類連續(xù)吸附等溫線和相對較小的遲滯都是玉米淀粉具有的特征。

建筑材料和吸附材料

建筑材料的水分吸附能力是提高耐久性、設(shè)計低能耗建筑結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)有效浸漬的關(guān)鍵因素。居住舒適度和幸福感主要是與水分吸附能力受控的材料相關(guān)。

濕度和水分被視為是與建筑結(jié)構(gòu)的可靠性和正常運行高度相關(guān)的因素之一。尤其是建筑材料的水分吸附能力，它對石頭、水泥、木材和絕緣材料具有非常重要的意義。水分受損是限制建筑物使用壽命的一個重要因素。同樣，從建筑物外部結(jié)構(gòu)注入水分可能會對室內(nèi)空氣質(zhì)量和空調(diào)負荷產(chǎn)生重大影響。

水蒸氣吸附等溫線是用于分析建筑物環(huán)境與室內(nèi)空氣之間材料的吸濕性和水分輸送的一個主要參數(shù)之一。

評估木材的水吸附性

木材是一種重要的自然資源，也是一種用于建筑和施工應(yīng)用的多功能材料。木材的結(jié)構(gòu)特性隨含水量發(fā)生變化，而且它會自然腐爛。因此，有必要了解木材的水吸附能力隨濕度變化而發(fā)生的變化。

木材的保護可通過防止水進入木材，以及密封木材表面防止水分吸入等方式實現(xiàn)。木材對自然腐爛的敏感性以及木材是否適用于建筑施工的分析可通過蒸汽吸附測量進行。

吸附劑和催化劑

要想實現(xiàn)具成本化的節(jié)能型凈化和儲氣工藝，必須開發(fā)出耐水吸附材料和耐水吸附工藝。通過測量得出的材料水蒸氣吸附等溫線是提高材料性能的關(guān)鍵信息。吸附材料廣泛用于各種工業(yè)和環(huán)境應(yīng)用中，包括混合物的凈化和分離、干燥、催化、污染控制等。大部分材料都采用高比表面積的多孔質(zhì)地。在很多分離應(yīng)用中（干燥除外），沒人認(rèn)為水是一種需要吸附的污染物。吸附的水會妨礙吸附能力，降低材料的效率。新型金屬有機框架(MOF)等一些吸附材料的孔隙率極高，因此，具有出色的氣體存儲和凈化能力，但是，一旦出現(xiàn)水，就會不穩(wěn)定。

親水吸附材料的水吸附性

沸石是一種微孔鋁硅酸鹽礦物質(zhì)。它具有負電荷蜂窩狀微孔框架，會將水分吸附到該框架內(nèi)。沸石自然形成，也可通過工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。A 型沸石在工業(yè)上用于天然氣干燥、脫硫、以及氮氧分離。

沸石由于其極性，可在低 RH 時瞬間吸附水分。這種行為如圖中典型的陡峭 I 類等溫線所示。Discovery SA 以小增量控制 RH，從而分析等溫線的突增分支。