什么是水分活度？

如前面的文章所述，水分活度是物質(zhì)中水的能量狀態(tài)的測量。物質(zhì)中的游離水是不與任何物質(zhì)化學(xué)結合并且可以自由進(jìn)入或揮發(fā)的水分。水以這種方式移動(dòng)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(shí)，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(tài)，并受到水進(jìn)出任何暴露于空氣的物質(zhì)的影響，空氣只能容納這么多的水。在23℃時(shí)，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(dòng)。在移動(dòng)達到平衡之前，會(huì )一直移動(dòng)，并且在整個(gè)可用空間中的濃度一致且穩定。說(shuō)到水蒸氣方面，以濕衣服的晾干為例，當濕衣服掛起來(lái)晾干時(shí)，衣服中水分的濃度比衣服周?chē)諝庵械臐舛纫叩枚?。由于衣服中的水沒(méi)有化學(xué)鍵合到材料中，因此它能夠從衣服中逸出進(jìn)入到衣服周?chē)目諝庵?，直到空氣中的水量與織物中的水量相同為止，此時(shí)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(shí)，有足夠的空間讓移動(dòng)到空間中，但是如果將它們掛在一個(gè)小房間里，您會(huì )注意到該房間中的濕度會(huì )增加，甚至可能達到衣服的濕度點(diǎn)將無(wú)法正常進(jìn)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(dòng)到低濃度區域的過(guò)程

衣服晾干與測量水分活度有什么關(guān)系？

就像水會(huì )從衣服中進(jìn)出一樣，水也會(huì )以不同的程度進(jìn)出其他材料。如果將蘋(píng)果切成兩半并放在一邊，您會(huì )發(fā)現它會(huì )變干。這是因為蘋(píng)果中的所有自由水都逃逸到了蘋(píng)果周?chē)目諝庵?。同樣，這種現象將繼續發(fā)生，直到蘋(píng)果周?chē)諝庵械乃峙c蘋(píng)果中水分相同為止。在一個(gè)大房間里，這實(shí)際上意味著(zhù)大部分水終都會(huì )離開(kāi)蘋(píng)果。但是，如果要將切成薄片的蘋(píng)果放入一個(gè)小容器中，您會(huì )發(fā)現它不會(huì )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(píng)果中充滿(mǎn)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(huì )注意到它會(huì )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(píng)果的水分活度。

這如何應用于工業(yè)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(gè)小的密封樣品容器制成。當您將樣品放入容器中時(shí)，水會(huì )進(jìn)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。

水分活度與溫度有什么關(guān)系？

正如溫度是影響相對濕度的關(guān)鍵因素一樣，它也會(huì )影響水分活度。如果不在多個(gè)不同溫度下對樣品進(jìn)行測試，就無(wú)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(shí)，至關(guān)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(jìn)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(huì )包含一些水，因此水分活度為0是不可能的。