Methoden der Feuchtegehalts- bestimmung - mt.com · trockner eingesetzt. 2.1. Thermogravimetrische Verfahren Prinzip Thermogravimetrische Verfahren sind Wäge-Trocknungs-Metho-den,

Applikationsbroschüre

Methoden derFeuchtegehalts-bestimmung

Halogen MoistureAnalyzer vonMETTLER TOLEDO

sFr. 12.–

Technische Änderungen vorbehalten© 02/2002 Mettler-Toledo GmbHPrinted in Switzerland 11795010MCG MarCom Greifensee

Unserer Umwelt zuliebe.Diese Broschüre ist auf chlorfrei hergestelltemRecycling-Papier gedruckt. MET

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Aufbau und Inhalt dieser Broschüre

Diese Broschüre richtet sich an Personen, die sich mit der Bestimmung des Feuchte-gehalts von Substanzen befassen. Sie unterstützt den Leser bei der Auswahl der geeig-neten Messmethode.Die Broschüre enthält übersichtliche Tabellen, mit deren Hilfe rasch Lösungen mit demHalogen Moisture Analyzer von METTLER TOLEDO gefunden werden können.

Der erste Teil der Broschüre beschreibt die Prinzipien gängiger Feuchtebestimmungs-methoden. Die Darstellung der Stärken und Schwächen der einzelnen Verfahren unter-stützt Sie bei der Evaluation der geeigneten Methode.

Der zweite Teil befasst sich im speziellen mit Applikationen für die Halogen MoistureAnalyzer von METTLER TOLEDO. Besprochen werden die Probennahme, die Probenvor-bereitung sowie die optimale Anpassung der Trocknungsparameter an verschiedenartigeProblemstellungen. Einige Fallbeispiele zeigen exemplarisch, wie eine optimale Geräte-einstellung gefunden werden kann. Es wird zudem aufgezeigt, wie die Feuchtemesswerteeiner Probe, die mit einer Referenzmethode (z.B. Trockenschrank) ermittelt wurden, miteinem Halogen Moisture Analyzer in viel kürzerer Zeit nachvollzogen werden können.Ergänzt wird dieses Kapitel mit einigen bei METTLER TOLEDO entwickelten Applikations-beispielen und einer Anleitung, wie die Halogen Moisture Analyzer in eine Computer-umgebung eingebunden werden können.Dieser zweite Teil geht im speziellen auf die applikativen Aspekte der Halogen MoistureAnalyzer von METTLER TOLEDO ein. Für andere Bestimmungsmethoden wird Sie Ihrlokaler METTLER TOLEDO Vertreter gerne beraten.

3METTLER TOLEDO Applikationsbroschüre Feuchtebestimmung

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 4

2. Methoden der Feuchtegehaltsbestimmung 82.1. Thermogravimetrische Verfahren 102.2. Chemische Methoden 162.3. Spektroskopische Methoden 172.4. Weitere Methoden 212.5. Tabellarische Übersicht der Methoden zur Feuchtebestimmung 252.6. Messtechnische Begriffe 262.7. Vergleichbarkeit der Methoden 28

3. Die Lösungen von METTLER TOLEDO 293.1. Die Methoden und das Produktesortiment von METTLER TOLEDO 29

4. Beschreibung des Halogen Moisture Analyzer 31

5. Feuchtegehaltsbestimmung mit dem Halogen Moisture Analyzer 345.1. Der Trocknungsprozess 345.2. Probennahme und Probenvorbereitung 355.3. Die Entwicklung einer Methode für den Halogen Moisture Analyzer 405.4. Schematische Vorgehensweise zum Erarbeiten einer Methode 505.5. Fallbeispiel 515.6. Erzielung übereinstimmender Resultate mit einer Referenzmethode 535.7. Was ist wenn? 575.8. Applikationsbeispiele 58

6. Sicherheit 62

7. Ökologie 62

8. Qualitätssysteme 63

9. Literaturverweis 66

5METTLER TOLEDO Applikationsbroschüre Feuchtebestimmung4 METTLER TOLEDO Applikationsbroschüre Feuchtebestimmung

Arten der Bindung Bei der Feuchtebestimmung ist zu beachten, dass Wasser in Fest-von Feuchtigkeit stoffen unterschiedlich gebunden sein kann: Mit zunehmender

Bindungsstärke als– freies Wasser an der Oberfläche der Probensubstanz– Wasser in grossen Poren, Hohlräumen oder Kapillaren der

Probensubstanz– adhäsives Wasser an der Oberfläche von polaren Makromole-

külen haftend– in Gitterionen eingeschlossenes oder an Ionen koordiniertes

Kristallwasser.

Kristallwasser sowie adhäsiv gebundenes Wasser kann mit ther-mischen Verfahren gelegentlich nur bei gleichzeitiger Produkt-zersetzung abgetrennt werden.

1. Einleitung

Was ist Feuchte? Für den Begriff der Feuchte existiert keine allgemeingültige Defini-tion. Oft beeinflusst das zur Feuchtebestimmung verwendete physi-kalische Messprinzip die Definition. Der folgende Abschnitt be-schreibt die Feuchte, wie sie im Zusammenhang mit thermischen(trockenen) Bestimmungsmethoden zustande kommt.

Definition Die Feuchte eines Materials umfasst all jene Stoffe, die sich beimErwärmen verflüchtigen und zu einem Gewichtsverlust der Probeführen. Der Gewichtsverlust wird mit einer Waage erfasst und alsFeuchtegehalt interpretiert. Demnach fallen neben Wasser weitereMassenverluste wie zum Beispiel verdunstende organische Lö-sungsmittel, Alkohole, Fette, Öle, aromatische Komponenten undZersetzungs- und Verbrennungsprodukte unter diesen Feuchte-begriff.


Feuchtebestimmungen müssen schnell und zuverlässig durch-geführt werden können, um nötigenfalls rasch in den Produktions-prozess einzugreifen und um längere Produktionsunterbrüche zuvermeiden. Viele Hersteller bestimmen deshalb heute den Feuchte-gehalt von Rohstoffen, Zwischenprodukten und Fertigproduktendirekt an der Produktionslinie, ganz im Sinne der Qualitäts-sicherung.

Auswahl der Die Wahl einer zweckmässigen Messmethode ist im wesentlichengeeigneten von folgenden Grössen abhängig:Messmethode – Anforderungen an Genauigkeit, Messbereich, Wiederholbarkeit,

Empfindlichkeit– Art der Bindung des Wassers– Gewünschte Information: Wasser- oder Feuchtegehalt– Messgeschwindigkeit– Probenmenge– Physikalische Eigenschaften der Probe

(z.B. Zersetzungstemperatur)– Budget– Einfachheit (Bedienung oder Funktionalität)– Gesetzliche Vorschriften (Referenzverfahren)– Automatisierbarkeit– Kalibrierbarkeit

Wasser- oder Feuchte ist in den meisten Naturprodukten vorhanden.Feuchtegehalt Der Wassergehalt an sich ist selten von Interesse. Vielmehr zeigt ermessen – warum? an, ob ein Produkt bestimmte für Handel und Produktion mass-

gebende Eigenschaften besitzt, wie zum Beispiel:

– Lagerfähigkeit– Klumpenbildung bei Pulvern– Mikrobiologische Stabilität– Fliesseigenschaften, Viskosität– Trockensubstanzgehalt – Konzentration oder Reinheit– Handelsqualität (Einhaltung von Qualitätsvereinbarungen)– Ernährungstechnischer Wert des Produkts– Gesetzliche Konformität (Lebensmittelverordnung)

Handel und Industrie interessieren sich für den Trockensubstanz-anteil von Handelswaren. Das im Produkt vorhandene Wasser wirdbei der Preisfestlegung miteinbezogen. Gesetzliche Bestimmungensowie Produktedeklarationen definieren den Unterschied zwischennatürlicher und dem Produkt zugefügter Feuchte.


Stärken und Schwächen der Methoden

Verfahren Stärken Schwächen

Trockenschrank Referenzverfahren Typische Bestimmungsdauer im StundenbereichMehrere Proben sind gleichzeitig bestimmbar Zersetzung der Probe ist möglichEinwaage grosser Probenmengen möglich Substanzen, die nebst dem Wasser verdampfen

Aufwendige Handhabung mit Fehlermöglichkeiten

Infrarottrocknung Typische Messdauer 5 ...15 Min. Zersetzung der Probe ist möglichEinwaage grosser Probenmengen möglich Substanzen, die nebst dem Wasser verdampfenEinfache Handhabung, Einfachheit der Methode Kompakte Probenlösung

Halogentrocknung Schnell, typische Messdauer 2...10 Min. Zersetzung der Probe ist möglichEinwaage grosser Probenmengen möglich Substanzen, die nebst dem Wasser verdampfenEinfache Handhabung, Einfachheit der MethodeVielseitig einsetzbar, kompakte Problemlösung

Mikrowellen- Schnell, typische Bestimmungsdauer 2...5 Min. Zersetzung der Probe ist möglichtrocknung Einwaage grosser Probenmengen möglich Für Stoffe mit geringer Feuchte problematisch

Mässige Temperaturkontrolle

Destillation Kostengünstig Lösungsmittel oft notwendig (Ökologie)Mässige Resultatgenauigkeit

Karl-Fischer-Titrationen:coulometrisch Genaues Referenzverfahren Arbeitstechnik ist der jeweiligen Probe anzupassen

Für Spurenanalytik geeignet, Wasserdetektionen

volumetrisch Genaues Referenzverfahren, Wasserdetektionen Arbeitstechnik ist der jeweiligen Probe anzupassen

Ca-Carbidverfahren Kostengünstig Entstehung explosiongefährlicher StoffeFachpersonal ist notwendig

Infrarot- Kürzeste Messzeit, kontinuierliche Messungen Substanzspezifische Kalibrierung notwendigspektroskopie Auch für Mehrkomponentenanalyse (Proteine) Nur zur Messung der Oberflächenfeuchte

Abhängigkeit von MaterialbeschaffenheitAbhängig von Temperatur, Körnung

Mikrowellen- Kürzeste Messzeit Substanzspezifische Kalibrierung notwendigspektroskopie Kontinuierliche Messungen möglich Störeinflüsse sind Schüttdichte, Körnung

NMR-Spektroskopie Kurze Messzeit Kalibrierung ist notwendigEine Mehrkomponentenanalyse möglich Hoher apparativer Aufwand, Fachpersonal, teuerStrukturbestimmung Nur kleine Probenmengen messbar

Nicht zur Feuchte gehörende Wasserstoffatomewerden auch erfasst

Gaschromato- Geeignet für Multikomponentenanalyse Fachpersonal ist notwendig, teuergraphie

Konduktometrie Schnellmethode, mobiler Einsatz Substanzspezifische Kalibrierung ist notwendig

Refraktometrie Schnellmethode, geringer Aufwand, mobil Nur geeignet für überschaubare Substanzen

Dichtemessung Schnellmethode, geringer Aufwand, mobil Nur geeignet für überschaubare Substanzen

2. Methoden der Feuchtegehaltsbestimmung

Der Feuchtegehalt beeinflusst die physikalischen Eigenschafteneiner Substanz wie Gewicht, Dichte, Viskosität, Brechungsindex,elektrische Leitfähigkeit und vieles mehr.Im Laufe der Zeit sind verschiedenartige Methoden entwickeltworden, um diese physikalischen Grössen zu messen und alsFeuchtegehalt zum Ausdruck zu bringen.

Die Messmethoden können logisch wie folgt in Verfahren eingeteiltwerden– thermogravimetrische– chemische – spektroskopische – andere.


2.1.1 Trockenschrank

Prinzip Eine Probe wird mittels heisser Umluft getrocknet. Zur Verschärfungder Trocknungsbedingungen oder zur Schonung thermisch insta-biler Substanzen wird oft unter Vakuum getrocknet. Der Feuchte-gehalt wird durch eine Differenzwägung, vor und nach dem Trock-nen, ermittelt.

Bedeutung Die Trockenschrankmethode ist für viele Stoffe ein verbindlichesReferenzverfahren mit guter Reproduzierbarkeit. Oft wird dieseMethode in Lebensmittelgesetzen zitiert.

Vorteil Der Vorteil der klassischen Trockenschrankmethode liegt in derAnzahl der Proben, die gleichzeitig untersucht werden können.Zudem bietet sie die Möglichkeit, grosse Probenmengen zu analy-sieren, was insbesondere für inhomogene Stoffe vorteilhaft seinkann.

Nachteile Nachteil dieser Methode ist der grosse manuelle Aufwand sowie dielange Messdauer im Bereich von Stunden. Zur Verkürzung derMessdauer werden daher heute oft Infrarot- oder Mikrowellen-trockner eingesetzt.

2.1. Thermogravimetrische Verfahren

Prinzip Thermogravimetrische Verfahren sind Wäge-Trocknungs-Metho-den, bei denen die Proben bis zum Erreichen einer Massenkonstanzgetrocknet werden. Die Massenänderung wird als abgegebeneFeuchtigkeit interpretiert.Die Trocknung endet beim Erreichen eines Gleichgewichts-zustandes, d.h. wenn der Dampfdruck des feuchten Stoffes demDampfdruck der Umgebung gleich ist. Je geringer der Dampfdruckder Umgebung ist, desto geringer ist die im Gleichgewichtsfall imStoff verbleibende Restfeuchte. Durch Druckverminderung lässtsich der Umgebungsdampfdruck erniedrigen und damit die Trock-nungsbedingungen verschärfen.

Beeinflussung Für reproduzierbare thermogravimetrische Feuchtebestimmungensind die Trocknungstemperatur und die Trocknungsdauer vongrosser Bedeutung. Diese beeinflussen das Messresultat. Der Ein-fluss von Luftdruck und Luftfeuchtigkeit ist von sekundärer Bedeu-tung. Diese müssen aber bei hochpräzisen Analysen mitberück-sichtigt werden.

Bedeutung Die thermogravimetrischen Verfahren sind die klassischen Metho-den. Aus historischen Gründen sind sie oft Bestandteil der Gesetz-gebung (Lebensmittelverordnung usw.).

Einschränkung Die Feuchte wird bei thermogravimetrischen Verfahren immer imSinne der in der Einleitung gemachten Definition abgetrennt. Es wird also nicht zwischen Wasser und anderen leichtflüchtigenProduktkomponenten unterschieden.

Anwendung Thermogravimetrische Verfahren eignen sich praktisch für allethermischen Substanzen mit einem Feuchtegehalt >0,1%.


Erhebliche systematische Fehler ergeben sich, wenn die Probenach dem Trocknungsvorgang wegen ihres hygroskopischen Ver-haltens aus der Luft Feuchtigkeit aufnimmt, bevor diese gewogenwerden kann. Letzteres kann bei modernen Trocknern mit inte-grierter Waage ausgeschlossen werden, da gleichzeitig gewogenund getrocknet wird.

Anwendungen Überprüfung von Substanzen auf gesetzliche Konformität (Lebens-mittel).Referenzverfahren für die Kalibrierung anderer Verfahren.METTLER TOLEDO bietet für diese Methode ein vollständigesSortiment an Analyse- und Präzisionswaagen, sowie eine Palettean prozessvereinfachender Software und Probenidentifikations-systemen an.

2.1.2 Infrarottrocknung

Prinzip Anstelle von heisser Umluft wird bei dieser Methode das Probengutmittels direkter Infrarotstrahlung getrocknet. Die Infrarotstrahlenwerden von der Probe absorbiert. Die absorbierte Energie bewirktdie gewünschte Erhitzung der Substanz.

Vorteil Wesentlichste Vorteile dieser Methode sind das einfache Funk-tionsprinzip sowie die kurze Trocknungsdauer. Messresultate sindnach einigen Minuten verfügbar.

Nachteil Zersetzung der Probe ist, wie übrigens bei allen thermischen Metho-den, unter Umständen mögliche. Nebst Wasser können auch andere Substanzen verdampfen.

2.1.3 Halogentrocknung

Prinzip Bei dieser Methode handelt es sich um eine Weiterentwicklung derInfrarottrocknung. Die Strahlertechnologie basiert auf dem Halo-genstrahler-Prinzip.

Vorteil Durch die kompakte Bauweise der Halogenstrahler erreichen diesesehr rasch die gewünschte Betriebstemperatur und können präzisegeregelt werden. Das Resultat ist in der Regel eine kürzere Mess-dauer gegenüber den herkömmlichen Methoden sowie eine bes-sere Wärmeverteilung über die Probe. Die gleichmässige Wärme-einstrahlung auf die Probe in Kombination mit der feinen Tempe-raturregelung führen zu ausserordentlich gut reproduzierbarenMessresultaten.Die Halogen Moisture Analyzer von METTLER TOLEDO sind miteinem Strahler dieser Technologie ausgerüstet. Genaue Mess-resultate sind mit diesem, je nach Probe und Feuchtegehalt, inner-halb von 3–10 Min. verfügbar.

Nachteil Nebst Wasser können auch andere Substanzen verdampfen.


Mässige Temperaturkontrolle und Gefahr der Zersetzung der Probe.Problematisch für Stoffe mit geringer Feuchte.

2.1.5 Phosphorpentoxyd-Methode

Prinzip In einem geschlossenen System befindet sich nebst der feuchtenProbensubstanz die wasserabsorbierende Substanz Phosphor-pentoxyd. Der durch Erhitzen der Probe verdunstete Wasserdampfwird vom Pentoxyd sofort vollständig chemisch gebunden. DieGewichtszunahme des Phosphorpentoxyd ist das Mass für denWassergehalt der Probe. Gelegentlich wird auch die Änderung deselektrischen Leitwertes des Phosphorpentoxyds gemessen und alsFeuchtegehalt dargestellt. METTLER TOLEDO bietet für dieseMethode ein vollständiges Sortiment an Analyse- und Präzisions-waagen, sowie eine Palette an prozessvereinfachender Softwareund Probenidentifikationssystemen an.

2.1.6 Destillation

Prinzip Es wird der von einer Probe thermisch abgetrennte Massen- oderVolumenanteil der Feuchte gemessen.Meist wird bei festen Proben vor der Destillation ein in Wasserunlösliches organisches Lösungsmittel (z.B. Toluol, Xylol) zuge-setzt, welches bei der Destillation mit Wasser eine azeotropeDampfphase mit einer Temperatur <100 °C bildet. Nach derenAbkühlen trennen sich die beiden Flüssigkomponenten wieder, der Wasseranteil wird volumetrisch oder – nach vorherigem Ab-trennen des Lösungsmittelanteils im Scheidetrichter – durch Wägenbestimmt.

Vorteil Kostengünstige Methode.

Nachteile Mässige Genauigkeit.Oft sind Lösungsmittel notwendig, welche eine Umweltbelastungdarstellen.

2.1.4 Mikrowellentrocknung

Prinzip Dieses Verfahren beruht auf der Absorption von Mikrowellen-strahlung durch die Wassermoleküle der Probe. Diese Absorptionerzeugt Wärme und führt zum Verdampfen der flüchtigen Bestand-teile.Messgrösse ist auch hier die Gesamtheit der flüchtigen Bestand-teile. Diese wird durch Wägung vor und nach der Trocknungermittelt.

Einschränkungen Im Gegensatz zu preisgünstigen Mikrowellen-Haushaltsgerätenwerden an professionelle Geräte viel höhere Anforderungen gestellt.Die gleichmässige Verteilung der Mikrowelle und die regulierbareLeistung sind von Bedeutung, da die Probe bei unpräziser Regelungunkontrolliert überhitzt werden kann.Nicht geeignet ist diese Methode für apolare Stoffe mit tiefem Wasser-gehalt (<2%), da in diesen Proben mikrowellenabsorbierendeStoffe und somit der Motor für die Wärmegenerierung fehlen.

Vorteile Schnelles Messverfahren. Einwaage grosser Probemengen ist möglich.

Nachteile Eine selektive Wasserbestimmung ist nicht möglich, da sich durchWärmeleitung innerhalb der Probe auch andere Stoffe erhitzen undverdunsten.


2.2.2 Kalziumcarbidverfahren

Prinzip Beim Kalziumcarbidverfahren mischt man eine Probe des feuch-ten Stoffes sorgfältig mit Kalziumcarbid im Überschuss, wobeifolgende Reaktion stattfindet:CaC2 + 2H2O →Ca (OH)2 + C2H2

Die Menge des entstehenden Azetylens wird entweder durch dieMessung seines Volumens oder durch den Druckanstieg in einemgeschlossenen Gefäss bestimmt.

Vorteil Kostengünstig.

Nachteile Für diese Verfahren ist eine Eichung erforderlich, da nicht das ganze in der Probe enthaltene Wasser an der Reaktion beteiligt ist.Das Entstehen der explosionsgefährlichen Stoffe Wasserstoff oderAzetylen mag der Grund sein, dass diese Methode der Wasser-bestimmung nicht sehr verbreitet ist.

2.3. Spektroskopische Methoden

Prinzip Spektroskopische Feuchtebestimmungsmethoden sind indirekteMessverfahren. Alle diese Verfahren bedürfen einer Kalibrierung, die den Zusammenhang zwischen Anzeige des Spektrometers(primäre Messgrösse) und dem mittels Referenzverfahren ermittel-ten Wert herstellt.Auch die mittels Spektrometer gemessene Grösse ist nie eine Funk-tion der Feuchte allein, sondern von weiteren Parametern wie derDichte, der Temperatur und den Materialeigenschaften abhängig.

Einschränkung Um einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Feuchte undphysikalischer Messgrösse zu erhalten, müssten alle übrigen Para-meter konstant gehalten werden. Da die Messgüter jedoch nie voll-ständig homogen und konstant in ihren Eigenschaften sind, weisenalle Kennlinien eine mehr oder weniger ausgeprägte Streuung auf.Für die Kalibrierung ist daher eine grosse Zahl an Proben not-

16 METTLER TOLEDO Applikationsbroschüre Feuchtebestimmung

2.2. Chemische Methoden2.2.1 Karl-Fischer-Titrationen

Prinzip Das Karl-Fischer-Verfahren wird für viele Substanzen als Referenz-methode verwendet. Es handelt sich um ein chemisch-analytischesVerfahren, welches auf der Oxidation von Schwefeldioxid inmethanolisch-basischer Lösung durch Iod beruht. Im Prinzip läuftfolgende chemische Reaktion ab:H2O + I2 + SO2 + CH3OH + 3RN →[RNH]SO4CH3 + 2[RNH]I

Die Titration kann volumetrisch oder coulometrisch erfolgen.Beim volumetrischen Verfahren wird solange eine iodhaltige Karl-Fischer-Lösung zugesetzt, bis eine erste Spur an überschüssigemIod vorhanden ist. Die umgesetzte Iodmenge wird aus dem Volu-men der iodhaltigen Karl-Fischer-Lösung mittels Bürette ermittelt.Beim coulometrischen Verfahren wird das an der Reaktion beteiligteIod durch elektrochemische Oxidation von Iodid direkt in der Titrier-zelle erzeugt, bis ebenfalls eine Spur an nicht abreagierendem Iodvorliegt. Aus der dazu benötigten Strommenge kann über dasFaradaysche Gesetz die erzeugte Iodmenge errechnet werden.

Anwendung Die Karl-Fischer-Titration ist eine wasserspezifische Feuchtebe-stimmungsmethode, welche für Proben mit hohem Feuchtegehalt(Volumetrie), aber auch für Proben mit Wasseranteilen im ppm-Bereich (Coulometrie) geeignet ist. Ursprünglich wurde sie fürnichtwässrige Flüssigkeiten konzipiert, eignet sich aber auch fürFeststoffe, sofern diese lösbar sind oder wenn ihnen das Wasserdurch Ausheizen im Gasstrom oder durch Extraktion entzogenwerden kann.

Vorteile Genaues Referenzverfahren. Coulometrie auch für die Spuren-analytik und Wasserdetektion geeignet.

Einschränkung Arbeitstechnik muss der jeweiligen Probe angepasst werden.METTLER TOLEDO ist ein führender Hersteller von Karl-Fischer-Titrationsgeräten und bietet ein umfangreiches Sortiment an Instru-menten, Software und Zubehör an.


wendig, die für den vorgesehenen Anwendungsfall repräsentativsind.

2.3.1 Infrarotspektroskopie zur Bestimmung der Oberflächenfeuchte

Prinzip Bei dieser Feuchtebestimmungsmethode wird ausschliesslich dieOberflächenfeuchte erfasst. Eine Probe wird mit Licht (elektro-magnetische Strahlung) bestrahlt. Die Intensität des reflektiertenSpektrums liefert die Basis für die Ermittlung des Feuchtegehalts.Der verwendete nahe Infrarotbereich (NIR) umfasst im elektro-magnetischen Spektrum Wellenlängen zwischen 800 nm bis2500 nm. In diesem Bereich besitzt das dreiatomige Wasser (H2O)zwei ausgeprägte Absorptionsbanden bei den Wellenlängen1,475 µm und 1,94 µm.Wird eine feuchte Probe mit Licht dieser Wellenlängen bestrahlt, sowird ein Teil des Lichts absorbiert, ein zweiter Teil diffus reflektiertund ein dritter Teil durchdringt die Probe (Transmission). Gemessenwird die diffus reflektierte Intensität (Spektrum), die proportional(nichtlinear) zur Wasserkonzentration an der Oberfläche ist. Gele-gentlich wird bei dünnen Proben auch das Spektrum der Trans-mission ausgewertet.

Vorteile Kurze Messdauer im Sekundenbereich sowie die Möglichkeit,Mehrkomponentenanalysen und Echtzeit-Messungen durchzu-führen.

Einschränkung Eine vorherige stoffspezifische Kalibration ist notwendig.

2.3.2 Mikrowellenspektroskopie zur Bestimmung der Gesamtfeuchte

Prinzip Wegen der ausserordentlich hohen Dielektrizitätskonstante desWassers (DK= 81) werden Mikrowellen in feuchten Stoffen absor-biert, reflektiert und gestreut. Daraus lassen sich Messverfahren fürdie Feuchte ableiten, die sich in Anpassung an die Messaufgabeals Transmissions, Reflexions- oder Resonatorverfahren realisierenlassen (siehe NIR-Spektroskopie).Das Transmissions- und das Reflexionsverfahren sollen hier nichtweiter beschrieben werden, da es sich um eine Abwandlung derNIR-Feuchtebestimmungsmethode handelt und ähnliche Vor- undNachteile bietet.Das Resonatorverfahren ist ein diskontinuierliches Labormess-verfahren höherer Genauigkeit. Bei diesem Verfahren wird dasMessgut in einen Hohlraumresonator eingebracht, der durch Mikro-wellen zum «Schwingen» gebracht wird. Eingebrachte polareWassermoleküle absorbieren nun einen Teil der Energie und ver-ändern das Mikrowellenfeld. Messbar sind eine Verschiebung derResonanzfrequenz sowie eine Amplitudenänderung der Schwin-gung. Diese Verschiebung ist nichtlinear proportional zum Wasser-gehalt der Substanz, wobei die Temperatur und das Probegewichtzwecks Kompensation bekannt sein müssen.

Einschränkung Sowohl für die Transmissionsmessungen als auch für die Resona-tormethode ist eine substanzspezifische Kalibrierung des Mess-systems erforderlich. Kontinuierliche Messungen können mit demTransmissions- oder Reflexionsverfahren durchgeführt werden.


2.4. Weitere Methoden

Prinzip Bei den in diesem Kapitel beschriebenen Wasserbestimmungs-methoden werden meistens physikalische Produkteigenschaftengeprüft, welche bei einfacher Zusammensetzung der Proben-substanz ausschliesslich vom Wassergehalt abhängen.

Einschränkung Diese Methoden bedürfen oft einer Kalibrierung und sind nuranwendbar, wenn eine einfache Analysenmatrix (die Komponen-tenmässige Zusammensetzung der Probe) vorliegt und die nebstdem Wasser vorhandenen Komponenten eine Störung der Mess-grösse ausschliessen.

2.4.1 Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit,Konduktometrie

Prinzip Die primäre Messgrösse bei der Konduktometrie ist der elektrischeWiderstand. Dieser ist desto grösser, je weniger Ladungsträger(abhängig vom Wassergehalt) zum Ladungstransport vorhandensind. Der elektrische Widerstand ist demnach ein Mass für denWassergehalt der Probe.

Einschränkung Dieses Verfahren ist für Stoffe geeignet, die im trockenen Zustandeine sehr geringe Leitfähigkeit haben. Es weist eine wesentlicheTemperaturabhängigkeit aus, welche aber durch eine Temperatur-messung korrigiert werden kann.Es existieren diskontinuierliche Messzellen, in welche das Messguteingebracht werden muss, Steckelektroden und kontinuierlich mes-sende Einrichtungen.

2.3.3 NMR-Spektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance)

Prinzip Die 1H-NMR-Spektroskopie bestimmt die Anzahl der Wasserstoff-kerne in einer Substanz. Anhand dieser wird dann auf die Wasser-menge in der Probe geschlossen. Grundsätzlich werden für dieFeuchtegehaltsbestimmung zwei verschiedene Arten der 1H-NMR-Spektroskopie eingesetzt.Bei der ersten Art wird die zu untersuchende Substanz in ein hoch-frequentes magnetisches Wechselfeld gebracht. Das Resonanz-verhalten der Wasserstoffkerne (Spin der Protonen) ist ein Mass fürden Wassergehalt in der Substanz.Bei der zweiten Art werden Wasserstoffkerne (Protonen) durcheinen magnetischen Puls ausgelenkt. Das Rückspringen des Spinsder Protonen induziert in einer Empfangsspule eine Spannung.Durch mathematische Weiterverarbeitung des Messsignals gelangtman zu einem NMR-Spektrum, welches Aufschluss über in derProbe vorhandene Wasserstoffatome gibt.

Einschränkungen Zu beachten ist, dass die NMR-Spektroskopie alle in der Probe vor-handenen H-Atome erfasst. Angezeigt werden auch die nicht zumWassermolekül gehörenden Wasserstoff-Atome, die Bindungsver-hältnisse sind allerdings im Spektrum ersichtlich. NMR-Signale müssen daher auf die zu messenden Komponentenkalibriert und auf die Struktur der Substanzen abgeglichen werden.Eine substanzspezifische Kalibrierung wie in der NIR-Spektroskopieist aber nicht notwendig.

Vorteil Ein Vorteil der Kernresonanzspektroskopie ist die hohe Genauig-keit. Sie erfasst, unabhängig der Bindungsstärke, alle Formen vonWasser.

Nachteil Hauptnachteile sind der erhebliche apparative Aufwand und diedamit verbundenen hohen Kosten. Auch die geringe Probengrössekann für qualitätssichernde Anwendungen in der Industrie nach-teilig sein.


2.4.3. Dichtebestimmung

Prinzip Diese Analysenmethode wird meist nur für reine Lösungen ange-wandt, wobei die Dichte ein Mass für die in einer wässrigen Lösungvorhandene Konzentration eines Stoffes ist (z.B. NaOH, Zucker-lösungen, Alkohol-Wasser-Gemisch). Auch hier wird die Restmatrixdes untersuchten Stoffes als Wassergehalt interpretiert.

Vorteile Einfache Methode, Resultate bei 2-Stoff-Gemischen direkt ausTabellen ablesbar.

Anwendung Diese Methode ist in der Regel schnell und die Analyse kann oftdirekt im Probengut durchgeführt werden. Sie eignet sich daher vorallem für schnelle Stichprobenkontrollen und Trendanalysen. IhreAussagekraft bezüglich des Wassergehaltes ist im wesentlichenabhängig vom Dichteunterschied und von der Anzahl der Sub-stanzkomponenten. Die meistverbreiteten Methoden zur Dichte-bestimmung sind:– Bestimmung mittels Aräometer – Bestimmung mittels Pyknometer– Messung der archimedischen Auftriebskraft mittels Waage

(Kraftmesser)– Prinzip der oszillierenden Stimmgabel.

Kurzbeschreibung des Funktionsprinzips der Stimmgabel: Die hoh-len Schenkel eines stimmgabelförmigen Schwingkörpers werdenmit der Probensubstanz gefüllt. Die Eigenfrequenz der Stimmgabelist abhängig von der Dichte der Substanz. METTLER TOLEDO bietet für diese Methode ein umfangreiches Sortiment an Dichte-messgeräten basierend auf verschiedenen Messprinzipien an.


2.4.2 Refraktometrie

Prinzip Es handelt sich hierbei um ein optisches Messverfahren. Gemes-sen wird der Brechungsindex, der (z.B. bei gelöstem Zucker inWasser) in einem nichtlinearen Verhältnis zur Zuckerkonzentrationsteht. Eine direkte Wassergehaltsbestimmung an sich wird also nichtvorgenommen. Der gemessene Wert definiert lediglich die nebstZucker vorhandene Analysenmatrix (in diesem Fall Wasser).

Anwendung Diese Methode der Feuchtebestimmung hat vor allem für zucker-haltige Produkte eine Bedeutung. Refraktometrische Methoden können auch für die Wasserbestim-mung anderer Reinsubstanzen, wie beispielsweise für Glykol-lösungen, verwendet werden.METTLER TOLEDO bietet für diese Methode ein Sortiment anRefraktometern an.


2.5 Tabellarische Übersicht der Methoden zurFeuchtebestimmung

Trockenschrank TG Erwärmung durch Konvektion 0,5–100% 0,1–0,5% neinMassenbestimmung vor und nach Trocknung

Infrarottrocknung TG Erwärmung durch Absorption von IR-Strahlung 0,5–99% 0,1–0,5% neinKontinuierliche Bestimmung der Masse während Trocknung

Halogentrocknung TG Erwärmung durch IR-Strahlung mit Halogenstrahler 0,5–99% 0,1–0,5% neinKontinuierliche Bestimmung der Masse während Trocknung

Mikrowellentrocknung TG Erwärmung durch Absorption von Mikrowellen 2–99% 0,1–0,5% neinMassebestimmung vor und nach Trocknung

Destillation T Meist azeotrope Destillation mit unlöslichen Lösungsmitteln 3–70% 1% jaMeist volumetrische Erfassung des Wassergehaltes

Karl-Fischer-Titrationencoulometrisch EC Elektrochemische Produktion von Iod, ppm ja

welches äquivalent mit dem Wasser umgesetzt wirdIndikation durch Spannungsmessung bei konstantem Strom

volumetrisch C Titration von Wasser mit einer Iodlösung 1–100% 0,05–0,5% jaIndikation mittels Spannungsmessung bei konstantem Strom

Ca-Carbidverfahren C Volumen/Druckmessung von entstehendem Azetylen 1–100% 0,1–0,5% ja

Infrarotspektroskopie SP Messung der Absorption/Reflexion einer IR-Strahlung 1–80% 0,3–1% ja

Mikrowellenspektro. SP Messung der Absorption/Reflexion einer Mikrowellenstrahlung 2–70% 0,3–1% ja

NMR-Spektroskopie SP Messung der kernmagnetischen Resonanz (Spin) 0–15% 0,1% ja

Gaschromatographie CR Auftrennung in einer Chromatographiesäule 0,1–1% 0,01% jaDetektion der Fraktionen mittels Wärmeleitfähigkeit 1–5% 0,1%

Konduktometrie EL Messung der Leitfähigkeit >3% 0,5–1% nein

Refraktometrie OP Messung des Brechungsindexes 0–50% 0,5–1% nein

Dichtemessung PH Messung der Dichte 2–98% 0,5–1% nein

TG = ThermogravimetrischT = ThermischEC = ElektrochemischC = ChemischSP = SpektroskopischCR = Chromatographisch

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2.4.4. Gaschromatographie

Prinzip Das Probengemisch muss zunächst zersetzungsfrei verdampfbarsein, damit dieses anschliessend gasförmig mittels eines inertenTrägergases durch eine Trennsäule transportiert werden kann. In dieser trennen sich die einzelnen Probenkomponenten aufgrundihrer unterschiedlichen Siedetemperatur sowie aufgrund zwischen-molekularer Wechselwirkungen zwischen der flüssigen, statio-nären Phase in der Trennsäule und den Probenkomponenten in der mobilen Gasphase. Die Detektion der einzelnen aus derTrennsäule austretenden Gasfraktionen erfolgt in der Regel überWärmeleitfähigkeit (WLD).

Anwendung Die Gaschromatographie eignet sich für flüssige Proben mit mäs-sigem Feststoffanteil und einem Wassergehalt über 5% sowie fürProben, denen das Wasser durch Extraktion entzogen werdenkann.

Vorteil Bei dieser Analysenmethode können mehrere flüssige Proben-komponenten gleichzeitig analysiert werden.

Einschränkungen Für Wassergehaltsbestimmungen eingesetzt wird sie wegen ihreshohen apparativen Aufwandes in der Regel nur, sofern weitereProbenkomponenten interessieren oder sofern Inhaltsstoffe bei derKarl-Fischer-Titration zu störenden Nebenreaktionen führen. EineKalibration ist erforderlich.

2.4.5. Osmometrie

Prinzip Die Messung des Dampfdrucks liefert die Information über denFeuchtegehalt der Probe.


2.6. Messtechnische Begriffe

Statistische Überlegungen spielen auch im Zusammenhang mitdem Bestimmen physikalischer Grössen eine Rolle. Anhand derMessfehlertheorie sollen hier einige wichtige messtechnischeBegriffe erläutert werden.

Wahrer Wert Messungen physikalischer Grössen haben meistens zum Ziel, einenmöglichst genauen Schätzwert für den «wahren» Wert einer Grössezu erhalten. Aus mehreren Gründen ist es aber unmöglich, denwahren Wert beliebig genau zu ermitteln. So könnte z.B. der wahreWert des Wassergehalts in einer Probe nur durch das exakte Zählender Wassermoleküle gefunden werden. Die heute zur Verfügungstehenden Verfahren nutzen physikalische Effekte – wie zum Bei-spiel das Verdunsten der Feuchtigkeit – aus (thermogravimetrischeVerfahren). Die Probe wird erwärmt, die Feuchtigkeit verdunstet,und der Gewichtsverlust wird als Feuchtegehalt interpretiert. DerFeuchtegehalt umfasst demnach Wasser und andere verdunsteteSubstanzen. Messabweichungen entstehen gegebenenfalls beidiesem Verfahren auch durch die gewichtsmindernde Oxidationbeim Erwärmen von organischen Substanzen. Es ist also oft einegeringe Abweichung zwischen den gewonnenen Messwerten undden wahren Werten feststellbar. Wenn eine Messmethode wiederholbare Resultate liefert, ist esmöglich, die Abweichung zwischen dem wahren Wert und demSchätzwert durch einfache Addition oder Subtraktion einer Kon-stante zu korrigieren.Um Veränderungen im Produktionsprozess zuverlässig und rascherkennen zu können, ist es deshalb von ausschlaggebender Bedeu-tung, dass die angewendete Messmethode wiederholbare Resul-tate liefert.

Statistischer Fehler Jede Messung einer physikalischen Grösse ist mit einem Mess-fehler behaftet. Sieht man einmal von systematischen Fehlern ab,so bleiben immer Fehler infolge einer Vielzahl kleiner Störeinflüsseübrig. Diese Fehler werden als zufällige oder statistische Fehlerbezeichnet. Ziel ist es nun, einen brauchbaren Näherungswert für

die zu messende Grösse und ein Mass für deren Genauigkeit zuerhalten.Misst man eine physikalische Grösse mehrmals hintereinander, so erhält man eine Stichprobe von Messwerten x1,…, xn. Es lässtsich nun zeigen, dass der statistische Fehler einer Messgrösse inden allermeisten Fällen einer normalverteilten Grundgesamtheit mitMittelwert µ und Standardabweichung σ entstammt1 und dass

Mittelwert der Messwerte

und

Wiederholstandardabweichung der Messwerte

gute Schätzwerte für die unbekannten Grössen µ und σ sind.Mit diesen Annahmen lassen sich eine Reihe von statistischen Aus-sagen über die Qualität der Messergebnisse machen.

Wiederholbarkeit Die Wiederholbarkeit beschreibt die Fähigkeit eines Messinstru-ments, für ein und dasselbe Probengut unter gleichbleibendenUmgebungsbedingungen und am selben Ort das gleiche Resultatzu liefern (Angabe als Wiederholstandardabweichung).

Reproduzierbarkeit Die Reproduzierbarkeit beschreibt die Fähigkeit eines Messinstru-ments, für dieselbe Probenart an verschiedenen Orten unter ver-schiedenen Umgebungsbedingungen (z. B. Luftfeuchtigkeit) dasgleiche Resultat zu liefern (Angabe als Wiederholstandard-abweichung).

1Die Normalverteilung ist durch die beiden Parameter µ und σ vollständig

beschrieben und wird als N(µ,σ) bezeichnet. Grafisch wird die Normal-

verteilung (auch Gauss-Verteilung genannt) durch die bekannte Glocken-

kurve dargestellt.

x = 1n (x1+…+xn)

s =��1 ∑n

(xi – x)2

n–1 i=1


3. Die Lösungen von METTLER TOLEDO

3.1. Die Methoden und das Produktsortiment von METTLER TOLEDO

METTLER TOLEDO Produkte gibt es für folgende Messmethoden:– Trockenschrankmethode

(Analysenwaage mit Differenzwägesoftware)– Halogentrocknungsmethode – Karl-Fischer-Titration (Coulometrisch und volumetrisch)– Dichtebestimmung nach dem archimedischen Auftriebs-Prinzip

mittels Analysenwaage– Dichtebestimmung mittels schwingender Stimmgabel– Refraktometrie


2.7. Vergleichbarkeit der Methoden

Durch die Nutzung verschiedener physikalischer Prinzipien könnenbeim Vergleich der Resultate verschiedener Methoden geringeUnterschiede auftreten. Selbst Resultate gleicher Methoden mitInstrumenten verschiedener Hersteller können minime Unterschiedezeigen. Die Messabweichungen sind oft sehr gering und konstant,sie können durch eine Messserie mit beiden Instrumenten bestimmtwerden. Der traditionelle Trockenschrank (konvektive langsameErhitzung der Probe) liefert beispielsweise bei gleicher Temperaturgeringfügig andere Werte als die Infrarot- oder Halogentrocknung(schnelle Erhitzung der Probe durch direkte Infrarotstrahlung).Einer der Gründe ist die unterschiedliche Art der Erhitzung mit dendamit verbundenen, ungleich zur Wirkung kommenden Neben-effekten (z.B. Oxidation der Probe). Die Resultate lassen sich meistdurch eine Veränderung der Trocknungsdauer, Trocknungstempe-ratur oder des Abschaltkriteriums angleichen.

Beispiel:Ein Infrarottrockner LP16 ist bereits erfolgreich in Gebrauch. Es wirdder neue Halogen Moisture Analyzer HR73 von METTLER TOLEDObeschafft, der auf dem Halogen-Strahlerprinzip beruht. Die Resul-tate können bei gleicher Einstellung (Temperatur, Dauer oderAbschaltkriterium) leicht unterschiedlich sein. Durch die Verände-rung der Einstellungen können aber die Werte angeglichen und zurDeckung gebracht werden. Jede der beiden Methoden liefert fürsich gute wiederholbare Resultate.

Das genaue Vorgehen, wie Resultate einer (Referenz)methode aufdie Halogen – Feuchtemessgeräte übertragen werden können, istin Kapitel 5.6 beschrieben.

METTLER TOLEDO Halogen Moisture Analyzer HR73 und HG53

METTLER TOLEDO Halogen Moisture Analyzer HB43


4. Beschreibung des Halogen MoistureAnalyzer von METTLER TOLEDO

Der Halogen Moisture Analyzer dient der Feuchtegehaltsbestim-mung beinahe beliebiger Substanzen. Das Instrument arbeitet nachdem thermogravimetrischen Prinzip. Ein Halogenstrahler trocknetdie zu untersuchende Probensubstanz, während die im Instrumentintegrierte Präzisionswaage das Probengewicht kontinuierlichmisst. Dabei wird der gesamte Gewichtsverlust als Feuchtegehaltinterpretiert. Der Hauptnutzen der Verwendung eines Halogen-strahlers ist die Verkürzung der Messdauer gegenüber den her-kömmlichen Trocknungsmethoden. Zudem führt der ringförmigüber dem Probengut gelegene Halogenheizstrahler zu einer sehrgleichmässigen Erwärmung der Probe und damit zu einer sehrguten Wiederholbarkeit des Messresultates.Die Basis für die Berechnung des Feuchtegehalts ist der Gewichts-verlust der Probe bei Trocknungsende. Endresultate, Zwischen-resultate, Abläufe sowie Methodenparameter werden durch denoptionalen, eingebauten Drucker dokumentiert. Diese Analysen-reporte und Kalibrierprotokolle genügen den hohen Anforderungender gängigen Qualitätssysteme (GLP, GMP, ISO9000). Im HalogenMoisture Analyzer sind alle Systemkomponenten (Halogenstrahler,Waage, Anzeige, Datenschnittstelle) zu einem kompakten Gerätzusammengefasst.

Der Halogen Moisture Analyzer ist in drei Modellen (HR73, HG53und HB43) erhältlich.Der HR73 ist ein Instrument der Spitzenklasse. Die Messleistungund seine Funktionalität genügen höchsten Ansprüchen. Es kannfür eine Vielzahl von Trocknungsaufgaben adaptiert werden undverfügt über eine Reihe von Möglichkeiten zur Auswertung vonMessergebnissen. Der HG53 eignet sich vor allem für den fehler-freien Routinebetrieb. Die gute Messleistung und seine einfacheBedienung garantieren zuverlässige Messresultate.


METTLER TOLEDO Karl-Fischer-Titratoren

AG Analysenwaage mit optionalerDifferenzwägesoftware

AX Analysenwaagemit integrierterDifferenzwägesoftware

PR Präzisionswaage mit optionaler Differenz-wägesoftware


HR73 und HG53 sind für eine Integration in Netzwerke(z.B. über Freeweigh) ausgelegt und beide können optionalmit einem eingebauten Messwertdrucker ausgerüstet werden.Das Basismodell HB43 ist durch seine einfache Bedienbarkeitund die robuste Bauweise für den Einsatz in der Produktionausgelegt.

Tabelle der wesentlichen Merkmale der Halogen-Feuchtemessgeräte

Gerätemodell HR73 HG53 HB43Temperaturbereich 50–200°C 50–200°C 50–200°CTemperaturprogramme(1) 4 1 2Minimales Probengewicht 0,1 g 0,1 g 0,5 gMaximales Probengewicht 71g 51g 41 gAblesbarkeit des Resultats 0,01% 0,01% 0,01%Wiederholstandardabweichung (s) bei 10g-Probe 0,02% 0,02% 0,03%Wiederholstandardabweichung (s)bei 2g-Probe ±0,1% ±0,1% ±0,15%AutomatischeEndabschaltung 5-Stufen, frei 5-Stufen 5 StufenJustierung • • •Einbaubarer Drucker • •Methodendatenbank(2) •Statistische Analyseder Resultate(3) •Journal der Resultate(3) •

Anmerkung zur Tabelle(1) Vordefinierte Trocknungsprogramme erlauben eine optimale An-

passung der Strahlerleistung an die Eigenschaften der Proben.(2) Stoffspezifische Einstellungen für 20 verschiedene Substanzen

und andere relevante Trocknungsparameter sind in einer Daten-bank netzausfallsicher gespeichert.

(3) Messresultate werden fortlaufend in eine Journal- und Statistik-datenbank eingetragen.

Funktionsprinzip Die Trocknung mit dem Halogenstrahler ist eine Weiterentwicklungund Nutzen des der Infrarottrocknungsmethode. Das Heizelement besteht ausHalogenstrahlers einem mit Halogengas gefüllten Glasrohr, in dem sich ein feiner

Wolfram-Heizdraht befindet. Die Masse des Halogenstrahlers ist sogering, dass im Gegensatz zu konventionellen Infrarotstrahlern dievolle Heizleistung innert Sekunden wirksam wird. Daher ist dieHalogentrocknungsmethode noch schneller. Zusammen mit demgrossflächigen, goldplattierten Reflektor gewährleistet die Form desHalogenstrahlers eine optimale, gleichmässige Verteilung derWärmestrahlung über die ganze Probenoberfläche. Dies garantiertwiederholbare Messresultate.

Der Proben- Bei den thermischen Trocknungsmethoden ist die Probenschaleschalenhalter nach dem Erhitzen oft noch sehr heiss. Der Bediener kann beim

Entfernen der Schale Verbrennungen an den Fingern erleiden, wenner nicht ein Werkzeug wie beispielsweise eine Pinzette verwendet.Der Halogen Moisture Analyzer wird standardmässig mit dem prak-tischen Probenschalenhalter geliefert, der das einfache und ergo-nomische Aufsetzen und Entfernen der Schale ermöglicht. Gleich-zeitig wirkt der Probenschalenhalter auch als Windschutz, derUmwelteinflüsse wie Luftturbulenzen reduziert. Für beste Resultate empfehlen wir den steten Einsatz dieses nützli-chen Zubehörs.


Bei fortschreitender Trocknung verändert sich mit sinkendemWassergehalt das Wärmeleitvermögen der Probe. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass der Energiebezug zum Verdunsten derFeuchtigkeit die Substanz bei Trocknungsbeginn kühlt (Verdun-stungskälte). Beides kann bei falscher Wahl der Temperatur amEnde der Trocknung zur Zersetzung der Probe führen.

Die Oberflächenbeschaffenheit und die «Farbe» (IR-Absorptions-vermögen) der Probe haben einen Einfluss auf die Erwärmung unddamit auf die effektive Probentemperatur. Glatte und helle Ober-flächen reflektieren IR-Strahlung meist stärker, so dass wenigerabsorbierte Energie für die Erwärmung der Probe zur Verfügungsteht.

5.2. Probennahme und Probenvorbereitung

Einleitung Die Probennahme und die Probenvorbereitung haben einen gros-sen Einfluss auf die Reproduzierbarkeit der Messresultate. Beim zer-kleinern einer Probe muss zum Beispiel darauf geachtet werden,dass sich die Probe dabei nicht erwärmt und dass der ganze Ablaufrasch vor sich geht, da sonst schon Feuchtigkeit während des Vor-ganges verdunstet. Es ist auch wichtig, dass die zu untersuchendeProbe einen repräsentativen Teil der Gesamtmenge des zu prüfen-den Probengutes darstellt.

Probennahme Das Resultat einer Feuchtebestimmung ist in erster Linie von einerund Probenteilung sorgfältig durchdachten Probenvorbereitung abhängig. Die Teil-

probe, die zur Analyse herangezogen wird, muss in jedem Fallerepräsentativ zu einer Gesamtmenge stehen. Die Probenvorberei-


5. Feuchtegehaltsbestimmung mit dem METTLER TOLEDO Halogen Moisture Analyzer

5.1. Der Trocknungsprozess

Die IR-Strahlung (IR = Infrarot), oft auch Wärmestrahlung genannt,ist ein Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums. DieserBereich grenzt an den roten, sichtbaren Bereich des optischenSpektrums und wird daher oft auch als IR-Spektrum bezeichnet.Überlegen wir uns, was passiert, wenn durch den Halogenstrahleremittierte IR-Strahlung auf eine zu trocknende Probe fällt.

Die IR-Strahlung trifft auf die Probe. Ein Teil der Strahlung wirddurch die Probensubstanz absorbiert und in Wärme umgewandelt.Weil das Absorptionsvermögen nicht für alle Substanzen gleich ist,können unterschiedliche Probensubstanzen bei gleicher Geräte-einstellung unterschiedliche Temperaturen erreichen. Bei geringerDurchlässigkeit an IR-Strahlung erwärmen sich also im erstenMoment nur kleine Massenteilchen an der Probenoberfläche. Diesegeben die Wärme anschliessend über den Kontakt zu Nachbar-molekülen an tieferliegende Schichten weiter. Entscheidend für denTransport in die tiefergelegenen Schichten ist somit das Wärme-leitvermögen der Probe. Je höher dieses Vermögen, um so schnel-ler und homogener erwärmt sich die Probe.

Wiederholbarkeit

gering hoch

Homogenität


über Probennahme und Probenteilung sowie über unterschiedlicheZerkleinerungsmöglichkeiten, geben die Hersteller dieser Geräte.

Probenschale Das Material und die Oberflächenbeschaffenheit der gewähltenProbenschale kann einen signifikanten Einfluss auf die Qualität derMessergebnisse haben. So haben zum Beispiel zerkratzte odertrübe Oberflächen andere Reflexionseigenschaften als glatt undebenmässig gearbeitete.

Verwendung Um einen optimalen Trocknungsprozess zu gewährleisten, sollten von Quarzsand Proben immer eine möglichst grosse Oberfläche aufweisen. Resul-

tate von krustenbildenden Substanzen (z.B. Glukosesirup) oderpastösen Substanzen (z.B. Butter) können durch Vermischen mitQuarzsand oder Bedeckung mit einem Glasfaserfilter wesentlichverbessert werden.

Pastöse, fetthaltige Für pastöse, fetthaltige und schmelzende Proben ist zur Vergrösse-und schmelzende rung der Probenoberfläche der Einsatz eines Glasfaserfilters vorteil-Substanzen haft. Der Glasfaserfilter wird zusammen mit der Probenschale weg-

tariert. Die in der Substanz enthaltene Flüssigkeit verteilt sich in denFaserzwischenräumen gleichmässig und grossflächig über die zurVerfügung stehende Fläche. Dasselbe gilt auch für schmelzendeFette und fetthaltige Proben. Durch die Oberflächenvergrösserungkann die Feuchte schneller und vollständig verdunsten. Das Vor-trocknen des Glasfaserfilters und seine Lagerung im Exsikkator istnur für hochpräzise Messresultate notwendig.Ansonsten genügt es, wenn stark hydrophobe Filter benutztwerden, wie sie im Zubehörsortiment von METTLER TOLEDO zufinden sind.

Flüssige Flüssige Proben (z.B. Dispersionen) neigen durch die Oberflächen-Substanzen spannung der Flüssigkeit oft zu Tropfenbildung auf der Proben-

schale. Dies behindert den raschen Trocknungsvorgang, weil dieVerdunstung nur auf einer beschränkten Flüssigkeitsoberflächestattfindet. Der Einsatz eines Glasfaserfilters reduziert die Trock-nungsdauer oft um den Faktor 2 bis 3. Der Glasfaserfilter verteiltdurch seine Saugwirkung die flüssige Probe grossflächig.


tung beinhaltet Arbeitsprozesse, wie Probennahme, Probenteilung,Zerkleinerung, Homogenisierung u.ä. All diese Vorgänge solltenmöglichst schnell und ohne Feuchteverlust oder Feuchteaufnahmeablaufen.Bei den meisten Produkten, ist davon auszugehen, dass diese nichthomogen vorliegen. Also wird hier eine wahllose Probennahmenicht zu einer repräsentativen Teilprobe führen. Um eine repräsen-tative Probe zu gewinnen, ist die Art und Weise der Probennahme,je nach Produkt, Konsistenz und Menge, entsprechend den jewei-ligen Normen und Vorschriften zu entnehmen.

Anzahl der Proben Eine Erhöhung des Probenumfangs führt zu einer Verbesserung derstatistischen Verlässlichkeit der Analysenresultate. Der Umfang richtetsich nach der Homogenität des Prüfgutes, der Genauigkeit der Mess-methode sowie der gewünschten Genauigkeit des Messresultates.

Mechanische Die Brucheigenschaften des Probengutes beeinflussen im wesent-Zerkleinerung lichen die Auswahl des Mühlentyps und deren Mahlwerkzeuge.

Harte, spröde Produkte werden z.B. überwiegend durch Druck-,Schlag- oder Reibwirkung zerkleinert, während sich weiche undzähelastische Stoffe oft nur durch Scher- oder Schneidwirkung zer-teilen lassen.Wie immer die Arbeitsweise einer Mühle sein mag, für die an-schliessende Feuchtigkeitsbestimmung darf kein Feuchteverlustwährend des Mahlvorganges an der Probe entstehen. Ist das nichtzu vermeiden, aus welchen Gründen auch immer, so sollte dieserzumindest kalkulierbar sein.Auch die quantitative Rückgewinnung der vermahlenen Probe ausdem Mahlraum einer Mühle sollte einfach und gründlich erfolgenkönnen.In der Praxis werden oft noch die unterschiedlichsten Modelle vonKüchenmixern für die Zerkleinerung von Laborproben zur Feuchte-bestimmung eingesetzt. Diese Geräte mögen zwar im Haushalteine zufriedenstellende Leistung vollbringen, im Labor jedochgelten anspruchsvollere Massstäbe, die mit Sicherheit von solchenMixern nicht erfüllt werden können. Nähere Informationen über dieProbenzerteilung, speziell für die Feuchtigkeitsbestimmung, also


Bei solchen Proben ist beim Auftragen auf eine dünne und gleich-mässige Schichtdichte zu achten.Pulver können mit einem Wischer mit langen, weichen Borsten aufeinfache Weise gleichmässig verteilt werden.Bei leichtflüchtigen Stoffen ist ein schnelles Auftragen der Proben-substanz auf den Probenteller ratsam, da sonst Feuchte vor demErfassen des Initialgewichts entweichen kann, hierbei ist der Betriebs-mode «Manual» angebracht.

Bearbeitung der Gelegentlich wird nach dem Erfassen des Initialgewichts der Probe,Probe während vor der eigentlichen Trocknung, die Probensubstanz weiter behan-der Trocknung delt. Der Halogen Moisture Analyzer von METTLER TOLEDO bietet

im Betriebsmode «Manual» diese Möglichkeit.

Anwendungen hierfür könnten sein:– Vermischen von Quarzsand; Gehen Sie dazu folgenderweise vor:

Tarieren Sie die Waagschale, ein kleines Glasstäbchen und gege-benenfalls einen Glasfaserfilter oder Quarzsand aus. Geben Siedie Probe auf die Schale und starten Sie den Trocknungsvorgangim Betriebsmodus «Manual». Damit wird das Startgewicht derProbe erfasst und allfällige Massenverluste durch Verdunstungwerden ins Resultat eingerechnet. Anschliessend können Sie mitdem Glasstäbchen die Probe gleichmässig in der Waagschaleverteilen. Zum Schluss starten Sie die Erwärmung durch schlies-


Das Vortrocknen des Glasfaserfilters und seine Lagerung im Exsik-kator ist nur für hochpräzise Messresultate notwendig.

Hautbildende und Für temperaturempfindliche und hautbildende Stoffe kann der Ein-temperaturempfind- satz eines Glasfaserfilters nützlich sein. In diesem Fall wird die zu-liche Substanzen trocknende Probe mit diesem abgedeckt und erhält so eine «neue

Oberfläche». Diese schirmt die Oberfläche der Probe gegen die direkteIR-Strahlung ab und eine schonendere, mehr auf Konvektion als aufIR-Strahlung beruhende Erwärmung der Probe wird dadurch erreicht.Insbesondere für zuckerhaltige Produkte wurden mit dieser Vorberei-tung gute Erfahrungen gemacht. Auch das Abschirmen der Probe vordirekter IR-Strahlung durch Abdecken der Probensubstanz kann beitemperaturempfindlichen Proben zur Verbesserung der Reproduzier-barkeit wesentlich beitragen.Dieses Vorgehen hilft auch bei ungleichmässig gefärbten Proben,da sich diese wegen der unterschiedlichen Absorption derWärmestrahlung auch unterschiedlich stark erwärmen.

Zuckerhaltige Stark zuckerhaltige Proben neigen zur Caramelisierung an der Ober-Substanzen fläche. In diesen Fällen ist auf das Auftragen einer dünnen Schicht zu

achten. Zusätzlich ist eine moderate Temperatur zu wählen.

Voluminöse Proben Voluminöse oder quellende Proben können durch Berührung desSchutzglases im Halogen Moisture Analyzer falsche Messresultateaufweisen. Damit eine gleichmässige und schonende Trocknungmöglich wird, empfiehlt sich die Verwendung eines Probenkäfigs,der als Zubehör für den HG53 und den HR73 erhältlich ist.

Probenauftrag Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, ist unbedingt auf eineauf die gleichmässige Verteilung der Probe auf der Schale zu achten. EineTrocknungsschale ungleichmässige Verteilung kann zu einer inhomogenen Wärme-

verteilung in der Probe führen. Als Folge davon könnte die Probe beiübermässiger Haufenbildung im Kern unvollständig getrocknetwerden. Dicke Schichten erschweren das Entweichen der Feuchte.Die resultierende Messzeitverlängerung fördert die Zersetzung an derOberfläche der Probe durch lange Hitzeeinwirkung. Filmbildung aufder Probe kann das vollständige Entweichen der Feuchte behindern.

Die optimale Verteilung der Probe auf der Probenschale


Im folgenden wird die Anpassung der Trocknungsparameter an dieProblemstellung beschrieben.

Wahl des optimalen Das Probengewicht hat sowohl einen Einfluss auf die Genauigkeit Probengewichts der Messresultate als auch auf die Messdauer. Bei grossen Pro-

benmengen ist viel Wasser zu verdampfen, und die Feuchtigkeits-bestimmung dauert länger. Zudem kann eine zu grosse Probe zu einer ungleichmässigenWärmeverteilung und zu schlechten Analyseresultaten führen. Umdie Messdauer möglichst kurz zu halten, empfehlen wir Ihnen, dasGewicht Ihrer Proben klein zu wählen, aber nur so klein, dass diegeforderte Messgenauigkeit noch erbracht werden kann.

Einfluss des Im folgenden wird beschrieben, wie das Probengewicht die Wieder-Probengewichts holbarkeit des Halogen Moisture Analyzers beeinflusst. Grund-auf die Wieder- sätzlich sinkt die Wiederholbarkeit mit kleiner werdendem Proben-holbarkeit gewicht.des Resultats Bei den Halogen Moisture Analyzern von METTLER TOLEDO ist der

Zusammenhang zwischen Probengewicht und Wiederholstan-dardabweichung (s) durch folgende Tabelle gegeben.


sen des Probeneinschubes (HR73, HG53) oder der Heizeinheit(HB43) wobei das Glasstäbchen mitgetrocknet werden muss.

– Koagulieren von Eiweiss durch Zutropfen von alkoholischenLösungen. Dadurch wird die Hautbildung während des Trock-nungsprozesses verhindert. Zugetropftes Lösungsmittel wird imEndresultat nicht erfasst.

– Bildung leichtflüchtiger Azeotrope durch Zugabe von in Wasserunlöslichen Lösungsmitteln (z.B. Xylol, Toluol).

Beachten Sie, dass bei Zugabe von Lösungsmitteln brennbare odergar explosive Gemische entstehen können. Arbeiten Sie deshalb beiAnwendungen dieser Art immer mit kleinsten Probenmengen undmit der nötigen Vorsicht. In Zweifelsfällen muss eine sorgfältige Risikoanalyse durchgeführtwerden.

5.3. Die Entwicklung einer Methode für den METTLER TOLEDO Halogen Moisture Analyzer

Gelegentlich existieren für Substanzen gesetzliche Vorschriften,branchenübliche Normen oder firmeninterne Weisungen, welchedie Methode der Feuchtegehaltsbestimmung festlegen. Als Refe-renzverfahren dient oft die Trockenschrankmethode oder die Titra-tion nach Karl Fischer. In diesem Falle ist bei der Entwicklung derMethode für den Halogen Moisture Analyzer von METTLER TOLEDOdarauf zu achten, dass die Messresultate der Referenzmethode mitden Resultaten des Halogen Moisture Analyzers übereinstimmenoder dass die Abweichung reproduzierbar bekannt ist. Existierenkeine Vorschriften, dann können Feuchtebestimmungsmethodendirekt mit dem METTLER TOLEDO Halogen Moisture Analyzer erar-beitet werden. In diesem Fall interessiert weniger der wahre Feuch-tegehalt. Vielmehr liefert die Methode einen Messwert, der mit derQualität der Substanz in Zusammenhang gebracht wird.


Probengewicht Wiederholstandardabweichung (s)HG53/HR73 HB43

0,2 g 1% 1,5%0,5 g 0,4% 0,6%

1g 0,2% 0,3%2 g 0,1% 0,15%5 g 0,04% 0,06%

10 g 0,02% 0,03%

Anmerkung zur TabelleDiese Tabelle basiert auf der Annahme, dass es sich um eine idealeProbe handelt, die homogen ist und deren Feuchte immer vollstän-dig und zersetzungsfrei abgetrennt werden kann (z.B. feuchterSand). Abweichungen setzen sich immer aus der substanzabhängi-gen Unsicherheit und der Wiederholbarkeit des Instruments zusam-men. In der Praxis auftretende Messwertunterschiede innerhalb einerMessreihe können demnach grösser sein als in der Tabelle dar-gestellte Werte des Halogen Moisture Analyzer.

Die zwei untenstehenden Beispiele zeigen, wie das Probengewichtso bestimmt wird, dass die Trocknungsdauer minimal wird und diegerätemässigen Genauigkeitsanforderungen erfüllt werden.

Beispiel 1:Die Wiederholbarkeit soll besser als 0,1% sein. Die Genauigkeits-tabelle zeigt, dass hierfür ein Probengewicht von mindestens 2 gfür HR/HG und 3 g für einen HB43 erforderlich ist.

Beispiel 2 :Nassgewicht der Probe: 10 gMittelwerte der Resultate (Feuchtegehalt): 15,5%Wiederholstandardabweichung aus Tabelle (s): ±0,02%Ca. 68% der Messwerte liegen im Intervall: 15,48% – 15,52%

Wahl der Trock- Die Trocknungstemperatur beeinflusst massgeblich die Messdauer. nungstemperatur Sie ist so zu wählen, dass sich die Probe weder zersetzt noch in

ihrer chemischen Struktur ändert. Eine zu tiefe Trocknungstempe-ratur verlängert unnötig die Trocknungsdauer.

Beachten sie auch, dass gewisse Proben bei unterschiedlichenTrocknungstemperaturen unterschiedlich viel Feuchte abgebenkönnen. Dies ist bei Substanzen der Fall, in denen die Feuchteverschieden stark gebunden vorliegt oder solchen, die zu Zer-setzungserscheinungen neigen. Minimale Abweichungen könnendurch das Verändern der Trocknungstemperatur an die Feuchte-gehaltswerte des Referenzverfahrens angeglichen werden.

Für die Wahl der Temperatur schlagen wir Ihnen folgendes Vor-gehen vor:– Feuchtegehalte der Probe abschätzen.– Zersetzungstemperatur der Probe durch Versuche bestimmen.– Vergleich der Messresultate mit dem Referenzverfahren, falls dies

existiert.Wurde zuviel Feuchte abgetrennt, ist die Trocknungstemperaturzu reduzieren. Bei zu tiefen Messresultaten ist möglicherweisedie Trocknungstemperatur zu tief oder die Trocknungsdauer warzu kurz.

Bei Proben mit hohem Feuchtegehalt ist es möglich, durch dieWahl des Stufen- oder Schnelltrocknungsprogramms die Mess-dauer zu reduzieren. Hierbei wird der grösste Teil der vorhandenenFeuchte bei einer erhöhten Temperatur abgetrennt. Die Trock-nungstemperatur wird anschliessend reduziert und bis zum Trock-nungsende konstant gehalten. Die Temperaturüberhöhung wird fürdas schnelle Verdampfen der Feuchtigkeit angewandt, die effektiveProbentemperatur steigt aber nicht über die Siedetemperatur derFlüssigkeit. Zudem kann damit auch der Kühlungseffekt durchVerdunstungskälte kompensiert werden. An der Probenoberflächekönnte es in gewissen Fällen aber trotzdem zu lokaler Überhitzungund Zersetzung kommen. (Siehe auch Kapitel 2.7.)


Wahl des Trock- Je nach Modell des Halogen Moisture Analyzer von METTLER nungsprogramms TOLEDO stehen verschiedene Trocknungsprogramme zur Ver-

fügung. Die zweckmässige Verwendung der verschiedenen Pro-gramme wird nachfolgend beschrieben.

Gerätemodell HR73 HG53 HB43– Standardtrocknungsprogramm • • •– Schontrocknungsprogramm •– Schnelltrocknungsprogramm • •– Stufentrocknungsprogramm •

Kurzbeschreibung Die Standardtrocknung ist für die präzise Bestimmung des Feuchte-der gehalts in den meisten Substanzen geeignet. Für spezielle FälleStandardtrocknung oder für zeitoptimierte Messungen kann die Auswahl eines kom-

plexeren Trocknungsprogramms Vorteile bringen.

Kurzbeschreibung Die Schontrocknung wird gewählt, wenn die Stabilität von Sub-der Schontrocknung stanzen bei anfänglich voller Halogenstrahlerleistung nicht ge-

geben ist. Mit der Schontrocknung wird bei empfindlichen Proben durchsanftes Aufheizen verhindert, dass die Substanz zersetzt wird. Die Schontrocknung kann auch bei hautbildenden Stoffen erfolg-reich eingesetzt werden.Die Probe erwärmt sich dabei gleichmässig durch langsameWärmekonvektion von aussen nach innen.

Kurzbeschreibung Das Schnelltrocknungsprogramm eignet sich für Proben mit einemder Feuchtegehalt zwischen 5% und 15%.Schnelltrocknung Bei der Schnelltrocknung übersteigt die Strahlerleistung nach Trock-

nungsbeginn während drei Minuten den eingestellten Temperatur-wert um 40%. Dadurch wird die Verdunstungskälte kompensiertund der Trocknungsvorgang beschleunigt. Zu beachten ist, dassdie Probe während dieser ersten Minute genügend Feuchte auf-weist, um zu kühlen.

Kurzbeschreibung Das Stufentrocknungsprogramm ist ähnlich einsetzbar wie die der Stufentrocknung Schnelltrocknung. Die Dauer der Temperaturüberhöhung sowie der

Temperaturwert sind frei wählbar. Es findet vor allem bei Probenmit einem Feuchtegehalt über 15% Anwendung.Eine zweite Anwendungsmöglichkeit liegt im selektiven Bestimmender Feuchte bei unterschiedlichen Temperaturen. Gips gibt bei-spielsweise bei 50 °C nur sein Oberflächenwasser ab, während dasKristallwasser erst ab 168 °C abgetrennt werden kann. Mit diesemTrocknungsprogramm ist es also möglich, durch ein gezieltes Tem-peraturprofil innerhalb der gleichen Messung das Oberflächen-wasser und Kristallwasser separat zu bestimmen.


Abschaltkriterium Damit der Halogen Moisture Analyzer das automatische Abschalt-und Probengewicht kriterium immer bei gleichem Trocknungsgrad der Probe erkennt,

soll das Initialgewicht der Probe in etwa immer gleich sein(±10%... ±20%).Bei der Wahl der zeitgesteuerten Abschaltung kann das Proben-gewicht ebenfalls einen Einfluss auf die Genauigkeit des Mess-resultates haben.Dann nämlich, wenn die Feuchtigkeit einer zu grossen Probe inner-halb der gewählten Trocknungszeit nicht vollständig abgetrenntwerden kann.

Der Einfluss des Die Wahl der Stufe (Stufe 1...5) des automatischen Abschaltkrite-Abschaltkriteriums riums hat immer auch einen Einfluss auf die Messdauer.auf die Messdauer Am kürzesten dauert die Trocknung bei der Auswahl der Stufe 1.

Allerdings ist die Trocknung oft noch nicht vollständig abgeschlos-sen. Bei der Wahl des Abschaltkriteriums muss der Anwender zwi-schen kurzer Messdauer oder erhöhter Genauigkeit des Mess-resultats entscheiden.

Die Testmessung Die Funktion der Testmessung, wie sie in den Halogen Moisturezur Ermittlung des Analyzern HR73 und HG53 eingebaut ist, bietet für die Metho-optimalen denentwicklung eine wertvolle Hilfe. Während der TestmessungAbschaltkriteriums wird ein Protokoll mit Zwischenresultaten ausgedruckt. Eine Ana-

lyse dieser Zwischenresultate liefert die Information zur Wahl dergeeigneten Abschaltstufe.


Wahl der Der Halogen Moisture Analyzer offeriert zwei verschiedene Arten Trocknungsdauer von Abschaltkriterien. Darunter versteht man die Bedingung, die

erfüllt werden muss, damit der Halogen Moisture Analyzer auto-matisch abschaltet.

Bei der ersten Art handelt es sich um eine zeitgesteuerte Abschal-tung. Diese wird vor allem dann verwendet, wenn der Trock-nungsvorgang keinen konstanten Endwert erreicht und die Probeauch über lange Zeit durch Zersetzung oder Entweichen vonschwerflüchtigen Komponenten kontinuierlich an Masse verliert.

Die zweite Art erkennt das Trocknungsende automatisch. Die inte-grierte Waage bestimmt kontinuierlich den Gewichtsverlust derProbe während der Trocknung. Unterschreitet der Gewichtsverlustpro Zeiteinheit die eingestellte Stufe, dann wird die Trocknung abge-brochen und das Endresultat wird angezeigt.

Das automatische Abschaltkriterium ist in fünf wählbare Stufeneingeteilt.

Stufe 1: Für schnelltrocknende Proben (z.B. Papier)Stufe 2: ZwischenstufeStufe 3: Für Standardproben (z.B. Butter)Stufe 4: ZwischenstufeStufe 5: Für langsam trocknende Proben (z.B. Kunststoffe)

(Siehe dazu auch die Bedienungsanleitung)


– Die Wahl einer konstanten Trocknungsdauer liefert oft gute Mess-resultate.

– Das Initialgewicht der Probe konstant halten (±10%...±20%).

Grobkörnige Probenpartikel bei denen gegen Ende der Trocknungnur noch minimalste Feuchte diffundiert, können eine Trocknungvorzeitig beenden.

Der Methodenfehler Bei der Gesamtbetrachtung wird zwischen statistischem und syste-matischem Fehler unterschieden.

Als statistische Fehler werden zufällige und nicht korrigierbare Ab-weichungen bezeichnet. Dies sind im wesentlichen die instrumen-tenbedingten Messabweichungen sowie Messabweichungen, diedurch unterschiedliche Vorbereitung, Abläufe und Handhabung derProbe zustande kommen.

Systematische Fehler sind konstante Abweichungen und oft korri-gierbar. Solche Fehler können sein:– Längere Wartezeiten zwischen Probennahme und Feuchte-

bestimmung– Unvollständige Trocknung bedingt durch zu kurze Trocknungs-

dauer – Zersetzung der Proben bei zu hoher Trocknungstemperatur– Verwendung eines noch feuchten Glasfaserfilters oder feuchten

Quarzsandes– Grobkörnige Proben

Weitere Informationen siehe Kapitel 2.6 und 2.7


Analyse des Mit dem Drucker kann der Trocknungsverlauf durch das repetitive Trocknungsverlaufs Ausdrucken von Zwischenwerten mitverfolgt werden. Die Analyse

der Trocknungsverläufe zeigt zwei Arten von Kurven. Bei der ersten Art ist der Trocknungsverlauf asymptotisch. Die ab-getrennte Menge an Feuchte nimmt einen konstanten Wert an undändert sich auch nach langen Trocknungszeiten nicht mehr. Beidiesem Trocknungsverlauf ist es grundsätzlich einfach, den Feuch-tegehalt wiederholbar zu bestimmen. Das Messresultat entsprichtdann gerade dem konstanten Wert der Asymptote. Entsprechendeinfach ist es auch, ein geeignetes Abschaltkriterium zu finden.

Bei der zweiten Art verläuft die Trocknung am Anfang rasch undflacht anschliessend ab. Der Feuchtegehalt nimmt aber nie einenkonstanten Wert an. Die Ursachen für einen solchen Trocknungs-verlauf können sein:Die Probe zersetzt sich thermisch, die Zersetzungsprodukte ver-flüchtigen sich und die Probe wird dauernd leichter. Fette, Öle, Weichmacher oder andere flüchtige Bestandteile kön-nen durch langsameres Verdunsten als Wasser zu überlagerten Ver-läufen führen. Die schwerflüchtigen Bestandteile führen zu einersteten langsamen Gewichtsabnahme.Messresultate eines solchen Trocknungsverlaufs können optimiertwerden:– Durch eine Temperatursenkung kann die Zersetzungsreaktion

reduziert werden.– Durch die Wahl eines geeigneten Abschaltkriteriums kann das

Analysenende am gewünschten Knickpunkt der Trocknungs-kurve erkannt werden.


5.5. Fallbeispiel

Anhand des Fallbeispiels soll gezeigt werden, wie eine Methode fürButter entwickelt wurde.

Vorabklärungen tätigen und Informationen sammeln

Analysenmatrix:Butter besteht hauptsächlich aus Fett und Wasser sowie aus hoch-wertigen Stoffen.

Feuchtegehalt:Butter verfügt erfahrungsgemäss über einen Feuchtegehaltzwischen 15 und 17%.

Gesetze:Lebensmittelverordnung

Referenzmethode:Die Lebensmittelverordnung schreibt in den meisten Ländern dieTrockenschrankmethode vor. Eine gängige Bestimmungsmethode ist auch die Karl-Fischer-Titration.

Probenmenge:Eine Probenmenge von 3 g gewährleistet genügende Resultat-genauigkeit.(Instrumentenfehler ist <0,1% nach Genauigkeitstabelle)

Mögliche Komplikationen:Organische Substanz: Zersetzungsreaktion möglich.Verdampfen leichtflüchtiger Fettanteile bei zu hoher Trocknungs-temperatur möglich. Butter schmilzt. Inhomogenität der Proben.Enthält erstarrte Wassertröpfchen, die bei unsachgemässer Be-handlung während der Probenvorbereitung ausgequetscht werdenkönnten.

Konsequenzen:Glasfaserfilter oder Quarzsand verwenden.


5.4. Schematische Vorgehensweise zum Erarbeiten einerMethode

Das Schema zeigt eine mögliche systematische Vorgehensweisezum Erarbeiten einer Methode.

Kapitel 5.6


Bestimmung der Es wurden folgende Messungen im Testmodus mit einem Druck-optimalen Trock- intervall von 10 Sekunden durchgeführt:nungsparameter

1. Testlauf:Standardtrocknungsprogramm mit 150 ºC. Probengewicht von 3 g.

Ergebnis:Messwerte sind leicht zu hoch.Trocknungsverlauf ist asymptotisch.Fettgeruch und Bräunung nach Trocknung (leichte Zersetzung).

2. Testlauf:Standardtrocknungsprogramm mit reduzierter Temperatur von130 ºC. Probengewicht von 3 g.

Ergebnis:Gute Messresultate, der Trocknungsverlauf ist asymptotisch.Nach der Trocknung sind keine Oxidationschäden sichtbar.Messdauer: 4 Minuten (Abschaltkriterium Stufe 3).

Festlegung Trocknungsprogramm:der Trocknungs- Stufentrocknung, da Feuchtegehalt über 15%parameter

Trocknungstemperatur:1. Stufe: 2 Minuten, 150 ºC2. Stufe: 0 Minuten, 150 ºC3. Stufe: 130 ºC (Dauer empirisch ermittelt)

Probengewicht:3 g (±10%)

Abschaltkriterium:Stufe 3

Wiederholbarkeit Es wurden drei Messungen derselben Charge durchgeführt. überprüfen

Tabellen der MessungenMesswerte: 16,70%, 16,85%, 16,52% n: 3Mittelwert: 16,69%Wiederholstandardabweichung (s) 0,17%

Vergleich mit der Die Messresultate des METTLER TOLEDO Halogen Moisture Analy-Trockenschrank- zer stimmen mit den Werten überein, die mit dem TrockenschrankReferenzmethode ermittelt wurden.

Anmerkung zum Vergleich der Messresultate:Bei Abweichungen der Messresultate gegenüber der Referenz-methode kann mittels Versuchsreihe durch Verändern der Tempe-ratur oder des Abschaltpunktes ein Abgleich mit der Referenzvorgenommen werden. Mehr dazu im nächsten Kapitel.

5.6 Erzielung übereinstimmender Resultate mit einerReferenzmethode

Bei der Bestimmung der optimalen Trocknungsparameter für eineneue Feuchtbestimmungsmethode orientiert man sich oft an einerReferenzmethode. Dies ist häufig der herkömmliche Trocken-schrank, gelegentlich aber auch der LP16 oder der LJ16 Infra-rottrockner oder auch die Karl Fischer Titration.Dabei geht man oft davon aus, dass die Messergebnisse einerneuen Methode mit denjenigen der Referenzmethode übereinstim-men sollen. Aus physikalischen wie technischen Gründen kann dieTrocknungstemperatur aber nicht immer unverändert vom Trocken-schrank bzw. Infrarottrockner übernommen werden, sondern esmüssen neue Einstellungen für die Halogen Moisture Analyzergefunden werden.In der Praxis hat sich dazu folgendes Vorgehen bewährt:

Testmessungen Nach einer geeigneten Probenvorbereitung (vgl. Kap. 5.2) werdenidentische Probemengen mit Hilfe der Testfunktion des HR73 bzw.


tur aufgetragen und die Resultate der Abschaltkriterien erscheinenals Punkte auf der Graphik. Der Punkt 110/2 stellt zum Beispiel denFeuchtegehalt des Mehles dar, wie er bei einer Trocknungs-temperatur von 110 °C und mit dem automatischen Abschaltkrite-rium 2 ermittelt wurde. Die horizontale Gerade in der Grafik ent-spricht wieder dem erwarteten Ergebnis aus der Referenzmethode.Die Schnittpunkte der fünf Kurven mit der Referenzgeraden zeigenmögliche Einstellungen der Temperatur/Abschaltkriterien-Kombi-nation. Nicht alle sind aber sinnvoll. Mögliche Einstellungen sindzum Beispiel 110/3 oder 130/2. Natürlich sind auch dazwischenliegende Einstellungen möglich (z.B. 120 °C und ein freies Ab-schaltkriterium) und müssen evt. durch probieren herausgefundenwerden.Üblicherweise führen die Abschaltkriterien 3 und 4 zu gut wieder-holbaren Resultaten bei gleichzeitig kurzen Analysezeiten.

Methoden- Um die Wiederholstandardabweichung der Resultate (MittelwertFeinabstimmung und Standardabweichung) und die Erfüllung der Anforderungen an

die gewünschte Genauigkeit nachzuweisen, müssen nun mehrereMessungen basierend auf den gewählten Einstellungen durchge-führt werden. Ist der Faktor Zeit wichtiger als die Wiederholbarkeit,so kann eine höhere Temperatur gewählt werden. Falls sich eineProbe bei erhöhten Temperaturen schnell zersetzt, sollte für zuver-lässigere Resultate eine tiefere Temperatur gewählt werden.

Bemerkungen Die Abschaltkriterien 1 und 2 sollten nur in Ausnahmefällen benutztwerden, d.h. wenn der Faktor Geschwindigkeit wichtiger ist als dieWiederholbarkeit.Das freie Abschaltkriterium des HR73 kann auch zur Auswahl vonZwischeneinstellungen dienen. Dies gewährleistet eine präzisereKorrelation des Ergebnisses mit demjenigen der Referenzmethode.Um eine Probe zu messen, über deren Trockungseigenschaftennichts bekannt ist, empfiehlt es sich, mit der Bestimmung derKurvenwerte bei 80, 100, 120, 140 und 160 °C zu beginnen. Die oben erwähnte Annäherung der Resultate ist nur für den Fallnotwendig, dass Proben eine thermische Zersetzung aufweisen(v.a. bei Stoffen mit hohem Fett- oder Lösungsmittelgehalt). Auf-

HG53 bei verschiedenen Temperaturen gemessen und grafisch auf-gezeichnet (siehe Figur 1). Zur Vereinfachung dieses Vorgangeslässt sich Ihr Halogen Moisture Analyzer über die standardmässigeingebaute Datenschnittstelle mit einem Computer verbinden. DieMessdaten lassen sich mittels eines geeigneten Programmes (z.B.BalanceLink™ von METTLER TOLEDO) in ein Tabellenkalkula-tionsprogramm einlesen. Weitere Informationen finden Sie im«Reference Manual for METTLER TOLEDO Standard InterfaceCommand Set (MT-SICS)» (Best. No.11780409).In einer Testmessung werden alle fünf vorprogrammierten Abschalt-kriterien (d.h. Gewichtsverlust pro Zeiteinheit) der Reihe nachdurchgemessen und auf einem Drucker (oder dem Computer) pro-tokolliert. Beim vorliegenden Beispiel wurden die Testmessungenmit Weissmehl bei 90, 110, 130 und 150 °C durchgeführt. DerReferenzfeuchtegehalt derselben Probe, wie er in einer Mehrfach-messung bei 103 °C im Trocknungsofen ermittelt wurde, dient alsBasis für die weiteren Auswertungen und erscheint als horizontaleGerade in der Grafik. Die Temperatur der Ofenmethode eignet sichmeist gut, um einen ersten Anhaltspunkt über das Trocknungsver-halten einer Probe zu gewinnen. Es ist leicht erkennbar, dass beieiner Trocknungstemperatur von 90°C der Feuchtegehalt der mitdem Trocknungsofen gefunden wurde erst nach sehr langer Zeiterreicht wird. Diese Temperatur ist demnach zu niedrig gewählt.Im Gegensatz dazu schneidet die Trocknungskurve bei 150 °C den Referenzfeuchtegehalt in einem sehr stumpfen Winkel (hoheGewichtsabnahme pro Zeiteinheit), was in der Regel eine schlechteWiederholbarkeit der Analyseresultate ergibt (Probe ist noch nichtrichtig trocken oder zersetzt sich sehr schnell). Eine ideale Trock-nungstemperatur wird also tiefer angesetzt sein.Die beiden anderen Kurven (110 °C und 130 °C) deuten auf guteResultate hin und schneiden die Linie des Referenzfeuchtegehaltesin einem sehr spitzen Winkel, d.h. bei einer sehr geringenGewichtsabnahme pro Zeiteinheit.

Grafische Daten- Die Ergebnisse der einzelnen Abschaltkriterien der verschiedenenauswertung der Testmessungen werden grafisch aufgezeichnet (Figur 2). DabeiAbschaltkriterien wird der Feuchtegehalt der Probe gegen die Trocknungstempera-


5.7. Was ist wenn?

Die Tabelle zeigt für verschiedene Kategorien von Problemstel-lungen Lösungsvorschläge.


grund des Zersetzungsvorgangs lässt sich bei solchen Proben,nachdem alles Wasser verdunstet ist, eine weitere Gewichts-abnahme feststellen (asymptotischer Trocknungsverlauf, Kap. 5.3).In allen anderen Fällen garantiert eine hohe Temperatur jeweilsschnelle und zuverlässige Ergebnisse.

Figur 1: Feuchtebestimmung von Weissmehl bei verschiedenen Temperaturen.Es wird der Feuchtegehalt gegen die Trocknungszeit aufgetragen. Der Feuchte-gehalt derselben Probe (analysiert mit der Referenzmethode), wird als hori-zontale Linie eingetragen und dient als Basis für die weiteren Auswertungen.

Figur 2: Die Resultate der Abschaltkriterien werden gegen die Trocknungs-temperatur aufgetragen. Damit wird es möglich, die ideale Kombination vonAbschaltkriterium und Temperatur zu finden.

Problemstellung mögliche Lösungsansätze

Probe zeigt Oxidationsschäden Temperatur reduzieren.Schontrocknungsprogramm ausprobieren.Probe während der Trocknung mit Glasfaserfilter oder Alu-Folie abdecken.

Analysendauer ist zu lang Temperatur erhöhen, tieferes Abschaltkriterium.Mit Schnell- oder Stufentrocknungsprogramm arbeiten (bei feuchten Proben).Probenmenge reduzieren.Probenoberfläche durch geeignete Probenvorbereitung, Verwendung von Quarz-sand oder eines Glasfaserfilters erhöhen.

Resultatgenauigkeit ist ungenügend Probenumfang erhöhen.Probengewicht erhöhen.Trocknungsverlauf analysieren. Dies gibt oftmals darüber Aufschluss, ob dasTrocknungsende erreicht wurde bzw. wann der Halogen Moisture Analyzer dasautomatische Abschaltkriterium erreicht.

Ergebnisse sind nicht reproduzierbar Trocknungsversuche mit zeitlichem Abschaltkriterium wählen.Homogenisierung der Probe optimieren.Handhabung der Probe standardisieren, Probe klimatisieren.Glasfaserfilter für flüssige Proben.Probe gleichmässig mahlen und verteilen.Immer gleiche Probenmenge trocknen.

Probe schmilzt (stark fetthaltig), Glasfaserfilter verwenden.ist flüssig oder pastös

Probe weist geringe Feuchtigkeit auf Probenmenge erhöhen.

Probe ist zuckerhaltig und caramelisiert Probe während Trocknung mit Glasfaserfilter abdecken.

Probe weist Feuchtigkeit Schnelltrocknungsprogramm ausprobieren.von 5–15% auf

Probe weist Feuchtigkeit >15% auf Stufentrocknung ausprobieren.

Probe enthält Lösungsmittel Sicherheitshinweis unbedingt beachten.

Andere Eiweiss koagulieren.Auf Glasfaserfilter trocknen.Karamelisierende Stoffe während Trocknung mit Glasfaserfilter abdecken.

0 3

-3

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-12

-14

6 9 12 15

Feuc

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MC]

Trocknungszeit [Minuten]

Ofenmeth. 103°CHR73 90°CHR73 110°CHR73 130°CHR73 150°C

Feuchte mitReferenzmethode

-10.5

-11.5

130/2

Feuchte mitReferenzmethode

110/2

110/3-12.5

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110 120 130 140 150 1601009080

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MC]

Trocknungstemperatur [°C]

Ofenmeth.103°CAbschaltkrit. 1Abschaltkrit. 2Abschaltkrit. 3Abschaltkrit. 4Abschaltkrit. 5


5.8. Applikationsbeispiele

Die Tabelle zeigt eine Reihe von Applikationsbeispielen, wie sie fürdie Halogen Moisture Analyzer von METTLER TOLEDO erarbeitetwurden. Die Daten geben einen ersten Hinweis darauf, wie dieTrocknungsparameter eingestellt werden können, um schnellähnliche Resultate zu erzielen, wie sie im Trocknungsofen gemes-sen wurden. Die Einstellungen müssen allerdings im Einzelfallimmer überprüft und der spezifischen Probe angepasst werden.Weitere Beispiele und Aktualisierungen finden Sie im Internet unterder Adresse: http://www.mt.com/moisture.

Tabelle: Zusammenstellung von Applikationen mit dem METTLER TOLEDOHalogen Moisture Analyzer.

Referenzmethode HR73 Halogen Moisture AnalyzerTrocknungsofen

BaumaterialienAcryllack 16) a) 5 103 66,91 10) 3 Standard 200 5 66,74 0,25% 19–21Dispersion (schwarz) 7) f) 3 103 36,58 3) 2,5 Schnell 120 5 35,70 0,37% 11–16Dispersion (gelb) 7) f) 3 103 40,34 3) 2 Schnell 170 5 39,28 0,42% 7–10Gips 1) a) 5 103 5,92 12) 5 Standard 180 4 5,97 0,15% 8–9NahrungsmittelBohnen (rot, Kidney-Bohnen) 5) b) 5 130 14,36 13) 3 Standard 140 5 13,93 0,17% 9–12Bohnen (weiss) 5) b) 5 130 13,59 13) 3 Standard 160 3 13,36 0,06% 8–11Bouillon (Kraftbrühe) 1) d) 5 103 1,83 12) 3 Standard 120 3 1,55 0,09% 2–3Fleisch (Huhn) 17) e) 5 102 74,89 18) 3 Schon v) 5 74,38 0,27% 18–22

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Referenzmethode HR73 Halogen Moisture AnalyzerTrocknungsofen

Nahrungsmittel (Fortsetzung)Gemüsesaft 2) a) 10 103 93,24 3) 4 Schnell 140 4 93,50 0,06% 14–16Haselnüsse (gemahlen) 1) d) 5 103 5,16 12) 5 Standard 130 3 4,91 0,07% 5–6Hirse 5) b) 5 130 12,37 13) 3 Standard 160 3 12,09 0,23% 9–13Joghurt 14) c) 5 102 87,58 15) 3 Stufen u) 5 87,92 0,06% 14–23Kaffeerahm 7) a) 4 103 77,67 8) 2,5 Stufen s) 5 77,42 0,30% 14–17Kakaogetränk (instant) 1) d) 5 103 2,10 12) 4,5 Standard 120 3 1,97 0,04% 2–3Karrottensaft 2) a) 10 103 90,48 3) 4 Standard 140 3 90,49 0,05% 9–11Kartoffelflocken 1) d) 4 103 7,71 12) 3 Standard 100 4 7,56 0,15% 11–13Kokosraspeln 1) d) 5 103 1,68 12) 3 Standard 110 3 1,50 0,05% 3–4Kondensmilch (gezuckert) 11) c) 2 102 25,91 10) 2,5 Schon t) 4 25,98 0,29% 26–30Kondensmilch (ungezuckert) 9) c) 3 102 74,43 10) 3 Standard 130 4 74,23 0,14% 12–17Lachs 17) e) 5 102 67,70 18) 3 Schnell 120 5 67,51 0,34% 23–28Linsen 5) b) 5 130 11,43 13) 3 Standard 170 4 11,47 0,14% 5–8Maisgriess (Polenta) 1) d) 10 103 12,70 12) 4 Standard 120 3 12,28 0,41% 12–16Maisstärke 1) d) 5 103 11,74 12) 3 Standard 90 3 11,14 0,13% 10–11Mandeln, (gemahlen) 1) d) 5 103 4,32 12) 5 Standard 110 3 4,03 0,16% 8–9Milch (mager) 1) c) 5 102 88,51 3) 2,5 Stufen u) 5 88,51 0,07% 7–9Milch (voll) 1) c) 5 102 87,45 3) 2,5 Stufen u) 5 87,16 0,54% 7–9Orangensaft (aus Konzentrat) 2) a) 10 103 89,95 3) 4 Schnell 130 4 89,54 0,07% 15–19Orangensaft (frisch) 2) a) 10 103 89,14 3) 4 Schnell 140 3 89,17 0,11% 10–14Paniermehl 1) d) 10 103 4,84 12) 2,5 Standard 100 4 4,16 0,10% 11–14Pfeffer (schwarz) 1) d) 2 103 10,54 12) 2,5 Standard 90 3 9,54 0,28% 6–8Rahm 7) c) 4 103 48,85 8) 2,5 Stufen u) 3 49,11 0,36% 6–8Reis 5) b) 5 130 13,45 13) 3 Standard 165 5 13,06 0,23% 16–18Schokoladepulver 1) a) 3 103 0,76 12) 6 Standard 80 3 0,71 0,02% 3–4Sirup 4) a) 5 103 27,10 3) 3 Schnell 80 3 26,85 0,25% 24–29Tee (grün) 1) d) 2 103 6,24 12) 4 Standard 100 4 5,67 0,09% 15–18Tee (schwarz) 1) d) 2 103 6,82 12) 3 Standard 100 4 6,33 0,08% 11–14Weinbeeren 20) a) 4 103 16,97 21) 3 Standard 115 3 17,18 0,54% 27–32Weizen 5) b) 5 130 14,10 13) 3 Standard 175 4 13,88 0,23% 12–14Garten und HaushaltDünger (Kalidünger) 1) a) 5 103 1,20 12) 3 Standard 140 5 1,13 0,05% 4–5Kalk 1) d) 20 103 0,10 12) 20 Standard 200 4 0,11 0,00% 2–4Knochenmehl 1) a) 5 103 5,41 12) 3 Standard 140 3 5,52 0,08% 6–8Waschmittel 1) a) 5 103 10,81 12) 3 Standard 115 3 10,62 0,21% 17–20ToilettenartikelHaargel 6) a) 5 103 91,51 10) 3 Standard 120 5 91,35 0,08% 18–23Schaumbad 7) f) 3 103 86,57 3) 3 Schnell 150 3 86,13 0,26% 6–8Seife (flüssig) 7) f) 3 103 85,51 3) 3 Standard 170 5 85,56 0,10% 9–12Shampoo 7) f) 4 103 83,88 3) 3 Schnell 160 5 83,93 0,08% 9–12

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16 Aluschale mit 20 g Seesand (oder Quarzsand) und Rührstab aus Glas im Ofen austrocknen (ca. 1 Stunde bei 130 Grad) und einwägen; dann die Probe dazugeben und wägen;anschliessend 5 g sauberes Wasser hinzufügen, gut mischen und während 30 min. bei 90 Grad im Ofen eindicken lassen, dann in den Trocknungsofen geben

17 Das Fleisch wurde in einer wassergekühlten Mühle kleingehackt (2 mal 5 s, mit 20 s Pausedazwischen), in einer Aluschale mit 20 g Quarzsand (und einem Glasstäbchen zum Mischen)gut gemischt und dann in den Trockenschrank gestellt.

18 Die Fleischzubereitung erfolgt wie beim Trockenschrankverfahren, ausser dass das zerhackteFleisch dann mit einem Löffel in der Aluschale gleichmässig verteilt wird.

19 Das Schweinefleisch wurde 2 mal durch den Fleischwolf gedreht, in einer Aluschale mit 20 gQuarzsand (mit einem Glasstäbchen) gut vermischt und dann in den Trockenschrank gestellt.

20 Die Weinbeeren mit einem Skalpell 3– 4 mal zerschneiden und gleichmässig in der Aluschaleverteilen

21 Die Weinbeeren mit einem Pistill direkt in der eingewogenen (und von der Waage genommenen)Aluschale zerdrücken und gleichmässig in der Schale verteilen

Ablauf :a Im Ofen trocknen (für 3 Std.) , dann im Exsikkator auf Zimmertemperatur abkühlen lassen,

auswägen, danach für 1Std. im Ofen trocknen,im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen,danach wieder für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen

b Im Ofen trocknen (für 1,5 Std.), dann im Exsikkator auf Zimmertemperatur abkühlen lassen,auswägen, danach für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen,danach wieder für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen

c Im Ofen trocknen (für 2 Std.), dann im Exsikkator auf Zimmertemperatur abkühlen lassen,auswägen, danach für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen,danach wieder für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen

d Im Ofen trocknen (für 3 Std.), dann im Exsikkator auf Zimmertemperatur abkühlen lassen, auswägen, danach für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen,danach wieder für 4,5 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen

e Im Ofen trocknen (für 4 Std.) , dann im Exsikkator auf Zimmertemperatur abkühlen lassen,auswägen, danach für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen,danach wieder für 4,5 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen

f Im Ofen trocknen (für 3 Std.), dann im Exsikkator auf Zimmertemperatur abkühlen lassen,auswägen, danach für 1 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen,danach wieder für 6 Std. im Ofen trocknen, im Exsikkator abkühlen lassen, auswägen

Temperaturprogramme:s Stufentrocknung (Temp. 1: 180 Grad, Zeit 1: 3 min.; Temp 2: 105 Grad, Zeit 2: 2 min.;

Endtemperatur: 77 Grad)

t Schontrocknung (Rampe: 3 Minuten), Endtemperatur: 155 Grad

u Stufentrocknung (Temp. 1: 180 Grad, Zeit 1: 3 min.; Temp 2: 105 Grad, Zeit 2: 2 min.;Endtemperatur: 77 Grad)

v Schontrocknung (Rampe: 3 Minuten), Endtemperatur: 160 Grad

w Schontrocknung (Rampe: 3 Minuten), Endtemperatur: 140 Grad


Probenvorbereitung:Nummer Beschreibung

1 Wägeglas (vorher getrocknet) einwägen, Probenmenge des entsprechenden Produktes gleich-mässig im Glas verteilen, wägen, dann in den Trocknungsofen geben

2 Aluschale mit 10 g Seesand (oder Quarzsand) und Rührstab aus Glas im Ofen austrocknen (ca. 1 Stunde bei 130 Grad) und einwägen; Probe mit Pipette dazugeben und gut umrühren,einwägen; während 45 min. bei 90 Grad im Ofen eindicken, dann in den Trocknungsofen geben

3 Verwendetes Zubehör: Aluschale, Glasfaserfilter, Pipette; Flüssige Probe mit einer Pipette gleich-mässig in der Schale verteilen, dann mit Glasfaserfilter bedecken

4 Aluschale mit 10g Seesand (oder Quarzsand) und Rührstab aus Glas im Ofen austrocknen,wägen, Probenflüssigkeit mit Pipette auftragen, wägen, dann 5g sauberes Wasser hinzufügenund mischen; vor der Trocknung im Trockenschrank 30 min im Ofen bei 90 Grad eindicken

5 Probe in einer wassergekühlten Mühle mahlen, (2 mal 5s, mit 20s Pause dazwischen), dann5 g der gemahlenen Probe in ein vorgetrocknetes Wägeglas geben, und gleichmässig verteilen;dann bei 130 Grad in den Trockenschrank stellen

6 Aluschale mit 10 g Seesand (oder Quarzsand) und Rührstab aus Glas im Ofen austrocknen,wägen, Probe mit Pipette auftragen, wägen, dann 10 g sauberes Wasser hinzufügen undmischen; vor der Trocknung im Trockenschrank 30 min. im Ofen bei 90 Grad eindicken

7 Aluschale mit 20 g Seesand (oder Quarzsand) und Rührstab aus Glas im Ofen austrocknen (ca.1 Stunde bei 130 Grad) und einwägen; Probe mit Pipette dazugeben und gut mit dem Sandvermischen, wägen; dann in den Trockenschrank geben

8 Verwendetes Zubehör: Aluschale, Glasfaserfilter, Pipette; Flüssige Probe mit einer Pipettegleichmässig in der Schale verteilen, dann mit Glasfaserfilter bedecken (Temp. 1: 180 Grad, Zeit 1: 3 min.; Temp 2: 105 Grad, Zeit 2: 2 min.; Endtemperatur: 77 Grad)

9 Aluschale mit gläsernem Rührstab einwägen, Probenflüssigkeit hineingeben und wägen, dann 5 g sauberes Wasser hinzufügen und mischen; vor der eigentlichen Trocknung imTrockenschrank 30 min. im Ofen bei 90 Grad eindicken lassen

10 Verwendetes Zubehör: Aluschale, Glasfaserfilter, Löffel; Dickflüssige Probe mit einer Löffel gleich-mässig in der Schale verteilen, dann mit Glasfaserfilter bedecken

11 Aluschale mit 20 g Seesand (oder Quarzsand) und Rührstab aus Glas im Ofen austrocknen (ca. 1 Stunde bei 130 Grad) und einwägen; dann die Probe dazugeben und gut umrühren,einwägen; während 30 min. bei 90 Grad im Ofen eindicken, dann in den Trocknungsofen geben

12 Probenschalen einwägen, Probenmaterial gleichmässig in der Schale verteilen, Feuchte-messung starten

13 Probe in einer wassergekühlten Mühle mahlen, (2 mal 5 s, mit 20 s Pause dazwischen), dann 3 g der gemahlenen Probe in einer Aluschale gleichmässig verteilen

14 Aluschale mit 20 g Seesand (oder Quarzsand) und Rührstab aus Glas im Ofen austrocknen (ca. 1 Stunde bei 130 Grad ) und einwägen; dann die Probe dazugeben und wägen;anschliessend 10 g sauberes Wasser hinzufügen, gut mischen und während 30 min. bei 90 Grad im Ofen eindicken lassen, dann in den Trocknungsofen geben

15 Verwendetes Zubehör: Aluschale, Glasfaserfilter, Löffel; Die Probe mit einem Löffel gleichmässigin der Schale verteilen, dann mit einem Glasfaserfilter bedecken; Feuchtemessprogramm starten(Temp. 1: 180 Grad, Zeit 1: 3 min.; Temp 2: 105 Grad, Zeit 2: 2 min.; Endtemperatur: 77 Grad)


8. Qualitätssysteme

Internationale Unternehmen mit verschiedenen Produktionsstand-orten und hohem Qualitätsimage sind auf Messinstrumente an-gewiesen, die unabhängig von Ort und Zeitpunkt der Messungreproduzierende und zuverlässige Resultate liefern. Auf lokalerEbene vereinbaren Lieferanten und Kunden die Produktqualitätimmer mehr auf Vertrauensbasis.Eine Verschärfung der Gesetzgebung im Bereich der Produkte-haftung ist feststellbar. Damit ist das Thema des Qualitätsmanage-ments heute für praktisch alle Unternehmen überlebenswichtiggeworden. Die Funktionen des METTLER TOLEDO Halogen MoistureAnalyzer wurden so konzipiert, dass sie sich in moderne Qualitäts-systeme wie ISO 9000, GLP und GMP integrieren lassen. Imfolgenden werden diese Funktionen beschrieben.

Gerätequalifizierung Messergebnisse müssen vergleichbar sein. Dies führt zu gleichblei-benden und beherrschten Prozessen und somit zu gleichbleibenderQualität der Produkte. Damit diese Forderung erfüllt wird, müssenMessinstrumente für eine bestimmte Aufgabe qualifiziert werden.METTLER TOLEDO als Produzent der Halogen Moisture Analyzerübernimmt dabei die Specificaton Qualification (SQ) und die Con-struction Qualification (CQ). Die vier Qualifizierungsstufen, die vomBenutzer (gegebenenfalls unterstützt durch die METTLER TOLEDOServiceorganisation vor Ort) dokumentiert werden müssen sind:Design Qualification (D.Q.) Definition der LeistungsmerkmaleInstallation Qualification (I.Q.) Installation vor OrtOperational Qualification (O.Q.) Kalibrierung (Zertifizierung)Performance Qualification (P.Q.) Testen mit bekannten Standards

Für die Dokumentation dieser Qualifizierungsschritte hat sich einLogbuch als hilfreich erwiesen. Bei Bedarf können Sie von Ihrerlokalen METTLER TOLEDO Vertretung das «Logbuch für Halogen-trockner» anfordern.

6. Sicherheit

Die Aspekte der Sicherheit werden in der Betriebsanleitung desHalogen Moisture Analyzer ausführlich behandelt.

Alle Anwendungs- und Gebrauchsinformationen in dieser Broschürewurden nach bestem Wissen gegeben. Für Schäden, die aus oderbei der Anwendung dieser Applikationsbroschüre entstehen sollten,wird jedoch jegliche Haftung ausdrücklich ausgeschlossen. DieserHaftungsausschluss gilt auch für etwaige Ansprüche aus gewerb-lichen Schutzrechten aller Art. Die Broschüre ist Bestandteil desLieferumfanges der Halogen Moisture Analyzer von METTLERTOLEDO.

7. Ökologie

Energieverbrauch Eine kurze Messdauer reduziert den Stromverbrauch. Achten Siedeshalb aus ökologischen und ökonomischen Gründen darauf,dass Ihre Messdauer immer möglichst kurz ist.

Wartung Halten Sie Ihr Gerät sauber und beachten Sie die Wartungsregeln.Dies verlängert die Lebensdauer, reduziert Abfall und minimiertReparaturkosten.

Aluminium- Gebrauchte Aluminiumschalen sollten sachgemäss entsorgt wer-Probenschalen den. Es besteht aber auch die Möglichkeit, wiederverwendbare,

abwaschbare Probenschalen zu verwenden.


LIMS/ERP Immer mehr Unternehmen wählen ein LIMS (Laboratory Infor-mation and Management System) oder ERP (Enterprise RessourcePlanning), um die Datenqualität im Labor zu verbessern. DieDatenschnittstelle der Feuchtemessgeräte erlaubt eine bidirektio-nale Kommunikation zwischen LIMS und dem Halogen MoistureAnalyzer. Sämtliche Einstellungen können über die Schnittstellevorgenommen werden. Resultate, Tagesjournale und Geräteein-stellungen sind durch den Computer lesbar. Das ferngesteuerte Ein-und Ausfahren der automatischen Probenkammer sowie die Start-und Stopp-Funktion sind für Automaten und Roboteranwendungenbestens geeignet.

Mehr dazu finden Sie in der Broschüre «Reference Manual forMETTLER TOLEDO Standard Interface Command Set (MT-SICS)»,die Ihrem Halogen Moisture Analyzer beiliegt. Weitere Exemplareerhalten Sie bei Ihrer METTLER TOLEDO Vertretung.


Justierung Der Waagenteil des Halogen Moisture Analyzer ist jederzeit miteinem zertifizierten Gewicht justierbar. Beim Justieren des Heizteilssetzt METTLER TOLEDO einen ganz neuen Standard. Der Halo-genstrahler wird mit einem zuverlässigen Verfahren bei 100 °C und160 °C justiert. Die Justierung ist jederzeit und einfach, d.h. ohnebesondere Kenntnisse, mit dem separaten Präzisionsthermometerdurchführbar. Dieses Thermometer ist auch in einer zertifiziertenVersion erhältlich und garantiert damit Rückführbarkeit auf inter-nationale Normale. Damit wird sichergestellt, dass der Feuchte-gehalt überall unter gleichen Trocknungsbedingungen ermitteltwird. Die Justierung der Waage und der Trocknereinheit wird mitdem Drucker nachvollziehbar dokumentiert.

Dokumentation Der eingebaute Drucker erfüllt vollumfänglich das allen Qualitäts-der Messwerte systemen zugrundeliegende Prinzip der Rückverfolgbarkeit der

Messwerte. Das Druckprotokoll enthält alle relevanten Zusatz-informationen wie Zeit, Datum, Gerätenummer, Probennummer,Geräteeinstellungen, Rohdaten, Resultate sowie die dazugehörigenEinheiten.Der Ausdruck ist chemisch und thermisch beständig und somitlangfristig archivierbar.

Sicherheit in der Beim Entwurf des Bedienerkonzeptes des Halogen Moisture Analy-Bedienung zer wurde auf Einfachheit und Eindeutigkeit ganz besonders geach-

tet. Um höchste Sicherheit der Bedienung zu erreichen, ist die Tasta-tur des Halogen Moisture Analyzer gegen ungewollte Verstellungschützbar. Dies wird durch die Möglichkeit einer partiellen Blockie-rung der Tastatur erreicht. Im wesentlichen sind im geschützten Fallnur die Start-, Stopp- und Tarataste aktiv. Im Falle des HR73 spei-chert eine kompakte Datenbank alle Einstellungen für verschiedeneSubstanzen unter einem selbst gewählten Namen. Dadurch sindFehleinstellungen bei Substanzwechsel praktisch ausgeschlossen.Die Datenbank führt pro Substanz ein chronologisches Journal, dasausdruckbar ist.


• R. A. Durner, Feuchtebestimmung als prozessbestimmenderFaktor, LaborPraxis März, S.40–42 (2000).

• P. Heinze, H.D. Isengard, Wasserbestimmung in Invertzuckerund Fructosesirup mittels Halogentrockners. CLB-Chemie inLabor und Biotechnik, 51, S.44–47 (2000).

• Logbuch für Halogentrockner, METTLER TOLEDO


9. Literaturverweis

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• B. M. Milwidsky and D. M. Gabriel, Detergent Analysis,Handbook for cost-effective Quality Control, 1982, ISBN 0-7114-5735-2

• Ernst Sauter, Untersuchungen über die Infrarot-Trocknung vonLacken, ETH Zürich, Diss. Prom. Nr. 2335, 1954

• Franz Liebenspacher, Untersuchung über Wasserdampfsorptionund Wasserdampftransport in Packstoffen auf Zellulosebasis,Technische Universität München, Diss.1991, Dissertations- undFotodruck GmbH 8000 München

• Kari T. Ojala, Studies on infrared drying of paper, use of inte-grating spheres in FTIR-measurements, and heat and mass trans-fer inside paper, Helsinki University of Technology

• T. Krahl, Schnellbestimmer für Materialfeuchte und Wasserge-halt, Goltze-Druck, 37079 Göttingen, ISBN 3-88452-627-8

• Andreas Agster, Färberei und Textilchemische Untersuchungen,Springer-Verlag Berlin/Heidelberg/New York, Zehnte Auflage,ISBN 3-540-03714-4

• Tagungsunterlagen Kompetenzmeeting Feuchtigkeitsbestim-mung 1993, Frankfurt/Main, Herausgeber T. Krahl, Bovenden

• Schweizerisches Lebensmittelbuch, Eidg. Drucksachen- undMaterialzentrale Bern

• Handbook of Chemistry and Physics• Karl-Fischer Applikationen, METTLER TOLEDO• Bedienungsanleitung METTLER TOLEDO Halogen Moisture Analyzer• E. Anklam, A. Burke und E.-D. Isengard (Eds), Water determi-

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Methoden der Feuchtegehalts- bestimmung - mt.com · trockner eingesetzt. 2.1. Thermogravimetrische Verfahren Prinzip Thermogravimetrische Verfahren sind Wäge-Trocknungs-Metho-den,