Discovery SA

Contrôle précis de l’humidité sur une large plage pour une analyse de Sorption fiable Le contrôle précis de l’humidité du Discovery SA, associé à ses performances de pesage de pointe, vous permet de mesurer, d’analyser et d’optimiser les propriétés de Sorption d’eau de votre échantillon de matériau. L’évaluation des propriétés de Sorption des matériaux avancés nécessite un contrôle précis de l’humidité, à partir de conditions complètement sèches à la quasi-condensation. Le Discovery SA permet un contrôle de l’humidité de 0 % RH à 98 % RH dans toute la plage de température de 5 °C à 85 °C. Le fait de ne couvrir toute cette plage d’humidité que par petits incréments contrôlables permet d’évaluer toute la gamme des effets tels que l’adsorption de surface, l’absorption, l’hydratation ou la condensation des pores. Une paire de contrôleurs de débit massique mesure et dose avec précision le gaz dans un bloc en aluminium symétrique et fort bien isolé. Le bloc contient un humidificateur, des conduits de transport de gaz et de mélange, ainsi que des chambres de mesure d’échantillon et de référence facilement accessibles et disposées de manière identique. La régulation de la température de l’intérieur du bloc dans la plage de 5 °C à 85 °C est effectuée par des appareils thermoélectriques (Peltier) et un capteur de température précis dans un système en boucle fermée. Les contrôleurs de débit massique ajustent les quantités de gaz humide (saturé) et sec pour obtenir des humidités de 0 % à 98 % RH. Des capteurs RH identiques sont situés à côté des creusets d’échantillon et de référence et fournissent une mesure continue de l’humidité. Les avantages de la conception sont le contrôle précis de la température et une atmosphère hautement homogène dans les chambres d’échantillon et de référence, qui contribuent à l’excellente stabilité de la ligne de base de la balance et à la sensibilité de pesée.

Contrôle de l’humidité

La cellulose microcristalline (MCC) est un matériau aux propriétés de sorption d’humidité fort bien caractérisées. Dans le graphique de gauche, les données de sorption d’humidité sur la cellulose microcristalline (MCC) mesurées avec le Discovery SA sont tracées sur RH. Les symboles rouges sur le tracé sont des valeurs de référence publiées et certifiées issues d’un test interlaboratoire COST 90. Les données mesurées avec le Discovery SA sont en accord avec les valeurs certifiées dans leurs intervalles de confiance sur toute la plage RH.

L’ excellent accord trouvé entre les données mesurées et de référence prouve :

• L’ efficacité du séchage initial de la cellulose microcristalline (MCC) à 0 % de RH
• La précision du contrôle de l’humidité et de la température du Discovery SA.

Vérification du contrôle d’humidité

Le logiciel de Discovery SA TRIOS possède une fonction intégrée de vérification de l’humidité et une méthode de déliquescence qui permet à l’utilisateur de déterminer le niveau d’humidité de l’échantillon. La méthode est conforme à la norme ASTM E2551.

Le graphique de gauche résume les données de vérification du contrôle d’humidité à l’aide de trois sels déliquescents à 25 °C. Le contrôle de l’humidité du Discovery SA s’avère précis à ± 1 % sur une large plage de 11 à 93 %.

L’ échantilleur automatique d’échantillons de Discovery SA comprend un carrousel à échantillons multipositions programmable qui permet d’analyser de façon automatisée jusqu’à 10 échantillons à l’aide de creusets demi-sphériques en quartz (ou en quartz revêtu d’une couche métallique), et 25 échantillons en utilisant le plateau facultatif avec des creusets scellés en platine ou en aluminium. La conception permet un chargement ou déchargement fluide et efficace du creuset à l’échantillon sans perturber du tout la balance. Tous les aspects des essais sur échantillons sont automatisés et commandés par logiciel, y compris le tarage et le chargement des moules, le pesage des échantillons, les mouvements de l’échantilleur automatique, les mouvements d’humidite de la chambre et le déchargement des moules. La productivité du Discover SA est maximisée par la combinaison d’un matériel ingénieux avec le logiciel TRIOS pour l’analyse préprogrammée, le traitement automatisé des données, la comparaison et la présentation des résultats.

Les creusets d’échantillon parfaits pour votre matériau d’échantillon

Des creusets demi-sphériques en quartz métallisé (180 µl) et en option en platine (100 μl) sont disponibles pour utilisation avec l’analyseur de sorption Discovery SA. Les premiers creusets sont couramment utilisés dans l’analyse de sorption en raison de leur grand volume, de leurs capacités antistatiques et de leur conception ouverte, permettant un bon contact gaz-échantillon et un équilibrage rapide. Les creusets en platine sont génériques pour l’analyse thermogravimétrique (TGA) de la plupart des matériaux, ils offrent un bon contact entre l’échantillon et le gaz et peuvent améliorer la productivité avec le plateau de l’échantillonneur automatique à 25 positions. Des creusets en aluminium scellés sont également proposés en option pour garantir l’intégrité des matériaux qui adsorbent facilement l’humidité ou les substances volatiles en suspension. L’échantillon est chargé dans le creuset en aluminium qui est alors scellé avec un couvercle avant de le placer dans le plateau de l’échantillonneur automatique. L’ échantillon isolé dans le creuset à échantillon fermé n’est pas exposé à l’environnement. Immédiatement avant de charger le creuset de l’échantillon dans la balance, le couvercle est automatiquement ouvert par le dispositif de perforation du creuset dans l’échantillonneur automatique.

L’ automatisation fiable pour une analyse de sorption continue sans aucune surveillance

L’eau qui se trouve dans l’humidificateur est consommée lors de longues mesures de sorption ou lors de mesures à des niveaux de RH élevés. Dans les analyseurs de sorption standard, les utilisateurs sont tenus de vérifier régulièrement le niveau d’eau et de remplir manuellement l’humidificateur le cas écheant. Le nouveau Discovery SA est le seul instrument sur le marché qui peut permettre le remplissage automatique de l’humidificateur. Les capteurs de niveau mesurent le niveau d’eau dans l’humidificateur et contrôlent une pompe de remplissage. La pompe de remplissage alimente automatiquement l’eau d’une bouteille de stockage externe dans l’humidificateur selon les besoins. Grâce à cette caractéristique unique, la surveillance manuelle laborieuse et sujette aux erreurs du niveau d’eau n’est plus obligatoire. Ensemble avec l’échantillonneur automatique, cette caractéristique porte la fiabilité et la productivité de l’analyseur de sorption à un niveau sans précédent.

L’écran tactile de type application, le nouveau logiciel TRIOS plus puissant, l’échantilloneur automatique robuste et fiable avec des procédures de calibrage et de vérification automatisées fonctionnent tous en harmonie pour améliorer considérablement les flux de travail et la productivité des laboratoires.

UN ACCÈS PLUS SIMPLE QUE JAMAIS À UN GRAND NOMBRE DE DONNÉES !

Caractéristiques et avantages de l’écran tactile :

• Conception ergonomique pour une visualisation et une utilisation facilitées
• Fonctionnalités avancées permettant de simplifier les essais et d’améliorer l’expérience utilisateur. L’écran tactile comprend :
  • Exécution de type Démarrage/Arrêt
  • Tracé en temps réel
  • Calibrage de l’échantillonneur automatique
  • Statut de l’essai et de l’instrument
  • Visualisation active
  • Creusets de chargement/déchargement et tarage
  • Signaux en temps réel
  • Segments de méthode avancés
  • Informations système

L’ analyse de sorption – Procédures expérimentales

L’ analyse de sorption quantifie l’interaction d’un échantillon de matériau avec l’humidité. Pour l’analyse de sorption, le poids de l’échantillon de matériau est mesuré dans des conditions de température (T) et d’humidité relative (RH) contrôlées. L’une de ces propriétés – T ou RH – est maintenue constante tandis que l’autre est modifiée par étapes ou en continu durant un test. La table ci-dessous donne un aperçu des quatre modes de contrôle flexibles qui peuvent être appliqués pour effectuer des mesures de sorption avec le Discovery SA.

Le logiciel TRIOS et la conception matérielle de Discovery SA permettent à l’utilisateur de choisir la procédure qui procure les données les plus utiles pour le cas d’application individuel.

Des changements progressifs de RH ou de T conduisent à un changement instantané du poids de l’échantillon, qui s’équilibre à un nouveau niveau constant après un temps assez long. Le temps obligatoire à l’équilibrage dépend de l’échantillon et des conditions expérimentales et caractérise la cinétique de sorption du matériau. L’ application de modifications progressives de l’humidité relative (RH) fournit la quantité totale de sorption d’humidité en plus de la cinétique de l’absorption. Cela peut être des informations importantes pour déterminer les coefficients de diffusion de l’eau dans un échantillon de matériau. Pour cette raison, la variation progressive de l’humidité relative (RH) à température constante est établie comme une méthode quasi standard.

Cependant, changer la température au lieu de l’humidité relative (RH) peut également offrir des informations précieuses. Selon le cas d’utilisation ou le traitement d’un matériau, ce processus peut mieux imiter l’application que le changement de l’humidité relative (RH) à température constante. Les données de sorption dépendantes de la température permettent de tirer des conclusions sur la force de liaison entre le matériau de l’échantillon et l’eau sorbée.

Cependant, un changement continu de RH ou de T entraîne un changement continu du poids de l’échantillon. Si la cinétique de sorption du matériau de l’échantillon est suffisamment rapide, les données de poids résultantes sont des données de sorption de quasi-équilibre mesurées en temps réel. Les procédures de montée en puissance peuvent fournir des ensembles de données litigieuses dans un temps comparativement plus court que les procédures par étapes, à condition que la cinétique du processus de sorption soit assez rapide. Ceci est une autre façon d’améliorer la productivité du Discovery SA pour l’analyse de sorption.

L’ analyse de sorption – Graphiques isothermes et isohume

Le poids du matériau de l’échantillon est enregistré tandis que T et RH sont contrôlés. Dans l’exemple ci-dessous, un changement progressif de RH ou T initie un changement de poids du matériau de l’échantillon. La microbalance enregistre de manière continue le poids de l’échantillon.

Le taux de changement de poids enregistré au cours du temps est caractéristique de la cinétique de sorption. Il indique à quelle vitesse l’humidité d’adsorption absorbe dans le matériau ou est libérée – désorbée à partir du matériau. Il s’agit d’une propriété caractéristique du matériau de l’échantillon. Les changements de poids peuvent être réglés à l’aide de TRIOS avec un modèle exponentiel fournissant la constante de temps k de la cinétique de sorption.

L’équilibre de sorption est atteint lorsque le poids de l’échantillon approche une valeur constante (mÉQ = milliéquivalents). L’ensemble de données à ce moment – RH, T et mÉQ – fournit un point dans l’isotherme ou l’isohume de sorption. Les données enregistrées de la même manière à plusieurs valeurs RH ou T sont utilisées pour tracer l’intégralité de l’isotherme ou de l’isohume de sorption comme indiqué ci-dessous.

Tracé isotherme de sorption (T = constante)

Les tracés isothermes indiquent l’influence de RH sur la sorption d’eau. Les isothermes sont bien adaptées pour évaluer les propriétés physiques du matériau de l’échantillon et du type de sorption.

Tracé Isohume de sorption (RH = const.)

Les graphiques isothumes illustrent l’influence de la T sur la sorption d’eau. Ceux-ci sont bien adaptés pour évaluer l’interaction chimique entre le matériau et les molécules d’eau.

Facilité d’utilisation

Le logiciel TRIOS facilite l’étalonnage et le fonctionnement. Les utilisateurs peuvent facilement générer plusieurs jeux de données d’étalonnage ou de vérification dans diverses conditions expérimentales (par ex. avec des températures ou humidités différentes) et passer facilement de l’un à l’autre pour correspondre aux conditions expérimentales utilisées pour les essais sur les échantillons. Les signaux en temps réel et la progression des expériences en cours sont facilement disponibles, avec la possibilité supplémentaire de modifier une méthode en cours à la volée. Le logiciel TRIOS offre un niveau de flexibilité inégalé dans l’industrie.

Le système sophistiqué de collecte des données enregistre automatiquement tous les signaux pertinents, les étalonnages actifs et les paramètres du système. Ceci constitue un ensemble complet et détaillé d’informations précieuses pour le développement des méthodes, la mise en œuvre des procédures et la validation des données.

Des capacités complètes d’analyse des données

Un ensemble complet d’outils pertinents est disponible pour l’analyse des données en temps réel, même en cours d’expérience. Ceci vous offre une vision dynamique du comportement des matériaux analysés au moyen de caractéristiques complètes, puissantes et polyvalentes parfaitement intégrées à TRIOS.

La génération de rapports

Les résultats peuvent être exportés en tant que rapports sous forme graphique et numérique. On peut appliquer des modèles de format prédéfinis pour la génération de rapports récurrents et contribuent à simplifier le flux de travail.

TRIOS Guardian CFR Part 11 Compliance

Trios Guardian est une solution entièrement intégrée respectant la conformité CFR 21 Part 11. Il utilise le système de fichiers standard et ne nécessite pas de base de données, de matériel ou de logiciel tiers coûteux et de maintenance intensive. Guardian est conçu principalement pour les laboratoires dans des environnements réglementés et permet aux utilisateurs d’établir des limites d’accès et des protocoles d’enregistrement du système. Ces outils permettent de se conformer à la règle des enregistrements électroniques et des signatures électroniques (21 CFR Partie 11) établie par l’administration des aliments et médicamenteux des États-Unis (Food and Drug Administration).

Caractéristiques

• L’ accès restreint aux utilisateurs autorisés : L’ administrateur système peut restreindre l’accès à diverses fonctionnalités du logiciel, ce qui définit la liste des utilisateurs autorisés. Cette liste est couplée pour fonctionner avec tous les comptes d’utilisateurs Windows locaux et basés sur le domaine.
• Les niveaux d’utilisateur : Les utilisateurs autorisés se voient attribuer soit un niveau d’utilisateur Standard ou un niveau d’utilisateur de Base. Les utilisateurs Standard ont accès aux fonctionnalités étendues du logiciel
• L’ Audit Trail (Suivi d’audits) : Le journal des événements heure/date généré par l’ordinateur (inhérent au logiciel), y compris l’Id utilisateur Windows. Comprend également la possibilité de revendiquer la création d’oeuvre.
• Les signatures électroniques : Les utilisateurs peuvent signer électroniquement des documents. La signature est ajoutée en tant qu’entrée dans le Results Log (Journal des résultats).
• Results Log (Journal des résultats) : Un enregistrement des conditions de test expérimental et des paramètres de l’instrument est enregistré dans chaque fichier de données. Toutes les fonctions d’analyse et de résultats effectuées sont également stockées dans le fichier.
• La création de fichier PDF : Le logiciel de TA Instruments comprend un générateur de fichiers PDF intégré. Cela permet d’enregistrer n’importe quel document imprimable en tant que fichier PDF.
• File Check (Contrôle des fichiers): Guardian vérifie automatiquement que les fichiers de données chargés n’ont pas été falsifiés ou modifiés. Si le logiciel détecte une modification, le fichier de données ne s’ouvre pas et Guardian publie un message dans Notification Log (Journal des notifications). Ces événements sont également enregistrés dans l’Audit Trail.

La mise en œuvre

• Compatible avec tous les instruments d’analyse thermique de la Discovery Series.
• Utilise le système de fichiers standard du logiciel TA Instruments. Aucune base de données, matériel ou logiciel tiers est obligatoire.
• Interfaces directement dans les comptes d’utilisateurs Windows PC et leurs politiques associées concernant les mots de passe appliquées.

Pharmaceutique

L’ eau ou l’humidité se trouvent couramment dans les produits pharmaceutiques. L’ absorption d’eau par une substance médicamenteuse est une propriété inhérente. Les matières premières ou les produits pharmaceutiques sont exposés à la vapeur d’eau durant le traitement et le stockage. L’efficacité et la tolérance des médicaments peuvent être considérablement modifiées par l’effet de l’humidité sur les ingrédients pharmaceutiques et les excipients actifs. Pour cette raison, il faut connaître la capacité d’absorption d’humidité avec précision. La seule façon de protéger les substances contre les changements indésirables causés par l’humidité est de limiter leur exposition à des niveaux d’humidité non critiques.

Le chapitre général de la United States Pharmacopeial Convention (USP) <1241> décrit les interactions eau et solide comme une sorption. Le degré de sorption d’eau affecte la cristallinité, la perméabilité et le point de fusion des produits pharmaceutiques. Pour les matériaux amorphes, la présence d’eau peut altérer de manière considérable les propriétés en vrac comme la température de transition vitreuse, et même initier la réversion vers la forme cristalline. L’ eau facilite également l’hydrolyse et induit la dégradation du médicament. Quoiqu’elle ne soit pas traitée comme une impureté, l’eau contenue dans une substance médicamenteuse est surveillée et contrôlée aussi strictement que possible.

Évaluation de l’hygroscopicité

La capacité des matériaux à absorber la vapeur d’eau est souvent appelée hygroscopicité. Cette propriété du matériau est mesurée à une température constante lors d’un changement de RH tout en pesant la masse de l’échantillon. Ces données fournissent une évaluation des effets potentiels de l’humidité sur les propriétés d’un matériau pharmaceutique et servent de critères de sélection pour un médicament à développer. La table suivante classe l’hygroscopicité des substances pharmaceutiques telle que proposée par la Pharmacopée européenne.

Les données de sorption d’eau sont fréquemment utilisées dans le processus de sélection initial pour identifier les substances pharmaceutiques candidates qui ont une faible absorption d’humidité.

Dans le schéma ci-dessous, l’adsorption et la désorption de la vapeur d’eau sur l’ibuprofène à 25 °C sont représentées en fonction de l’humidité relative. Selon la table de classification, cette substance serait considérée comme modérément hygroscopique.

Évaluation Amorphe – Changements de phase cristallins

L’ étendue de la sorption de vapeur d’eau dépend de la structure du matériau. Le même matériau absorbe généralement plus d’eau s’il est dans un état amorphe au lieu de la structure cristalline. La sorption d’eau peut abaisser considérablement la température de transition vitreuse et initier une recristallisation.

Une expérience isotherme avec une montée de RH est utile pour identifier les transitions de phase induites par la sorption de vapeur. L’ absorption d’humidité non linéaire du matériau indique la transition vitreuse. La recristallisation conduit à une désorption de l’eau avec l’augmentation de RH. Dans le diagramme ci-dessous, le changement de poids d’un échantillon de lactose amorphe enregistré avec une montée de RH à 25 °C est tracé.

Environ un tiers de toutes les substances pharmaceutiques actives (API) forment des hydrates. L’ hydratation spontanée par l’humidité de l’air peut se produire à n’importe quel stade de la production ou du stockage du médicament, entraînant ainsi la formation d’hydrates. L’ état d’hydratation modifie plusieurs propriétés y compris la stabilité physique et chimique. Les matériaux hydratés peuvent devenir amorphes pendant la déshydratation, et les hydrates affectent la solubilité, la dissolution et la biodisponibilité des matériaux. Tout au long du flux de travail, de la préformulation au processus de fabrication, en passant par l’emballage et le stockage, la forme physique des excipients et des API doit être entièrement caractérisée et contrôlée. La sorption de vapeur d’eau est l’outil idéal pour détecter et caractériser la formation d’hydrates en fonction de la température et de l’humidité relative. L’adsorption et la désorption de la vapeur d’eau du naproxène sodique anhydre (AH) en fonction du changement de RH ont été étudiées dans le Discovery SA à 25 °C. Les changements de poids progressifs du matériau tracés dans le diagramme du haut indiquent la formation de monohydrate (MH), de dihydrate (DH) et de tétrahydrate (TH).

Dans le diagramme du bas, les résultats d’une mesure d’isohume à 65 % de RH avec une montée de température de 25 °C à 50 °C sont affichés. A 25 °C, le matériau est à l’état dihydraté. Avec l’augmentation de la température, il se déshydrate en un monohydrate qui est terminé à des températures supérieures à 45 °C.

Les matériaux polymères sont très utilisés dans la fabrication de produits de consommation et comme matériau d’emballage. Beaucoup de polymères ont une tendance naturelle à absorber l’eau de leur environnement humide. On a démontré que l’eau absorbée agit comme un plastifiant, réduisant la température de transition vitreuse et la résistance mécanique. Toutefois, l’eau absorbée peut également conduire à une dégradation irréversible de la structure du polymère.

Certaines mesures gravimétriques de sorption de vapeur sont suggérées dans l’ASTM, l’ISO et d’autres normes techniques pour évaluer les interactions polymère-eau. Le Discovery SA mesure l’absorption d’eau sous forme d’augmentation de poids d’un matériau polymère exposé à une RH contrôlée permettant d’évaluer la stabilité hygroscopique du matériau. La cinétique d’absorption ou de libération d’eau est caractéristique de la perméabilité à l’eau du matériau polymère et peut être extraite des données de poids enregistrées en continu.

Stabilité à l’hydrolyse des polymères pour les appareils électroniques

Dans la fabrication de dispositifs électroniques, les problèmes de fiabilité associés à l’absorption d’eau sont devenus de plus en plus importants. Des matériaux avancés à base de polymères sont utilisés pour une plus grande intégration des fonctions et une miniaturisation plus poussée. Il faut que leurs propriétés restent intactes lorsqu’elles sont exposées à l’humidité ambiante.
Le kapton est un polymère polyimide qui reste stable dans des conditions sèches dans une large plage de températures. Le kapton est utilisé comme matériau de base pour les circuits imprimés pour l’électronique flexible et comme couche d’isolation et de protection sur les composants sensibles et fragiles électrostatiquement. Les propriétés électriques, chimiques et mécaniques améliorées du Kapton par rapport à d’autres matériaux polyimides couramment utilisés sont le résultat de sa résistance à l’hydrolyse considérablement améliorée.

Dans le diagramme ci-dessous, les données d’absorption et de désorption de la vapeur d’eau mesurées sur une bande Kapton à 25 °C ont été tracées graphiquement. Comme prévu, la sorption de vapeur d’eau s’avère faible comparée à d’autres polymères polyimides.

Évaluation de la sorption d’eau des membranes des piles à combustible

Des améliorations dans la conversion électrochimique de l’eau ont été réalisées grâce au développement de nouveaux matériaux de membrane échangeuse de protons (PEM-Proton Exchange Membrane) La conversion de l’hydrogène et de l’oxygène en eau dans les piles à combustible repose sur un PEM. Il en est de même pour la conversion de l’eau en hydrogène et en oxygène dans les électrolyseurs. Dans les deux cas, les PEM forment le cœur des cellules électrochimiques et la compréhension des mécanismes de leur dégradation permet aux chercheurs de développer des piles à combustible et des électrolyseurs plus fiables et efficaces. Dans le graphique ci-dessous, l’absorption et la désorption de la vapeur d’eau sur une membrane d’acide perfluorosulfonique est comparée pour 25 °C et 80 °C. Alors que la quantité de sorption d’eau est presque inchangée, l’hystérésis entre l’adsorption et la désorption disparaît à la température la plus élevée. Cela indique une plus grande réversibilité de la sorption d’eau à des températures plus élevées améliorant l’élimination du produit de réaction du matériau de la membrane.

La première étape de la perméation de l’eau à travers un matériau d’emballage polymère est l’absorption de l’humidité de l’environnement. Une faible capacité d’absorption de vapeur d’eau et/ou une cinétique d’absorption et de désorption lente indiquent une faible perméabilité. La sorption de vapeur d’eau est un outil extrêmement précieux pour comparer les films polymères utilisés pour l’emballage de médicaments et d’autres produits sensibles à l’humidité. Le graphique ci-dessous compare la cinétique de sorption pour deux films d’emballage polymères différents soumis à des cycles de température et d’humidité relative. Le film A absorbe et désorbe l’humidité plus rapidement que l’autre film. Une capacité de sorption plus élevée et une cinétique de sorption plus rapide suggèrent que le film A est moins adapté à l’emballage de matériaux sensibles à l’humidité que le film B.

Évaluation de l’hydroscopicité des polymères naturels

La cellulose microcristalline (MCC) est un polymère naturel. La MCC est un additif précieux dans les industries pharmaceutiques, alimentaires, cosmétiques et autres. Parmi d’autres propriétés de la MCC, la capacité d’absorption d’humidité et la teneur en humidité sont mesurées pour qualifier son adéquation à une telle utilisation.

Dans le diagramme, les données d’isotherme de sorption d’humidité de la MCC sont présentées avec un ajustement des données avec les modèles GAB et DLP. Alors que les paramètres du modèle DLP n’ont pas de signification physique, le paramètre GAB caractérisant la capacité de sorption monocouche Wm = 2,2 × 10-3 mol/g permet le calcul de la superficie spécifique du matériau :

S_A = W_m×N×A_W with N = 6.0221×10²³ molecules/mol and A_W = 12.5×10^-20 m²/molecule

S_A,MCC = 166 m²/g

Alimentation

La teneur en humidité est un facteur critique à considérer dans l’industrie alimentaire. La quantité d’eau dans un produit affecte sa texture, sa durée de conservation, sa facilité de traitement et son coût de production. Une teneur en humidité accrue des aliments peut rendre les produits alimentaires croustillants mous ou les pâtes fraîches collantes et difficiles à manipuler. En revanche, si le produit est trop sec, le manque d’humidité peut le rendre cassant, ou dur comme de la pierre. De plus, l’activité microbienne favorise la disponibilité de l’humidité dans l’aliment. Les aliments riches en humidité sont facilement sensibles aux attaques microbiennes, à la pourriture et aux dommages. Ainsi, la durée de conservation de la matière alimentaire est déterminée par la teneur en humidité de l’aliment.

Le développement de recettes adaptées et de conditions de traitement et de stockage optimales permet aux fabricants de contrôler l’absorption d’humidité des aliments de l’atmosphère. Les aliments bien conditionnés avec une sorption d’humidité contrôlée préservent le goût et la texture souhaitée, offrent une meilleure durée de conservation et améliorent l’expérience client.

Évaluation de la durée de conservation et de la stabilité au stockage

Le croustillant est l’un des attributs de qualité sensorielle les plus importants des flocons de maïs. On doit les conserver lorsqu’ils sont stockés après l’ouverture de l’emballage. Cela requiert une faible sorption d’humidité à des niveaux d’humidité inférieurs. À une humidité élevée, la sorption d’humidité devrait augmenter considérablement pour permettre au lait de pénétrer dans les flocons avant leur consommation.

Dans le diagramme ci-dessous, les données d’absorption et de désorption de la vapeur d’eau mesurées sur des flocons de maïs à 25 °C et 40 °C ont été comparées. Les isothermes de sorption présentent aux deux températures la forme de type III souhaitée avec une faible sorption d’humidité jusqu’à 40 % de RH. Cela indique que dans la plage étudiée, la température n’a pas d’influence significative sur la stabilité au stockage des flocons de maïs.

Évaluation de l’hydroscopicité de l’amidon de maïs
L’amidon est l’un des composants biopolymères les plus importants des céréales, qui détermine dans une large mesure leurs propriétés hygroscopiques. L’amidon est également utilisé dans de nombreux produits alimentaires, dont la conservation dépend essentiellement de ses propriétés de sorption d’humidité. En raison de ses propriétés polyvalentes et de sa variabilité, l’amidon est également utilisé dans la production de matériaux d’emballage, de biotechnologie, de parfum, de textile et de produits pharmaceutiques.

Dans le diagramme ci-dessous, l’absorption et la désorption de la vapeur d’eau dans l’amidon de maïs mesurées à 25 °C sont tracées en fonction de RH. L’isotherme de sorption à progression continue type II et l’hystérésis relativement faible sont caractéristiques de l’amidon de maïs.

Matériaux de construction et absorbants

Les propriétés d’absorption d’humidité des matériaux de construction sont essentielles à l’amélioration de la durabilité, à la conception de structures de construction à faible consommation d’énergie et à une imprégnation efficace. En fin de compte, les matériaux avec des propriétés de sorption d’humidité contrôlées sont essentiels pour le confort et le bien-être des résidents.

L’ humidité est considérée comme l’un des facteurs les plus importants pour la fiabilité et le bon fonctionnement des structures du bâtiment. En particulier, pour les matériaux de construction, la sorption d’humidité a des implications importantes pour les pierres, les ciments, le bois et les matériaux d’isolation. Les dommages causés par l’humidité sont un facteur important limitant la durée de vie d’un bâtiment. De plus, l’infusion d’humidité à travers la structure extérieure d’un bâtiment peut avoir un effet important sur la qualité de l’air intérieur et la charge de climatisation.

L’ isotherme de sorption de vapeur d’eau est l’un des principaux paramètres obligatoires à l’analyse de l’hygroscopicité et du transport d’humidité du matériau entre l’environnement du bâtiment et l’air intérieur.

Évaluation de la sorption d’eau dans le bois
Le bois est une ressource naturelle clé et un matériau polyvalent utilisé dans les applications du bâtiment et de la construction. Ses propriétés structurelles varient avec la teneur en eau et il est soumis à des processus naturels de décomposition. Par conséquent, il est nécessaire de comprendre la sorption d’eau dans le bois en fonction de l’humidité.

La protection du bois peut être obtenue en empêchant le transport de l’eau à travers le matériau, en scellant les surfaces et en traitant le bois afin qu’il n’absorbe pas l’humidité. L’ analyse de la susceptibilité du bois à la pourriture naturelle et de l’aptitude du bois à la construction peut être effectuée par des mesures de sorption de vapeur.

Dans le diagramme, l’adsorption et la désorption de la vapeur d’eau sur trois échantillons de contreplaqué de différentes densités sont comparées.

Adsorbants et catalyseurs

Le développement de matériaux adsorbants tolérants à l’eau et de procédés d’adsorption est essentiel pour des procédés de purification et de stockage de gaz efficaces en termes de coûts et d’énergie. La mesure des isothermes d’adsorption de vapeur d’eau sur les matériaux est une information clé pour améliorer leurs propriétés. Les matériaux adsorbants sont utilisés dans une large gamme d’applications industrielles et environnementales, y compris la purification et la séparation de mélanges, le séchage, la catalyse, le contrôle de la pollution et autres. La plupart des matériaux ont une texture poreuse avec une superficie spécifique élevée. Dans de nombreuses applications de séparation – sauf dans le séchage – l’eau n’est pas considérée comme un polluant qui doit être adsorbé. L’ eau adsorbée bloque la capacité d’adsorption et réduit l’efficacité du matériau. Certains adsorbants, tels que les nouveaux réseaux organométalliques (MOF), qui excellent dans le stockage et la purification de gaz en raison de leur très grande porosité, ne sont pas stables en présence d’eau.

Adsorption d’eau sur des absorbants hydrophiles

Les zéolites sont des minéraux d’aluminosilicate microporeux portant une structure en nid d’abeilles chargée négativement de micropores dans lesquels les molécules peuvent être adsorbées. Les zéolithes existent à l’état naturel mais sont également produites industriellement à grande échelle. Les zéolithes de type A sont utilisées industriellement dans le séchage et la désulfuration du gaz naturel ainsi que dans la séparation de l’azote et de l’oxygène.

En raison de leur nature polaire, l’adsorption d’eau instantanée se produit à un faible niveau de RH. Ce comportement peut être observé comme l’isotherme typique de type I raide dans le diagramme. Le Discovery SA peut contrôler la RH par petits incréments, de sorte que la branche à forte augmentation de l’isotherme puisse être analysée.

Adsorption d’eau sur des absorbants hydrophobes

Les charbons actifs sont l’adsorbant industriel le plus largement utilisé pour éliminer les contaminants et les polluants des flux gazeux, aqueux et non aqueux. Ils sont peu coûteux à fabriquer et possèdent des propriétés d’adsorption particulièrement puissantes. Selon le matériau de départ et le processus d’activation, une large gamme de structures de pores peut être générée, ce qui rend les carbones poreux applicables à une large gamme de technologies. Leur interface non polaire conduit à des interactions faibles avec la vapeur d’eau. En conséquence, l’isotherme est de type III avec une faible absorption à de faibles niveaux de RH. L’ augmentation de la sorption d’eau à des niveaux d’humidité relative (RH) plus élevés est due à la condensation des pores. Entre la branche d’adsorption et de désorption de l’isotherme, il se forme une hystérésis caractéristique de la distribution granulométrique de pose du charbon actif.