紙張水分測定儀專業技術與應用指南

1. 引言

紙張水分含量是評價其物理性能、印刷適性和存儲穩定性的核心質量指標。傳統烘箱法雖精度高但耗時漫長，無法滿足現代工業生產中對實時質量控制（QC） 和過程優化的迫切需求。紙張快速水分測定儀（又稱鹵素快速水分儀）基于熱失重原理（LOD），將精密稱重與快速加熱技術微型化結合，在幾分鐘內即可獲得與國標烘箱法高度一致的準確結果，已成為造紙、印刷、包裝行業進行質量控制的理想設備。

核心技術原理：熱失重法（LOD）與標準方法的關系

紙張水分測定儀所采用的熱失重原理（Loss on Drying, LOD）在本質上與國際和國家標準規定的烘箱法同源，其核心都是通過加熱去除試樣中的水分，通過計算加熱前后的質量差來精確計算水分含量。

基準方法（Reference Method）：正如 GB/T 462-2008 《紙、紙板和紙漿 分析試樣水分的測定》 和 ISO 287:2017 《紙和紙板—水分含量的測定—烘干法》 所規定，該方法要求在 105±2℃ 的溫度下，將樣品烘干至恒重（即連續兩次稱量間隔中質量變化小于0.1%）。此方法精度最高，是仲裁和實驗室獲取絕對值的黃金標準，但耗時漫長（通常需2-4小時甚至更久），無法滿足生產流程中的快速決策需求。

快速熱失重法（Rapid LOD Method）：本儀器（鹵素快速水分儀）是基準方法的技術創新與微型化實現。它同樣遵循“干燥-稱重”的核心物理原理，但通過兩大技術革新極大提升了效率：

高效加熱源：采用鹵素加熱管，其輻射光譜能更高效地被水分子吸收，實現快速升溫與均勻加熱，遠超傳統烘箱的熱傳導效率。

智能化終點判定：內置精密微處理器實時監控質量變化曲線，通過軟件算法智能判定水分是否完全蒸發（即達到“恒重”狀態），而非依賴人工間隔稱重。

因此，快速水分儀并非創造了一種新原理，而是提供了一種與標準烘箱法高度相關（Highly Correlated） 且具有可替代性的現代化解決方案。在正確校準和操作下，其檢測結果與基準方法具有良好的一致性，同時將檢測時間從數小時縮短至幾分鐘，完美實現了精度與效率的統一。

2.儀器的工作遵循熱失重原理,測量過程如下：

2.1.初始質量測量：儀器內部的電磁力平衡傳感器精確測量樣品初始質量（m?）。

2.2.程序化加熱：環形鹵素管在微處理器控制下發出高強度紅外輻射，使樣品中的水分迅速蒸發。加熱溫度可精確設定與控制。

2.3.實時連續測量：在加熱過程中，傳感器持續監測樣品質量變化，微處理器實時計算并顯示水分損失百分比。

2.4. 終點判斷：根據預設模式（如自動、定時），系統判定水分是否完全蒸發。

2.5. 最終計算：測量結束后，儀器自動鎖定最終質量（m?），并計算水分含量水分含量 (%) = [(m? - m?) / m?] × 100%`

3. 詳細技術參數與規格

紙張快速水分測定儀參數：

3.1、稱重范圍：120g超大量程0.005g精度（可定制量程）

3.2、水分測定范圍：0.001-100%(10PPM-100%)

3.3、傳感器精度：0.005g（采用電磁力平衡傳感器）

3.4、樣品質量：0.3-100g

3.5、重復性：初始樣品重量≥2g時±0.05％初始樣品重量≥5g時±0.02％

3.6、加熱溫度范圍：起始-205℃

3.7、分析方法：可選擇3種終點判斷方式 一、全自動二、定時 1－99分鐘三、自定義模式

3.8、加熱源：鹵素加熱

3.9、水分含量可讀性：0.001%

3.10、顯示參數：%水分，時間，溫度，重量等

3.11、通訊接口：標配RS232通訊接口-方便連接打印機、電腦和其他外圍設備、符合FDA/HACCP格式要求

3.12、外型尺寸：350×200×260(mm)

3.13、電源：220V±10%/110V±10%(可選)

3.14、頻率：50Hz±1Hz/60Hz±1Hz(可選)

3.15、秤盤尺寸（mm）直徑110

3.16、儀器重量：10 Kg

4. 核心產品優勢

4.1.精度與速度的完美平衡：HBM級電磁力傳感器確保了稱重核心的準確性，結合鹵素快速加熱技術，能在3-15分鐘內提供與數小時烘箱法高度一致的結果，極大提升檢測效率。

4.2.卓越的重復性：精密的傳感器和穩定的溫控系統保證了測試結果的極高重復性（RSD值低），為生產過程提供可靠的數據決策支持。

4.3.智能化與易用性：多種終點判斷模式和可存儲的自定義方法使操作極為簡便，無需復雜培訓，降低了人為誤差。

4.4.環境魯棒性：儀器設計克服了環境溫濕度的干擾，無需額外的實驗室環境支持，甚至可在生產車間旁直接使用。

4.5.合規性與追溯性：標配的數據接口支持數據導出和審計追蹤，滿足ISO、GMP、HACCP等質量體系認證的嚴格要求。

5. 操作流程與最佳實踐

5.1.取樣：使用標準取樣器在紙卷不同部位取樣，避開邊緣，立即放入密封袋中以防水分變化。

5.2.準備：開機預熱10-15分鐘。清潔樣品盤，進行歸零（Tare）操作。

5.3.稱樣：從密封袋中快速取出樣品，剪碎或折疊后均勻平鋪在樣品盤上，儀器自動記錄初始重量m?。

5.4.設置：根據紙張類型選擇或設定加熱參數（如：銅版紙建議105-110℃，紙板可設為115-120℃），選擇“全自動”模式。

5.5.測試：啟動測試，儀器自動加熱并在水分變化率低于設定閾值后自動結束。

5.6.記錄：儀器自動鎖定并顯示水分含量值，記錄結果。通過RS232接口將數據導出至計算機系統。

5.7.清潔：測試完成后，待盤冷卻，清理殘留物，保持儀器清潔。

6. 注意事項與維護

- 校準：定期使用標準砝碼對天平進行校準。

- 樣品處理：樣品應盡可能均勻平鋪，避免堆積，以確保受熱均勻，防止部分碳化。

- 溫度選擇：對于含涂布層、浸漬物或熱敏材料的特種紙，應從較低溫度開始測試，防止分解導致測量誤差。

- 安全：加熱單元在測試過程中及結束后一段時間內極燙，應避免接觸，防止燙傷。

- 維護：保持儀器清潔干燥。定期檢查鹵素加熱管，如有污漬或老化，需及時清潔或更換，以保證加熱效率。

7. 結論

為確保快速水分儀的測量結果與標準烘箱法保持可比性和可靠性，必須建立完善的校準與追溯體系。

相關性驗證（Correlation Verification）：

實驗室在引入快速水分儀初期，必須使用一系列不同水分含量的樣品，分別用標準烘箱法（GB/T 462-2008） 和快速水分儀進行平行測試。

通過數據對比分析，建立兩種方法之間的相關關系曲線或確認其偏差在可接受范圍內（通常要求≤0.1%）。這是證明儀器結果有效性的首要步驟。

周期性校準（Periodic Calibration）：

稱量系統校準：每周或每月使用F1級（或更高）標準砝碼對儀器的稱量單元進行校準，確保質量測量的溯源性至國家質量基準。

溫度系統驗證：每季度使用經校準的精密溫度計或溫度記錄儀，驗證加熱倉內實際溫度與設定溫度（如105℃）的一致性，確保其符合±2℃ 的標準要求。

標準操作程序（SOP）：

應制定詳細的SOP，明確規定不同紙種的取樣方法、樣品重量、加熱溫度（通常首選105℃）、測試模式等參數，確保操作的標準化和結果的重現性。

通過以上措施，快速水分儀的測量結果便能夠建立起向國家/國際標準的有效追溯鏈，使其數據不僅快速，而且準確、可靠、具有權威性，可用于質量控制、貿易結算等嚴肅場景。