水分測定とは？代表的な測定方法と選び方をわかりやすく解説

水分測定で知りたいのは「どの程度の水が含まれているか」

水分測定の目的は、対象物の中にどの程度の水が含まれているのかを把握することです。 水分量そのものを扱う場合もあれば、含水率のように対象物に対する割合として扱う場合もあります。

水分そのものをすべて同じ方法で直接測るわけではない

水分測定には、対象物の水を直接取り出して量る方法だけでなく、 水分によって変化する質量、化学反応、電気的性質、光学的な性質などを利用する方法があります。

測定対象と目的によって方法を変える

例えば、基準となる水分値を詳しく求めたい場合と、 製造ライン上で水分の変化を連続して把握したい場合では、 求められる測定方法や運用条件が異なります。

加熱乾燥法・乾燥減量法

試料を加熱して乾燥させ、乾燥前後の質量変化から水分を求める方法です。 考え方が分かりやすく、固体試料などの水分測定に利用されています。

一方で、乾燥温度や乾燥時間などの条件を設定する必要があります。 また、水以外の揮発性成分が含まれる場合には、 水分以外の質量変化が測定結果に影響することがあります。

カールフィッシャー法

水と試薬との化学反応を利用して水分を定量する方法です。 微量な水分の測定にも利用され、 液体や固体などさまざまな試料を対象とすることができます。

一方で、試料の採取や前処理、試薬の取り扱いなどを必要とする場合があるため、 製造ラインを流れる対象をそのまま連続測定する方法とは目的が異なります。

電気抵抗式

水分によって変化する電気抵抗を利用して水分を推定する方法です。 比較的簡便に測定できる方式がありますが、 材料の電気的性質や導電性物質などの影響を受ける場合があります。

電気容量式・高周波式

水分によって変化する誘電的な性質などを利用し、 電気的な応答から水分を推定する方法です。 非破壊で迅速に測定できる方式もありますが、 材質、密度、形状などの影響を考慮する必要があります。

赤外線吸収式

水が特定の波長の赤外線を吸収する性質を利用し、 その光学的な変化から水分を推定する方法です。 対象物に接触せず測定できる方式があり、 製造ライン上の連続測定にも利用されます。

ただし、赤外線による測定値がそのまま水分値になるとは限りません。 基準となる水分値との関係を確認し、 対象物に応じた測定条件を設定することが重要です。

例えば、基準となる水分値を詳しく確認する測定と、 製造工程の水分変化を連続して把握する測定では、 同じ方法を使う必要があるとは限りません。

基準となる方法で水分値を求める

まず、対象物について基準となる水分値を求めます。 例えば乾燥法など、目的や対象に応じた方法で水分値を確認します。

測定値と基準値を対応させる

水分によって変化する電気的・光学的な信号などを測定する場合、 その信号と基準となる水分値の関係を確認します。

検量線という考え方

測定した信号と実際の水分値との関係を数式やグラフとして表し、 新たに測定した信号から水分値を求める方法があります。 この関係を「検量線」と呼ぶことがあります。

何を測定するのか

食品、紙、木材、粉体、液体、フィルムなど、 対象物によって適した測定方法が異なります。 まず対象物の種類と状態を確認します。

どの程度の水分を測定するのか

対象物に含まれる水分の範囲や必要な分解能によって、 適した測定方法は変わります。

どの程度の精度が必要なのか

品質判定のための基準値なのか、 工程の変化を把握するための値なのかによって、 必要な精度や測定方法の考え方は異なります。

どのくらい早く結果が必要なのか

実験室で時間をかけて測定できる場合と、 製造工程の状態を短時間で確認したい場合では、 選ぶ方法が変わります。

サンプルを採取できるか

対象物を採取して測定できる場合は、 サンプル測定を前提とした方法を選べます。 一方、連続して流れる材料などでは、 工程上で測定できる方法が必要になる場合があります。

連続測定が必要か

完成品を確認するだけなら間欠的な測定で足りる場合があります。 一方、工程中の水分変化を把握したい場合には、 オンライン・連続測定が候補になります。

測定結果を何に利用するのか

水分値を記録するのか、品質判定に使うのか、 工程監視や条件調整に利用するのかによって、 必要となる測定方式や運用方法が変わります。

サンプル測定と工程測定は、どちらか一方だけを使うとは限りません。 基準となる水分値の確認と、工程中の変化の把握を組み合わせることもあります。

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