Metode pengukuran kadar perpindahan uap air melalui elektrolisis: Dalam kondisi suhu dan kelembapan yang telah ditentukan, sampel dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian yang lembap dan bagian yang kering. Uap air yang melewati sampel akan dibawa ke dalam cawan elektrolisis oleh gas pembawa yang kering. Di dalam cawan tersebut, lapisan fosforus oksida lima (P₂O₅) akan menyerap uap air tersebut, lalu mengubahnya menjadi hidrogen dan oksigen melalui proses elektrolisis. Besarnya arus elektrolisis berbanding lurus dengan kadar perpindahan uap air. Berdasarkan hukum Faraday, kita dapat menghitung nilai WVTR secara langsung, dengan satuan g/(m²·24jam).
Analogy: the electrolysis cell is a “water-molecule counter” — every molecule that gets through is captured and counted, and the current reading is the tally. It relies neither on weighing nor on optical detection: water molecules are turned directly into current, which is why this method is the most sensitive of the family.
Definisi dalam standard tersebut
ISO 15106-3《Plastik — Filamen dan lembaran plastik — Penentuan kadar penghantaran wap air — Bahagian 3: Metode pengesanan menggunakan sensor elektrolitik》 menetapkan cara untuk mengukur kadar penghantaran wap air menggunakan sensor elektrolitik yang beroperasi secara berterusan. Wap air yang meresap melalui sampel akan dibawa ke sel elektrolitik, di mana ia akan diproses menggunakan elektrolit. Arus elektrolitik berkadar terus dengan kadar penghantaran wap air. ASTM F3299 merupakan standard Amerika yang sepadan (metode Koulmens untuk penggunaan sensor P₂O₅).
Bagaimana sel elektrolisis berfungsi?
Di antara dua elektroda platinum dalam sel elektrolisis tersebut, terdapat lapisan tipis P₂O₅ yang disuntikkan. Sebelum memulai ujian, gas pengangkut yang kering perlu digunakan untuk menghilangkan kelembapan pada sistem. Setelah arus listrik stabil, uap air yang berasal dari sampel akan diserap sepenuhnya oleh P₂O₅, dan proses elektrolisis akan berlangsung di antara elektroda tersebut. Menurut hukum Faraday, untuk elektrolisis 1 mol air (18 gram), diperlukan sekitar 96485 koulomb tenaga listrik. Oleh karena itu, besarnya arus listrik secara langsung berkaitan dengan laju penyerapan uap air; sehingga tidak perlu melakukan kalibrasi pada membran tersebut. Inilah salah satu perbedaan penting antara metode elektrolisis dengan metode inframerah (yang memerlukan kalibrasi menggunakan membran referensi).
Situasi yang dapat digunakan dan skala yang sesuai
Metode elektrolisis memiliki keunggulan yang signifikan, yaitu tingkat sensitivitasnya yang tinggi: rentang deteksi alat ukur komersial dapat mencapai tingkat rendah sekitar 0.001 g/(m²·24h), sedangkan lingkup penggunaannya biasanya berkisar antara 0.001–100 g/(m²·24h). Metode ini sangat cocok digunakan untuk bahan-bahan yang memiliki tingkat penyerapan yang tinggi, seperti aluminium foil, film aluminium, kompleks film PVDC/EVOH yang memiliki kemampuan penyerapan yang tinggi, panel belakang sel surya, dan film pembungkus OLED. Namun, untuk bahan-bahan yang memiliki tingkat penyerapan rendah (seperti kertas, kain non-tenunan), jumlah bahan yang dapat diserap akan melebihi kapasitas tangki elektrolisis, sehingga perlu menggunakan metode penimbangan berbentuk cangkir sebagai alternatif.
Comparison with gravimetric and infrared methods
Setiap kaedah mempunyai peranannya sendiri: Kaedah cawan gravimetrik (ASTM E96, ISO 2528) merupakan kaedah rujukan yang digunakan untuk mengukur nilai tersebut. Kaedah ini dapat mengukur nilai antara 1–1000 g/(m²·24 jam), tetapi proses pengukuran memerlukan masa beberapa hari. Kaedah pengukuran menggunakan sensor inframerah modulasi (ASTM F1249, ISO 15106-2) pula dapat mengukur nilai antara 0.05–50 g/(m²·24 jam). Proses pengukuran ini hanya memerlukan masa kurang dari 2 jam, dan sangat sesuai untuk penggunaan secara rutin dalam proses kawalan kualiti. Kaedah elektrolitik (ISO 15106-3, ASTM F3299) pula merupakan kaedah yang paling sensitif. Kaedah ini tidak memerlukan penggunaan filem kalibrasi, dan sesuai untuk kajian berkaitan hayat simpanan produk tersebut. Namun, kaedah ini memerlukan penggunaan sel elektrolitik yang perlu diselenggara atau dilapisi semula dari semasa ke semasa. Siri standard ISO 15106 merangkumi lebih banyak kaedah pengukuran lagi, seperti kaedah pengukuran menggunakan sensor tekanan (Bahagian 5), kaedah spektrometri jisim ionisasi (Bahagian 6), dan kaedah pengukuran kerosakan oleh kalsium (Bahagian 7).
References
- ISO 15106-3:2003, Plastik – Filamen dan lembaran plastik – Penentuan kadar pemindahan wap air – Bahagian 3: Kaedah pengesanan menggunakan sensor elektrolitik.
- ASTM F3299: Kaedah Ujian Standard untuk Keputusan Penghantaran Wap Air pada Filem dan Lapisan Plastik, menggunakan sensor pengesanan elektrolitik. ASTM International.
- ISO 15106-2 (metode pengesanan menggunakan sensor inframerah) dan ASTM F1249 (metode pengesanan menggunakan sensor inframerah yang dikawal secara modulasi), merupakan metode pengukuran yang digunakan pada tahap pertengahan.
