小話穩定性研究之濕度控制的難點在哪里

簡單來說，濕度就是氣體中水蒸氣的含量，這是絕對濕度，一般而言很難測量，也很難理解,比如，當看到說當前25℃環境下空氣中的濕度是10g/m3或者17.1g/kg時，就沒法有效把握其中的含義。而濕度又是一個很重要的參數，不僅影響著我們日常生活中的舒適度，還關系著生產過程中的多個環節，濕度控制不當，待考察對象的物理性能、化學形狀以及生物學特性就會發生顯著性變化。因此還是要尋找一個具有實用價值的可操作衡量標準。

在實際應用上，通常采用相對濕度來度量濕度，根據JJF1012-2007《濕度與水分計量名詞術語及定義》的定義：

相對濕度為濕氣中水蒸氣的摩爾分數與相同溫度和壓力條件下飽和水蒸氣的摩爾分數之百分比, 或者濕氣中水蒸氣的分壓值與相同溫度下飽和水蒸氣壓的比值。

也就是說相對濕度就是一個百分數，比如當空氣中水蒸氣達到飽和，不能再容納更多水蒸氣時，相對濕度是100%RH，干燥天是個位數，現行GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》規定，夏季空調環境中室內空氣相對濕度應該在40-80%RH之間，冬季采暖時30-60%RH，這樣就容易理解多了。

這其中還有一個很重要的因素，就是相對濕度與溫度之間的關系，濕度受制于溫度，脫離溫度背景，也就無法談論濕度，只能籠統地描述一下。

標準大氣壓下的H-S焓熵圖

理論上講，要精確控制相對濕度，需要進行更加細致的參數分析，構建復雜的數學模型，也會用到H-S圖（焓-熵圖），從圖上可以看出，相對濕度控制機理比較復雜，影響因素除了溫度外還有很多，還要時刻提防不要觸及冷凝邊界。

一般來說，恒溫恒濕箱等穩定性試驗箱都是選用等溫加濕，常用等溫加濕主要有兩種形式：

電加濕是采用電極加濕器, 將電極與水接觸, 通電的電極與水形成電流回路, 電流加熱水后產生蒸汽 。這種方式最大的問題是由于水質電導率導致加濕量很不穩定:首先水源不能用去離子水、純水或蒸餾水 , 因為從工作原理講電流無法形成回路;其次如果用自來水, 我國南北方的水質差異很大，硬度高的水質很容易結垢從而導致加濕罐的損壞；而對于離子濃度低即電導率低的水質, 又往往達不到設備額定的加濕量。所以最好使用軟化水但由于在加濕過程中隨著離子濃度逐漸升高而電導率也在變化, 因此其加濕量不易控制。

后來發展出電熱加濕器, 其工作原理同電極式截然不同, 將電加熱管浸沒在水中, 通電后電加熱管產生熱量, 從而使水升溫產生蒸汽。電熱加濕是通過控制加熱元件的加熱功率, 來控制蒸汽輸出量的多少, 因此可以達到很高的加濕精度, 軟化水、去離子水等各種水質均可以。但是目前電極加濕器并沒有淘汰，主要原因還是價格方面要比電熱的更便宜。

Memmert恒溫恒濕箱采用電熱加濕，環保、潔凈，運行成本低，自動化程度高，性能穩定，可長時間持久可靠地確保濕度穩定均勻。濕度控制系統經過優化，能夠長時間穩定運行，可以確保相對濕度控制在預設水平及可允許波動范圍內。

    1、采用電阻式加熱，與其他加濕方式相比，系統反應更靈敏快速，控制精度也得以提升;

    2、加濕水源方便易得，采用蒸餾水，或者藥典規定的純化水，不用生活飲用水等原水，無需添置凈化處理設備，系統安裝簡便;

    3、除濕無廢水排放，無需預備廢水承接系統或者下水管道等水暖施工，不破壞實驗室環境布局，兼容性強，利于試驗結束后實驗室功能轉換；

    4、對后續的廢水處理與排污達標排放檢查幾乎沒有關聯，降低風險管理難度與相關度，不但減少本單元操作的環保壓力，也對整體的排放核查減輕了負擔，有利于整體廢水達標目標的達成；

    5、加濕用水量省，HPP1400等型號在25℃/60%RH條件下，每天加濕用水量僅為30毫升左右。

相對濕度也是藥物穩定性研究中不可缺少的影響因素，2020版藥典在9001藥物穩定性試驗技術指導原則與ICHQ1A接軌，將長期穩定性考察條件的25℃±2℃/60%RH±10%RH修訂為25℃±2℃/60%RH±5%RH，并不僅僅是數值上的減半，從前述濕度控制焓熵圖可知，控制難度呈幾何級數增加，相對濕度的曲線走向也更加陡限，這一點需要引起足夠重視，Memmert作為立足國際藥物穩定性試驗溫控箱體解決方案角度，穩定性試驗箱符合ICHQ1A要求，在國內業已完成相關布局，并配備了龐大的專業技術服務推斷，能夠提供相關驗證服務。

參考文獻：

1. JJF1012-2007《濕度與水分計量名詞術語及定義》

2. GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》

3. Morse, Ivan E. Tse, Francis S -Measurement and instrumentation in engineering_ principles and basic laboratoryexperiments, CRC Press，2018

4. Ghenadii Korotcenkov,Handbookof Humidity Measurement, Volume 1: Spectroscopic Methods of HumidityMeasurement， CRC Press，2018,

5. Roland Wernecke, JanWernecke,Industrial Moisture and Humidity Measurement. A PracticalGuide,Wiley-VCH,2014

6. Shallcross DC,Handbook ofpsychrometric charts-humidity diagrams for engineers.  Kluwer，1997.

7. 中國藥典2020版，四部，9001原料藥物與制劑穩定性試驗指導原則

8. 那愷，林星春，淺談不同加濕形式的發展過程及其適用場合，制冷與空調，2011，11（1）：18-21