水分活度的兩種主流測(cè)量方法
瀏覽次數(shù):2855 發(fā)布日期:2019-7-22
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目前沒(méi)有一種儀器可以放入食品中直接測(cè)量出水分活度的多少。相反,水分活度都是用一種間接的方法得到的。通過(guò)使樣品里液體狀態(tài)的水和密閉倉(cāng)內(nèi)樣品頂部氣體狀態(tài)的水達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,并測(cè)量密閉倉(cāng)內(nèi)樣品頂部氣體的相對(duì)濕度,來(lái)測(cè)量水分活度的值。AOAC1995分析方法有關(guān)于水分活度測(cè)量的的詳細(xì)方法介紹。隨著儀器技術(shù)的發(fā)展,水分活度的測(cè)量的速度、精確性和可重復(fù)性已經(jīng)大大提高。為了保證產(chǎn)品的安全并執(zhí)行政府的規(guī)定,值得信賴的實(shí)驗(yàn)室儀器是必不可少的。目前市場(chǎng)上有兩種水分活度測(cè)量?jī)x器,一種是利用鏡面冷凝露點(diǎn)技術(shù)(主要方法),還有一種是利用測(cè)量相對(duì)濕度傳感器來(lái)測(cè)量,這種方法是通過(guò)改變電阻或電容來(lái)測(cè)量水分活度。兩類儀器各有利弊。兩種方法的差別性主要體現(xiàn)在精確度、可重復(fù)性、測(cè)量速度,校準(zhǔn)的穩(wěn)定性、線性及使用的方便程度。
1、 鏡面冷凝露點(diǎn)
在鏡面冷凝露點(diǎn)系統(tǒng)里,樣品被放置在一個(gè)樣品杯內(nèi),該樣品杯密封在一個(gè)有傳感器的倉(cāng)內(nèi),在這個(gè)傳感器倉(cāng)里是一個(gè)鏡面冷凝露點(diǎn)傳感器和一個(gè)紅外溫度傳感器(見(jiàn)圖1)。露點(diǎn)傳感器測(cè)量空氣的露點(diǎn)溫度,紅外傳感器測(cè)量樣品的溫度。當(dāng)樣品的水分活度和空氣的相對(duì)濕度達(dá)到平衡時(shí),氣體中的水蒸氣隨著鏡面的溫度逐漸降低而達(dá)到飽和時(shí),開(kāi)始析出凝析物,此時(shí)所測(cè)量到的鏡面溫度即為該壓力下氣體的露點(diǎn),通過(guò)露點(diǎn)溫度和樣品溫度計(jì)算水分活度。倉(cāng)內(nèi)有一個(gè)風(fēng)扇,幫助加速達(dá)到平衡,并控制露點(diǎn)傳感器的邊界層阻力。
圖1 鏡面冷凝露點(diǎn)法示意圖
鏡面冷凝露點(diǎn)方法的最大優(yōu)勢(shì)在于速度和準(zhǔn)確性。鏡面冷凝露點(diǎn)方法是基于基礎(chǔ)熱力學(xué)原則測(cè)量相對(duì)濕度的主要方法。鏡面冷凝水分活度儀在不到五分鐘之內(nèi)測(cè)量精度達(dá)到(+0.003Aw),這種測(cè)量方法無(wú)需校準(zhǔn)。如果有問(wèn)題,可以很容易地接觸到鏡面并在幾分鐘內(nèi)對(duì)鏡面進(jìn)行清潔。對(duì)一些應(yīng)用而言,快速讀數(shù)允許廠商進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)水分活度。Decagon公司 AquaLab 系列是唯一采用鏡面冷凝露點(diǎn)方法進(jìn)行測(cè)量的水分活度儀。
2、電子濕度計(jì)
其它的水分活度測(cè)量?jī)x器是利用電阻或電容傳感器來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度(圖2)。這些濕度計(jì)是用吸濕材料和聯(lián)合電路做成的,水分進(jìn)入到傳感器里,會(huì)改變傳感器的電阻和電容值,導(dǎo)致改變電流信號(hào),通過(guò)電流信號(hào)的變化計(jì)算出水分含量,然后轉(zhuǎn)換成水分活度,傳感器會(huì)給出一個(gè)平衡相對(duì)濕度的信號(hào)。由于這些儀器將電信號(hào)和濕度信號(hào)聯(lián)系起來(lái),傳感器必須用標(biāo)準(zhǔn)鹽容液進(jìn)行校準(zhǔn)。而且,只有當(dāng)樣品溫度和傳感器溫度達(dá)到一致時(shí),平衡相對(duì)濕度才等于樣品水分活度,水分進(jìn)入到傳感器后,需要在傳感器里達(dá)到充分平衡,才能使最終數(shù)值穩(wěn)定,因此需要很長(zhǎng)的時(shí)間(20分鐘-1小時(shí)不等)才能達(dá)到平衡。精確的測(cè)量需要良好的溫度控制或測(cè)量,這點(diǎn)不是很容易就可以達(dá)到的。電子濕度計(jì)測(cè)量水分活度,在其使用過(guò)程需要校準(zhǔn),時(shí)間長(zhǎng),程序繁瑣,測(cè)量精度受測(cè)量方式局限,精度多數(shù)無(wú)法達(dá)到鏡面冷凝露點(diǎn)的測(cè)量精度。傳感器易受污染,保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用高昂。電容傳感器的優(yōu)勢(shì)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
圖2 電容傳感器和電阻傳感器
3、兩種測(cè)量方法的比較:
鏡面冷凝露點(diǎn)方法是經(jīng)AOAC國(guó)際認(rèn)證的首要的測(cè)量水分活度的方法,并且是唯一可以溯源到國(guó)家國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的方法。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于精確度和速度,優(yōu)于電子濕度計(jì)的方法。鏡面冷凝露點(diǎn)是基于基本熱力學(xué)原理測(cè)量相對(duì)濕度的首要方法。由于測(cè)量是在溫度測(cè)量的基礎(chǔ)上,鏡面冷凝露點(diǎn)可以在不到五分鐘達(dá)到±0.003aw測(cè)量值,而電容或電阻傳感器的一般測(cè)量時(shí)間在30-90分鐘,準(zhǔn)確性多數(shù)也達(dá)不到鏡面冷凝露點(diǎn)的精度。而且鏡面冷凝露點(diǎn)測(cè)量的水分活度的范圍也大于電阻式傳感器。
AquaLab是美國(guó)專業(yè)的水分活度解決方案領(lǐng)導(dǎo)者,采用可溯源的鏡面冷凝露點(diǎn)方法,是美國(guó)USP和FDA推薦使用的方法,能夠在5分鐘內(nèi)快速測(cè)量樣品的水分活度。目前全球有80%的用戶都選擇使用AquaLab水分活度儀。