如何準確測量水分活度值？

如何準確測量水分活度值？

水分活度（Water Activity，簡稱Aw，又稱水活性）是反應產品中(食品、藥品、飼料等)平衡狀態下自由水分的多少，自由水會影響產品中微生物繁殖、化學特性和酶的穩定性，對于易變質的產品來說，測量其水分活度尤為重要。利用水分活度的測試，控制微生物的生長，計算食品和藥品的保質期，已逐漸成為食品，醫藥，生物制品，糧食，飼料，肉制品等行業中檢驗的重要指標。

就食品檢測而言，大多是依據國標《GB 5009.238-2016 食品安全國家標準 食品水分活度的測定》，此標準規定了“康衛氏皿擴散法"和“水分活度儀擴散法"測定食品中的水分活度。傳統的康衛氏皿擴散法，操作步驟繁瑣，至少需要24小時，耗時較長；而水分活度儀擴散法可以在很短的時間內得到結果，目前，此方法已被應用于大多數實驗室。

水分活度儀擴散法就是把被測樣品置于密閉的空間內，在保持恒溫的條件下，使樣品與周圍空氣的蒸汽壓達到動態平衡，這時就可以以氣體空間的水蒸汽壓作為樣品蒸汽壓的數值（P），同時，在一定溫度下純水的飽和蒸汽壓（Po）是一定的，從而計算出被測樣品的水分活度（Aw=P/Po）。目前水分活度儀主要的測試方法有：電子濕度計法（電容或電阻傳感器法）、冷卻鏡面露點法。

1.電子濕度計法（電容或電阻傳感器法），此方法是利用電阻或電容傳感器來測量相對濕度。傳感器通過電容或電阻的變化，儀器將電信號和濕度信號進行轉換，得出一個平衡相對濕度值，當樣品溫度和傳感器溫度達到一致時，平衡相對濕度數值上等于樣品水分活度。而且，每次使用前傳感器必須用標準鹽溶液進行校準，水分進入傳感器后，需要在傳感器里達到充分平衡，此過程一般需要15分鐘到1小時不等，才能使最終數值穩定。

電子濕度計測量水分活度的優勢是設計簡單，容易實現小型化和集成化，但在其使用過程需要校準，檢測時間長，數據穩定性差，測量精度受測量方法的局限，精度較低。而且傳感器易受污染，保養維護費用高昂。

2.冷卻鏡面露點法，在冷卻鏡面露點系統里，先將待測樣品放入樣品杯內，再將樣品杯密封在樣品倉內，倉內有一個冷卻鏡面露點傳感器和一個紅外溫度傳感器。露點傳感器測量空氣的露點溫度，紅外傳感器測量樣品的溫度。當樣品的水分活度和空氣的相對濕度達到平衡時，氣體中的水蒸氣隨著鏡面的溫度逐漸降低而達到飽和時，開始析出凝析物，此時所測量到的鏡面溫度即為該大氣壓下氣體的露點，通過露點溫度和樣品溫度計算水分活度。倉內有一個風扇，幫助加速達到平衡，并控制露點傳感器的邊界層阻力。

 冷卻鏡面露點方法在于檢測的速度和精度，該方法是基于基礎熱力學原則測量相對濕度的主要方法，由于測量是在溫度測量的基礎上，可以在五分鐘之內測量精度達到（+0.0030Aw），而且這種測量方法一般無需校準。如果有問題，可以很容易地接觸到鏡面并對鏡面進行清潔，維護非常簡單。

冷卻鏡面露點方法是經AOAC國際認證的首要的測量水分活度的方法，并且是可以溯源到國家國際標準的方法。如eFAst-Lab 水分活度儀就是采用可溯源的冷卻鏡面露點方法，是美國USP和FDA推薦使用的方法，能夠在5分鐘內快速測量樣品的水分活度。對一些用戶而言，可以快速讀數并進行在線監測水分活度。這種方法可以追溯到NIST以及國家標準方法，為廣大食品科學研究人員和檢驗人員廣泛應用。

兩種測量方法的區別：

兩種測量方法的差別性主要體現在精度、測量速度、可重復性、校準的穩定性、線性及使用的方便程度。

影響水分活度值的重要參數

如何準確測量水分活度值呢？除了選用合理的檢測方法之外，也要注意一個非常重要的參數，即“溫度"，國標中明確要求“在溫度20~25℃，相對濕度50%~80%的條件下測定"。由于不同季節，不同場所，環境溫度及樣品溫度有所差異，而溫度對飽和鹽溶液影響較大，因此溫度對水分活度儀的測試結果影響也較大。

由此，在檢測過程中，要保證環境溫度在20~25℃，同時，待測樣品也需要恢復到20~25℃再進行檢測，這樣檢測出來的結果才能更準確。常規的水分活度儀，在回溫的過程中，樣品只能單純的依靠環境溫度的熱傳遞，一般需要比較長的恢復時間，而且環境溫度的不均勻性，可能導致實際測試條件無法達到國標要求，導致測量結果不準確。

現在市面上有一種可控溫型水分活度儀，可以使盛放樣品的測量倉迅速達到檢測溫度（如25℃），幫助客戶在樣品環境溫度下快速、準確的測定結果。另外，可以有效測定不同溫度條件下樣品的水分活度，幫助客戶了解溫度對水分活度的影響程度，為產品的儲存溫度和包裝條件提供有效的判斷依據，特別適用于高校科研機構及大型企業的研發工作。

意大利Steroglass斯特洛WaterLab水分活度儀，測量原理為“鏡面冷卻露點傳感器"，分辨率高達0.0001aw，準確性0.003aw，滿足儀器全量程測量范圍。在實際檢測時，只需稱量3-5g菌粉樣品放入樣品杯內，5min左右即可快速得到準確測定結果。溫度控制范圍：15-50℃，它可以使倉內菌粉的溫度迅速達到溫度（如25℃），縮短檢測時間，提高樣品的準確性。