JJG（粤）052－2017《水分活度仪检定规程》解读

JJG(粤)052－2017《水分活度仪检定规程》解读

何欣1       唐敏然2     戴红1     王伟东1

(1 广州计量检测技术研究院，广东 广州 510030;2 中山大学，广东 广州 510275)

摘    要:本文对JJG(粤)052－2017《水分活度仪检定规程》的适用范围、计量特性、检定项目和检定方法进行解读。介绍氯化锂、氯化镁、氯化钠、氯钾、*、碳酸钾、硫酸钾等饱和盐溶液和氯化钠非饱和溶液的配置方法。探讨水分活度仪计量的测量不确定度和溯源性问题。

关键词:水分活度;相对湿度;饱和盐溶液;检定规程;解读

0 引言

水分活度是指食品中水分存在的状态，即水分与食品结合程度(游离程度)。在食品领域里，水分活度反映食品中水分能够被微生物利用的程度，能直接影响食品的“保质期、色泽、香味、风味和质感”，对食品安全、食品研究、设计、开发、品质控制非常重要。在国内外，水分活度是食品质量控制中的一个重要指标。［1－2］

现行标准对水分活度仪有明确的技术要求。GB 5009.238－2016《食品安全标准 食品水分活度的测定》中“第二法 水分活度仪扩散法”规定“在重复性条件下获得的两次独立测定结果的差值不得超过算术平均值的5%”。GB/T 23490－2009《食品水分活度的测量》(已作废，被GB 5009.238－2016代替)规定“水分活度测量仪:精度±0.02aw”。

基于对水分活度测量的重视，各厂家推出不同原理的水分活度仪，但目前其量值传递与质控管理相对滞后，因此有必要制定相应的检定规程或校准规范，为此类仪器进行科学、合理、规范的检定/校准工作提供技术依据。我院在2016年申请立项建立该类仪器的检定规程，于2017年发布JJG(粤)052－2017《水分活度仪检定规程》，并于2018年2月1日正式实施。

1检定规程解读

1.1 范围

水分活度仪(以下简称仪器)通常采用平衡相对湿度法测量原理，水分活度在数值上等于密闭环境的相对湿度，通过测量密闭环境中的相对湿度值得到食品的水分活度值。仪器测量范围为(0.00～1.00)aw，仪器工作原理常见以下几种。

1.1.1 冷镜露点法

用镜面冷凝露点传感器测量样品缝隙间的平衡水蒸汽压即露点值，同时用温度计测量样品的温度，然后计算平衡相对湿度和水分活度。该方法由于测量准确迅速是目前许多使用的水活度测量方法。［3］

1.1.2 电子湿度计法(电容传感器或电阻传感器法)

电子湿度计法水分活度仪是利用电阻或电容传感器来测量相对湿度。传感器通过电容或电阻的变化，仪器将电信号和湿度信号进行转换，得出一个平衡相对湿度值，平衡相对湿度数值上等于样品水分活度。

1.1.3 电解池法(电阻－电解法)［4］

电解池法也称库仑湿度计法，利用电解池敏感元件，被测气体穿过电解池时水汽被全部连续吸收并连续电解，瞬时的电解电流可以看作是气体含水量瞬时值的体现，从而得到样品水分活度。

1.1.4 可调谐二极管激光吸收光谱法［5］

可调激光传感器用特定波长的激光来测量样品上方空气的相对湿度。水蒸汽在该波长上有很强的吸收，传感器能够精确的测量样品上方的水蒸汽，转换成水分活度值。

1.2 计量特性及检定项目和检定方法

目前商品化水分活度仪主要有美国Decagon公司、瑞士NOVASINA公司、瑞士Rotronic公司、德国testo公司、中国深圳冠亚、中国无锡华科等制造厂。根据水分活度仪的工作原理，其计量特性主要有:水分活度示值误差、水分活度测量重复性、温度示值误差，各计量特性参考技术要求见表1。有文章指出响应时间也是一项重要计量特性参数，［6］实验结果表明，响应时间长短与测量准确性无必然关系，故没有对响应时间进行规定。

1.2.1 标准溶液得配置

根据OIMLR121常见饱和盐溶液水分活度值及其扩展不确定度如表2所示。［7］

根据ISO21807∶2004 25℃下不同浓度氯化钠水溶液的水分活度值如表3所示。［2］

饱和盐溶液由相应分析纯的盐试剂溶解在纯水中制备而成。饱和盐溶液可使用无结晶水或含结晶水盐试剂配制，从溶解性来说宜选用无结晶水盐试剂。饱和盐溶液应该保持有(30～90)%的盐未溶解在水中，因此对于饱和盐溶液，在给定温度下盐的质量应该比*溶解的量大30%(见表2)。为了获得均相溶液，盐试剂应加入在比测量温度高得多的水中溶解，然后将溶液降温至需要的温度。配制好的盐溶液贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。

氯化钠水溶液应使用GBW06103氯化钠纯度标准物质配置，标准物质在110℃下烘烤4h后，按表3质量浓度称取相应得氯化钠标准物质克数，加入纯水至100g，即获得相应水分活度标准溶液。溶液需密封保存，防止溶剂挥发。

1.2.2 水分活度示值误差

在仪器正常工作条件下，测量5种水分活度标准溶液，所选溶液水分活度值分别位于0＜aw≤0.2、0.2＜aw≤0.4、0.4＜aw≤0.6、0.6＜aw≤0.8、0.8＜aw≤1的5个范围内，每种溶液重复测量3次，取算术平均值作为仪器的测量结果，计算测量结果与参考值的差，即为仪器的水分活度示值误差。由于(0.0～0.4)aw范围在食品检测中极少使用，故在后续检定中可不测(0.0～0.4)aw范围。以一台美国Decagon Aqualab 4TE检定为例(下同)，水分活度示值误差检定结果见表4。

1.2.3 水分活度测量重复性

在仪器正常工作条件下，重复测量饱和氯化钠溶液3次，取大测量值与小测量值之差，除以测量算术平均值，即为仪器的水分活度测量重复性。水分活度测量重复性检定结果见表4。

1.2.4 温度示值误差

将仪器的温度探头与标准温度计(MPE:±0.2℃)的感温部分尽量靠近，测量样品仓温度，待仪器温度示值稳定后，同时记录仪器及标准温度计的温度示值，计算仪器温度与标准器温度的差，即为仪器的温度示值误差。温度示值误差检定结果见表5。

1.3 溯源性和不确定度问题

该检定方法是具有溯源性。依据JJG2046－1990湿度计量器具检定系统，盐的饱和溶液可作为湿度二级标准，在(10～95)%RH范围，不确定度≤2.0%RH(0.020aw)。依据OIMLR 121饱和盐溶液得不确定度(0.002～0.006)aw。目前，国内尚无水分活度有证标准物质。

2 讨论

2.1 饱和盐溶液的稳定时间

样品和空气的相对湿度达到平衡的时间是不确定的。实验表明，若无机盐在溶解的过程中吸放热明显的，其平衡时间也相应较长。实验数据表明氯化钠、氯钾的稳定时间较短，而碳酸钾、氯化镁、氯化锂的稳定时间较长。

2.2 环境温度对检定结果得影响

根据表2可知，温度对饱和盐溶液影响较大，每变化10℃，*变化6.67%，溴化锂变化6.25%，*变化5.38%，因此环境温度对不带温度控制的水分活度仪有比较大的影响，建议校准实验室的温度波动≤2℃/4h，同时饱和盐溶液与测量温度的差应小于±2℃，若温差超过±2℃，需要预先把饱和盐溶液放入与测定温度相同的恒温水浴中，恒温至4h。

2.3 环境湿度对检定结果得影响

实验结果表明，环境湿度(20～90)%RH对水分活度测量的结果几乎没有影响。主要原因是绝大部分的仪器厂家在样品仓开口处都设置密封圈，外界与样品仓没有空气交换。因此检定对实验室环境湿度没有特别要求。

2.4 大气压对检定结果得影响

实验结果表明，环境大气压(800～1060)hPa对水分活度测量的结果几乎没有影响。另有文献［8］从公式推导也得到类似结果，当大气压变化25%时，水分活度变化小于0.02%，因此大气压对检定结果得影响可忽略不计。

3 结束语

该规程在制定过程中，以国内外相关标准为技术依据、以试验数据验证理论，本着符合性、准确性、可操作性和适用性的原则拟定的检定方法和技术要求，对各种原理得水分活度仪的检定或校准有较好的适用性，将为该类仪器的生产、使用和管理提供可靠技术依据。

参考文献

［1］GB5009.238－2016《食品安全标准食品水分活度的测定》［S］.

［2］ISO21807:2004《Microbiology of food and animal feeding stuffs—Determination of water activity (食品和动物饲料微生物学 水分活度测定)》［S］.

［3］易洪. 水活度测量及其溯源性［J］.计测技术，2014，34(S1):1～3.

［4］王伟东.水分活度仪的探究和计量［J］.广东化工，2019，46(15):168～169.

［5］Matthew Allan;  Lisa J. Mauer. Dataset of water activity measurements of alcohol: water solutions using a Tunable Diode Laser［J］. Data in Brief，2017，12:364～369.

［6］吴成新，黄彬磊，吴晓惠，等.水分活度仪校准方法的探讨［J］.化学分析计量，2018，27(06):113～115.

［7］OIMLR 121:1996《The scale of relative humidity of air certified against saturated salt solutions ( 饱和盐水溶液空气相对湿度的标度) 》［S］.

［8］G.V.Barbosa－Cánovas，A.J.Fontana，S.J.Schmidt，et al.《Water Activity in Foods:  Fundamentals and Applications》［M］.Blackwell Publishing，2008.

AquaLab 4TE水分活度仪技术参数：

1、传感器类型：镜面冷凝露点传感器测量水分活度，以及红外传感器测量温度

2、测量范围：0.030到1.000 aw

3、分辨率：0.0001 aw

4、准确性：±0.003 aw

5、重复性：±0.001 aw

6、样品杯容量：*7 mL（15 mL）

7、测量时间：测量时间小于5分钟

8、显示屏：128×64像素LCD，背光显示

9、温度范围（测量和校准）：15到50 °C之间任意设定，分辨率：0.01 °C