长期以来，水被认为是决定产品安全性和稳定性的重要因素。卡尔费休滴定法是一种广泛使用的分析方法，用于定量各种药品中的水分含量。简单地了解卡尔费休的总水量可能不是了解水对安全性和稳定性影响的最有效方法。水分活度 (aw) 是一种替代水分测量方法，可提供有关产品中水的能量或可用性的基本信息。大量科学研究表明，水分活度比水的总量更能预测产品的安全性和稳定性。几十年来，水分活度一直作为一种有效的工具在食品工业中被使用，并且随着美国药典方法 <1112> 的出版，

并非所有的水都是平等的

系统中的水可以被认为以三种一般形式存在：散装水或“游离水”、吸收水和“结合水”或单层水。散装水或“自由”水与纯水具有相同的能量和特性。吸收的水不那么紧密，但与纯水相比，仍然具有降低的能量和不同的特性。由于水通过氢键或离子键与基质直接物理结合，“结合”水的能量降低。实际上，水分子很容易在每种形式之间移动，不可能量化任何一种形式的水量。相反，水的整体能量状态取决于这些水层中每一个的相对贡献。水的能量减少（即，较低的水活度）导致可用于影响生物和化学反应的水较少。

卡尔费休滴定法甚至可以有效地量化紧密“结合”的水，并且通常被认为是比干燥失重更好的水分分析方法。事实上，使用卡尔费休测量的这种额外的水通常被称为“结合”水。虽然卡尔费休分析可以提供更完整的总水含量测定，但它仍然只提供水量而不是水的能量状态。水分活度衡量水的能量或“可用性”。它不取决于水的数量，而是取决于每种水的相对贡献。因此，与卡尔费休分析相比，水分活度与生物和化学反应速率的相关性更好。

什么是水分活度？

水分活度描述了系统中水的热力学能量状态。尽管在科学上不正确，但将水分活度描绘为系统中“可用”水的量可能会有所帮助。它不取决于产品中存在多少水，而是比较产品中的水与纯水的相似程度和行为方式。水分活度值范围从 0（完全干燥）到 1.0（纯水）。随着水分活度的降低，产品中的水的能量降低，并且作为用于微生物生长、化学反应或水分迁移的溶剂的“可利用性”降低。例如，水分活度为 0.80 的产品中的水有足够的能量来支持霉菌的生长，而水分活度低于 0.60 的产品中的水不能支持任何微生物的生长。

更科学地说，水分活度定义为样品上水的蒸气压 (p) 除以给定温度下纯水的蒸气压 (po)。通过测量该蒸汽压相对于相同温度下纯水的蒸汽压，可以确定样品中水的能量。这是合理的，因为在样品中以化学或物理方式结合的水具有较低的能量并且不会轻易移动到气相中，从而降低样品上方的蒸气压。

为什么要测量水分活度？

水分活度是微生物生长的最佳指标。产品可能含有相对较大百分比的水分，但如果水与湿润剂或溶质（例如盐、糖或多元醇）发生化学“结合”，则水在生物学上无法用于微生物生长。几十年来，水分活度概念一直为微生物学家和食品技术专家服务，是食品安全和质量最常用的标准。每种微生物都有一个限制性的水分活度，低于该水分活度它们就不能生长。水分含量和微生物生长没有直接关系。

水分活度与产品的物理稳定性也有密切关系。组件或组件之间的水分活度水平与环境湿度的差异是水分迁移的驱动力。了解水是否会从特定成分中吸收或解吸对于防止降解至关重要，尤其是在其中一种物质对水分敏感的情况下。例如，如果将等量的水分为 2% 的组分 1 和水分为 10% 的组分 2 混合在一起，这些组分之间会发生水分交换吗？混合材料的最终水分含量为 6%，但组分 1 和 2 之间是否有任何水分交换？答案取决于这两种成分的水分活度。如果两个组分的水分活度相同，

同样，水分含量相同的两种成分混合在一起时可能不相容。如果将两种水分活度不同但水分含量相同的材料混合在一起，水会在两种材料之间进行调整，直到获得平衡的水分活度。因此，对于多组分产品，为防止水分迁移，应使两种组分的水分活度相匹配。如果一种成分的水分活度高于另一种成分，水将从高水分活度迁移到低水分活度。这种迁移可能导致两个组件的质量发生不良变化。因此，水分活度为配方设计、制造条件和包装要求提供了有用的信息。

用水活度代替卡尔费休

卡尔费休分析可以在受控条件下产生可靠的结果，但会受到许多变化来源的影响。它还涉及使用一些不太理想的化学品，并且需要经过培训才能正确使用。因此，寻找可行的替代方案有几个原因。水分活度可以取代卡尔费休分析，不是因为它提供了相同的信息，而是因为它提供了更多有用的信息。水分活度分析提供的结果与 Karl Fischer 水分含量不同，但会提供与微生物安全性、化学稳定性和物理特性更好的相关性。对于在仅发生小而难以测量的水分含量变化时会经历较大稳定性变化的产品尤其如此。

卡尔费休和水分活度有什么关系？

卡尔费休水分含量和水分活度之间存在关系，但对于每种产品来说都是复杂且独特的。水分活度的增加通常伴随着水含量的增加，但是是非线性的。在给定温度下，水分活度和水分含量之间的这种关系称为水分吸附等温线。对于大多数产品来说，等温线的形状是 S 形，尽管含有大量结晶分子的材料具有 J 型等温曲线形状。许多不同的方程用于表征产品的等温线关系。对于较小的水分活度范围，线性回归可以描述等温线关系，但它很少适用于整个水分活度范围。更复杂的方程用于表征整个水分活度范围的等温线。最常见的方程是 Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) 和 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 方程。像线性回归一样，这些方程经过调整以找到最能解释等温线关系的系数。数据分析软件程序用于确定这些系数，然后可用于预测任何水位的水分含量，反之亦然。

通过单一仪器进行完整的水分分析

虽然水分活度是用于确定产品安全性和质量的 Karl Fischer 水分含量的可行替代方案，但仍可能需要了解水分含量以确定纯度。为此目的，水分活度仍然可以替代卡尔费休，因为可以通过水分吸附等温线关系根据水分活度确定水分含量。这将允许水分活度仪器通过提供水分含量和水分活度测量来代替卡尔费休。