Algorytm AwQuick autorstwa firmy Rotronic

Pomiary aktywności wody są wykorzystywane w wielu branżach jako krytyczne pomiary jakości lub kontroli. Główną zaletą pomiarów aktywności wody jest szybkość uzyskiwania wyników. Testy mikrobiologiczne lub fizyczne mogą trwać wiele dni lub wymagać wysoko specjalistycznego sprzętu, podczas gdy aktywność wody może być znana w ciągu 10-60 minut, zapewniając bardzo interesujące informacje o badanym produkcie. Jednak nawet ta szybkość pomiaru może być problematyczna w przypadku dynamicznych procesów. Z tego powodu wszystkie produkty Rotronic do pomiaru aktywności wody posiadają tryb pomiaru wykorzystujący algorytm AwQuick. Poniższej przedstawiono najważniejsze cechy tego algorytmu.

Koncepcja algorytmu AwQuick

Algorytm pomiaru aktywności wody AwQuick zapewnia dokładne przewidywanie aktywności wody próbki produktu jeszcze przed osiągnięciem faktycznego stanu równowagi.

Głównym celem jest monitorowanie procesu równoważenia próbki w celu szybkiego opracowania matematycznej przybliżonej wartości, która z kolei jest wykorzystywana do wczesnego prognozowania końcowego wyniku aktywności wody.

Podstawowym założeniem jest to, że proces równoważenia różnych próbek tego samego produktu przebiega w podobny sposób, jeśli próbki są poddane tym samym warunkom podczas pomiaru.

AwQuick wykorzystuje istniejący matematyczny model procesu równoważenia próbki. Gdy próbka zostaje pozostawiona do osiągnięcia stanu równowagi w stacji aktywności wody, dane dotyczące wilgotności pobierane z próbki są odczytywane w regularnych odstępach czasu. Parametry definiujące matematyczny model próbki są obliczane na podstawie tych danych. W tym celu stosowana jest metoda dopasowania krzywej.

Z każdym nowym punktem danych dokonywane jest zupełnie nowe obliczenie. Każde obliczenie kończy się prognozowaniem wartości równowagi wilgotności. Test stabilności ocenia kolejne prognozy i określa moment zakończenia procesu prognozowania.

Przygotowanie pomiaru AwQuick

Przed rozpoczęciem pomiaru za pomocą metody AwQuick ważne jest przestrzeganie kroków z artykułu „Jak przeprowadzić pomiar aktywności wody (aw)”. Ponadto, podczas przeprowadzania pomiarów aktywności wody istotne jest zapewnienie, że temperatura próbek zbliżona jest do temperatury pokojowej (około 23-25 °C). To samo dotyczy temperatury urządzeń pomiarowych – one również powinny znajdować się w pomieszczeniu o tej samej temperaturze. Dotyczy to przede wszystkim urządzeń pomiarowych niekontrolujących temperatury w trakcie pomiaru Aw, takich jak HC2A-AW(-USB) i AwEasy. Stała temperatura próbki i urządzenia pomiarowego, zbliżona do temperatury pokojowej, pomaga uzyskać dokładne i wiarygodne odczyty aktywności wody.

Dodatkowo należy zaznaczyć, że regularna kalibracja urządzenia do pomiaru aktywności wody jest niezbędna w celu uzyskiwania wiarygodnych pomiarów. Producent zaleca wykonywanie kalibracji sprzętu do wyznaczania Aw raz w roku. To zadanie można zrealizować również w naszym laboratorium.

Pomiar aktywności wody w trybie AwQuick

Wszystkie urządzenia Rotronic wymagają określenia dwóch parametrów związanych z trybem AwQuick: stabilność temperatury (z ang. temperature stability) i czas przebywania (z ang. dwell time).

Stabilność temperatury jest określana w stopniach Celsjusza na minutę. Dla tego parametru przyjmuje się zazwyczaj domyślną wartość 0,1 °C/min (dla HygroLab i AwEasy) lub 0,01 °C/min. Ten parametr określa warunek, kiedy pomiar Aw ma się zakończyć. To znaczy: jeśli zmiana temperatury w kolejnej chwili pomiarowej zmieni się o wartość mniejszą niż wartość tego parametru (np. o mniej niż  0,1 °C/min), proces pomiaru aktywności wody zostanie zakończony.

Czas przebywania natomiast określany jest w minutach. Jest to czas, w którym warunki w komorze pomiarowej urządzenia mają się wstępnie ustabilizować. Dla tego parametru przyjmuje się na ogół domyślną wartość 4 minut. Jest to optymalna wartość dla pierwszych pomiarów Aw danego produktu przy użyciu trybu AwQuick. Zmiana czasu przebywania, w tym np. wydłużenie tego czasu, może pomóc w optymalizacji całego procesu pomiaru aktywności wody tego produktu w przyszłości.

Okno modułu HygroLab oraz okno aplikacji AwEasy

Jak wyznaczyć odpowiedni czasu przebywania dla pomiaru Aw w trybie AwQuick

W pomiarze aktywności wody tempo, w jakim produkt uwalnia lub absorbuje wilgoć, zależy od kilku czynników, w tym od fizycznych i chemicznych charakterystyk produktu. Te czynniki wpływają na szybkość, z jaką produkt osiąga stan równowagi ze środowiskiem otaczającym, co ma wpływ na jego ogólny poziom aktywności wody. Z tego powodu czas przebywania dla pomiaru AwQuick powinien być dostosowywany w zależności od typu produktu.

W ponad 90% wszystkich przypadków czas przebywania wynoszący 4 minuty (wartość domyślna, zalecana przez Rotronic) jest wystarczający, ale zdarzają się sytuacje, w których czas przebywania należy wydłużyć. W tych przypadkach możliwe jest dostosowanie tego czasu przebywania, by pomiar Aw był możliwie najdokładniejszy. W tym celu należy wykonać następujące kroki:

1. Wykonaj pomiar aktywności wody produktu w trybie AwE (tryb konwencjonalny)

W tym trybie pomiar aktywności wody dla próbki jest oparty o stan równowagi, który musi być osiągnięty w celu wyznaczenia wartości Aw produktu. Ten pomiar trwa najdłużej (do 45-60 minut), ale jest najbardziej precyzyjny. Wynik tego pomiaru służy potem jako wartość odniesienia dla pomiaru w trybie AwQuick.

2. Wykonaj pierwszy pomiar AwQuick

Dla pierwszego pomiaru wykonanego metodą AwQuick należy wybrać domyślne ustawienia, czyli 0,1 °C/min (lub 0,01 °C/min) dla stabilności temperatury i 4 minuty dla czasu przebywania. W trakcie pomiaru każdy nowy punkt danych jest powtarzany, co każdorazowo daje nowe oszacowanie. Proces zostaje zatrzymany, jeśli trzy kolejne oszacowania różnią się o mniej niż 0,04%RH. Odbywa się to w sposób automatyczny, dzięki algorytmom urządzenia pomiarowego i/lub oprogramowania.

3. Ocena pomiaru AwQuick

Aby właściwie ocenić pomiar AwQuick, należy wziąć pod uwagę niedokładność pomiaru algorytmu AwQuick, która wynosi ±0,005 aw w porównaniu ze standardowym pomiarem AwE (tryb konwencjonalny). Oznacza to, że jeśli standardowy pomiar AwE daje wynik na poziomie 0,753 Aw, pomiar AwQuick powinien wynosić co najmniej 0,748 Aw lub najwyżej 0,761 Aw.

Jeśli tak nie jest, należy wydłużyć czas przebywania, można dodatkowo zmienić stabilność temperatury (np. z 0,1 °C/min na 0,01 °C/min). Po wprowadzeniu tych zmian należy ponownie wykonać pomiar aktywności wody w trybie AwQuick.

Algorytm AwQuick firmy Rotronic stanowi wartościowe i niezawodne narzędzie do prognozowania aktywności wody, oferując wczesny wgląd w stan równowagi próbki i umożliwiając szybkie podejmowanie decyzji. Pomiar w tym trybie trwa na ogół tylko 5-6 minut, co jest pożądaną przez Użytkowników cechą urządzeń pomiarowych służących do wyznaczania Aw.

Dzięki wykorzystaniu wcześniej opracowanego modelu matematycznego i danych w czasie rzeczywistym AwQuick dostarcza szybkich i niezawodnych prognoz. Chociaż domyślne parametry wystarczają dla wielu sytuacji, możliwość dostosowania czasu przebywania zapewnia elastyczność w przypadku produktów o różnej charakterystyce. Regularna kalibracja i przestrzeganie procedur pomiarowych dodatkowo zapewniają możliwie wysoką dokładność i spójność wyników.

Artykuł przygotowany w oparciu o publikację firmy Rotronic – https://www.processsensing.com/en-us/blog/rotronic-awquick-algorithm.htm