1. 背景介紹:
自從2006年美國藥典（USP）發布了有關水活性在製藥產業中的應用訊息章節USP <1112>以來，水活性測量已被廣泛應用於製藥行業，然而儘管<1112>提供了有關水活性參數利用的指導，但它仍不是一個官方方法。
時至今日，美國藥典制定了USP <922>水活性作為官方方法，希望進一步促進其作為製藥品質控管計劃不可或缺的一部分，在製藥業中，水活性的潛在應用包括穩定性控制、微生物風險預防、優化配方、減少結塊和凝結、以及控制濕氣遷移(moisture migration)，這些應用的主要好處在於確保產出藥品的高品質以獲取更大的消費者滿意度和信心，並且進一步減少產品浪的費和召回，我們認為，水活性將是製藥產業的一個強大且是必不可少的品管參數。
2. 拆解"水活性":
水活性被定義為系統中水的能量狀態，基於熱力學基本定律，通過吉布斯自由能方程（1）換算出來，它代表了水的相對化學潛在能量，在實際應用中，它被測量為與樣品達到平衡的頭部空間(Headspace)中水的部分蒸汽壓(P)除以相同溫度(T)下水的飽和蒸汽壓(P0)，也可以說水活性便等同於平衡相對濕度（ERH）除以100：
我們時常搞混水活性(water activity)和水含量(moisture content)，簡單來說水活性表達的是系統中水的能量，而水含量僅是一種量的表達，確定産品中的水分多寡，兩者雖然相關，但並不能混唯一談，通常，水含量是通過失重法來確定的，即濕樣品與乾燥樣品之間的重量差異，對於咖啡豆，水含量爲銷售提供了標準，但並不確定産品是否在微生物滋生的安全問題上是否完美，水活性和水含量可以通過濕度吸附等溫綫表達，但這種關係是非線性的，並且因應不同樣品而定，對於生豆，水活性是通過將樣品中的液相水與封閉室內頭空間中的蒸氣相水平衡，並使用傳感器測量頭空間內的平衡相對濕度(ERH)來測量的，相對濕度可以使用電解液傳感器、冷凝鏡傳感器或電容濕度敏感聚合物傳感器來確定，Novasina的儀器，如Labmaster NEO，是利用電解液傳感器來確定包含樣品的密閉室內的ERH，利用實驗過程中的電解液電阻變化追蹤ERH的變化，這種方法的優點是非常穩定，並且不易因樣品汙染導致數據變動，這在冷凝鏡傳感器來說就會需要注意，因為其鏡片的乾淨與否將很大程度影響實驗結果，在這一方面電解液傳感器就可以在不需要維護和較少校準的情况下實現最高水平的準確性和精度，咖啡豆也可以整顆或壓碎進行測試。
上述的水活性指數涵蓋了從完全乾燥狀態的0到純水的1.00的範圍，水活性有時被錯誤地簡稱為“自由水”，這是具有誤導性的，因為“自由”在科學上沒有明確定義，並且根據上下文的不同而有不同的解釋，因此，自由水的概念可能會在水的物理結合和水的化學結合之間引起混淆，所以與其說水活性0.5，表示50%的自由水，更正確的說法是產品中的水在相同情況下具有純水的50%能量，水活性越低，系統中的水表現得越不像純水，水活性是描述系統中水的能量的強度特性，而水分含量則是量化產品中的水”量”，儘管兩者相關但還是不相同，水分含量通常通過失重法或化學標定來確定，雖然它在測量純度和標準特性方面很有用，但水分含量與微生物生長、化學穩定性或物理穩定性的相關性是不如水活性的。
3. USP <922>水活性測量方法:
有關水活性測定的建議已在美國藥典<922>《水活性》中詳細說明，該方法於2021年5月正式成為官方方法，提供水活性測量的指導，它包括一個簡短的理論背景解釋，並討論了一些影響水活性的因素，包括溶質濃度和溫度。
3-1. 傳感器類型和校準：美國藥典<922>還簡要地回顧了用於測量水活性的各種傳感器類型，並說明了每種傳感器的優勢，它亦提供了有關驗證儀器的指導，其中水活性儀器被歸類為B組儀器，它強調水活性計應使用標準溶液定期校正(calibration)，最少每年一次或每當校準檢查失敗時進行，驗證檢查(verification)則應每天實驗前進行，並根據儀器製造商的說明，使用至少兩種標準樣品，這兩種樣品涵蓋了典型的水活性範圍，用於驗證檢查的樣品數量應與用於實際樣品測試的數量相匹配。
3-2. 採樣：在採樣方面，應使用密封容器放置樣品並減少頭空間，由於在容器內可能形成冷凝水，不建議將樣品從極端溫度轉移入內，水活性測量應按照製造商的說明進行，並應隨溫度一同報告。
3-3. 應用：就水活性的建議用途而言，《美國藥典922》給出了超過《美國藥典1112》的使用建議，包括：賦形劑的選擇建議和產品製造工藝條件，以保證產品水活性在關鍵閾值以下，實現對所需固體形式（例如，水合物與無水物）的熱力學控制。
- 選擇賦形劑，水活性可能影響其物料流動性、壓縮特性、硬度和劑型性能特徵（例如，崩解和溶解）。
- 優化流化床干燥工藝
- 減少產品配方中活性成分的降解（例如，對化學水解敏感的成分）
- 通過主要包裝材料在產品配方在貨架上保質期內對濕氣的保護程度
- 優化益生菌產品的穩定性
- 提供一種監測水分含量變化的輔助方法
- 控制和監測產品的物理、化學和微生物穩定性
- 優化配方以提高防腐劑系統的抗微生物效果
- 減少配方對微生物污染的敏感性
- 提供一個工具來證明非無菌藥物和膳食補充劑配方減少微生物測試的合理性（參見《水活性測定在非無菌製藥產品中的應用 1112》）
- 下篇文章將接續介紹水活性在藥物的深度應用 - 點此繼續觀看