专利名称：用于在水分分析器中减少可变性的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分析炉的方法。相关技术的描述分析器可以用于测量或计算产品的重量，样品的水分，挥发物，固定碳，灰分等。通常，分析器采用炉子或其它的热源加热样品。一种类型的分析器是热解重量分析器，它周期性地称重样品。所述的分析器采用ASTM标准分析样品并提供需要的读数。样品首先被初始称重。然后，样品经历受控的温度曲线，在此，样品被周期性地称重以确定重量损失。水分含量可以根据测量的重量损失被计算。使用例如热电偶的温度传感器测量并控制分析器中的样品的温度。通常，热电偶和其它温度测量装置随着时间发生偏移并变得不准确。一旦热电偶变得不准确，控制样品温度的控制方案通常使得样品受到不均匀的温度上升，从而影响样品中的水分损失的数量和速率。因此，温度曲线没有准确地已知或受控，就可能导致误差和可变性的增加。因此，希望有一种考虑并克服了这种不准确性的方法。
据信为本发明的特征的新颖性特点在所附的权利要求书中列出。然而，本发明本身，以及使用的优选模式，进一步的目的及其优点，通过参考下面示例性实施例的详细描述并结合附图阅读时将最好地被理解，其中:图1是在一个实施例中的分析器的透视图。图2是来自多个分析器的温度和水分曲线。图3是采用热强化的温度和水分曲线。图4是来自多个分析器的温度和水分曲线。图5是来自图4的相同的多个分析器，但采用了热强化的温度和水分曲线。图6示出了来自图4和图5的两条脱水曲线。图7示出了采用了热强化和偏置的温度和水分曲线。
具体实施例现在将参考附图描述申请人的发明的几个实施例。除非另有说明，在全部附图中相同的元件将由相同的数字标识进行识别。除了那些在此特别公开的元件，在此公开的本发明都可以适当地在缺少任何其他元件的情况下实现。图1是在一个实施例中的分析器。在此使用的分析器是指可以确定样品的水分含量的装置。所述的分析器还可以具有附加的功能。在一个实施例中，随着样品被加热，分析器准确地称重样品，以确定随着时间损失的水分。在一个实施例中，所述的分析器包括强制通风型烘箱。事实上，可以采用随着时间可以测量重量损失的任何脱水烘箱。在一个实施例中，所述的分析器包括热解重量分析器。如所描述的，所述的分析器包括多个孔101。在一个实施例中，分析器仅包括一个单孔101，而在其它实施例中，分析器包括一个以上的孔101。在一个实施例中，所述的分析器包括十个或更多的孔101。在一个实施例中，多个孔101位于板103上，并且在一个实施例中，这些孔均匀地分布于板103的圆周。位于每个孔中的是坩埚102。使用坩埚102以容纳样品。坩埚102可以由任何材料制作，它可以耐受高温并且不会与样品反应。在一个实施例中，坩埚102包括陶瓷材料。所述的样品可以包括几乎任何材料。在一个实施例中，样品包括食品，例如面团，焙烤产品，油炸产品或挤出产品。所述的样品也可以包括聚合物，塑料，纸张，木材，煤或任何具有被确定的水分含量的产品。在一个实施例中，所述的材料包括低水分产品。在一个实施例中，所述的材料具有的初始水分含量小于约30%。在另一个实施例中，所述的材料具有的初始水分含量小于约10%。在又一个实施例中，所述的材料具有的初始水分含量小于约5%。在一个实施例中，材料是吸湿性的并且不能在高温下积极地脱水，因为水以外的其它成分将挥发或闪蒸。在一个实施例中，分析器包括加热元件。加热元件可以包括任何用于提供热量的装置，包括但不限于，电加热或通过燃烧加热。几乎可以使用可以将产品脱水的任何类型的加热。分析器中的温度由至少一个温度传感器104测量。温度传感器104可以位于分析器中的几乎任何位置。在一个实施例中，温度传感器104位于板103下方的位置处。温度传感器104可以包括热电偶或其它合适的温度传感器。在一个实施例中，温度传感器104被连接到控制系统。温度传感器104为控制系统提供信号，以指示分析器中的温度。所述的控制系统可以包括任何已知的控制系统以便控制系统或过程。在一个实施例中，控制系统调节工艺变量以获得希望的设定点。工艺变量是可以被调节的任何变量，它包括温度，湿度，压力等。应该理解，在此使用的“获得”是指获得或达到可接受的误差幅度内的设定点。如果可接受的误差幅度为20%，然后如果测量的水分含量是在设定点的水分含量的20%偏差范围之内，那么水分含量设定点已获得。在一个实施例中，温度传感器104被用于获得设定点温度。设定点温度是所述的分析器寻求获得的温度。在一个实施例中，设定点温度通过将传输自至少一个温度传感器104的测量的温度与希望的设定点温度相比较而获得。然后，必要时控制系统调节工艺变量，以获得所述的希望的设定点温度。在一个实施例中，控制系统调节加热元件。所述的分析器还包括至少一个天枰。在此使用的“天枰”是指确定样品重量的任何装置。在一个实施例中，所述的分析器包括单个的天枰，并且每个坩埚102被顺序地旋转并用该天枰称重。在一个实施例中，在将样品引入到分析器之前，坩埚102被首先测量皮重。在一个实施例中，板103—直旋转直到希望被称重的样品位于天枰上面。然后，板103降低，从而使所希望的坩埚102由该天枰支撑且其重量被确定。然后，板103升高，旋转，并顺序称重下一个坩埚102。以这种方式，获得每个样品的初始重量。在一个实施例中，包括十九个坩埚102，约每4分钟称重一个样品。在这样一个实施例中，每4分钟记录并获得样品的重量。因此，水分的增加或损失可以随着时间被测量。在其它实施例中，将调节坩埚102的数量以及旋转时间。例如，一个实施例包括十五个坩埚，每3分钟称重一个。在操作中，在第一位置的坩埚102被首先填充样品并被称重，以获得初始重量。然后，下一个坩埚102被顺序填充并称重。在现有技术的操作中，然后，所述的分析器被升高到设定点温度。随着样品被加热，由于它损失了水分，它的水分含量降低。选择设定点温度，以获得希望的最终水分含量。在操作中，用于产生所希望的最终水分含量的设定点温度在不同分析器之间具有很大差异。提供给样品的热量(Q)可以被定义如下，Q传递到样品的热量=U*面积* (T系统设定点-T沸点)其中.T 定a:是设定点温度.T沸点:是水的沸点温度.U*面积:是传热系数和面积沸点温度在单个位置上将是大致恒定的，但是，由于海拔的变化和其它因素(例如天气条件)，沸点温度在不同的位置上可以是变化的。等式的“U*面积”部分应该在系统之间保持相对恒定，但由于系统退化等可能会稍微变化。但是，设定点温度在不同系统之间通常是变化的。这可能部分由于如前所讨论的热电偶的偏移。即使是相同型号的分析器在同一房间中操作，也可能需要不同的设定点温度以实现所希望的水分。在现有技术的操作中，如果没有达到特定的水分，则相应地调节设定点温度。设定点温度可能因为各种原因发生偏移，包括热电偶的偏移，从而热电偶逐渐变得不准确。这种偏移可能会导致设定点温度不同于实际操作温度，从而引起不一致。在一个实施例中，申请人已发现，为了使得在不同分析器之间提供给样品的热量均匀，脱水驱动力(分析器内的温度与沸点温度之间的差异)应该保持恒定。正如上面所讨论的，等式的上述“U*面积”部分在相同类型的分析器之间是相对恒定的。因此，通过使得脱水驱动力均匀，试验可以变得更准确。正如下面将要讨论的，调节每个分析器的设定点温度，以确保脱水驱动力大致保持恒定。图2示出了在全国各地的不同位置的多个分析器的温度和水分含量的曲线。每个曲线表示在美国不同的地方的39种不同分析器上进行分析的一种参考产品。在不同的分析器分析每种样品之前，全部参考产品在相同的时间，相同的位置进行制备，并被装入离心管以防止吸收水分。采用的分析器是由密歇根州，圣约瑟夫的Leco公司制作的TGA701型热解重量分析器。在单个批次中，每个分析器分析了两种参考样品。如图所示，参考产品包括马铃薯面团。如上所述，所述的多个分析器正在分析的参考样品具有大致相同的初始水分含量。左轴示出了以百分比水分表示的随着时间的已损失或获得的样品重量。正水分读数表示已损失的水分，而负的读数表示已获得的水分。可以看出，最终水分读数的范围从约
1.5%到约1.2%。因此，这导致水分差异的范围约为0.3%。这意味着相同的样品在不同分析器中获得不同的结果。由于由分析器获得的水分读数通常用于控制用于制作最终产品的加工条件，不同分析器之间的方差可能导致显著的产品可变性。减少由分析器获得的水分含量的方差将实现产品可变性的降低。此外，如将在下面详细讨论的，水分含量对许多最终产品的属性具有影响，包括新鲜度，缺陷数量，烧焦程度，丙烯酰胺的生成，产品的硬度等。通过更好地控制水分含量，可以更好地控制这些属性和其它属性。图2还示出了样品的温度曲线。正如可以看到的，每个分析器都寻求获得设定点温度。随着温度曲线变得水平，温度设定点已获得。正如可以看到的，在不同分析器之间，温度设定点从约109°C变化到约97°C。这示出了温度传感器的不准确性。作为一个例子，其中一个分析器具有约97°C的设定点温度，这低于水的沸点温度。由于水从样品中蒸发，很显然，分析器高于100°C操作。因此，传感器报告的温度是不正确的。如所讨论的，选择每个这些不同的设定点温度来实现设定点的水分含量。对于具有97°C设定点温度的分析器的情况，所述的温度传感器有可能倾向降低，使得需要逐步降低的设定点温度以实现需要的水分含量。实际的设定点温度可能是105°C，但正在被读取为97°C。图2还示出了在获得设定点温度之前的温度曲线。可以看出，一些分析器超过了设定点温度。这可能部分是由于用于控制温度的不同的控制系统以及由于在温度传感器中的误差。因此，样品正在经历可能远远大于设定点温度的温度。由于水蒸气是温度的函数，倾斜曲线(ramp profile)对样品的水蒸气具有影响。这会影响测量的水分含量。正如从图中可以看出，不同分析器具有不同的倾斜曲线。倾斜曲线是温度曲线，同时正在获得设定点温度。除了已讨论的不同点，可以看出，总试验时间在每个试验中也是不同的。总试验时间是指从样品被首次装载直到试验完成的时间的总长度。在一个实施例中，当水分含量的变化率达到特定值时，试验完成。可以看出总试验时间有很大的可变性，这是不希望的，因为它增加了产品和产品控制的可变性。由于多种原因，测量水分含量的以前的方法是不足的。首先，它通常需要时间来装载全部样品。在这一等待时间中，由于样品吸收或失去空气中的水分，样品的水分含量可能变化。正如本领域的技术人员将理解的，水分含量的变化将取决于多个因素，包括样品水分含量，样品的温度，空气的温度，空气的湿度等。此外，所述的材料可以具有可以氧化或挥发的元素，这也改变了样品重量，从而改变了水分含量。正如可以理解的，首先被装载的样品的变化可能会超过最后被装载的样品，因为首先被装载的样品通常比最后被装载的样品被暴露到空气中更长的时间。这将不均匀性引入到系统中。其次，所讨论的倾斜曲线在不同分析器中是不一致的。由于水蒸气是温度的函数，倾斜曲线的斜率影响样品的水蒸气。这改变了水分损失的数量和速率，还将不均匀性引入到系统中。第三，所讨论的总试验时间在不同分析器中是不一致的。这导致一些正在被分析的样品比其它样品的分析时间更长，这将不均匀性引入到系统中。申请人已发现了在此讨论的几种方法，它们可以克服并消除倾斜曲线和总试验时间的不均匀性。此外，如上面所讨论的，通常首先被装载的样品与之后被装载的样品相比具有增加的被暴露于空气中的时间。申请人可以通过在此讨论的方法来克服由被暴露于空气所引起的样品中的这种和其它水分变化。最后，通过采用在此讨论的方法，申请人通过克服或解决了前面所提出的问题(例如不正确的温度传感器所导致的设定点温度变化)而消除了不均匀性。在一个实施例中，在上升曲线阶段，样品被热强化。在一个实施例中，热强化包括在施加热以去除水分之前，使样品吸收水分。吸收水分是指增加样品的水分含量。例如打开分析器的盖子，使样品在空气中可以实现吸收水分。空气可以被调节，例如，通过使用加湿器以获得希望的湿度。那些本领域的技术人员将理解，可以调节空气的湿度以控制样品的水分吸收或失去的速率。在一个实施例中，在热强化中使用的空气的湿度范围从约O到约100%的相对湿度。在另一个实施例中，空气的湿度范围从约50%到约90%的相对湿度。在另一个实施例中，空气的湿度范围从约60%到约85%的相对湿度。在一个实施例中，空气是约95%的非凝结空气。大于约80%的相对湿度导致了极大的水分吸收。不同的相对湿度将合适于不同类型的产品。如所讨论的，试验室空气的湿度可以是受控的。在另一个实施例中，分析器的湿度是受控的。在这样一个实施例中，潮湿的空气可以被泵送到密闭的分析器，或被循环通过密闭的分析器，以保持希望的湿度。同样地，在试验室或分析器中的空气的温度可以是受控的，以调节由样品吸收水分的速率。在一个实施例中，如先前所述，样品被装载。每个样品被称重以获得初始重量。然后，样品被允许静置一段时间以吸收水分，直到已达到特定的水分含量。这被称为热强化(thermal fortification)。达到希望的水分含量所需要的时间量将取决于如上面所讨论的多个因素。正如下面将要讨论的那样，在一个实施例中，热强化减小了倾斜曲线的不均匀性并克服装载样品的不一致性。在一个实施例中，希望样品增加约1%的水分含量。那些本领域的技术人员将理解，对于不同的产品，可能适用更高或更低的水分含量的增加。例如，一些产品可能需要小于1%的水分含量的增加，例如，热强化已实现之前需要约0.3%的水分含量的增加。在一些实施例中，增加超过约10%的水分含量可以改变产品释放水分的方式，这可能是负面结果。这种变化可能对水分读数具有不希望的影响。在一个实施例中，包括多个样品，所述的多个样品被允许吸收水分直到每个样品已增加了至少I%的水分。图3示出了使用热强化的分析器的温度和湿度曲线。采用的参考样品是马铃薯片面团，并且在TGA701上进行样品分析。如图所示，样品初始水分读数是零，这意味着没有水分含量的变化。它们静置一段时间，直到获得希望的水分。如所描述的设定点水分读数约为 1.0%。图3中还示出了分析器的温度曲线。如所描述的，直到样品已获得了希望的水分含量，才开始有倾斜曲线。换句话说，直到已获得设定点水分含量之后，分析器才施加热量以获得设定点温度。由此可以看出，一旦样品获得水分设定点，然后分析器的温度增加。随着温度的升高，样品开始失去水分。因此，以前具有负斜率的水分曲线现在具有正斜率。在一些点，水分曲线通过X轴并且获得的水分读数是零。此时，在强化之前，样品已回到其初始重量。这意味着样品已失去了以前获得的水分的量。这一点被称为强化初始点。强化初始点可以是一个数据点，或者它可以被计算出。如前所述，在一个实施例中，样品以预定的时间间隔进行分析。正如所讨论的，在一个实施例中，给定的样品每4分钟被进行分析。因此，在一些实施例中，第一数据点将落在X轴的下方，表示水分获得，而第二数据点将落在X-轴的上方，表示水分损失。这意味着强化初始点发生在第一数据点和第二数据点之间的某一点。可以使用本领域中已知的插值，回归等方法以确定其水分读数约为零的时间点。在这样一个实施例中，计算强化初始点。该计算可以采取人工计算或用软件计算。参照温度曲线，如图所示，在到达强化初始点时，温度曲线已倾斜。换句话说，在达到强化初始点之前已获得设定点温度。这样得到了几个好处。如前所述，温度，温度曲线和上升的斜率对水分具有影响。由于在达到强化点之前已获得(或在可接受的公差范围内获得)设定点温度，由于不均匀性倾斜曲线，温度曲线，斜率等导致的偏差被最小化或被消除。正如前面所讨论的，这些差异可能部分是由于不同分析器之间的控制器，工艺控制设备，温度传感器等的差异。热强化去除了这些变化，并允许每个样品被以统一的方式被处理。因此，在一个实施例中，当样品在初始强化点已再次达到其初始重量时，设定点温度已获得。因此，每个样品将经受相同的温度。因此，每个样品将具有由上面列出的等式所确定的供给到系统的大致相同的热量。正如前面所讨论的，在一些实施例中，分析器将包括多个样品。在一些实施例中，在给定的时间只有一个样品可以被称重。这样，在一个实施例中，被装载的第一个样品开始吸收水分，而其它样品正在被装载。在这样的实施例中，被装载的第一个样品可能比之后被装载的样品较快地达到水分设定点。在一个实施例中，希望确保每个样品达到水分设定点，即使这意味着第一个样品可能超出了所述的水分设定点。这可能还意味着每个样品可能具有其自己的强化初始点。因为第一个样品可能已超出了水分设定点，它的强化初始点相比之后被装载的样品的出现的时间可能稍晚。这是可以接受的，并且只影响那个样品的试验时间，这是下面所讨论的。在一个实施例中，对样品进行分析，直到获得了最终水分设定点。在一个实施例中，最终水分读取设定点约为1.3。这意味着，样品的重量减少了约1.3%。达到最终水分设定点的时间点被称为试验结束点。如同对强化初始点的讨论，分析数据点可能不落入试验结束点。具体地，第一数据点可能落在最终水分设定点的下方，而第二数据点可能落在最终水分设定点的上方，这意味着试验结束点位于第一数据点和第二数据点之间。在这样的实施例中，可以使用前面讨论的方法计算出试验结束点。在试验结束时间，获得并计算出了样品的最终重量和样品的水分含量。在试验结束点和强化初始点之间的时间差被称为试验时间。在一个实施例中，试验时间的范围从约10分钟到约3小时。在一个实施例中，试验时间约为2小时。正如前面所讨论的，从样品首先被装载到分析器直到试验结束点的时间量被称为总试验时间。在一个实施例中，总试验时间范围从约20分钟到约9小时。在一个实施例中，总试验时间小于约4小时。上述的强化方法将增加一致性并减少可变性。在一个实施例中，对两个或更多的样品进行分析并收集数据。在一个实施例中，对多达十个或更多的样品进行分析并收集数据。根据这个数据，可以创建平均曲线，并且可以获得试验的平均时间。在一个实施例中，试验的时间是从多个样品获得的试验时间的平均值。然后，获得的试验时间可以用于该产品的后续的试验，以确定何时获得最终水分含量。具体地，当分析产品时分析器运行试验时间并且将采用试验时间结束时的水分读数。在这样一个实施例中，试验的结束时间发生在初始强化点之后的特定时间。然后，统一的试验时间可以用于多个运行。这将导致获得更均匀的结果的更统一的试验时间。当分析器被称为运行时，这意味着分析器正在收集数据。图4是来自多个分析器的温度和水分曲线。使用的分析器是TGA701。在图4所示的样品中不采用热强化。可以看出，相比图1，图4示出了倾斜曲线和水分分布的较小的可变性。这部分是由于因为全部的分析器位于单一的位置，因此，在全部分析器中沸腾温度保持恒定。这些分析器与强制通风型烘箱的读数偏离。如果其中一个分析器的结果与强制通风型烘箱的读数偏离大于0.15%的水分，则对于每0.5%的偏差将设定点温度调节2° C。该图示出了倾斜曲线和脱水曲线的变化。该图中示出了不使用热强化和每个分析器不偏离标准值的情况下的总的变化，这将在下面详细讨论。
图5是来自与图4相同的分析器但其中采用了热强化的温度和水分曲线。图5中使用的分析器未发生偏离，但是改为设定为110°C的相同的设定点温度。可以看出，图5中的脱水曲线仍然轻微地偏离。这是由于分析器的绝对温度的测量误差。在图5中，允许样品在特定的时间量吸收水分。从图中可以看出，一些样品被允许吸收水分约6500秒,而其它样品被允许吸收水分约4500秒。在所示的实施例中,增加吸收时间对样品曲线具有最小的影响。这部分是由于在初始强化点之前达到了设定点温度。图6示出了来自图4和5的在相同时间轴上的两条脱水曲线。换句话说，图5的温度和脱水曲线已被时移，使得零时间是近似初始强化点。从图中可以看出，已强化样品(图5)在相同的时间结束。换句话说，它们有相同的试验时间。相反，未强化样品(图4)在不同的时间结束。一旦曲线开始，可以看出，未强化样品达到瞬间分离。这在方框603中示出。这部分是因为不同的倾斜曲线。在短时间之后，未强化组的曲线变得紧密，这是由于温度偏置设定的不同驱动力。这在方框604中示出。然后，因为对于倾斜曲线可变性的补偿而造成的脱水驱动力(设定点温度和沸腾温度的差异)的较大差异，未强化样品再次开始发散。换句话说，因为倾斜曲线是不均匀的，脱水曲线相应地发散。这在方框605中示出。已强化样品也具有方框601所示的初始发散。这是由于温度测量中的误差造成脱水驱动力的差异。相反，已强化数据样品的曲线分离类似方框602所示，因为脱水驱动力保持不变。可以看出，已强化样品的脱水曲线相互不交叉，因为倾斜曲线的可变性已被抑制。因此曲线不必补偿倾斜曲线的可变性。更具体地，以前的系统被偏置以适应系统之间的倾斜度的可变性。在一个系统倾斜过程中的高能量输入可能意味着较低的设定点温度用以补偿高水分读数。相反，低能量输入的倾斜系统将具有用以补偿低水分读数的较高的温度设定点。由于倾斜的可变性已被去除，已强化样品的曲线相互不交叉。相反，未强化样品的脱水曲线相互交叉。这部分是由于用于补偿倾斜曲线可变性的脱水驱动力的差异。所描述的方法可以用于单个分析器或可以在一个给定系统的全部分析器中使用。在一些实施例中，系统可以包括多个分析器。作为一个例子，系统可以包括在全国或世界各地的三个不同的分析器。正如前面所讨论的，即使是相同品牌相同型号的分析器，结果也可能相差很大。正如图1中所示的，不同分析器产生的产品具有约0.3%的水分读数差异。如前所述，这可能会导致不一致的产品和不一致的工艺控制。这样，在一个实施例中，希望一致化每个分析器，使得结果更一致。在一个实施例中，一个分析器被选择为“标准分析器”。所述的“标准分析器”是指那些卫星分析器将与其符合和/或用其衡量的分析器。卫星分析器是指系统中除了标准分析器以外的任一分析器。卫星分析器可以是位于全国，在世界的不同部分，或位于标准分析器所在的同一架子上。在一个实施例中，每个分析器包括可以受控的工艺变量。在一个实施例中，工艺变量可以被调节以获得所希望的设定点。在一个实施例中，为了使卫星分析器与标准分析器一致，首先标准分析器分析参考产品组。参考产品组是指一定数量的类似产品。在一个实施例中，产品组是指被研磨并均质的产品以制作尽可能相同的产品。在一个实施例中，参考产品组包括足量的产品以提供给多个分析器。在一个实施例中，产品组被研磨，放置到例如离心管的可密封的塑料容器。在一个实施例中，容器或容器组被放置到高阻隔性薄膜袋中。袋被氮气冲入并被密封以防止水分吸收或释放。在一个实施例中，所述的密封包括起水分阻隔作用的材料。在一个实施例中，将样品放置到干燥环境。因此，在一个实施例中，通过将样品放置到容器并密封所述的容器来制备产品组或样品。这样的方法将适当地保持产品组中的每个样品的相近似的水分含量。然后，来自产品组的至少一个样品被装载到标准分析器。标准分析器如前面描述的那样工作，并且样品被分析。获得的曲线被称为标准分析器曲线。在一个实施例中，标准分析器曲线包括温度和脱水曲线。在一个实施例中，分析器利用前面描述的热强化步骤。然后，来自产品组的至少一个样品随后被插入到卫星分析器并执行相同的方法。获得的曲线被称为卫星分析器曲线，并且可以包括与标准分析器曲线相同的曲线。然后，对从标准分析器和至少一个卫星分析器获得的曲线进行比较。在一个实施例中，获得的数据被插入到计算机程序，其偏置至少一个卫星分析器的操作以匹配由标准分析器产生的曲线。有各种客观标准可以用于确定卫星分析器是否充分匹配标准分析器产生的曲线。本领域的技术人员将明白，卫星分析器是否匹配标准分析器将取决于可接受的误差幅度。这可以通过使用决定系数(R2)或其它统计测量法被量化。在一个实施例中，将两个批次上所测量的四个参考样品的平均值与标准分析器进行比较，并且如果测量的水分含量中的所述的差异小于约1.0%，那么卫星分析器被认为与标准分析器匹配。在其它实施例中，差异必须是低至
0.1%。在另一些实施例中，差异必须小于约0.05%。在一个实施例中，偏置过程是迭代过程。在一个实施例中，偏置至少一个卫星分析器的算法是在脱水曲线和温度设定点上利用偏小二乘法(PLS)以绘制出隐性空间。在一个实施例中，脱水曲线是输入数据，并用于确定偏移的温度，以确定相对另一个系统的脱水驱动力。通过输入卫星系统的温度设定点，偏置算法可以报告，如果它要运行参考样品，要使用什么温度来设定所述的系统，获得的曲线将最佳匹配标准系统上的参考样品产生的曲线。在一个实施例中，该标准系统执行该偏置。在一个实施例中，基本假定分析器的绝对温度没有被温度传感器准确地测量，假定相对温度的变化可以准确地由各种温度传感器监测。换句话说，假定分析器的实际绝对温度没有由温度传感器正确地测量，这些传感器能够检测相对温度的变化。作为一个例子，由单独的温度传感器测量，如果温度传感器提供了 105°C的温度读数，但它实际在110°C操作，则假定如果分析器被调节为在115°C操作，温度传感器将具有110° C的读数。正如前面所讨论的，设定点温度和沸腾温度之间的温度差是在分析器中的热传递的驱动力。因此，即使实际的设定点温度不是已知的，只要相对温度可以是已知和受控的，那么分析器就可以被偏置。同样，即使绝对工作温度是未知的，只要操作温度可以被调节和受控，那么分析器就可以被偏置。在这方面，即使温度传感器正在报告不正确的操作温度，由于设定点是受控的，设定点温度方差问题被最小化。因此，至少一个卫星分析器被偏置以复制标准分析器。这种偏置和系统操作可以直接比较各个分析器之间的结果，根据标准操作方法，将产生明显的系统性偏差。本领域的技术人员将理解，这种直接比较有许多优点，包括更好地控制产品属性的能力，对来自不同工厂的产品进行更好的比较，等等。如所讨论的，在一个实施例中，在所有已用这种方法适当偏置的场地上，所有的分析器将被控制到相同的水分含量。结果会显著缩小在所有系统中产生的水分含量的范围。本领域的技术人员将明白的，水分含量是重要的产品属性，必须在消费性包装商品中被控制。因此，这种方法可以更好地控制水分含量，具有很多好处。在一个实施例中，在卫星分析器已被偏置之后，它可以用于创建黄金标准曲线和对于特定产品的水分读数。标准分析器也可以用于创建黄金标准。在一个实施例中，统计学上重大数量的样品被分析并且生成的曲线被取平均值以创建黄金标准。所述的黄金标准示出对于参考产品的预期脱水曲线。当全部其它系统被偏置到标准分析器时，在制作正确的产品时，这些系统一般会产生这样的曲线。在一个实施例中，其中卫星分析器位于工厂中，黄金标准由工厂收集的热产品创建。标准系统可能被集中位于总部或试验室中，在此获得热产品是不可能的。在一个实施例中，用于创建黄金标准的产品样品在标准协议下被认证，并且来自生产线的热样品被获得并在新的偏置工厂系统中被分析。在一个实施例中，生产，收获，收集或者以其它方式获得的产品被插入到分析器中并被分析。在一个实施例中，从生产线获得的产品被插入到分析器。在一个实施例中，如果所述的系统正在被改型，黄金标准还规定了达到希望的水分读数所需要的试验时间，以公布某个水分规范。例如，如果黄金标准指出试验时间是2小时，则对后面的样品用PLS偏置算法确定的设定点温度进行分析，并且运行2小时的试验时间，这超过了在允许样品从环境获得水分之后其返回到它的初始重量的时间点。在这样的一个实施例中，试验运行了 2小时的试验时间，而不是一直运行直到实现水分含量。因此，采用特定黄金标准的全部试验在时间长度上是统一的。在其它实施例中，可以选择任何的试验时间，并且获得的水分读数是该产品的确定的规范。应该指出，在一些实施例中，卫星系统的改进和系统退化可能会导致与黄金标准预期不同的试验时间。图7示出偏置系统的温度和脱水曲线。图7中示出的模型通过从各种温度之间的标准分析器通过收集数据和曲线被创建。然后，使用所述的模型来预测卫星分析器的温度设定点。标有“标准”的曲线表示110° C的设定点温度运行的标准分析器曲线。标有“标准”的曲线是该模型尝试复制到其它卫星分析器的曲线。标记115的曲线表示卫星分析器，该卫星分析器分析来自相同产品组的以115°C设定点温度运行的产品。标记100的曲线表示与标记115的曲线相同的卫星分析器，该卫星分析器分析来自相同产品组的但是以100°C设定点温度运行的产品。将获得的标记115的曲线输入到该模型以获得卫星分析器的预期设定点，该预期设定点能使该卫星分析器与标准分析器匹配。使用标记115的曲线，并且它们的初始设定点115°C，该模型产生110.1的设定点温度。使用标记100的曲线，并且它们的初始设定点为100°C，该模型产生109.4°C的设定点温度。因此，使用不同的曲线，该模型预测基本相似的分析器的设定点温度。如先前所讨论的，在TGA701上对样品进行分析。这种模型不允许分数度(a fraction of a degree)的调节。换句话说,只能将设定点设定到最接近的度。因此，验证试验在109° C进行，如标记100的曲线所预测，和在110°C进行，如标记115的曲线所预测。标记109的曲线示出卫星分析器以109° C的设定点运行，而标记110的曲线示出卫星分析器以110°C的设定点运行来自标有“标准”的曲线的平均最终水分含量是1.68%。来自标记100的曲线的平均最终水分含量是1.51%，并且标记115的曲线的平均最终水分含量是1.80%。在利用所述的模型之后，标记109的曲线的平均最终水分含量是1.70%，而标记110的曲线的平均最终水分含量是1.74%。但是，标记110的曲线的最终水分含量是使用异常值来计算的，影响了结果。本领域的技术人员将明白，这种异常值的影响可以通过统计方法处理。此外，本领域的技术人员将理解增加试验的次数以获得更准确的平均值，将获得更准确的模型。本领域的技术人员将理解，所述的分析器可以用于各种用途。在一个实施例中，分析器被用于校准工艺传感器。工艺传感器包括在工艺中测量和/或控制任何工艺变量的任何传感器。如所讨论的，工艺变量是指可以测量或受控的任何工艺条件，并包括但并不限于，水分含量，温度，压力，油炸时间等。工艺变量还包括前面所讨论的产品属性，包括新鲜度，丙烯酰胺的浓度等。如所讨论的，产品属性通常通过控制工艺变量来控制。在一个实施例中，工艺传感器包括在线传感器。在一个实施例中，在线传感器用于控制工艺的操作。然而，用分析器对样品进行周期性的试验以校准在线传感器。在此讨论的方法使得系统的全部分析器中的分析器能够变得更准确，精确且更一致。这种准确度和一致性经过校准等等然后被传递给例如在线传感器的其它的加工设备。在这样的实施例中，来自分析器的数据被发送到工艺传感器。可以通过硬连线(hardwire)，无线或本领域中其它已知的方法将所述的数据传送。应该理解的是，可以将数据直接传输到工艺传感器，或者它可以被传输到控制或监测工艺传感器的控制器。在一个实施例中，工艺传感器测量至少一个工艺变量。然后将来自工艺传感器的所测量的工艺变量与接收自分析器的数据相比较，并使用接收的数据校准工艺传感器。在另一个实施例中，收集自分析器的数据被发送到控制器，从而控制器利用该数据以确定工艺变量是否应该被调节。作为一个例子，所述的控制器可能确定所述的在线工艺传感器需要被校准。它也可能确定，例如，所述的油炸时间需要增加。正如前面所讨论的，水分含量对许多的产品属性具有影响，包括新鲜度，缺陷的数量，烧焦度，丙烯酰胺的生成，产品硬度等。如所讨论的，这些属性和其它属性可以通过更好地控制水分含量而更好地被控制。这方面的一个例子是丙烯酰胺。本领域的技术人员将理解，随着水分含量的降低，丙烯酰胺将成指数地增加。因此，如果水分含量增加，可以显著减少丙烯酰胺的含量。在涉及油炸马铃薯片的一个实施例中，已确定平均水分含量从1.1增加到1.3，导致丙烯酰胺的生成的减少25%。在涉及油炸马铃薯片的一个实施例中，在一些较低水分的产品中，约0.4%的水分含量的方差导致了约100-150ppb的额外的丙烯酰胺。换句话说，0.4%的方差导致一些具有较低水分的产品产生额外的丙烯酰胺。正如图1所示，水分含量0.4%的方差在以前是常见的，因为在此所讨论的原因，分析器通常具有不希望的可变性。此外，由于随着水分含量的降低，丙烯酰胺的含量成指数增加，相比于具有所希望的水分含量的产品，具有比所希望的低0.4%的水分含量的产品具有更多的丙烯酰胺。因此，减少这种差异能使丙烯酰胺的生成显著减少。在水分含量的方差被降低到约0.05%的实施例中，那么额外的丙烯酰胺的数量是从约O到约25ppb。在平均丙烯酰胺浓度约为300ppb的实施例中，此方法将30%的增加(具有0.4%水分含量方差)降低到10%的增加(具有0.05%水分含量的方差)。如本领域的技术人员应该理解的，可以应用各种方法进一步将方差降低到0.05%以下。例如，样品的更广泛的选择会产生更准确的平均值，这反过来将开发更准确的模型。此外，较大的样品允许统计方法可以找到并消除不良的异常值，也可以获得更准确的模型。本领域的技术人员将理解获得更准确的模型的工具和方法。如上所讨论的，从分析器获得的数据可以被传送到生产线，根据获得的数据可以调节工艺控制。因此，具有方差降低的水分含量被转换为工艺控制中的方差的降低。如上所述，减小分析器中的方差允许针对工艺控制的更紧密且更一致的控制，然后其可以被用于控制并减少例如丙烯酰胺的生成。虽然本发明已参考优选的实施例被具体示出和描述，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出形式和细节上的各种改变。附加的说明提供以下条款作为所公开的本发明的进一步的描述。1.一种用于在分析器中分析水分含量的方法，所述的分析器包括至少一个天枰；所述的方法包括:a)将至少一个样品引入到所述的分析器；b)用所述的天枰获得所述的至少一个样品的初始重量；c)强化所述的至少一个样品以获得希望的水分含量；d)增加所述的分析器的温度；e)获得初始强化点，其中，所述的至少一个样品在所述的初始强化点已回到所述的初始重量；f )在试验结束时间获得所述的至少一个样品的水分含量。2.根据前述任一项条款所述的方法，其中，所述的强化步骤包括使所述的至少一个样品吸收水分。3.根据条款2所述的方法，其中，所述的希望的水分读数包括将所述的至少一个样品的水分含量增加I %。4.根据前述任一项条款所述的方法，其中，所述的引入包括引入至少两个样品。5.根据前述任一项条款所述的方法，其中，所述的引入包括引入到热解重量分析器。6.根据前述任一项条款所述的方法，其中，步骤d)的所述的增加包括增加到设定
点温度。7.根据条款6所述的方法，其中，所述的设定点温度在步骤c)的所述的获得之前
被获得。8.根据前述任一项条款所述的方法，其中，步骤d)的所述的增加在所述的至少一个样品已达到步骤c)所述的希望的水分读数之后发生。9.根据前述任一项条款所述的方法，其中，所述的试验结束时间是所述的至少一个样品达到期望的水分读数的时间点。10.根据前述任一项条款所述的方法，其中，所述的试验结束时间在所述的初始强化点之后的特定时间发生。11.根据前述任一项条款所述的方法，其中，在所述的初始强化点之后的所述的特定时间在多个运行之间是相同的。12.根据条款10所述的方法，其中，在所述的初始强化点之后的所述特定时间包括试验时间。
13.根据条款12所述的方法，其中，所述的试验时间是所述的初始强化点和所述的结束时间之间的时间差。14.根据条款13所述的方法，其中，所述的试验时间包括来自至少两个样品的观测的多个试验时间的平均值。15.根据条款10所述的方法，还包括:g)重复步骤a_f，其中，在所述的初始强化点之后的所述的特定时间在步骤f)和步骤g)中大致相同。16.根据前述任一项条款所述的方法，其中，步骤e)所述的获得包括计算初始强化点。17.根据条款16所述的方法，其中，所述的计算包括在数据点之间进行内插。18.根据前述任一项条款所述的方法，其中，步骤f)的所述的获得包括计算所述的水分含量。19.根据条款18所述的方法，其中，所述的计算包括在数据点之间进行外推。20.根据前述任一项条款所述的方法，其中，步骤b)的所述的获得包括使用所述的天枰称重所述的至少一个样品。21.根据前述任一项条款所述的方法，其中，步骤c)的所述的强化包括在湿度受控的环境中进行强化。22.根据前述任一项条款所述的方法，还包括:g)将所述的水分含量输送到工艺传感器。23.根据条款22所述的方法，还包括:h)用所述的工艺传感器分析至少一个工艺变量。24.根据条款23所述的方法，还包括:i)校准所述的工艺传感器。25.根据条款22所述的方法，还包括:i)调节至少一个工艺变量。26.一种用于在系统中偏置分析器的方法，所述的系统包括:至少两个分析器，其中，所述的至少两个分析器包括一个标准分析器和第一卫星分析器，并且其中每个分析器包括至少一个工艺变量；所述的方法包括:a)获得包括多个样品的产品组，其中所述的多个样品包括第一样品和第二样品；b)在所述的标准分析器中分析所述的第一样品以获得标准分析器曲线；c)在所述的第一卫星分析器中分析所述的第二样品以获得第一卫星分析器曲线；d)将所述的标准分析器曲线与所述的第一卫星分析器曲线进行比较；e)将所述的第一卫星分析器偏置到所述的标准分析器。27.根据条款26所述的方法，其中，所述的偏置包括在设定点温度和脱水曲线上利用偏小二乘法。28.根据条款27所述的方法，其中，所述的设定点温度是输入数据并且脱水曲线是输出数据。29.根据条款26到28中任一条款所述的方法，还包括:
f)在所述的第一卫星分析器上分析多个样品以获得黄金标准曲线。30.根据条款29所述的方法，还包括:g)从所述的黄金标准曲线获得试验时间。31.根据条款30所述的方法，还包括:h)通过将所述的第一卫星分析器运行一个试验时间来分析至少一个样品。32.根据条款26到31中任一条款所述的方法，其中，步骤b)的所述的分析包括热强化。33.根据条款26到32中任一条款所述的方法，其中，所述的标准分析器曲线包括脱水曲线。34.根据条款26到32中任一条款所述的方法，其中，所述的标准分析器曲线包括温度曲线。35.根据条款27所述的方法，其中，所述的标准分析器是热解重量分析器。36.根据条款26到35中任一条款所述的方法，其中，步骤b)的所述的分析包括获得水分含量。37.根据条款26到36中任一条款所述的方法，其中，步骤a)的所述的获得包括密封所述的多个样品。38.根据条款26到37中任一条款所述的方法，其中，步骤a)的所述的获得包括冲入氮气并密封所述的多个样品。39.根据条款26到38中任一条款所述的方法，其中，步骤e)的所述的偏置获得了水分含量的方差的降低。40.根据条款26到39中任一条款所述的方法，其中，步骤e)的所述的偏置获得了丙烯酰胺的生成含量的减少。41.根据条款26到40中任一条款所述的方法，其中，所述的偏置步骤包括偏置所述的第一卫星分析器以获得相对于由所述的标准分析器产生的水分含量偏差在0.05%以内的水分含量。
权利要求
1.一种用于在分析器中分析水分含量的方法，所述的分析器包括至少一个天枰； 所述的方法包括: a)将至少一个样品引入到所述的分析器； b)用所述的天枰获得所述的至少一个样品的初始重量； c)强化所述的至少一个样品以获得希望的水分含量； d)增加所述的分析器的温度； e)获得初始强化点，其中，所述的至少一个样品在所述的初始强化点已回到所述的初始重量； f)在试验结束时间获得所述的至少一个样品的水分含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的强化步骤包括使所述的至少一个样品吸收水分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述的希望的水分读数包括将所述的至少一个样品的水分含量增加I %。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的引入包括引入至少两个样品。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的引入包括引入到热解重量分析器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)的所述的增加包括增加到设定点温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述的设定点温度在步骤c)的所述的获得之前被获得。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)的所述的增加在所述的至少一个样品已达到步骤c)所述的希望的水分读数之后发生。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的试验结束时间是所述的至少一个样品达到期望的水分读数的时间点。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的试验结束时间在所述的初始强化点之后的特定时间发生。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述的初始强化点之后的所述的特定时间在多个运行之间是相同的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述的初始强化点之后的所述特定时间包括试验时间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述的试验时间是所述的初始强化点和所述的结束时间之间的时间差。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述的试验时间包括来自至少两个样品的观测的多个试验时间的平均值。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括: g)重复步骤a-f，其中，在所述的初始强化点之后的所述的特定时间在步骤f)和步骤g)中大致相同。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤e)所述的获得包括计算初始强化点。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述的计算包括在数据点之间进行内插。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤f)的所述的获得包括计算所述的水分含量。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述的计算包括在数据点之间进行外推。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)的所述的获得包括使用所述的天枰称重所述的至少一个样品。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)的所述的强化包括在湿度受控的环境中进行强化。
22.根据权利要求1所述的方法，还包括: g)将所述的水分含量输送到工艺传感器。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括: h)用所述的工艺传感器分析至少一个工艺变量。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括: i)校准所述的工艺传感器。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括: i)调节至少一个工艺变量。
26.一种用于在系统中偏置分析器的方法，所述的系统包括: 至少两个分析器，其中，所述的至少两个分析器包括一个标准分析器和第一卫星分析器，并且其中每个分析器包括至少一个工艺变量； 所述的方法包括: a)获得包括多个样品的产品组，其中所述的多个样品包括第一样品和第二样品； b)在所述的标准分析器中分析所述的第一样品以获得标准分析器曲线； c)在所述的第一卫星分析器中分析所述的第二样品以获得第一卫星分析器曲线； d)将所述的标准分析器曲线与所述的第一卫星分析器曲线进行比较； e)将所述的第一卫星分析器偏置到所述的标准分析器。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述的偏置包括在设定点温度和脱水曲线上利用偏小二乘法。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述的设定点温度是输入数据并且脱水曲线是输出数据。
29.根据权利要求26所述的方法，还包括: f)在所述的第一卫星分析器上分析多个样品以获得黄金标准曲线。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括: g)从所述的黄金标准曲线获得试验时间。
31.根据权利要求30所述的方法，还包括: h)通过将所述的第一卫星分析器运行一个试验时间来分析至少一个样品。
32.根据权利要求26所述的方法，其中，步骤b)的所述的分析包括热强化。
33.根据权利要求26所述的方法，其中，所述的标准分析器曲线包括脱水曲线。
34.根据权利要求26所述的方法，其中，所述的标准分析器曲线包括温度曲线。
35.根据权利要求27所述的方法，其中，所述的标准分析器是热解重量分析器。
36.根据权利要求26所述的方法，其中，步骤b)的所述的分析包括获得水分含量。
37.根据权利要求26所述的方法，其中，步骤a)的所述的获得包括密封所述的多个样品O
38.根据权利要求26所述的方法，其中，步骤a)的所述的获得包括冲入氮气并密封所述的多个样品。
39.根据权利要求26所述的方法，其中，步骤e)的所述的偏置获得了水分含量的方差的降低。
40.根据权利要求26所述的方法，其中，步骤e)的所述的偏置获得了丙烯酰胺的生成含量的减少。
41.根据权利要求26所述的方法，其中，所述的偏置步骤包括偏置所述的第一卫星分析器以获得相对于由所述 的标准分析器产生的水分含量偏差在0.05%以内的水分含量。
全文摘要
本发明公开了一种用于在分析器中分析水分含量的方法。在一个实施例中，将样品引入到分析器中并获得初始重量。然后样品被强化，在此它被允许吸收水分。升高所述的分析器的温度，并获得初始强化点，其中所述的样品已回到其初始重量。然后，在试验结束时间，分析器获得所述的样品的最终水分含量。在一个实施例中，卫星分析器相对于标准分析器偏置，以便获得更一致的结果。
文档编号G01N5/00GK103180709SQ201180051802
公开日2013年6月26日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月1日
发明者威尔弗雷德·M·博尔格, 斯科特·费根 申请人:福瑞托-雷北美有限公司
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