食品産業におけるコーティング研究
このセクションでは、電気化学インピーダンス分光法（EIS）が食品保存用コーティングの研究に適した技術である理由を説明する。さらに、EIS測定に基づいて、コーティングが許容できない抵抗値に達するまでの時間を推定する方法についても説明する。計算では、コーティングの破壊に至る反応の順序と反応速度も決定する。
食品容器の賞味期限予測
食品保存容器や食品と接触するその他の物体のコーティングは、食品の腐敗や汚染を防ぐだけでなく、容器自体を食品の腐食特性から保護するためにも重要である。缶は、食品が空気や光から長時間保護されるという理由から、食品容器として今でもかなり一般的である。缶は導電性表面であるため、缶自身とそのコーティングの電気化学的研究が可能である。
理想的なケースでは、食品容器の賞味期限を予測することができる。予測の障害となる可能性があるのは、食品の腐敗成分の反応速度が異なることであり、これらは必ずしも一定ではない。多くの場合、反応速度は直線的であるか、あるいは相似形である。さらに、例えば食品が異なる国に輸出される場合、保存温度が異なる可能性がある。
異なる温度と保管時間での測定
前の章で議論したように、高い分極抵抗またはコーティングによって付加される抵抗は、缶の腐食が少ないことを意味し、それはその中に入っている食品の保存期間が長いことを意味する。コーティングの耐性は、温度や保存時間にも影響される。賞味期限を正しく予測するには、異なる温度と保存時間で測定する必要がある。
EISは、界面変化に対する感度が高い非破壊技術として、食品缶のコーティングを調査するのに適した方法です。前の章で説明した原理をご存知であることが前提なので、ここでは説明しない。
ほとんどのコーティングは、缶に充填された直後は理想的なコーティングのように振る舞い、抵抗器とコンデンサーが直列になっていることを意味する（図6.5参照）。時間の経過とともに、水分が塗膜に浸透し、より複雑な挙動を示すようになる。腐食が始まっていない限り、EISは簡略化したランデルス回路（図6.7）のようになる。直列抵抗はRsolのままだが、電荷移動抵抗Rctは間隙抵抗Rporに、二重層容量Cdlは塗膜容量CCに置き換えられる。
水が金属界面に達すると、腐食が発生する可能性がある。この状況は、図8.1の等価回路に反映されている。腐食は皮膜の下でガスの発生を引き起こし、ブリスターや剥離につながる。ブリスター内の溶液は、ブリスターが閉じてい る限り、バルクの溶液とはかなり異なる可能性があ る。腐食反応によりpH値が低くなることが多い。
貯蔵寿命の試験
まず、缶にコーティングを施し、通常通り包装した後、1日、1週間、1ヵ月、4ヵ月、12ヵ月など、ある一定期間経過後に缶を検査する。
缶内の製品が導電性であれば、電解質として機能する製品中で測定を行うことができる。そうでない場合は、製品を0.5M NaCl溶液に置き換える必要がある。缶の塗膜に油脂膜があると、それが付加的な膜として作用する可能性があるが、油脂膜を除去するための強力な洗剤が塗膜を変化させる可能性もあることに留意されたい。
缶を作用電極として接続。参照電極と対極は缶の溶液に浸されている。電気化学インピーダンス分光法を実施し、異なる保存時間に対するスペクトルを比較する。フィルムの品質が低下すると、時間とともにRporが低下することが予想される。
先に述べたように、コーティングの品質と食品の腐敗の早さには相関関係がある。気孔やコーティングの耐性と腐敗物質の反応速度rの間には関係があるようだ。反応速度rは、反応物質の濃度の負の変化として定義される。この変化は、反応物の濃度のn乗と反応速度定数kに依存する。nの一般的な値は0、1、2である（式8.1参照）。
べき乗則を用いて、濃度Cを間隙抵抗Rporと交換することができる（式8.2）。
nが定義され、kの挙動が理解されていれば、長時間経過後の反応速度を外挿することができる。nとkの決定は、3つの一般的なn（0、1、2）のそれぞれについて微分方程式を線形関係に変換することによって行うのが最適である。サンプルデータはこれらの線形関係に従ってプロットされ、線形適合によって、どの次数が線形基準を最もよく満たすかが決定される。
ゼロ次方程式を解くと、次のようになる。
Rporと R0porの差を時間tに対してプロットし、直線関係が見られる場合、反応は0次（n = 0）であり、この曲線の傾きは-kである。
1次(n = 1)の解は次のようになる。
比の対数対時間tのプロットは、反応が1次反応であれば、-kの傾きを持つ直線曲線になるはずである。
2次(n = 2)方程式を類推する。
反応が2次の場合、時間tに対する逆差のプロットは一次曲線になるが、このときの傾きはk（-kではない）になる。相関係数R²が最も良いフィットは、正しいnで作られる。
このようにして、反応順序と反応速度を決定することができる。リニアフィットの値から、あるRporに達するまでの時間tを計算することができる。リニアフィットの結果は式8.6で表される。
この場合のxがtであることを念頭に置けば、異なるnについてtを計算するのに必要な方程式は以下のようになる：
測定から得られたR0porと、その後決定されたnとkを用いて、許容できないRporに達するまでの時間tを計算することができる。線形適合から a と b を決定した後、対応する式（8.7、8.8、または 8.9）を t について並べ替えます。
この方法では、異なる時点におけるいくつかの値がわかっていれば、一定の温度における経時的な挙動を予測することができる。複数の温度における反応速度がわかっていれば、他の温度における反応速度と保存可能期間を外挿することができる。しかし、その外挿は塩のひとつまみで受け止めなければならない。温度を変えると、反応速度 k に影響を与える他の因子が変化する可能性がある。
食品包装では、ガラス転移が重要な影響を及ぼす。このトピックは複雑であるため、反応速度や細孔抵抗測定から、測定に使用しなかった温度での保存可能期間を決定したい読者には、対応する文献を参照することを推奨する。