水分的測(cè)定解析

1、食品分析與檢驗(yàn)技術(shù),水 分 的 測(cè) 定,水分的測(cè)定,概 述,重量法,儀器法,2,3,1,一、概 述,1.水的作用 水是維持動(dòng)、植物和人類生存必不可少的物質(zhì)之一。 除谷物和豆類等的種子類食品以外，作為食品的許多動(dòng)植物一般含有6090%水分，有的甚至更高，水是許多食品組成成分中數(shù)量最多的組分。如蔬菜含水分8597%、水果8090%、魚類6781%、蛋類7375%、乳類8789%、豬肉4359%，即使是干態(tài)食品，也含有少量水分，如面粉1214%、餅干2.54.5%。,在動(dòng)、植物體內(nèi)，水分不僅以純水狀態(tài)存在，而且常常是溶解那些可溶性物質(zhì)（例如糖類和許多鹽類）而構(gòu)成溶液以及把淀粉、蛋白質(zhì)等親水性高分子分

2、散在水中形成凝膠來保持一定形態(tài)的膨脹體的溶劑。另外，即使不溶于水的物質(zhì)如脂肪和某些蛋白質(zhì)，也能在適當(dāng)?shù)臈l件下分散于水中成為乳濁液或膠體溶液。,水的介電常數(shù)很大，能促進(jìn)電解質(zhì)的電離。水不但是生物體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，本身也是生物化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物。水還是動(dòng)物體內(nèi)各器官、肌肉、骨骼的潤(rùn)滑劑，是體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體，沒有水就沒有生命。,2.水分的存在狀態(tài),水分的存在狀態(tài),結(jié) 合 水,體 相 水,截 留 水,自 由 水,化 合 水,單分子層水,多分子層水,結(jié)合水指食品中的非水成分與水借助化學(xué)力或物理化學(xué)力相結(jié)合的水。通常存在于溶質(zhì)或其他非水組分附近的那部分水。有三個(gè)特點(diǎn)：不易結(jié)冰（冰點(diǎn)-40 ）；不能作為溶

3、質(zhì)的溶媒 微生物不能利用,與結(jié)合水相對(duì)應(yīng)的水稱為自由水或游離水（Free water），即指組織、細(xì)胞中容易結(jié)冰、組能溶解溶質(zhì)的這部分水，它又可細(xì)分為二類：截留水（Immobilized water）自由流動(dòng)水（Fluidal water）,二、重 量 法,主要介紹直接干燥法、減壓干燥法的原理、適用范圍和操作方法。,2.1 直接干燥法,(1) 原理 基于食品中的水分受熱以后，產(chǎn)生的蒸汽壓高于空氣在電熱干燥箱中的分壓，使食品中的水分蒸發(fā)出來；同時(shí)，由于不斷的加熱和排走水蒸汽，而達(dá)到完全干燥的目的，食品干燥的速度取決于這個(gè)壓差的大小。,(2) 適用范圍 本法以樣品在蒸發(fā)前后的失重來計(jì)算水分含量，故

4、適用于在95105范圍其他揮發(fā)成分極微且對(duì)熱穩(wěn)定的各種食品。,(3)樣品的制備、測(cè)定及結(jié)果計(jì)算 樣品的制備方法常以食品種類及存在狀態(tài)的不同而異；一般情況下，食品以固態(tài)(如面包、餅干、乳粉等)、液態(tài)(如牛乳、果汁等)和濃稠態(tài)(如煉乳、糖漿、果醬等）存在?，F(xiàn)將樣品制備與測(cè)定方法等分述如下：,固態(tài)樣品：固態(tài)樣品必須磨碎，全部經(jīng)過2040目篩，混勻。在磨碎過程中，要防止樣品水分含量變化。一般水分在14%以下時(shí)稱為安全水分，即在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行粉碎過篩等處理，水分含量一般不會(huì)發(fā)生變化。但要求動(dòng)作迅速。制備好的樣品存于干燥潔凈的磨口瓶中備用。,測(cè)定時(shí)，精確稱取上述樣品210 g（視樣品性質(zhì)和水分含量而定）

5、，置于已干燥、冷卻并稱至恒重的有蓋稱量瓶中，移入95105常壓烘箱中，開蓋24h 后取出，加蓋置干燥內(nèi)冷卻0.5h 后稱重。再烘1h 左右，又冷卻0.5h 后稱重。重復(fù)此操作，直至前后兩次質(zhì)量差不超過2mg，即算恒重。測(cè)定結(jié)果按下式計(jì)算：,對(duì)于水分含量16%以上的樣品，通常采用二步干燥法進(jìn)行測(cè)定。即首先將樣品稱出總質(zhì)量后，在自然條件下風(fēng)干1520h，使其達(dá)到安全水分標(biāo)準(zhǔn)（即與大氣濕度大致平衡），再準(zhǔn)確稱重，然后再將風(fēng)干樣品粉碎、過篩、混勻，貯于潔凈干燥的磨口瓶重備用。測(cè)定時(shí)按上述安全水分含量的樣品操作手續(xù)進(jìn)行。分析結(jié)果按下式計(jì)算：,水分（%）=,式中 m1 -新鮮樣品總質(zhì)量， g ; m2 -

6、風(fēng)干后樣品總質(zhì)量， g ; m3 -干燥前適量樣品于稱量瓶質(zhì)量 ，g ； m4 -干燥后適量樣品與稱量瓶質(zhì)量， g； m 5 -稱量瓶質(zhì)量，g, 濃稠態(tài)樣品：濃稠態(tài)樣品直接加熱干燥，其表面易結(jié)硬殼焦化，使內(nèi)部水分蒸發(fā)受阻，故在測(cè)定前，需加入精制海砂或無水硫酸鈉，攪拌均勻，以增大蒸發(fā)面積。但測(cè)定中，應(yīng)先準(zhǔn)確稱樣，再加入已知質(zhì)量的海砂或無水硫酸鈉，攪拌均勻后干燥至恒重。測(cè)定結(jié)果按下式：,水分（%）=,式中： m1 -干燥前樣品與稱量瓶質(zhì)量 g ; m2 -海砂（或無水硫酸鈉）質(zhì)量，g； m3-干燥后樣品、海砂及稱量瓶的總質(zhì)量, g； m4-稱量瓶質(zhì)量，g；,液態(tài)樣品：液態(tài)樣品直接置于高溫加熱，會(huì)因

7、沸騰而造成樣品損失，故需經(jīng)低溫濃縮后，再進(jìn)行高溫干燥。測(cè)定時(shí)先準(zhǔn)確稱樣于已烘干至恒重的蒸發(fā)皿內(nèi)，置于熱水浴鍋上蒸發(fā)至近干，再移入干燥箱中干燥至恒重。結(jié)果計(jì)算公式同上述一步干燥法。 由于液態(tài)樣品主要由水分和可溶性固形物所組成，因此也可采用比重法、折光法等測(cè)出樣品中固形物含量，然后按下式間接求出水分含量： 水分（%）=100%可溶性固形物%,（4）操作條件選擇 操作條件選擇主要包括:稱樣數(shù)量，稱量皿規(guī)格，干燥設(shè)備及干燥條件等的選擇。 稱樣數(shù)量：測(cè)定時(shí)稱樣數(shù)量一般控制在其干燥后的殘留物質(zhì)量在1.53g 為宜。對(duì)于水分含量較低的固態(tài)、濃稠態(tài)食品，將稱樣數(shù)量控制在35g，而對(duì)于果汁、牛乳等液態(tài)食品，通常

8、每份樣量控制在1520g為宜。,稱量皿規(guī)格：稱量皿分為玻璃稱量瓶和鋁質(zhì)稱量盒兩種。前者能耐酸堿，不受樣品性質(zhì)的限制，故常用于干燥法。鋁質(zhì)稱量盒質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性強(qiáng)，但對(duì)酸性食品不適宜，常用于減壓干燥法。稱量皿規(guī)格的選擇，以樣品置于其中平鋪開后厚度不超過皿高的1/3為宜。,干燥設(shè)備：電熱烘箱由各種形式，一般使用強(qiáng)力循環(huán)通風(fēng)式，其風(fēng)量較大，烘干大量試樣時(shí)效率高，但質(zhì)輕試樣有時(shí)會(huì)飛散，若僅作測(cè)定水分含量用，最好采用風(fēng)量可調(diào)節(jié)的烘箱。當(dāng)風(fēng)量減小時(shí)，烘箱上隔板1/21/3面積的溫度能保持在規(guī)定溫度1的 范圍內(nèi)，即符合測(cè)定使用要求。溫度計(jì)通常處于離隔板3cm的中心處，為保證測(cè)定溫度較恒定，并減少取出過程中因吸

9、濕而產(chǎn)生的誤差，一批測(cè)定的稱量皿最好為812個(gè)，并排列在隔板的較中心部位。,干燥條件：溫度一般控制在95105，對(duì)熱穩(wěn)定的谷物等，可提高到120130范圍內(nèi)進(jìn)行干燥；對(duì)含還原糖較多的食品應(yīng)先用低溫（5060）干燥0.5小時(shí)，然后在用100105干燥。 干燥時(shí)間的確定有兩種方法，一種是干燥到恒重，另一種是規(guī)定一定的干燥時(shí)間。前者基本能保證水分蒸發(fā)完全；后者的準(zhǔn)確度要求不高的樣品，如各種飼料中水分含量的測(cè)定，可采用第二種方法進(jìn)行。,(5) 說明及注意事項(xiàng),水果、蔬菜樣品，應(yīng)先洗去泥沙后，再用蒸餾水沖洗一次，然后用潔凈紗布吸干表面的水分。 在測(cè)定過程中，稱量皿從烘箱中取出后，應(yīng)迅速放入干燥器中進(jìn)行冷

10、卻，否則，不易達(dá)到恒重。 干燥器內(nèi)一般用硅膠作干燥劑，硅膠吸濕后效能會(huì)減低，故當(dāng)硅膠藍(lán)色減褪或變紅時(shí)，需及時(shí)換出，置135左右烘23小時(shí)使其再生后再用。硅膠若吸附油脂等后，去濕能力也會(huì)大大減低。,果糖含量較高的樣品，如水果制品、蜜蜂等，在高溫下（70）長(zhǎng)時(shí)間加熱，其中果糖會(huì)發(fā)生氧化分解作用而導(dǎo)致明顯誤差。故宜采用減壓干燥法測(cè)定水分含量。 含有較多氨基酸、蛋白質(zhì)及羰基化合物的樣品，長(zhǎng)時(shí)間加熱則會(huì)發(fā)生羰氨反應(yīng)析出水分而導(dǎo)致誤差：對(duì)此類樣品宜用其他方法測(cè)定水分含量。,2.2 減壓干燥法,(1) 原理 利用在低壓下水的沸點(diǎn)降低的原理,將取樣后的稱量皿置于真空烘箱內(nèi)，在選定的真空度、加熱溫度下干燥到恒重

11、，干燥后樣品所失去的質(zhì)量即為水分含量。 (2) 適用范圍 適用于在較高溫度下易熱分解、變質(zhì)或不易除去結(jié)合水的食品，如糖漿、果糖、味精、麥乳精、高脂肪食品、果蔬及其制品等的水分含量測(cè)定。,(3) 儀器及裝置 真空烘箱(帶真空泵、干燥瓶、安全瓶）。 在用減壓干燥法測(cè)水分含量時(shí)，為了除去烘干過程中樣品蒸發(fā)出來的水分以及烘箱恢復(fù)常壓時(shí)空氣中的水分，整套儀器設(shè)備除用一個(gè)真空烘箱（帶真空泵）外，還連接了幾個(gè)干燥瓶和一個(gè)安全瓶，設(shè)備流程如圖。,真 空 泵,(4) 操作方法 準(zhǔn)確稱取25g樣品于已烘干至恒重的稱量皿中,放入真空烘箱內(nèi),按圖所示流程連接好全套裝置后,打開真空泵抽出烘箱內(nèi)空氣至所需壓力4053.3

12、KPa (300400mmHg),并同時(shí)加熱至所需溫度(5060 ）。關(guān)閉真空泵上的活塞，停止抽氣，使烘箱內(nèi)保持一定的溫度和壓力，經(jīng)一定時(shí)間后，打開活塞使空氣經(jīng)干燥瓶緩緩進(jìn)入烘箱內(nèi)，待壓力恢復(fù)正常后，再打開烘箱取出稱量皿，放入干燥器中冷卻0.5h 后稱量。并重復(fù)以上操作至恒重。 (5) 結(jié)果計(jì)算：同直接干燥法,(6) 說明及注意事項(xiàng),真空烘箱內(nèi)各部位溫度要求均勻一致，若干燥時(shí)間短時(shí)，更應(yīng)嚴(yán)格控制。 第一次使用的鋁質(zhì)稱量盒要反復(fù)烘干二次，每次置于調(diào)節(jié)到規(guī)定溫度的烘箱內(nèi)烘12小時(shí)，然后移至干燥器內(nèi)冷卻45分鐘，稱重(精確到0.1mg)，求出恒重。第二次以后使用時(shí)，通常采用前一次的恒重值。試樣為谷粒

13、時(shí)，如小心使用可重復(fù)2030次而恒重值不變。,由于直讀天平與被測(cè)量物之間的溫度差會(huì)引起明顯的誤差,故在操作中應(yīng)力求被稱量物與天平的溫度相同后再稱重,一般冷卻時(shí)間在0.51小時(shí)內(nèi). 減壓干燥時(shí)，自烘箱內(nèi)部壓力降至規(guī)定真空度時(shí)起計(jì)算烘干時(shí)間，一般每次烘干時(shí)間為2小時(shí)，但有的樣品需5小時(shí)；恒重一般以減量不超過0.5mg時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)受熱后易分解的樣品則可以不超過13mg的減量值為恒重標(biāo)準(zhǔn)。,2.3 蒸 餾 法,(1) 原理 基于兩種互不相溶的液體二元體系的沸點(diǎn)低于各組分的沸點(diǎn)這一事實(shí)，將食品中的水分與甲苯或二甲苯或苯共沸蒸出，冷凝并收集溜液，由于密度不同,溜出液在接收管中分層，根據(jù)餾出液中水的體積，

14、即可計(jì)算出樣品中水分含量。,(2) 特點(diǎn)及適用范圍 此法由于采用了一種高效的換熱方式，水分可迅速移出。此外，因此測(cè)定過程在密閉容器中進(jìn)行，加熱溫度比直接干燥法低，故對(duì)易氧化、分解、熱敏性以及含有大量揮發(fā)性組分的樣品的測(cè)定準(zhǔn)確度明顯優(yōu)于干燥法。該法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，現(xiàn)已廣泛用于谷類、果蔬、油類香料等多種樣品的水分測(cè)定，特別對(duì)于香料，此法是唯一公認(rèn)的水分含量的標(biāo)準(zhǔn)分析法。,(3)儀器及試劑 蒸餾式水分測(cè)定儀如圖所示。 甲苯或二甲苯：取甲苯或二甲苯，先以水飽和后，分去水層，進(jìn)行蒸餾，收集餾出液備用。,(4) 操作方法 準(zhǔn)確稱取適量樣品(估計(jì)含水量25mL)，放入水分測(cè)定測(cè)定儀器的燒瓶中，加入新蒸餾

15、的甲苯(或二甲苯)5075mL使樣品浸沒，連接冷凝管及接收管，從冷凝管頂端注入甲苯(或二甲苯，使之充滿水分接收刻度管。,加熱慢慢蒸餾，使每秒鐘約蒸餾出2滴餾出液，待大部分水分蒸餾出后，加速蒸餾使每秒約蒸出4滴餾出液，當(dāng)水分全部蒸出后(接收管內(nèi)的體積不再增加時(shí))，從冷凝管頂端注入少許甲苯(或二甲苯)沖洗。如發(fā)現(xiàn)冷凝管壁或接受管上部附有水滴，可用附用小橡皮頭的銅絲擦下，再蒸餾片刻，直接接受管上部及冷凝管壁無水滴附著為止。讀取接受管水層的容積。,(5)結(jié)果計(jì)算 水分(%)=,式中： V-接受管內(nèi)水的體積, mL W-樣品的質(zhì)量, g,(6)說明及注意事項(xiàng) 樣品用量一般谷類、豆類約20 g，魚、肉、蛋

16、、乳制品約510g，蔬菜、水果約5g。 有機(jī)溶劑一般用甲苯，其沸點(diǎn)微110.7。對(duì)于在高溫易分解樣品則用苯作蒸餾溶劑(純苯沸點(diǎn)80.2，水苯其沸點(diǎn)則為69.25)，但蒸餾的時(shí)間需延長(zhǎng)。 加熱溫度不宜太高，溫度太高時(shí)冷凝管上端水汽難以全部回收。蒸餾時(shí)間一般為23小時(shí)，樣品不同蒸餾時(shí)間各異。 為了盡量避免接受管和冷凝管壁附著水滴，儀器必須洗滌干凈。,三、儀 器 法,3.1 卡爾費(fèi)休法 卡爾費(fèi)休（Karl Fischer）法，簡(jiǎn)稱費(fèi)休法或K-F法，是在1935年由卡爾費(fèi)休提出的測(cè)定水分的容量方法，屬于碘量法，對(duì)于測(cè)定水分最為專一，也是測(cè)定水分最為準(zhǔn)確的化學(xué)方法。多年來許多分析工作者是曾對(duì)此方法進(jìn)行了

17、較為全面的研究，在反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量、試劑的穩(wěn)定性、滴定方法、計(jì)量點(diǎn)的指示以及針對(duì)各種類型樣品的應(yīng)用和儀器操作的自動(dòng)化等方面均有顯著的改進(jìn)，使該方法日趨成熟與完善。, 原理 利用I2氧化SO2時(shí)需要有一定的水參加反應(yīng)，（氧化還原反應(yīng)） I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI 此反應(yīng)具有可逆性，當(dāng)生成物 H2SO4 濃度0.05 % 時(shí)，即發(fā)生可逆反應(yīng)，要使反應(yīng)順利向右進(jìn)行，要加入適量的堿性物質(zhì)以中和生成的酸，吡啶（C5H5N）可以。,I2+SO2+2H2O+3C5H5N 2C5H5NHI+C5H5NSO3 氫碘酸吡啶 硫酸吡啶 硫酸吡啶很不穩(wěn)定，與水發(fā)生副反應(yīng)，形成干擾。若有甲醇存在，則可生成

18、穩(wěn)定的化合物。 由此可見，滴定操作所用的標(biāo)準(zhǔn)溶液是含有I2、SO2、C5H5N及CH3OH的混合溶液，此溶液稱為費(fèi)休試劑。,費(fèi)休法的滴定總反應(yīng)式可寫為： （ I2+SO2+3C5H5N+CH3OH ）+H2O 2 C5H5N HI+ C5H5N HSO4CH3 從上式可以看到1mol水需要與1mol 碘、1mol 二氧化硫和3mol 吡啶及1mol 甲醇反應(yīng)，產(chǎn)生2mol 氫碘酸吡啶和1mol 甲基硫酸氫吡啶（實(shí)際操作中各試劑用量摩爾比為I2：SO2：C5H5N=1：3：10 ）。,滴定操作中可用兩種方法確定終點(diǎn),一種是當(dāng)用費(fèi)休試劑滴定樣品達(dá)到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，再過量1滴費(fèi)休試劑中的游離碘即會(huì)使體

19、系呈現(xiàn)淺黃甚至棕黃色，據(jù)此即作為終點(diǎn)而停止滴定，此法適用于含有1%以上水分的樣品，由其產(chǎn)生的終點(diǎn)誤差不大；,另一方法為雙指示電極安培滴定法，也叫永停滴定法，其原理是將兩枚相似的微鉑電極插在被滴樣品溶液中，給兩電極間施加1025mV電壓，在開始滴定直至化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前，因體系中只存留碘化物而無游離碘，電極間的極化作用使外電路中無電流通過（即微安表指針始終不動(dòng)），而當(dāng)過量1滴費(fèi)休試劑滴入體系后，由于游離碘的出現(xiàn)使體系變?yōu)槿O化，則溶液開始導(dǎo)電，外路有電流通過，微安表指針偏轉(zhuǎn)至一定刻度并穩(wěn)定不變，即為終點(diǎn)，此法更適宜于測(cè)定深色樣品及微量、痕量水分時(shí)采用。,(2) 適用范圍,費(fèi)休法廣泛地應(yīng)用于各種液體、固

20、體及一些氣體樣品中水分含量的測(cè)定，均能得到滿意的結(jié)果，在很多場(chǎng)合，此法也常被作為水分特別是痕量水分（低至ppm級(jí)）的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，用以校正其他測(cè)定方法。在食品分析中，采用適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施后此法能用于含水量從1ppm到接近100%的樣品的測(cè)定，已應(yīng)用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶葉、乳粉、煉乳及香料等食品中的水分測(cè)定，結(jié)果的準(zhǔn)確度優(yōu)于直接干燥法，也是測(cè)定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。, 主要儀器 KF-l 型水分測(cè)定儀 SDY-84 型水分滴定儀 (4) 試劑 無水甲醇：要求其含水量在0.05%以下。量取甲醇約200mL置干燥圓底燒瓶中，加光潔鎂條15g與碘0.5g，接上冷凝裝置，冷凝

21、管的頂端和接受器支管上要裝上無水氯化鈣干燥管，當(dāng)加熱回流至金屬鎂條溶解。分餾，用干燥的抽濾瓶作接受器，收集64650餾分備用。, 無水吡淀：要求其含水量在0.1%以下 碘：將固體碘置硫酸干燥器內(nèi)干燥48h 以上 無水硫酸鈉 硫酸 二氧化硫：采用鋼瓶裝的二氧化硫或用硫酸分解亞硫酸鈉而制得 5A分子篩, 水甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液：每mL含1mg水，準(zhǔn)確吸取1mL水注入預(yù)先干燥的1000mL容量瓶中，用無水甲醇稀釋至刻度，搖勻備用。 卡爾費(fèi)休試劑：稱取85g碘于干燥的1L具塞的棕色玻璃試劑瓶中，加入670mL無水甲醇，蓋上瓶塞，搖動(dòng)至碘全部溶解后，加入270mL吡啶混勻，然后置于冰水浴中冷卻，通入干燥的二氧化硫氣體6070g，通氣完畢后塞上瓶塞，放置暗處至少24h 后使用。,標(biāo) 定,預(yù)先加入50mL無水甲醇于水分測(cè)定儀的反應(yīng)器中，接通儀器電源，啟動(dòng)電磁攪拌器，先用卡爾費(fèi)休試劑滴入甲醇