工学化学分析课件.pptx

知识点知识点水分和水分活度的测定水分和水分活度的测定糖的测定糖的测定脂类的测定脂类的测定蛋白质的测定蛋白质的测定第1页/共59页第一节第一节 水分的测水分的测定定水分是一极为重要的分析项目。意义：意义：测定样品的水分，不仅可以了解样品水分的含量和掌握样品的基础数据，而且可以增加其他项目的可比性。方法：方法：水分测定方法一般采用烘干法。第2页/共59页一、水分的存在形一、水分的存在形式式水之所以能以各种形态存在于动植物组织中，是由于水能被两种作用力即氢键结合力和毛细管力联系着。1.1.游游离离水水：又称自由水、机械结合水。是以毛细管力联系着的水。具有天然水的性质。在环境温度湿度下能够自由进出样品的水分。第3页/共59页2.2.结合水结合水 也称化学结合水。由氢键结合力联系着的水。结合水与样品中亲水物质结合紧密，不具有天然水的性质，在受热状态下也不易除去。第4页/共59页在游离水总量中，还有一部分水，是与结合水相毗邻，以氢键结合的水，这部分水不能完全自由运动，但加热时较易除去，通常相当于水分总量的717%。第5页/共59页结结合合水水和和自自由由水水的的差差别别结合水的蒸气压比自由水低得多。结合水对样品的可溶性成分不起溶剂作用。微生物赖以生存的是自由水，也称为可利用水。结合水和细胞内水（细胞内溶液）难于被微生物利用。结合水的量与样品中大分子的极性基团有着比较固定的比例关系。第6页/共59页 不同的成分和质构对水分的束缚度也不同，水在样品变化反应中的效力是其含量和状态二者的函数。注注意意：结合水和自由水之间的界限很难定量地做截然的区分，只能根据物理化学性质做定性的区分。第7页/共59页二、常见的水分测定法二、常见的水分测定法 1.1.直接法：直接法：利用水分本身的物理性质和化学性质测定水分的方法。如：重量法、蒸馏法、卡尔费休法、化学方法第8页/共59页（1）基于从样品中除去水分，并测量失重或水分分离量的方法，如重量法、蒸馏法等。可选做常规分析方法，而且特别适用于高水分含量的新鲜样品。（2）基于水的化学活动性以测定水分的方法，如Kcal Fisher法直接分析法精确度高，重复性好，但花费时间较多，且主要靠人工操作。第9页/共59页2.2.间接法间接法 采用湿固体参数来测定水分，即利用测定样品的与水分含量有规则性相应变化的某些物理化学性质的物理测定方法。特点：特点：不是直接测定，每种类型的物质均需要适宜的参比样品对方法进行校正。很少有在新鲜与加工产品水分含量的全范围内均能精确测定的方法。第10页/共59页 间接法所得结果的精确度一般比直接法低，而且需要校正。间接法速度快，能自动地连续测量，可用于生物工业生产中的水分含量自动控制。适用于实验室中大量的和经常提供的具有中等水分含量（5-20%）的同类物料的分析。第11页/共59页三、干燥法（重量法）三、干燥法（重量法）原样重量-干燥后重量=水分重量在干燥过程中，所除去的水是以自由水为主体的。重量法测得的是所失去的挥发物质的总量，而不完全是水。样品中结合水的排除是较困难的，有待水分活度的测定。第12页/共59页样品应符合的条件样品应符合的条件（1）水分是唯一的挥发物质；（2）水分的排除情况很完全；（3）样品中其他组分在加热过程中由于发生化学反应而引起的重量变化可以忽略不计。第13页/共59页（一）烘箱干燥法（一）烘箱干燥法在一定温度和压力条件下，将样品加热干燥，以排除其中水分的方法。包括常压烘箱干燥法和真空烘箱干燥法。费时较长，但操作简便，应用范围较广。烘箱法实际上不可能测出样品中的真正水分。不同的国家、地区，不同的学术组织对加热干燥法测定水分的条件规定不尽相同，有时甚至相差很远。第14页/共59页1.1.原理原理（1 1）直接干燥法）直接干燥法在大气压下，采用比水的沸点稍高的温度加热试样，样品中的水分受热以后，产生的蒸汽压高于空气在电热干燥箱中的分压，使样品中的水分蒸发出来。同时，由于不断的加热和排走水蒸汽，而达到完全干燥的目的。样品干燥的速度取决于这个压差的大小。根据试样减轻的质量计算水分含量。第15页/共59页适用范围适用范围95105直接干燥法为第一标准法。常压干燥法不大可能测出样品中真正水分。适用于在95105范围不含其他挥发成分极微且对热不稳定的各种样品。不适宜于胶体样品及高脂肪或高糖样品或含有较多高温易氧化、易挥发物质的样品。第16页/共59页（2 2）真空烘箱法）真空烘箱法（减压干燥法）（减压干燥法）利用真空烘箱中的低压，使样品水分在低于100的温度下挥发。测定结果比较接近真实水分。尤其适于在105左右的温度下组分易发生变化的样品水分测定。适用于胶状样品、高温易分解样品及含水较多而挥发性较慢的样品中水分的测定。第17页/共59页（3 3）定温定时法）定温定时法 采用比105高的温度，在限定的时间内将试样烘干，根据试样减轻的质量计算水分含量。原理原理：在所用的条件下，因为高温而使试样中有机物质损失的质量与试样中在限定时间内尚未蒸发的水分质量基本相等。是一种水分测定的快速方法。第18页/共59页2.2.样品的预处理样品的预处理（1）固体样品必须磨碎。在磨碎过程中，要防止样品中水分含量变化。（2）液态样品先在水浴上浓缩，然后用烘箱干燥。（3）糖浆、甜炼乳等浓稠液体，在测定之前一般要加水稀释，使稀释液固形物含量控制在2030%或加干燥助剂。第19页/共59页（4）谷类原料水分如大于16，可采用二步干燥法。在低温下（常温风干或60左右）预先干燥至水分为1214。然后将原料粉碎，以烘箱法准确测定其水分。原料总水分为：Z（%）=(w1w2)+w2x%/w1 100二步干燥法所得分析结果准确度较一步法高，但费时更长。二步干燥法第20页/共59页3.3.样品重量和称量皿规样品重量和称量皿规格格样品重量通常控制其干燥残留物为24克。称量皿底部直径：对少量液体为45cm，对多量液体为6.59.0cm，对水产品为9cm。第21页/共59页称量瓶的选择称量瓶的选择 玻璃称量皿能耐酸碱，不受样品性质的限制，常用于常压干燥法。铝制称量盒质量轻，导热性强，但对酸性食品不适宜，常用于减压干燥法或原粮水分的测定。选择称量皿的大小要合适，一般样品不超过1/3高度。第22页/共59页称量皿称量皿称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。第23页/共59页4.4.干燥设备干燥设备常压电热烘箱和真空烘箱。常压烘箱分为对流式和强力通风式两类，一般采用对流式。烘箱内各部位温度变动不应超过2。真空烘箱因主要利用圆筒壁传导加热，内部各部位的温度分布不均匀，因此要求样品放在温度计附近。第24页/共59页 干燥设备第25页/共59页5.5.干燥条件干燥条件干燥条件因被测样品的性质及分析项目的不同而有所改变。（1 1）干燥温度：）干燥温度：70110。（2 2）干燥时间：）干燥时间：干燥至恒重的方法。规定干燥时间。（3 3）压力：）压力：分为常压和减压两种。第26页/共59页 6.干燥器第27页/共59页干燥器中的干燥剂干燥器中的干燥剂常用的有无水硫酸钙、无水过氯酸镁、氧化钙、五氧化二磷、浓硫酸及变色硅胶等。第28页/共59页7.7.注意事项注意事项（1）要将称量皿放在温度计水银球附近。（2）定温定时法必须切实作到定烘干温度、定烘干时间、定烘盒规格、定试样量。（3）称量皿从烘箱中取出后，应迅速放入干燥器中进行冷却。（4）谷类等含水分较低样品，干燥时间一般不易过长，以防组分氧化而增重。第29页/共59页（5）对于加热可引起分解的样品，应以真空减压、低温干燥。（6）对高水分的粮油样品，宜先预干燥再测定，即采用两次干燥法测定。（7）油脂或含油高的样品，有时很难恒重。（8）测定粘稠性样品，可添加预先经灼烧处理，并已称至恒重的石英砂或海砂。（9）液体样品可在热水浴上蒸发至呈糊状，再用烘箱干燥，可加入少量海砂。（10）在干燥过程中做记录。7.注意事项第30页/共59页8.8.产生误差的原因产生误差的原因（1）样品中含有醇、挥发性酸等低沸点易挥发成分。（2）除去的大多为自由水，有部分结合水很难去除。（3）样品细度、烘干时间与温度都会影响测量结果。（4）烘干过程中，样品内出现了物理栅，妨碍水分从样品内部扩散到它的表层。第31页/共59页（5）样品含水量过高，干燥温度也较高时，有些样品可能发生变化。（6）糖分，特别是果糖，对热很不稳定。（7）样品中含有双键或其他易于氧化的基团。（8）含有较多氨基酸、蛋白质及羰基化合物的样品，长时间加热会发生羰氨反应，析出水分而导致误差。（9）制备样品的设备、样品制备的方法、样品烘后在干燥器内的滞留时间、称量速度也会影响水分的测量结果。第32页/共59页四、蒸馏法四、蒸馏法（一）原理（一）原理两种互不溶解的液体的二元体系的沸点低于各组分的沸点，试样中加入与水不相溶的有机溶剂，使水分与有机溶剂形成共沸混合物而降低沸点。加热使水分连同溶剂一并蒸出，冷凝之并收集在容器内，水分与溶剂分离。根据所得水分的容量计算被测物质的含水量。第33页/共59页（二）（二）特点和使用范围特点和使用范围蒸馏法采用了一种有效的热交换方式，水分被迅速移去，样品组分所发生的化学变化较小。蒸馏法是在密闭的容器中进行的，设备简单，操作方便，广泛用于多种样品的水分的测定。由于一些样品中含有大量的挥发性物质，使用蒸馏法较为准确。此法费时较短，但所得样品水分含量结果往往较烘干法偏高。蒸馏法是唯一公认的香料中水分检验方法。第34页/共59页（三）蒸馏装置（三）蒸馏装置 第35页/共59页（四）有机溶剂的选择（四）有机溶剂的选择与水形成共沸物后可使沸点降低。与水不互溶。溶剂的性质：密度、能否完全润湿样品，适当的热传导、化学惰性、可燃性及样品的性质等。第36页/共59页（五）产生误差的原（五）产生误差的原因因原因原因（1）样品中水分没有完全挥发出来。（2）水分附集在冷凝器及连接管的内壁。（3）水分溶解在有机溶剂中，生成了乳浊液。（4）馏出了水溶性的组分。第37页/共59页预防预防（1）添加少量戊醇、异丁醇等，可防止出现乳浊液。（2）防止水分附集于蒸馏器内壁，需充分清洗仪器。（3）对粘性或热不稳定样品，宜分散涂布于硅藻土上。（4）蒸馏结束后，如有水滴附集在管壁上，应用绕有蘸满溶剂的铜丝将这些水滴回收，或从冷凝管顶端注入少量甲苯洗净。第38页/共59页五、五、Kcal Fisher法（法（K-F法）法）1935年由Kcal Fisher提出。此法有严格的计量关系，可以只对水定量且不受大气湿度的影响。是一种以滴定法测定水分的化学分析法（碘量法），可用于测定微量水分。常被作为水分的标准分析方法，用以校正其他测定方法。采用适当的预防措施后，此法能用于从ppm到接近100%的样品的水分测定。第39页/共59页（一）原理（一）原理I2氧化SO2时，需要有定量的水参加。2H2O+I2+SO2 2HI+H2SO4C5H5NI2+C5H5NSO2+C5H5N+H2O 2C5H5NHI+C5H5NSO3C5H5NSO3+H2O C5H5NH2SO4C5H5NSO3+CH3OH C5H5NHSO4CH3第40页/共59页 总反应：总反应：（I2+SO2+3C5H5N+CH3OH）+H2O 2C5H5NHI+C5H5NHSO4CH3I2、SO2、C5H5N及CH3OH的混合标准溶液称Kcal Fisher 试剂。实际使用的Kcal Fisher 试剂中，SO2、吡啶和甲醇的用量都是过量的。试剂中I2：SO2：C5H5N=1：3：10。第41页/共59页滴定终点滴定终点可用试剂本身中的碘作为指示剂。这种确定终点的方法适用于含有1%或更多水分的样品。测定样品中微量水分或深色样品时常用“永停法”确定。第42页/共59页 1.自动滴定瓶2.反应瓶3.电磁搅拌器4.永停法确定终点的电学系统5.检流计A、B 氮气进口C 进样口D 废液排出口E 白金电极的磨口插口F 鼓气口G 通大气口第43页/共59页微量微量水分水分测定测定仪仪第44页/共59页（二）测定（二）测定样品无水甲醇溶解加热回流萃取液滴定操作过程中充氮气保护第45页/共59页（三）讨论（三）讨论新鲜配制的Kcal Fisher试剂其有效浓度不断降低。C5H5NI2+C5H5NSO2+C5H5N+2CH3OH C5H5N（CH3）SO4CH3+2C5H5NHI新鲜配制的Kcal Fisher试剂，混合后需放置一定时间后才能使用，每次应用以前均应标定。第46页/共59页 Kcal Fisher试剂的浓度可用标准水溶液进行标定，或可采用稳定的水合盐。常用的水合盐为酒石酸钠二水合物，理论含水量为15.66%。Kcal Fisher法是迅速准确测定水分的方法。样品中含有强还原性物料包括Vc，不能用此法测定。Kcal Fisher 法测定水分结果反映样品中的真实水分，可用于测定样品中的水分活度。讨论第47页/共59页第二节第二节 水分水分活度的测定活度的测定 第48页/共59页一、测定的意义一、测定的意义 水分活度是表示样品中水分存在的状态，是以热力学来表示水的自由度。水分活度是表示样品中水分存在的状态，是以热力学来表示水的自由度。水分活度指溶液中水的逸度与纯水逸度之比值；也可近似地表示为溶液中水蒸汽水分活度指溶液中水的逸度与纯水逸度之比值；也可近似地表示为溶液中水蒸汽分压与纯水蒸汽分压之比。分压与纯水蒸汽分压之比。Aw=P/PAw=P/P0 0=n=n0 0/（n n1 1+n+n0 0）=R=RH H/100/100R RH H（ERHERH）平衡相对湿度，即上述的既不被干燥也不吸湿时的大气相对湿度。平衡相对湿度，即上述的既不被干燥也不吸湿时的大气相对湿度。第49页/共59页水分含量与水分活度是两种不同的概念。水分含量是指样品中水的总含量；而水分活度则表示样品中水分存在的状态。样品水分含量越高其Aw值越大，但不同种样品即使水分含量相同往往Aw值也不同。第50页/共59页 水分活度反映了样品与水的亲合能力程度，表示了样品中所含的水分作为微生物化学反应和微生物生长的可用价值。样品水分活度的高低不能按其水分含量来考虑。Aw值的大小对样品的色、香、味、质构以及样品的稳定性都有着重要影响。第51页/共59页二、水分活度的测定方二、水分活度的测定方法法（一）（一）水分活度仪测定法水分活度仪测定法1.原理：原理：利用Aw测定仪装置中的传感器（湿敏元件），根据样品中水蒸气压力的变化，从仪器的表头上读出所示的水分活度。第52页/共59页 2.2.仪器仪器：水分活度测定仪第53页/共59页（1 1）仪器校正：）仪器校正：用BaCl2饱和溶液校正Aw测定仪Aw为9.000。（2 2）样品测定：）样品测定：取试样经1525恒温后，置于容器样品盒内，将具有传感器装置的表头置于样品盒上轻轻拧紧，移置于20恒温烘箱中，待指针恒定不变时，所指示的数值即为此温度下试样的Aw值。本仪器测定的是20时的水分活度，如操作中温度变化时，需对所得数值进行校正。3.操作方法第54页/共59页（二）（二）溶剂萃取法溶剂萃取法1.1.原理：原理：苯在一定温度下其萃取的水量随样品中水分活度而变化。同温度下测定的苯中饱和溶解水值与水相中的水的比值即为该样品的水分活度。第55页/共59页2.2.操作方法操作方法 样品苯萃取加入无水甲醇混合用卡尔费休试剂滴定苯中饱和溶解水值：取蒸馏水代替样品，加苯萃取，以下操作步骤按上述样品测定相同，同样记录卡尔费休试剂的毫升数。Aw=H2On10/H2O0 H2On从样品中萃取的水量。H2O0测定纯水中萃取水量。注意：所用苯为光谱纯。第56页/共59页（三）（三）扩散法扩散法也叫直接测定法、坐标内插法原理：原理：样品在康威氏微量扩散皿的密封和恒温条件下，将一系列已知水分活度的标准溶液与试样一起放入密闭容器中，分别在Aw较高和较低的标准饱和溶液中扩散平衡后，根据样品重量的增加和减少的量，绘出曲线图，从图上查出样品重量不变值，既为样品中Aw值。第57页/共59页 第58页/共59页感谢您的观看。第59页/共59页