為什么需要測量水分含量？
絕大多數(shù)的產(chǎn)品都含有水分。通常水分含量的多少無關(guān)緊要，但對于需要銷售的產(chǎn)品以及與含水量會影響產(chǎn)品的一些性質(zhì)時需要測試水分的含量：
- 產(chǎn)品的保質(zhì)期
- 粉末產(chǎn)品可能會凝固結(jié)塊
- 產(chǎn)品的流動性、粘度
- 產(chǎn)品的真實含量
- 濃度或純度
- 商業(yè)化的要求（復合產(chǎn)品的質(zhì)量特性）
- 產(chǎn)品的營養(yǎng)成分含量
- 合法性（食品方面的法律法規(guī)）

一： 產(chǎn)品一般以固體狀、半固體狀、液體狀、粉末狀等形式存在。但是它們不論是原料、半成品或者成品，亦時候這種存在形式都含有一定量的水，那么這一定量的水在這些物質(zhì)中以什么形式存在呢？其實物質(zhì)中水分總是以兩種狀態(tài)存在的：

⑴     、自由水  Free Water（即游離水）：（水分儀測試的是游離水）

游離水主要存在植物細胞間隙，具有水的一切特性，也就是說100℃時水要沸騰，0℃以下要結(jié)冰，并且易汽化。游離水是我們產(chǎn)品的主要分散劑，可以溶解糖、酸、無機鹽等，可用簡單的熱力方法除掉。

⑵、結(jié)合水  Bound Water

（結(jié)晶水和束縛水是屬于物質(zhì)分子內(nèi)部的水）

①、束縛水：這種水是與食品中脂肪Fat、蛋白質(zhì)Protein、碳水化合物CHO等形式結(jié)合狀態(tài)。它是從氫鍵的形式與有機物的活性基團結(jié)合在一起，故稱束縛水。束縛水不具有水的特性，所以要除掉這部分水是困難的。

特點：

 ②、結(jié)晶水：

是以配價鍵的形式存在，它們之間結(jié)合的很牢固，難以用普通方法除這一部分水。

在烘干食品時，自由水就容易氣化，而結(jié)合水就難于氣化。冷凍食品時，自由水凍結(jié)，而結(jié)合水在－30℃仍然不凍。結(jié)合水和食品的構(gòu)成成分結(jié)合，穩(wěn)定食品的活性基，自由水促使腐蝕食品的微生物繁殖和酶起作用，并加速非酶褐變或脂肪氧化等化學劣變。

二、水分測定方法：

⑴、熱干燥法：① 常壓干燥法（此法用的廣泛）；

                    ② 真空干燥法（有的樣品加熱分解時用）；

                    ③ 紅外線干燥法；（物理加熱水分儀）

                    ④ 真空器干燥法（干燥劑法）；

⑵、蒸餾法

⑶、卡爾費休法（化學測試方法）

⑷、水分活度A_W的測定

下面我們分別講述測定水分的方法。

①、常壓干燥法：特點與原理

特點：此法應(yīng)用zui廣泛，操作以及設(shè)備都簡單，而且有相當高的度。

 原理：食品中水分一般指在大氣壓下，100℃左右加熱所失去的物質(zhì)。但實際上在此溫度下所失去的是揮發(fā)性物質(zhì)的總量，而不*是水。

2、干燥法必須符合下列條件（對食品而言）：

⑴ 水分是*揮發(fā)成分

這就是說在加熱時只有水分揮發(fā)。例如，樣品中含酒精、香精油、芳香脂都不能用干燥法，這些都有揮發(fā)成分。

⑵ 水分揮發(fā)要*

對于一些糖和果膠、明膠所形成凍膠中的結(jié)合水。它們結(jié)合的很牢固，不宜排除，有時樣品被烘焦以后，樣品中結(jié)合水都不能除掉。因此，采用常壓干燥的水分，并不是食品中總的水分含量。

⑶ 食品中其它成分由于受熱而引起的化學變化可以忽略不計。

例：還原糖+氨基化合物  ^△→    變色（美拉德反應(yīng)）+H₂O↑

還有 H₂C₄H₄O₆（酒石酸）+ 2NaHCO₃  →   NaC₄H₄O₆（酒石酸鈉）+2H₂O+2CO₂

發(fā)酵糖（NaHCO₃+KHC₄H₄O₆）  ^△  →H₂O+CO₂+ NaKC₄H₄O₆

高糖高脂肪食品不適應(yīng)

只看符合上面三點就可采用烘箱干燥法。烘箱干燥法一般是在100～105℃下進行干燥。

我們講的上面三點，應(yīng)該是具體的具體分析，對于一個分析工作人員，或者是一個技術(shù)員，雖然干燥法必須符合三點要求，那么我們在只有烘箱的情況下，而且蓑紅樣品不見得符合以上講的三點，難道就不測水分嗎？

例如，啤酒廠要經(jīng)常測啤酒花的水分，啤酒花中含有一部分易揮發(fā)的芳香油。這一點不符合我們的*點要求，如果用烘箱法烘，揮發(fā)物與水分同時失去，造成分析誤差。此外，啤酒花中的α—酸在烘干過程中，部分發(fā)生氧化等化學反應(yīng)，這又造成分析上的誤差，但是一般工廠還是用烘干法測定，他們一般采取低溫長時間（80～85℃烘4小時），或者高溫短時（105℃烘1小時）

所以應(yīng)根據(jù)我們所在的環(huán)境和條件選擇合適的操作條件，當然我們應(yīng)該首先明白有沒有揮發(fā)物和化學反應(yīng)等所造成的誤差。

3、烘箱干燥法的測定要點

⑴ 取樣（稱樣）

在采樣時要特別注意防止水分的變化，對有些食品例如奶粉、咖啡等很容易吸水，在稱量時要迅速，否則越稱越重。

⑵ 干燥條件的選擇

三個因素：①溫度；②壓力（常壓、真空）干燥；③時間。

一般是溫度對熱不穩(wěn)定的食品可采用70～105℃；溫度對熱穩(wěn)定的食品采用120～135℃。

4、操作方法

清洗稱量皿→烘至恒重→稱取樣品→放入調(diào)好溫度的烘箱（100～105℃）→烘1.5小時→于干燥器冷卻→稱重→

再烘0.5小時→稱至恒重（兩次重量差不超過0.002g即為恒重）

   ＊ 油脂或高脂肪樣品，由于脂肪氧化，而后面一次重量反而增加，應(yīng)以前一次重量計算。

＊ 對于易焦化和容易分解的食品，可以選用比較低的溫度或縮短干燥時間。

＊ 對于液體與半固體樣品，要在稱量皿中加入海砂，使樣品疏松，擴大蒸發(fā)的接觸面，并且用一個玻璃棒作為容器。先放到沸水浴中烘，烘的差不多，再放到烘箱烘，否則不加海砂樣品容易使表面形成一層膜，造成水分不易出來，另外易沸騰的液體飛沫使重量損失。

計算     水分=  G₂   －   G_{1 /}   W   

固形物（%）=100 － 水分%

G₁ —— 恒重后稱量皿重量（g）

G₂ —— 恒重后稱量皿和樣品重量（g）

W —— 樣品重量（g）

固形物 —— 指食品內(nèi)將水分排除以后的全部殘留物。其組分有蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、無氮抽出物和灰分等。

5、烘箱干燥法產(chǎn)生誤差的原因

⑴ 樣品中含有非水分易揮發(fā)性物質(zhì)（酒精、醋酸、香精油、磷脂等）；

⑵ 樣品中的某些成分和水分的結(jié)合，使測的結(jié)果偏低（如蔗糖水解為二分子單糖），主要是限制水分揮發(fā)；

⑶ 食品中的脂肪與空氣中的氧發(fā)生氧化，使樣品重量增重；

⑷ 在高溫條件下物質(zhì)的分解（果糖對熱敏感）；

   果糖 C₆H₁₂O_{6   大于70℃}  ^△→C₆H₆O₃ + 3H₂O

⑸ 被測樣品表面產(chǎn)生硬殼，妨礙水分的擴散；尤其是對于富含糖分和淀粉的樣品；

⑹ 烘干到結(jié)束樣品重新吸水。

二、真空干燥法

1、原理：利用較低溫度，在減壓下進行干燥以排除水分，樣品中被減少的量為樣品的水分含量。

本法適用于在100℃以上加熱容易變質(zhì)及含有不易除去結(jié)合水的食品。其測定結(jié)果比較接近真正水分。

2、操作方法

準確稱2.00～5.00g樣品→于烘至恒重的稱量皿→至真空烘箱→70℃、真空度93.3～98.6KPa（700～740mmHg）→烘5小時→于干燥皿冷卻→稱至恒重

計算：              水分=  G _/   W

G —— 樣品中干燥后的失重（g）

W —— 樣品重量（g）

真空干燥法測水分，一般用于100℃以上容易變質(zhì)、破壞或不易除去結(jié)合水的樣品，如糖漿、味精、砂糖、糖果、蜂蜜、果醬和脫水蔬菜等樣品都可采用真空干燥法測定水分。

⑶、紅外線干燥法的工作原理：

紅外線檢測是根據(jù)諸如OH與CH等基因吸收特定波長的紅外線，原理工作的，水份檢測是根據(jù)水份中的H與O結(jié)合物能夠吸收幾個特定波長來測量被測物中的水份的。

三、蒸餾法測定水分（迪安—斯達克）

蒸餾發(fā)出現(xiàn)在二十世紀初，當時它采用沸騰的有機液體，將樣品中水分分離出來，此法直到如今仍在適用。

1、原理：把不溶于水的有機溶劑和樣品放入蒸餾式水分測定裝置中加熱，試樣中的水分與溶劑蒸汽一起蒸發(fā)，把這樣的蒸汽在冷凝管中冷凝，由水分的容量而得到樣品的水分含量。

2、步驟

準確稱2.00～5.00g樣品→于250ml水分測定蒸餾瓶中→加入約50～75ml有機溶劑→接蒸餾裝置→徐徐加熱蒸餾→至水分大部分蒸出后→在加快蒸餾速度→至刻度管水量不在增加→讀數(shù)

計算：            

            水分=V/W

V —— 刻度管中水層的容量 ml

W —— 樣品的重量（g）

3、常用的有機溶劑及選擇依據(jù)

常用的有機溶劑有比水清的，也有比水重的。

苯      甲苯      二甲苯      CCl₄

  密度   0.88      0.86       0.86        1.59

  沸點   80℃     80℃       140℃      76.8℃

選擇依據(jù)：對熱不穩(wěn)定的食品，一般不采用二甲苯，因為它的沸點高，常選用低沸點的有機溶劑，如苯。對于一些含有糖分，可分解釋放出水分的樣品，如脫水洋蔥和脫水大蒜可采用苯，要根據(jù)樣品的性質(zhì)來選擇有機溶劑。

4、蒸餾法的優(yōu)缺點

            ⑴ 熱交換充分

優(yōu)點         ⑵ 受熱后發(fā)生化學反應(yīng)比重量法少

⑶ 設(shè)備簡單，管理方便

              ⑴ 水與有機溶劑易發(fā)生乳化現(xiàn)象

缺點       ⑵ 樣品中水分可能*沒有揮發(fā)出來

⑶ 水分有時附在冷凝管壁上，造成讀數(shù)誤差

對分層不理想，造成讀數(shù)誤差，可加少量戊醇或異丁醇防止出現(xiàn)乳濁液。

這種方法用于測定樣品中除水分外，還有大量揮發(fā)性物質(zhì)，例如，醚類、芳香油、揮發(fā)酸、CO₂等。目前AOAC規(guī)定蒸餾法用于飼料、啤酒花、調(diào)味品的水分測定，特別是香料，蒸餾法是*的、*的水分檢驗分析方法。

四：水分活度  Water Activity

水分活度定義：

水是食品的主要組分，水分存在的狀態(tài)直接影響食品自身的生化過程和周圍微生物的繁殖狀況，研究食品中水存在的狀態(tài)有助于理解食品的*程度。水分活度指示食品中水的狀態(tài)和其他組分的結(jié)合程度，是食品穩(wěn)定性和安全性的重要指標。

食品中的水分，上面我們按其存在狀態(tài)分為兩種；自由水、結(jié)合水。不論是自由水或是結(jié)合水均以加熱至100～115℃時的減重來定量的。實際上，食品中的水分無論是新鮮的或是干燥的都隨環(huán)境條件的變動而變化。

如果食品周圍環(huán)境的空氣干燥、濕度低，則水分從食品向空氣蒸發(fā)，水分逐漸少而干燥，反之，如果環(huán)境濕度高，則干燥的食品就會吸濕以至水分增多?？傊?，不管是吸濕或是干燥zui終到兩者平衡為止。通常，我們把此時的水分稱為平衡水分（Equilibrum moisture）

　   也就是說，食品中的水分并不是靜止的，應(yīng)該視為活動的狀態(tài)，所以，我們從食品保藏的角度出發(fā)，食品的含水量不用含量（%）表示，而用活度表示A_W。其定義為食品所顯示的水蒸氣壓P對在同一濕度下zui大水蒸氣壓P_O之比。

即              A_W=P /P₀₌R_H/100

P ——食品中水蒸氣分壓

P₀——純水的蒸氣壓

R_H——平衡相對濕度

A_W反映了食品與水的親和能力程度，它表示了食品中所含的水分作為微生物化學反應(yīng)和微生物生長的可用價值。食品的水分活度的高低是不能按其水分含量來考慮的。例如，*生長要求的zui低水分活度為0.86，而相當于這個水分活度的水分含量則隨不同的食品而異，如干肉為23%，乳粉為16%，干燥肉汁為63%，所以按水分含量多少難以判斷食品的保存性，只有測定和控制水分活度才對于食品保藏性具有重要意義。

水分活度是指食品中水分存在的狀態(tài)，即水分與食品結(jié)合程度（游離程度）。（1）水分活度值越高，結(jié)合程度越低；水分活度值越低，結(jié)合程度越高； （2） 水分活度數(shù)值：用Aw表示，水分活度值等于用百分率表示的相對濕度，其數(shù)值在0-1之間。溶液中水的蒸氣分壓P與純水蒸氣壓Q的比值，Aw=P/Q （3）水分活度的測試意義：Aw值對食品保藏具有重要的意義。含有水分的食物等由于其水分活度之不同，其儲藏期的穩(wěn)定性也不同。利用水分活度的測試，反映物質(zhì)的保質(zhì)期，已逐漸成為食品，醫(yī)藥，生物制品等行業(yè)中檢驗的重要指標。 （4） 測試方法：水分活度的測定方法有傳統(tǒng)的擴散法和ERH水分活度測試法等。ERH 水分活度測試法：通過測試含水物品表面與樣品周圍環(huán)境氣體達成平衡狀態(tài)的特性，進而測試水分活度，該方法為近年來關(guān)注的新型理化測試原理。HBD5MS2100水分活度測試儀就是應(yīng)用ERH法測試水分活度Aw值。

　　水分活度與食品安全性的關(guān)系：

　　雖然在食物凍結(jié)后不能用水分活度來預測食物的安全性，但在未凍結(jié)時，食物的安全性確實與食物的水分活度有著密切的關(guān)系。水分活度是確定貯藏期限的一個重要因素。當溫度、酸堿度和其他幾個因素影響產(chǎn)品中的微生物快速生長的時候，水分活度可以說是控制*zui重要的因素?？偟内厔菔?，水分活度越小的食物越穩(wěn)定，較少出現(xiàn)*變質(zhì)現(xiàn)象。具體來說水分活度與食物的安全性的關(guān)系可從以下按個方面進行闡述：

　　a 從微生物活動與食物水分活度的關(guān)系來看：各類微生物生長都需要一定的水分活度，換句話說，只有食物的水分活度大于某一臨界值時，特定的微生物才能生長。一般說來，細菌為aw>0.9，酵母為aw>0.87，霉菌為aw>0.8。一些耐滲透壓微生物除外。

　　b 從酶促反應(yīng)與食物水分活度的關(guān)系來看：水分活度對酶促反應(yīng)的影響是兩個方面的綜合，一方面影響酶促反應(yīng)的底物的可移動性，另一方面影響酶的構(gòu)象。食品體系中大多數(shù)的酶類物質(zhì)在水分活度小于0.85 時，活性大幅度降低，如*、酚氧化酶和多酚氧化酶等。

　　但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度為0.3 甚至0.1 時也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。

　　c 從水分活度與非酶反應(yīng)的關(guān)系來看：脂質(zhì)氧化作用：在水分活度較低時食品中的水與氫過氧化物結(jié)合而使其不容易產(chǎn)生氧自由基而導致鏈氧化的結(jié)束，當水分活度大于0.4 水分活度的增加增大了食物中氧氣的溶解。加速了氧化，而當水分活度大于0.8 反應(yīng)物被稀釋，

二：

卡爾—費休化學方法

1．1935年卡爾-費休（KarlFischer）首先提出了利用容量分析測定水分的方法，這種方法即是GB6283《化工產(chǎn)品中水分含量的測定》中的目測法。目測法只能測定無色液體物質(zhì)的水分。后來，又發(fā)展為電量法。隨著科技的發(fā)展，繼而又將庫侖計與容量法結(jié)合起來推出庫侖法。這種方法即是GB7600《運行中變壓器油水分含量測定法（庫侖法）》中的測試方法?，F(xiàn)在的分類目測法和電量法統(tǒng)稱為容量法。卡氏方法分為卡氏容量法和卡氏庫侖法兩大方法。兩種方法都被許多國家定為標準分析方法，用來校正其他分析方法和測量儀器。

2．卡氏庫侖法測定水分是一種電化學方法。其原理是儀器的電解池中的卡氏試劑達到平衡時注入含水的樣品，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應(yīng)，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在陽極電解產(chǎn)生，從而使氧化還原反應(yīng)不斷進行，直至水分全部耗盡為止，依據(jù)法拉第電解定律，電解產(chǎn)生碘是同電解時耗用的電量成正比例關(guān)系的，其反應(yīng)如下：

H₂O+I₂+SO₂+3C₅H₅N→2C₅H₅N·HI+C₅H₅N·SO₃

C₅H₅N·SO₃+CH₃OH→C₅H₅N·HSO₄CH₃

在電解過程中，電極反應(yīng)如下：

陽極：2I^--2e→I₂

陰極：I₂+2e→2I^-2H⁺+2e→H₂↑

從以上反應(yīng)中可以看出，即1摩爾的碘氧化1摩爾的二氧化硫，需要1摩爾的水。所以是1摩爾碘與1摩爾水的當量反應(yīng)，即電解碘的電量相當于電解水的電量，電解1摩爾碘需要2×96493庫侖電量，電解1毫摩爾水需要電量為96493毫庫侖電量。

樣品中水分含量按（1）式計算：

，即

式中：W——樣品中的水分含量，μg；

*，卡爾費休法是測定各種物質(zhì)中微量水分的一種方法，這種方法自從1935年由卡爾費休提出后，一直采用I₂、SO₂、吡啶、無水CH₃OH（含水量在0.05%以下）配制而成，并且標準化組織把這個方法定為標準測微量水分，我們國家也把這個方法定為國家標準測微量水分。

1、原理：在水存在時，即樣品中的水與卡爾費休試劑中的SO₂與I₂產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。

   I₂ + SO₂ + 2H₂O  →    2HI + H₂SO₄

⑴     、卡爾費休庫侖法類儀器，常用來測定氣體中所含水分。此法操作簡便，應(yīng)答迅速，特別適用于測定氣體中的痕量水分。如果用一般的化學方法測定，則是非常因難的  事情。但電解法不宜用于堿性物質(zhì)或共軛雙烯烴的測定。

2、卡爾費休庫侖法類儀器，主要原理：利用化學反應(yīng)后電導率變化計算，結(jié)構(gòu)復雜，體積較大，測定度zui高，適合水分含量在100PPm以下的測定。它一般用于陰離子聚合等對水分有非常嚴格要求的化工、醫(yī)藥等行業(yè)產(chǎn)品測定，或用于多頻次的大型彩印廠使用，價格較貴。

3、卡爾-費休容量法，結(jié)構(gòu)比較簡單，體積和度適中，適合水分含量10PPm～100%的測定，一般用于對水分有嚴格要求的化工、醫(yī)藥和包裝等行業(yè)產(chǎn)品測定，價格從數(shù)千元到數(shù)萬元不等。

對于一般軟包裝行業(yè)，在測定乙酸乙酯等溶劑的水分含量時，使用卡爾-費休容量法水分測定儀*可以滿足每日2～10次測定的要求，且經(jīng)濟性比較好。

第二步：容量法與庫侖法的區(qū)別

卡爾-費休容量法水分測定的測定原理：

卡爾-費休容量法測定水分含量時，主要依據(jù)電化學反應(yīng)：I₂＋2eó2I^-

在反應(yīng)池的溶液中同時存在I₂和I^-時，該反應(yīng)在電極的正負兩端同時進行，即在一個電極上I₂被還原，而在另一個電極上I^-被氧化，因此在兩個電極之間有電流通過。如果溶液中只有I^-而無I₂同時存在，則兩個電極間沒有電流通過。

卡爾-費休試劑中含有效成分吡啶和碘等物質(zhì)，把其計量滴入反應(yīng)池，能與待測溶液中的水發(fā)生如下化學反應(yīng)：
　　H₂O＋SO₂＋I₂＋3C₅H₅N→2C₅H₅N·HI＋C₅H₅N·SO₃
　　C₅H₅N·SO₃+CH₃OH→C₅H₅N·HSO₄CH₃
　　C₅H₅N·HI→C₅H₅N·H⁺+ I^-

該反應(yīng)持續(xù)進行，不斷消耗水，生成I^-，一直到反應(yīng)滴定終點，水分消耗完畢。這時，溶液有微量未發(fā)生反應(yīng)的卡爾費休試劑存在，才能發(fā)生I₂和I^-同時存在的情況，兩個鉑電極之間的溶液開始導電，由電流指示達到終點，停止滴定。從而通過計量已消耗的卡爾費休試劑體積（容量）來標定溶液中的水分含量。

卡爾費休庫侖法（電量法）的測定原理

電量法，是基于將試樣溶于含有一定碘的特殊溶劑的電解液后，水即消耗碘，但所需的碘不再是用已標定過的含碘試劑去進行滴定，而是通過電解過程，使溶液中的碘離子在陽極氧化為碘：2I^-—2e ─→I₂

所產(chǎn)生的碘又與樣品中的水反應(yīng)。其終點用雙鉑電極指示。當電解液中碘濃度恢復到原定濃度時，停止電解。然后根據(jù)法拉第電解定律：

計算出待測試樣的水分含量。