如何检验水分含量：干燥法与蒸馏法

食品中水分测定的方法一般采用直接测定法和间接测定法。直接测定法是利用水分本身的物理性质和化学性质，去掉样品中的水分，再对其进行定量测定的方法，如直接干燥法、减压干燥法、蒸馏法和卡尔·费休法等，特点是准确度高、重复性好，应用范围较广，但费时，人工操作。间接测定法是利用食品的密度、折射率、电导率和介电常数等物理性质进行测定，如比重法、电导率法、折射率法等，不需要除去样品中的水分。特点是准确度低，快速，自动连续。

1.干燥法

在一定的温度和压力条件下，将样品加热干燥，蒸发以排除其中水分并根据样品前后失重来计算水分含量的方法，称为干燥法。一般包括常压干燥法（常压烘箱干燥法）和减压干燥法（真空烘箱干燥法）。

采用干燥法测定水分的前提条件：水分是样品中唯一的挥发物质；通过干燥可以较彻底地去除样品中的水分；在加热过程中，样品中的其他组分可能发生化学反应，但其引起的重量变化可以忽略不计。

过程：样品接受→预处理（样品、称量瓶）→准确称取适量样品于恒重称量瓶中，在规定条件下干燥→冷却→称量→干燥→冷却→称量→恒重→实验结果处理。

（1）预处理。预处理的原则是在采集、处理和保存过程中，须防止组分发生变化和水分散失。

称量瓶的预处理需要在烘箱中进行干燥处理，在100℃的烘箱进行重复干燥，以使其达到恒重（两次称量质量差不超过2mg）。称量瓶放入烘箱内，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。干燥之后的称量皿应存放在干燥器中。

海砂的预处理在需先用水洗去海砂或河沙的泥土，再用6mol/L盐酸煮沸半小时，用水洗到中性，再用6mol/L氢氧化钠溶液煮沸半小时，用水洗到中性，经105℃烘干后备用。

（2）样品重量和称量瓶规格。样品重量一般控制干燥残留物在1.5～3g，称样的质量一般如表4-2所示。

表4-2　样品的称样质量

常用的称量瓶有玻璃称量瓶，耐酸碱，不受样品性质的限制，多用于常压干燥法，其底部直径为4～5cm或6.5～9.0cm。铝质称量瓶其质量轻，导热性强，但对酸性食品不适宜，常用于减压干燥法，其直径5cm，高度至少2cm，直径加大，高度至少为3cm。选择称量瓶的大小要合适，一般样品不超过称量瓶高度的1/3。

（3）干燥设备。常用的干燥设备烘箱分为真空烘箱（强力循环通风式、温差最小）和普通电热烘箱（对流式、温差最大），特定温度和时间条件下，应考虑不同类型的烘箱引起的温差变化。

（4）干燥条件。根据样品的性质以及分析目的选择干燥的温度、压力（常压、减压）和干燥时间（干燥到恒重、规定一定的干燥时间）。

干燥温度一般是95℃～105℃；对含还原糖较多的食品应先（50℃～60℃）干燥然后再105℃加热。对热稳定的谷物可用120℃～130℃干燥；对于脂肪高的样品，后一次质量可能高于前一次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。

干燥时间直至恒重——最后两次重量之差小于2mg，基本保证水分蒸发完全。或者根据标准方法的要求选择干燥时间。

在干燥过程中，一些食品原料可能易形成硬皮或块状，造成结果不稳定或错误，可以使用清洁干燥的海砂和样品一起搅拌均匀，再将样品加热，干燥至恒重。海砂能够防止表面硬皮的形成、可以使样品分散，减少样品水分蒸发的障碍，其用量依样品量而定，一般每3g样品加20～30g海砂就能使其充分分散。也可以使用硅藻土、无水硫酸钠代替海砂。

（5）干燥器中的干燥剂。干燥器中一般采用硅胶作为干燥剂，当其颜色由蓝色减退或变成红色时，应及时更换；干燥剂在135℃下干燥2～3h后可重新利用。

常压干燥法：在一定温度（95℃～105℃）和压力（常压）下，将样品放在烘箱中加热干燥，除去蒸发的水分，干燥前后样品的质量之差即为样品的水分含量。直接干燥法测定食品中水分是国家标准第一法。该方法不能完全排出食品中的结合水，所以它不可能测出食品中真正的水分。设备和操作简单，但时间较长（4～5h），不适合含易挥发物质、高脂肪、高糖食品及含有较多的高温易氧化、易挥发、易分解物质的食品。

减压干燥法：在低压条件下，水分的沸点会随之降低。适用于在100℃以上加热容易变质及含有不易除去结合水的食品，如淀粉制品、豆制品、罐头食品、糖浆、蜂蜜、蔬菜、水果、味精、油脂等。可以防止含脂肪高的样品在高温下的脂肪氧化、含糖高的样品在高温下的脱水炭化、含高温易分解成分的样品在高温下分解等。先放入样品→连接泵，抽出箱内空气至所需压力（一般为40～53kPa），并同时加热至所需温度（55℃左右）→关闭真空泵，停止抽气→保持一定的温度和压力干燥→打开活塞→待压力恢复正常后再打开。

压力一般为40～53kPa，温度为50℃～60℃。实际应用时可根据样品性质及干燥箱耐压能力不同而调整压力和温度，从干燥箱内部压力降至规定真空度时起计算干燥时间；恒重一般以减量不超过0.5mg时为标准，但对受热后易分解的样品则可以不超过1～3mg的减量值为恒重标准。其他干燥法：化学干燥法是将某种对于水蒸气具有强烈吸附力的化学药品与含水样品一同装入一个干燥容器，通过等温扩散及吸附作用而使样品达到干燥恒重。微波（103～105MHz的电磁波）烘箱干燥法则是靠电磁波把能量传播到被加热物体的内部。加热速度快、均匀性好、易于瞬时控制、选择性吸收、加热效率高。红外线干燥法是一种快速测定水分的方法，它以红外线发热管为热源，通过红外线的辐射热和直接热加热样品，高效迅速地使水分蒸发。加热迅速，精密度差。

2.蒸馏法

基于两种互不相溶的液体二元体系的沸点低于各组分的沸点这一理论，在试样中加入与水互不相溶的有机溶剂（如苯或二甲苯等），将食品中的水分与甲苯或二甲苯共沸蒸出，冷凝收集馏出液，由于密度不同，馏出液在接收管中分层，根据馏出液中水的体积，计算样品中水分含量。

测定过程在密闭的容器中进行，加热温度较常压干燥法低，对易于氧化、分解、对热敏感的样品，均可减少测量误差。本法适用于测定含较多挥发性物质的食品，如干果、油脂、香辛料等。特别是香料，蒸馏法是唯一公认的水分测定方法。蒸馏法设备简单、操作简便，用该法测定水分含量其准确度明显高于干燥法。

称取样品适量（含水量为2～5mL）→于250mL水分测定蒸馏瓶中→加入50～75mL有机溶剂（如新蒸馏的甲苯或二甲苯75mL，以浸没样品为宜）→连接蒸馏装置→缓慢加热蒸馏→至水分大部分蒸出后→加快蒸馏速度→至刻度管水量不再增加→读数。如冷凝管或接受管上部附有水滴，可从冷凝管端加入少许甲苯或二甲苯冲洗，再蒸馏片刻直至冷凝管壁和接受管上部不再附有水滴为止，读取刻度管中水层体积。计算水分含量公式为

式中：X——样品中的水分含量，mL/100g，或按水在20℃时密度0.9982g/mL计算质量含量；

V——接收管内水的体积，mL；

m——样品的质量，g。

计算结果保留三位有效数字。

方法说明和注意事项如下。

（1）此法为食品水分测定国家标准第三法。

（2）避免了挥发性物质以及脂肪氧化造成的误差。

（3）有机溶剂的选择：考虑能否完全湿润样品、适当的热传导、化学惰性、可燃性以及样品的性质等因素。对热不稳定的食品，一般不采用二甲苯，因为它的沸点高，常选用低沸点的有机溶剂，如苯。对于一些含有糖分、可分解释放出水分的样品，如脱水洋葱和脱水大蒜可采用苯。

（4）蒸馏法的优缺点。

优点：①热交换充分；②受热后发生化学反应比重量法少；③设备简单，管理方便。

缺点：①水与有机溶剂易发生乳化现象；②样品中水分可能完全没有挥发出来；③水分有时附在冷凝管壁上，造成读数误差对分层不理想，造成读数误差，可加少量戊醇或异丁醇防止出现乳浊液。为了防止水分附集于蒸馏器内壁，须充分清洗仪器。

这种方法用于测定样品中除水分外，还有大量挥发性物质，例如，醚类、芳香油、挥发酸、CO2等。目前AOAC规定蒸馏法用于饲料、啤酒花、调味品的水分测定，特别是香料，蒸馏法是唯一的、公认的水分检验分析方法。(www.xing528.com)

3.卡尔·费休法

卡尔·费休（Karl·Fischer）法，简称费休法或K-F法，是一种以滴定法测定水分的化学分析法，是测定水分特别是微量水分最专一、最准确的方法。这种方法自从1935年由卡尔·费休提出，利用碘氧化二氧化硫时，需要用定量的水参与反应的原理测定液体、固体和气体中的含水量。标准卡尔·费休试剂一直采用I2、SO2、吡啶、无水CH3OH（含水量在0.05%以下）配制而成，并且国际标准化组织把这个方法定为国际标准测微量水分的方法。在水存在时，即样品中的水与卡尔·费休试剂中碘与二氧化硫的氧化还原反应：

2H2O+SO2+I2⇌2HI+H2SO4

但这个反应是可逆的。当硫酸浓度达到0.05%以上时，即能发生逆向反应。如果我们让反应按照一个正方向进行，需要加入适当的碱性物质以中和反应过程中生成的酸。经实验证明，在体系中加入碱性物质吡啶（C5H5N）以中和生成的酸，这样就可使反应向右进行。

3C5H5N+I2+SO2+H2O→2C5H5N·HI（氢碘酸吡啶）+C5H5N·SO3（硫酸酐吡啶）

生成的硫酸酐吡啶很不稳定，能与水发生副反应，消耗一部分水而干扰测定：

C5H5N·SO3+H2O→C5H5N（SO4H）H

若体系中有甲醇存在，则硫酸酐吡啶可生成稳定的甲基硫酸氢吡啶：

C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N·HSO4·CH3（甲基硫酸氢吡啶）

这样可以使测定水的反应能定量完成。

卡尔·费休法滴定的总反应式为：

（I2+SO2+3C5H5N+CH3OH）+H2O→2C5H5N·HI+C5H5N·HSO4·CH3

由上式可知，1mol水需要1mol碘、1mol二氧化硫和3mol 吡啶及1mol甲醇。但实际使用的卡尔·费休试剂，其中的二氧化硫、吡啶、甲醇的用量都是过量的。对于常用的卡尔·费体试剂，若以甲醇为溶剂，试剂浓度每毫升相当于3.5mL水，则试剂中各组分摩尔比为I2∶SO2∶C5H5N=1∶3∶10。

卡尔·费休试剂的有效浓度取决定于碘的浓度。新鲜配制的试剂，由于各种不稳定因素，其有效浓度会不断降低。因此，新鲜配制的卡尔·费休试剂，混合后需放置一定的时间后才能使用，而且，每次使用前均应标定。通常碘、二氧化硫、吡啶按1+3+10的比例溶解在甲醇溶液中，该溶液被称为卡尔·费休法试剂，通常用纯水作为基准物来标定该试剂。

滴定终点的确定有两种方法：一种是用试剂本身所含的碘作为指示剂，试液中有水分存在时，显淡黄色，随着水分的减少在接近终点时显琥珀色，当刚出现微弱的棕黄色时，即为滴定终点，棕色表示有过量的碘存在。该法适用于水分含量在1%以上的样品，所产生的误差并不大。

另一种方法为双指示电极电流滴定法，又称为永停滴定法，其原理是将两个微铂电极插在被测样液中，给两电极间施加10～25mV电压，在开始滴定至终点前，因体系中只有碘化物而无游离状态的碘，电极间的极化作用使外电路中无电流通过（即微安表指针始终不动），而当过量1滴卡尔·费休试剂滴入体系后，由于游离碘的出现使体系变为去极化，则溶液开始导电，外路有电流通过，微安表指针偏转一定刻度并稳定不变，即为终点，该法适用于测定含微量、痕量水分的样品或测定深色样品。此法更适用于测定深色样品及微量、痕量水时采用。

卡尔·费休广泛用于各种样品的水分含量测定，特别适用于痕量水分分析（如面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等），其测定准确性比直接干燥法要高，也是测定脂肪和油类物品中微量水分的理想方法。但对于含有强还原性组分（如维生素C）的样品不宜用此法测定。试验表明，卡尔·费休法测定糖果样品的水分，等于烘箱干燥法测定的水分加上干燥法烘过的样品再用卡尔·费休法测定的残留水分。由此说明，卡尔·费休法不仅可以测得样品中的自由水，而且可以测出其结合水，也就是说，用该法所测得的结果更能反映出样品总水分含量。

卡尔·费休水分测定仪主要部件包括反应瓶、自动注入式滴定管、磁力搅拌器及适合于永停测定终点的电位测定装置。

（1）试剂。

①无水甲醇：要求其含水量在0.05%以下。

②无水吡啶：要求其含水量在0.01%以下。

③碘：将I2置于硫酸干燥器内干燥48h以上。

④二氧化硫：采用钢瓶装的二氧化硫或用硫酸分解亚硫酸钠而制得。

⑤卡尔·费休试剂：取无水吡啶133mL，碘42.33g，置于具塞烧瓶中，注意冷却。摇动烧瓶至碘全部溶解，再加无水甲醇333mL，称重。待烧瓶充分冷却后，通入干燥的二氧化硫至质量增加32g，然后，加塞摇匀。在暗处放置24h后使用。标定时准确称取蒸馏水约30 mg，放入干燥的反应瓶中，加入无水甲醇2～5mL，不断搅拌，用卡尔·费休试剂滴定至终点。另做试剂空白。卡尔·费休试剂对水的滴定度T（mg/mL）按下式计算

式中：W——称取蒸馏水的质量，mg；

V1——标定消耗滴定剂的体积，mL；

V2——空白消耗滴定剂的体积，mL。

（2）操作方法。

①准确称取适量样品（含水约100mg），放入预先干燥好的50mL圆底烧瓶中，加入40mL无水甲醇，立即装好冷凝管并加热，让瓶中内容物徐徐沸腾15min，取下冷凝管并加盖。吸取10mL样液于反应瓶中，不断搅拌，用卡尔·费休试剂滴定至终点。同时做试剂空白。

②对于固体样，如糖果必须预先粉碎，称0.30～0.50g样品于称样瓶中，取50mL甲醇→于反应器中，所加甲醇要能淹没电极，用卡尔·费休试剂滴定50mL甲醇中痕量水→滴至指针与标定时相当并且保持1min不变时→打开加料口→将称好的试样立即加入→塞上皮塞→搅拌→用卡尔·费休试剂滴至终点，保持1min不变→记录。

（3）说明及注意事项。此法适用于食品中糖果、巧克力、油脂、乳糖和脱水果蔬类等样品，样品的颗粒大小非常重要。固体样品粒度为40目，最好用破碎机处理，不用研磨机，以防止水分损失。如果食品中含有氧化剂、还原剂、碱性氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硼酸等，都会与卡尔·费休试剂所含组分起反应，干扰测定。含有强还原性的物料（包括维生素C）的样品不宜用此法。滴定操作要求迅速，加试剂的间隔时间应尽可能短。卡尔·费休法不仅可测得样品中的自由水，而且可测出结合水，即此法测得结果更客观地反映出样品中总水分含量。

4.其他方法

介电容量法：根据样品的介电常数与含水率有关，以含水食品作为测量电极间的充填介质，通过电容的变化达到对食品水分含量的测定。需要使用已知水分含量的样品（标准方法测定）制定标准曲线进行校准。需要考虑样品的密度、样品的温度等因素。

电导率法原理：当样品中水分含量变化时，可导致其电流传导性随之变化，因此通过测量样品的电阻来确定水分含量，就成为一种具有一定精确度的快速分析方法。必须保持温度恒定，每个样品的测定时间必须恒定为1min。

红外吸收光谱法：红外线是一种电磁波，一般指波长为0.75～1000μm的光，根据水分对某一波长的红外光的吸收强度与其在样品中的含量存在一定的关系建立了红外吸收光谱测水分法。

折光法：通过测量物质的折射率来鉴别物质的组成，确定物质的纯度、浓度及判断物质的品质的分析方法称为折光法，用于测定可溶性固形物的含量。