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

一： 產品一般以固體狀、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中以什么形式存在呢？其實物質中水分總是以兩種狀態存在的：

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℃以下要結冰，并且易汽化。游離水是我們產品的主要分散劑，可以溶解糖、酸、無機鹽等，可用簡單的熱力方法除掉。

⑵、結合水  Bound Water

（結晶水和束縛水是屬于物質分子內部的水）

①、束縛水：這種水是與食品中脂肪Fat、蛋白質Protein、碳水化合物CHO等形式結合狀態。它是從氫鍵的形式與有機物的活性基團結合在一起，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、結晶水：

是以配價鍵的形式存在，它們之間結合的很牢固，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，而結合水就難于氣化。冷凍食品時，自由水凍結，而結合水在－30℃仍然不凍。結合水和食品的構成成分結合，穩定食品的活性基，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：此法應用zui廣泛，操作以及設備都簡單，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。但實際上在此溫度下所失去的是揮發性物質的總量，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*揮發成分

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

⑵ 水分揮發要*

對于一些糖和果膠、明膠所形成凍膠中的結合水。它們結合的很牢固，不宜排除，有時樣品被烘焦以后，樣品中結合水都不能除掉。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）+H₂O↑

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

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

高糖高脂肪食品不適應

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，啤酒廠要經常測啤酒花的水分，啤酒花中含有一部分易揮發的芳香油。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，部分發生氧化等化學反應，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）

所以應根據我們所在的環境和條件選擇合適的操作條件，當然我們應該首先明白有沒有揮發物和化學反應等所造成的誤差。

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定的食品可采用70～105℃；溫度對熱穩定的食品采用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 —— 指食品內將水分排除以后的全部殘留物。其組分有蛋白質、脂肪、粗纖維、無氮抽出物和灰分等。

5、烘箱干燥法產生誤差的原因

⑴ 樣品中含有非水分易揮發性物質（酒精、醋酸、香精油、磷脂等）；

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

⑶ 食品中的脂肪與空氣中的氧發生氧化，使樣品重量增重；

⑷ 在高溫條件下物質的分解（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℃以上加熱容易變質及含有不易除去結合水的食品。其測定結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、破壞或不易除去結合水的樣品，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，水份檢測是根據水份中的H與O結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）

蒸餾發出現在二十世紀初，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，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

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

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：對熱不穩定的食品，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，要根據樣品的性質來選擇有機溶劑。

4、蒸餾法的優缺點

            ⑴ 熱交換充分

優點         ⑵ 受熱后發生化學反應比重量法少

⑶ 設備簡單，管理方便

              ⑴ 水與有機溶劑易發生乳化現象

缺點       ⑵ 樣品中水分可能*沒有揮發出來

⑶ 水分有時附在冷凝管壁上，造成讀數誤差

對分層不理想，造成讀數誤差，可加少量戊醇或異丁醇防止出現乳濁液。

這種方法用于測定樣品中除水分外，還有大量揮發性物質，例如，醚類、芳香油、揮發酸、CO₂等。目前AOAC規定蒸餾法用于飼料、啤酒花、調味品的水分測定，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有助于理解食品的*程度。水分活度指示食品中水的狀態和其他組分的結合程度，是食品穩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分為兩種；自由水、結合水。不論是自由水或是結合水均以加熱至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境條件的變動而變化。

如果食品周圍環境的空氣干燥、濕度低，則水分從食品向空氣蒸發，水分逐漸少而干燥，反之，如果環境濕度高，則干燥的食品就會吸濕以至水分增多。總之，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，應該視為活動的狀態，所以，我們從食品保藏的角度出發，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，即水分與食品結合程度（游離程度）。（1）水分活度值越高，結合程度越低；水分活度值越低，結合程度越高； （2） 水分活度數值：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，其儲藏期的穩定性也不同。利用水分活度的測試，反映物質的保質期，已逐漸成為食品，醫藥，生物制品等行業中檢驗的重要指標。 （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境氣體達成平衡狀態的特性，進而測試水分活度，該方法為近年來關注的新型理化測試原理。HBD5MS2100水分活度測試儀就是應用ERH法測試水分活度Aw值。

　　水分活度與食品安全性的關系：

　　雖然在食物凍結后不能用水分活度來預測食物的安全性，但在未凍結時，食物的安全性確實與食物的水分活度有著密切的關系。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。總的趨勢是，水分活度越小的食物越穩定，較少出現*變質現象。具體來說水分活度與食物的安全性的關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 從酶促反應與食物水分活度的關系來看：水分活度對酶促反應的影響是兩個方面的綜合，一方面影響酶促反應的底物的可移動性，另一方面影響酶的構象。食品體系中大多數的酶類物質在水分活度小于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的關系來看：脂質氧化作用：在水分活度較低時食品中的水與氫過氧化物結合而使其不容易產生氧自由基而導致鏈氧化的結束，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的水分。后來，又發展為電量法。隨著科技的發展，繼而又將庫侖計與容量法結合起來推出庫侖法。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。現在的分類目測法和電量法統稱為容量法。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，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生，從而使氧化還原反應不斷進行，直至水分全部耗盡為止，依據法拉第電解定律，電解產生碘是同電解時耗用的電量成正比例關系的，其反應如下：

H₂O+I₂+SO₂+3C₅H₅N→2C₅H₅N·HI+C₅H₅N·SO₃

C₅H₅N·SO₃+CH₃OH→C₅H₅N·HSO₄CH₃

在電解過程中，電極反應如下：

陽極：2I^--2e→I₂

陰極：I₂+2e→2I^-2H⁺+2e→H₂↑

從以上反應中可以看出，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，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產生氧化還原反應。

   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：利用化學反應后電導率變化計算，結構復雜，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、醫藥等行業產品測定，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，結構比較簡單，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、醫藥和包裝等行業產品測定，價格從數千元到數萬元不等。

對于一般軟包裝行業，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，且經濟性比較好。

第二步：容量法與庫侖法的區別

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，主要依據電化學反應：I₂＋2eó2I^-

在反應池的溶液中同時存在I₂和I^-時，該反應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，把其計量滴入反應池，能與待測溶液中的水發生如下化學反應：
　　H₂O＋SO₂＋I₂＋3C₅H₅N→2C₅H₅N·HI＋C₅H₅N·SO₃
　　C₅H₅N·SO₃+CH₃OH→C₅H₅N·HSO₄CH₃
　　C₅H₅N·HI→C₅H₅N·H⁺+ I^-

該反應持續進行，不斷消耗水，生成I^-，一直到反應滴定終點，水分消耗完畢。這時，溶液有微量未發生反應的卡爾費休試劑存在，才能發生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

所產生的碘又與樣品中的水反應。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。然后根據法拉第電解定律：

計算出待測試樣的水分含量。