第五章　物理分析法.ppt

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1、1,第五章 物理分析法,比重法 折光法 旋光法,2,第一节 比重法,通过测定食品的比重，可以了解某一品种的 纯度，含量 各种常见的比重计(按不同的标示方法) 乳品：乳稠计；测牛奶的固形物含量 正常值：1.027-1.030 1.027，则可有加水； 制糖： 0Bx计，糖度计；糖液中的固形物含量（w/w,%）。 例：10Bx，1%的蔗糖溶液， （w/w,%）,3,啤酒：0Bx计；啤酒生产过程中，麦汁的浓 度测定，用Bx计； 白酒：酒度计；白酒中乙醇的含量；（v/v,%）； 实验室：波美计；测定某一溶液的浓度,轻表,重表,4,普通密度计：,轻表1; 0.7001.000,重表1; 1.0002.0

2、00,5,一、比重的定义,水温4度；t,水温4度； t,密度 f ( t ),密度,密度,6,水温 4度； 水所占有的体积为最小，密度为最大； 密度 1.000000；（7位有效数字） 对于液体，常用4度的水作为标准。,相对密度（称比重）： 物质的质量与同体积水的质量之比。,7,* 相对密度 d某一温度下物质的质 量与同体积某一温度下水的质量之比。 * 密度与相对密度的关系。,8,记作 ，无因次量 常用 、 表示。,9,注意：测比重的同时，应测量温度，当被测温度（or）仪器的规定温度（例：比重计在度时进行刻度），测出的比重值，应进行校正，这在实际工作中非常重要。,10,二、仪器,比重瓶、比重计

3、、比重天平,比重瓶：主体体积有：50、25、10、5ml 结构：温度计；溢流口 特点：测定结果准确，但较费时,11,普通型,附温度计 密度瓶,普通密度瓶,12,比重计：,糖度计：糖厂 波美计：化工厂，药厂 酒度计：酒厂。“相对密度”1 乳稠计：乳品厂。“牛奶相对密度”1 实际使用时，按不同的浓度，有一组比重计。 通常，比重计的标度条件均是在度；当测定温度不等于度时，要进行校正。,13,糖度计：蒸馏水：0 0Bx，1蔗糖：1 0Bx 乳稠计：乳品厂。刻度范围：15450 密度范围：1.0151.045 正常值：1.027-1.030 1.027，则可有加水； 酒度计：酒厂。“相对密度”1 波美计

4、：化工厂，药厂。 200 c馏水：0 0Be，15NaCl：150Bx,比重计：,14,(1) (2) (3) (4) （1）普通密度计（2）附有温度计的糖锤度密度计 （3）、（4）波美密度计 根据阿基米德原理设计而成。,一个封口的玻璃管，内有空气，中间略粗，下部有重锤，能浮在一定密度的液体中。,15,糖度计的校正：,测定温度,20度；“” 校正数,20度；“” 校正数,温度,体积,密度,锤度,加入相应的校正数,16,给出的报表为： 观测锤度 测定值 更正锤度 校正值 例：废糖蜜的糖度测定 100g糖蜜 500g蒸馏水,混合,测糖度,查阅 “观测锤度更正表” 测定的糖度范围：070 0Bx,1

5、7,乳稠计的校正：,乳稠计： 密度范围：1.0151.045， 刻度范围：150450 乳稠计有两种：200 /40 ；150 /150 读数表示为：d20 4,； d15 15,乳稠计的校正：,公式计算法,查表法,18,当测定温度不等于20度时，要 查阅“酒精度与温度校正表”,酒度计的校正：,直接读数法 温度：0-30度 浓度：0-75,采用内插法,19,三、操作,比重瓶操作步骤： 、干燥仪器，空瓶称重；（40度） 2、装滿待测溶液，瓶内无气泡，恒温水浴达到度，取出，擦干溢出口处的水，称重； 3、同样操作，测一次蒸馏水 附带的温度计，最大刻度为度，干燥温度要小于度，非常重要！,20,比重计的

6、操作：,容器均用量筒，注意比重计的下锤易碎； 每组比重计，按不同的浓度，均有多支比重计，要注意浓度范围。,21,发酵工业常用比重瓶测比重：,啤酒比重测定：比重1 “比重和浸出物对照表” 比重范围：1.0000-1.0839 浓度范围：(w/w,%)；g/100g； 0.000-20.213 啤酒比重值，是计算： 啤酒酒精分 原麦汁浓度 发酵度,的基础,22,酒精溶液比重测定 ：比重1 “比重和酒精对照表” 白酒中酒精含量的测定 酒精中（食用、医用）酒精含量的测定,酒度计法,啤酒酒精分（含量）的测定,比重瓶法,23,啤酒外观浓度及实际浓度的测定,水,浸出物-糖、氨基酸、有机物,酒精,co2,外观

7、浓度酒精存在时，测出的浓度 实际浓度除去酒精时，测出的浓度,啤酒,24,比较：,外观浓度：（浸出物酒精）g /100g啤酒,实际浓度：浸出物 g /100g啤酒,外观浓度实际浓度,25,外观浓度实际浓度,外观浓度测定法,比重计法,糖度计法,阿贝折光计法,比重瓶法,实际浓度测定法,比重瓶法,26,GB/T 5009.22003 食品的相对密度的测定 1. 密度瓶法 2. 相对密度天平（韦氏天平） 3. 密度计（比重计）,27,折射率： 定性指标；和比重、熔点、沸点一样。 折光法：用于糖液、油类、醇类溶液的纯度和浓度的测定,第二节 折光法,28,1 定性鉴定 由于准确至5-6位有效数字，故可用于定

8、性鉴定。即使用结构非常相似的化合物，亦常有一定差异. 如：邻二甲苯 n20D=1.5054 间二甲苯1.4972；对二甲苯1.4958。但如果含有即使少量杂质，则可能导致较大改变。 2 鉴别化合物纯度 由于纯化合物具有一定n20D，如含有杂质，则n必然变化故与纯物质n比较，愈接近愈高。 3 测定浓度 在溶质与溶剂一定时，可根据折光率测定浓度。溶剂n一定，加入溶质则n随之变化，则绘制nc曲线，即可。 但本法不能有其它含量不确定的物质。成品、半成品分析 前提：（A）溶质与溶剂折光率相差较大。 （B）用于较浓溶液,29,食品行业应用：,油脂和脂肪酸的定性鉴定：脂肪酸分子量加大，折光率加大。 制糖：糖

9、溶液的蔗糖含量 乳品：测牛奶中乳糖含量 是否加水？乳清折光率为：1。34199-1。34275，1。34128，则加水。,30,光在两种介质1和2中的传播速度（V）之比等于光在两种介质间的入射角与折射角的正弦之比，该比值n即为折射率：,一、折射和反射,31,光的反射示意图 A入射线 B反射线 L法线 M-M两介质分界线 入射角 反射角,32,光的折射示意图 L-L法线 A入射光 B折射光 1入射角 2折射角,33,光的全反射 1. 2 随着1增大而增大。 2.当1为90、 2为临界角。 3.当光线从临界角射入，折射线沿OM面平行射出，为全反射。,棱镜,样品,34,影响因素：温度T、光的波长、分

10、子结构。 为通用并能相互比较，规定T20， 589.3nm(钠光)，用,表示,折光率：,入射角为 I 折射角为 r,nD20,35,改变入射角i则r随之改变，当入射角90，折射角最大，称临界角，用rc 表示，则,测出rc即可得到n。可准确至0.0001或0.00001,I=90,r= rc,36,将待测液体置于折光率为N的测量棱镜上， 设：入射角为I，折射角r。则折射定律表达为,I,r,n,N,(待测液),(棱镜),37,n样液 Sin90 = n棱镜Sin 临,n样液 = n棱镜Sin 临,实验中用棱镜的角度来观察得到全反谢临界角，就可计算出样液的折光率。,38,二、折光仪,阿贝折光仪普通折

11、光仪,量糖仪手持式折光仪,折光仪,望远镜,阿贝棱镜,消色棱镜,刻度标尺,折光仪,39,40,主要部件：相互倒迭而紧贴的棱镜，n=1.75,棱镜中间放一层被测溶液，厚约0.15mm， n：1.3000 1.7000 ； 测量精度：0.0003 糖度：0 95； 温度：10 50度,41,三、影响测定准确性的因素,1、温度； 温度,折射率,测量温度不等于度时，要进行温度校正,42,2、杂质 糖液的折射率与浓度的关系是以纯蔗糖溶液为基准。有时，浓度相同，测出的折射率稍有不同。这是因为非蔗糖物成份不同而造成的。 3、波长影响 波长不同，折射率不同。 光源采用白光时，棱镜对各色光的折射率不同，折射后分成

12、多种色光，称“色散”。 阿贝折光仪使用个棱镜，消除色散作用，测得的n与钠光D线所得的n相同。 钠光D线波长：589.44 nm。,43,4、稀释 折光测定时，尽可能不要稀释 四、使用方法： 读数终点： 半明半暗,折射率调节旋钮,色散调节旋钮,44,1、将折射仪置于光源充足的桌面上，和恒温水浴相连，调节所需温度，通常为20-25oC。 2、恒温后，将被测液体2-3滴，均匀地置于磨砂面棱镜上，关紧棱镜，转动反光镜使光线射入，使视场最亮。 3、旋转刻度旋钮，由1.3000开始向前转动，在目镜中找到明暗分界线或彩色光带，再转动消色散旋钮，直到看到一清晰明暗分界线。（折射率调节旋钮） 4、再转动刻度旋钮

13、，使分界线对准“+”交叉线中心，如图4所示，并读出折射率。（色散调节旋钮）,45,一、自然光与偏振光 光是横波，即振动方向与前进方向垂直。自然光在所有平面上振动。如果只允许一个平面振动光通过，而把其它平面振动的光滤掉特殊的晶体(具有一定的晶格狭缝) ，得到偏振光。偏振光通过具有旋光活性的溶液时，偏振光会旋转一定角度，即旋光。 顺时针旋转为右旋+（R），逆时针为左旋- （L）,第三节 比旋光度的测定,46,47,偏振光的产生方法： 1.用尼克尔棱镜 （苏格兰人发明的用两个切成了特殊角度并用加拿大香脂粘起来的冰晶石组成。） 2.用Polaroid滤光器 （ 美 E.H.Land发明 由嵌在透明塑料

14、中的几种晶体组成。） 3.聚乙烯醇人造偏振片 例 WXG4型旋光仪,48,二、光的双折射与尼可尔棱镜,手性碳,三、旋光物质与比旋光度,旋光性,例：糖、氨基酸、淀粉、味精,49,旋光度,在20下，以钠灯产生的单色光 （=589.3nm）测定的旋光度表示为 =kcL,50,1. 旋光度当偏振光通过光学活性物质溶液时，偏振面旋转的角度 叫作该物质的旋光度。,旋光度的大小与光源的波长、液层厚度、光学活性物质的种类、浓度、溶剂及其温度有关。,旋光度,旋光系数,溶液浓度,液层厚度,51,注意单位,=kcL -旋光度 C- g/100ml；被测液的浓度 Ldm；旋光管长度,52,比旋光度 偏振光的旋转角度，

15、受到分子结构，T，L(液层厚度)，溶剂等因素影响。由于影响旋光度的因素较多，故须将大多数因素固定（规定）才可用于相互比较：,53,规定： 钠光D线=589.44nm， T=20， C=100g/100ml， 厚度L1dm,比旋光度,比旋光度,54,k 是此仪器条件下，光程为1dm、溶液浓度为100g/100ml 的旋光度，称为比旋光度，用 表示： =k1001 =kcL,55,注意单位,=k1001 比旋光度 C= 100 ( g/100ml) 1 g/1ml L1dm (dm) 10cm,56,糖类的比旋光度,57,=k1001 =kcL,58,注意：浓度C的单位 发酵分析中C： g/100

16、ml 化学类书中C：g/ml 所以，公式中有时相差100.,59,根据可计算20D，亦可由、20D计算C 若20D 已知，测出,浓度c,淀粉含量,味精纯度,60,比旋光度是旋光性物质的特征物理性质，可以从各种手册中查到。 比旋光度测定还可用于测定已知比旋光度的物质溶液的浓度：,61,比旋光度,左旋,右旋,逆时针 “” “L”,顺时针 “+” “R”,62,四、旋光仪,自然光,自然光,起偏器,观测管,检偏器,偏振光,视野,样品溶液,63,64,圆盘旋光仪设置了三分视场观察方式。在起偏镜后面加入一片石英片，宽度为视场的三分之一。石英有旋光性，使透过的偏振光旋转一个固定的角度o，这样就产生了一个三分

17、视场，当两侧是明亮的时候，中间是暗的；调整到中间明亮时两侧是暗的。在此之间明暗相同的位置很敏锐，容易观察。,65,三分视场示意图,66,四、旋光度测定操作,1、取样方法 旋光仪的盛液管如图所示。 取样时让盛液管直立，将试样溶液加入盛液管中直至满到管口。小心将玻璃盖板沿管口平推盖好，勿使带入气泡。然后旋上帽盖，不能漏液；但也不能过紧，过紧会使玻璃盖板产生扭力，在管内产生空隙，影响测定结果。装液完毕，擦干盛液管。,67,68,2、零点校正 用蒸馏水校正旋光仪的零点。 3、试样旋光度测定 将准确配制好的试样溶液加入盛液管中，依上测定，读出旋光度,扣除零点，得到试样的旋光度：- 0,69,味精纯度的测

18、定 淀粉含量的测定,70,实验 味精纯度的测定,纯物质的比旋光度是常数 当样品纯度下降，测出的比旋光度值则要下降。 L谷氨酸：32（盐酸溶液中）,71,72,当测定温度不是20时，要进行温度校正：,L谷氨酸的比旋光度与温度关系 ： 样品的比旋光度：,73,147.13L-谷氨酸式量； 187.13味精式量 （含1分子结晶水的L-谷氨酸单钠盐） C-谷氨酸的重量 W-味精样品的重量,测定时溶液中是L-谷氨酸，故需将味精样品重量 W换算成L-谷氨酸的重量C：,74,计算公式： 见p154-155,75,76,实验时要测定：,温度 旋光度,77,旋光仪的使用方法 WZZ2A型,接通电源： 背面左下角

19、处的总开关，钠灯亮，仪器予热一刻钟左右。 清零 翻开样品室盖，把已注入蒸馏水或空白的试管放入槽中，再关门，按下测量键，数字显示窗将出现数字显示，稍待数字趋向稳定即可按下清零键，使数码管示数为零。一般情况下如在不放试管时已示数为零，放入无旋光度蒸馏水或空白试管后，其示数也应该为零。但须注意在测试光束的通路上不得有小气泡或油污等不清洁物，试管互片也不宜旋压的过紧，否则会引起附加旋光度。在取出以上试管时应记下其按放的位置与方向。 测试 取出对比试管，除去空白溶剂，注入待测样品，将试管放入样品室的V型定位槽内，再关门，从数字显示窗上将显示出被测样品的旋光度值。待数字稳定后读数，窗上负号（）亮表示左旋，

20、不亮表示右旋。,78,复测: 按下复测键，可进行复测，取几次复测读数的平均值作为测定结果。 复位 如样品旋光度超过仪器规定的测量范围，仪器在45处会自动停止。此时，取出试管按一下样品室左壁上角处的复位按钮键，仪器即自动返回零位。 关机 仪器使用完毕后，应依次关闭测量键和电源开关。,旋光仪的使用方法 WZZ2A型,79,实验 谷物淀粉含量的测定（旋光法）,淀粉（starch）是植物的主要贮藏物质，大部分贮存于种子、块根和块茎中。淀粉不仅是重要的营养物质，并且在工业上的应用也很广泛。测定谷物中淀粉的含量对于鉴定农产品的品质和改进农业生产技术有很大的意义。,80,一、原理：,酸性氯化钙溶液与磨细的含

21、淀粉样品共煮，可使淀粉轻度水解。同时钙离子与淀粉分子上的羟基络合，这就使得淀粉分子充分地分散到溶液中，成为淀粉溶液。 淀粉分子具有不对称碳原子，因而具有旋光性，可以利用旋光仪测定淀粉溶胶的旋光度（），旋光度的大小与淀粉的浓度成正比，据此可以求出淀粉含量。,81,溶提淀粉溶胶所用的酸性氯化钙溶液的pH值必须保持230，密度须为130，加热时间的长短也要控制在一定范围。因为只有在这些条件下，各种不同来源的淀粉溶液的比旋度才都是203，恒定不变。样品中其他旋光性物质（如糖分）须预先除去。,82,二、材料、仪器设备及试剂：,材料：面粉或其他风干样品 仪器设备： 1植物样品粉碎机； 2离心机；3分析天平

22、；4粗天平；5旋光仪及附件；6三角瓶；7分样筛（100目）；8布氏漏斗、抽滤瓶及真空泵；9离心管；10小电炉。 试剂：,83,三、实验步骤：,1、样品准备： 称取样品：将样品风干、研磨、通过100目筛，精确称取约25g样品细粉（要求含淀粉约2g，请参考附注估计），置于离心管内。 脱脂：加乙醚数ml到离心管内，用细玻棒充分搅拌，然后离心。倾出上清液并收集以备回收乙醚。重复脱脂数次，以去除大部分油脂、色素等（因油脂的的存在会使以后淀粉溶液的过滤困难）。大多数谷物样品含脂肪较少，可免去这个脱脂手续。,84,抑制酶活性：加含有氯化高汞的乙醇溶液10ml到离心管内，充分搅拌，然后离心，倾去上清液，得到残

23、余物。（4）脱糖：加80乙醇10ml到离心管中，充分搅拌以洗涤残余物（每次都用同一玻棒），离心，倾去下清液。重复洗涤数次以去除可溶性糖分。,85,2、溶提淀粉：,加醋酸氯化钙：先用醋酸氯化钙溶液约10ml加到离心管中，搅拌后全部倾入250ml三角瓶内，再用醋酸氯化钙溶液50ml分数次洗涤离心管，洗涤液并入三角瓶内， 搅拌玻棒也转移到三角瓶内。,86,煮沸溶解：先用蜡笔标记液面高度，直接置于加有石棉网的小电炉上，在4min5min内迅速煮沸，保持沸腾15min17min，立即将三角瓶取下，置流水中冷却。煮沸过程中要时加搅拌，勿令烧焦；要调节温度，勿使泡沫涌出瓶外；常用玻璃将瓶侧的细粒擦下；并加水

24、保持液面高度。,87,3、沉淀杂质和定容,加沉淀剂：将三角瓶内的水解液转入100ml容量瓶，用醋酸氯化钙溶液充分洗涤三角瓶瓶，并入容量内，加30ZnSO41ml混合后，再加15K4Fe（CN）61ml，用水稀释至接近刻度时，加95乙醇一滴以破坏泡沫，然后稀释到刻度，充分混合，静置，以使蛋白充分沉淀。,88,滤清：用布氏漏斗（加一层滤纸）吸气过滤。先倾清溶液约10ml于此滤纸上，使其完全湿润，让溶液流干，弃去滤液，再倾清溶液进行过滤，用干燥的容器接受此滤液，收集约50ml，即可供测定之用。,89,4、测定旋光度：,用旋光测定管装满滤液，小心地按照旋光仪使用说明，进行旋光度的测定。,90,淀粉（）ND20LWK100100 式中： ：用钠光时观测到的旋光度； D20：淀粉的比旋度，在这种方法条件下为203； L：旋光管长度（cm）； W：样品质量（g）； K：样品水分含量（）； N：稀释倍数； 100：换算为百分率。公式要复查,91,也可以不用上列公式计算，改用工作曲线来求得淀粉含量，这样准确度高些。,