《工学化学分析》课件.ppt
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- 工学化学分析 工学 化学分析 课件
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1、第三章 化学分析知识点知识点 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一节第一节 水分的测定水分的测定 水分是一极为重要的分析项目。水分是一极为重要的分析项目。意义:意义:测定样品的水分,不仅可测定样品的水分,不仅可以了解样品水分的含量和掌握样以了解样品水分的含量和掌握样品的基础数据,而且可以增加其品的基础数据,而且可以增加其他项目的可比性。他项目的可比性。方法:方法:水分测定方法一般采用烘水分测定方法一般采用烘干法。干法。一、水分的存在形式一、水分的存在形式 水之所以能以各种形态存在于动植物水之所以能以各种形态存在于动植物组
2、织中,是由于水能被两种作用力即组织中,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。氢键结合力和毛细管力联系着。1.1.游离水:游离水:又称自由水、机械结合水。又称自由水、机械结合水。是以毛细管力联系着的水。是以毛细管力联系着的水。具有天然水的性质。具有天然水的性质。在环境温度湿度下能够自由进出样品在环境温度湿度下能够自由进出样品的水分。的水分。2.2.结合水结合水 也称化学结合水。由氢键结合力也称化学结合水。由氢键结合力联系着的水。联系着的水。结合水与样品中亲水物质结合紧结合水与样品中亲水物质结合紧密,不具有天然水的性质,在受密,不具有天然水的性质,在受热状态下也不易除去。热状态下也不
3、易除去。在游离水总量中,还有一部分水,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,水,这部分水不能完全自由运动,但加热时较易除去,通常相当于水但加热时较易除去,通常相当于水分总量的分总量的717%。结合水和自由水的差别结合水和自由水的差别 结合水的蒸气压比自由水低得多。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。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)难于水。结合水和细胞内水(细胞内溶液)
4、难于被微生物利用。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。比较固定的比例关系。不同的成分和质构对水分的束缚度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。力是其含量和状态二者的函数。注意:注意:结合水和自由水之间的界限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。据物理化学性质做定性的区分。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利用
5、水分本身的物理性质和化学性质测定水分的方法。质测定水分的方法。如:重量法、蒸馏法、卡尔如:重量法、蒸馏法、卡尔费休费休法、化学方法法、化学方法(1)基于从样品中除去水分,并测量失重或)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。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。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,)基于水的化学活动性以测定水分的方法,如如Kcal Fisher法法 直接分析法直接分析法精确度高精确度高,重复性好,但花费,重复性好,但花费时间较多,
6、且主要靠人工操作。时间较多,且主要靠人工操作。2.2.间接法间接法 采用湿固体参数来测定水分,即利用测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。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。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。范围内均能精确测定的方法。间接法所得结果的精确度一般比直接法低,间接法所得结果的精确度一般比直
7、接法低,而且需要校正。而且需要校正。间接法速度快,能自动地连续测量,可用间接法速度快,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。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适用于实验室中大量的和经常提供的具有中等水分含量(中等水分含量(5-20%)的同类物料的分)的同类物料的分析。析。三、干燥法(重量法)三、干燥法(重量法)原样重量原样重量-干燥后重量干燥后重量=水分重量水分重量 在干燥过程中,所除去的水是以自由水为主在干燥过程中,所除去的水是以自由水为主体的。体的。重量法测得的是所失去的挥发物质的总量,重量法测得的是所失去的挥发物质的总量,而不完全
8、是水。而不完全是水。样品中结合水的排除是较困难的,有待水分样品中结合水的排除是较困难的,有待水分活度的测定。活度的测定。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;)水分是唯一的挥发物质;(2)水分的排除情况很完全;)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)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发生化学反应而引起的重量变化可以忽略不计。忽略不计。(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,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。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
9、。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。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。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,有时甚至燥法测定水分的条件规定不尽相同,有时甚至相差很远。相差很远。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
10、,使样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。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。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。根据试样减轻的质量计算水分含量。适用范围适用范围 95105直接干燥法为第一标准法。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常压干燥法不大可能测出样品中真正水分。水分。适用于在适用于在95105范围不含其他挥发范围不含其他挥发成分极微且对热不稳定的各种样品。成分极微且对热不稳定的各种
11、样品。不适宜于胶体样品及高脂肪或高糖样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、易挥发物品或含有较多高温易氧化、易挥发物质的样品。质的样品。(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,使样品水分在利用真空烘箱中的低压,使样品水分在低于低于100的温度下挥发。的温度下挥发。测定结果比较接近真实水分。测定结果比较接近真实水分。尤其适于在尤其适于在105左右的温度下组分易左右的温度下组分易发生变化的样品水分测定。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水较多而挥发
12、性较慢的样品中水分的测定。定。(3 3)定温定时法)定温定时法 采用比采用比105高的温度,在限定的时间内高的温度,在限定的时间内将试样烘干,根据试样减轻的质量计算水将试样烘干,根据试样减轻的质量计算水分含量。分含量。原理原理:在所用的条件下,因为高温而使试在所用的条件下,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。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。是一种水分测定的快速方法。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,)固体样品必须磨碎。在磨碎过程中,要防止样品中水分
13、含量变化。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)液态样品先在水浴上浓缩,然后用烘箱干燥。箱干燥。(3)糖浆、甜炼乳等浓稠液体,在测定之)糖浆、甜炼乳等浓稠液体,在测定之前一般要加水稀释,使稀释液固形物含前一般要加水稀释,使稀释液固形物含量控制在量控制在2030%或加干燥助剂。或加干燥助剂。(4)谷类原料水分如大于)谷类原料水分如大于16,可采用二,可采用二步干燥法。步干燥法。在低温下(常温风干或在低温下(常温风干或60左右)预左右)预先干燥至水分为先干燥至水分为1214。然后将原料。然后将原料粉碎,以烘箱法准确测定其水分。原料粉碎,以烘箱法准确测定其水分。原料总水分
14、为: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二步干燥法所得分析结果准确度较一步法高,但费时更长。法高,但费时更长。二步干燥法二步干燥法3.3.样品重量和称量皿规格样品重量和称量皿规格 样品重量通常控制其干燥残留物为样品重量通常控制其干燥残留物为24克。克。称量皿底部直径:称量皿底部直径:对少量液体为对少量液体为45cm,对多量液体为,对多量液体为6.59.0cm,对水产品为,对水产品为9cm。称量瓶的选择称量瓶的选择 玻璃称量皿玻璃称量皿能耐酸碱,不受样品性质的能耐酸碱,不受样品性质的限制,常用于常压干燥法。限制,常用于常压干燥法。铝制称量盒
15、铝制称量盒质量轻,导热性强,但质量轻,导热性强,但对酸对酸性食品不适宜,性食品不适宜,常用于减压干燥法或原粮水常用于减压干燥法或原粮水分的测定。分的测定。选择称量皿的大小要合适,一般样品不超过选择称量皿的大小要合适,一般样品不超过1/3高度。高度。称量皿称量皿 称量皿放入烘箱内,盖子应该打开,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。纸条取,放入干燥器内,冷却后称重。4.4.干燥设备干燥设备 常压电热烘箱和真空烘箱。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,常压烘箱分为对流式和强力通风式两
16、类,一般采用对流式。一般采用对流式。烘箱内各部位温度变动不应超过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,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。求样品放在温度计附近。干燥设备干燥设备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。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。干燥至恒重的方法。规定干燥时间。规定干燥时间。(3 3)压力:)压力:分为常压和减压
17、两种。分为常压和减压两种。6.6.干燥器干燥器干燥器中的干燥剂干燥器中的干燥剂 常用的有无水硫酸常用的有无水硫酸钙、无水过氯酸镁、钙、无水过氯酸镁、氧化钙、五氧化二氧化钙、五氧化二磷、浓硫酸及变色磷、浓硫酸及变色硅胶等。硅胶等。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。)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。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)称量皿从烘箱中取出后,应迅速放入干燥器中进行冷却。燥器中进行冷却。(4)谷类等含水分较低样
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