關(guān)于糧食水分檢測(cè)的粗淺分析

羅毅

摘 要：糧食水分是科研與生產(chǎn)過(guò)程中的法定計(jì)量參數(shù)，糧食水分檢測(cè)涉及征購(gòu)、生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)。本文擬通過(guò)對(duì)其傳統(tǒng)檢測(cè)方法、現(xiàn)代檢測(cè)方法進(jìn)行分析和對(duì)比，提出作者的一些思考。

關(guān)鍵詞：糧食；水分檢測(cè)；分析

糧食是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，糧食質(zhì)量的好壞是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的大事。據(jù)國(guó)家糧食儲(chǔ)備局公布：我國(guó)糧食年產(chǎn)量達(dá)4500億公斤，在收購(gòu)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，因水分含量過(guò)高而造成的損失高于5%，折合人民幣200億元，損失巨大。

糧食中的水分是影響糧食質(zhì)量的重要因素，它也是國(guó)內(nèi)外糧食部門(mén)嚴(yán)格控制的一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)。糧食水分的檢測(cè)是安全存儲(chǔ)的主要根據(jù)，同時(shí)又是加工工藝選擇和技術(shù)參數(shù)配備的依據(jù)，還是糧食商業(yè)環(huán)節(jié)中以質(zhì)論價(jià)的依據(jù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，糧食水分的檢測(cè)越來(lái)越引起征購(gòu)、生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)的重視，糧食水分已成為科研與生產(chǎn)過(guò)程中的法定計(jì)量參數(shù)。但由于水分分布復(fù)雜，影響因素較多，很難實(shí)現(xiàn)既準(zhǔn)確又快速的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。傳統(tǒng)的烘干失重法和電參數(shù)法己不能滿足現(xiàn)代社會(huì)水分檢測(cè)的需要，電解質(zhì)、物理學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、化學(xué)、微生物學(xué)、傳感器技術(shù)、信息融合技術(shù)、專家系統(tǒng)等諸學(xué)科的發(fā)展，為水分檢測(cè)的研究提供了新的科學(xué)依據(jù)。

1 糧食中的水分及糧食介電特性分析

從電磁理論分析，糧食的介電特性應(yīng)是由糧食的各種成分、分子結(jié)構(gòu)的電性所共同決定的，但大量實(shí)驗(yàn)測(cè)量表明，失去游離水分的干燥糧食，相對(duì)介電常數(shù)很小，這表明盡管淀粉、蛋白質(zhì)等是有極分子，但它們表現(xiàn)的極性很弱。而水的相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)幻。顯然影響糧食介電特性的主要因素是糧食中的游離水分。這就為通過(guò)對(duì)介電特性的測(cè)定而確定糧食含水量提供了理論根據(jù)。但真正實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的側(cè)量，需要認(rèn)真分析影響介電特性的多變因素。

2 水分測(cè)量方法

當(dāng)前發(fā)展較為成熟，已被國(guó)內(nèi)外一些行業(yè)和用戶普遍采用的水分檢測(cè)方法主要分為直接法和間接法，包括烘干法、化學(xué)法、電測(cè)法、射線法和中子法等。其中采用105℃烘干法是獲得糧食、油料、食品等物質(zhì)水分含量真值的標(biāo)準(zhǔn)方法.

直接法是通過(guò)干燥或化學(xué)方法，直接去除糧食中的水分，檢測(cè)出樣品的絕對(duì)含水量，含水率公式為

為被測(cè)樣品干燥后的重量。

直接法檢測(cè)精度高但費(fèi)時(shí)，不適于在線檢測(cè)。間接法是通過(guò)與水分有關(guān)的物理量（例如物質(zhì)的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等）的檢測(cè)，相應(yīng)地測(cè)定物質(zhì)的含水量，一般速度較快，易實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。

2.1 干燥法

2.1.1電烘箱法

電烘箱法是利用電烘箱對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行加熱使水分蒸發(fā)的物理現(xiàn)象進(jìn)行水分檢測(cè)的。利用樣品加熱前后重量的變化檢測(cè)樣品水分，檢測(cè)時(shí)需要較長(zhǎng)的烘干時(shí)間，但精度高，可以作為檢驗(yàn)其它方法的檢側(cè)標(biāo)準(zhǔn)，一般用于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

2.1.2 干燥稱重法

干燥稱重法是利用真空處理技術(shù)、微小重量測(cè)定技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)來(lái)測(cè)定水分的。它不受被測(cè)物形狀的影響，精度及可靠性高，可檢測(cè)微量水分。例如日本的VME型微量水分儀采用的就是減壓法，測(cè)水范圍0.01%～10%，檢測(cè)時(shí)間為5min。

2.1.3 紅外烘干法

紅外輻射器靠紅外輻射主波長(zhǎng)與水的吸收峰值波長(zhǎng)相匹配，使水分子劇烈運(yùn)動(dòng)而升溫加速蒸發(fā)，縮短了烘干時(shí)間。檢測(cè)精度可達(dá)0.1%，檢測(cè)時(shí)間為10～20min，如日本研制的FD—230. FD—310及FD—600型等紅外水分儀，均采用紅外烘干方法。

2.2 化學(xué)法

2.2.1 蒸餾法

蒸餾法是一種常用的化學(xué)檢測(cè)水分方法，將樣品粉末及蒸餾液（甲苯、二甲苯）混合入蒸餾瓶中，利用所加蒸餾液不溶于水及混合后沸點(diǎn)低的特點(diǎn)，加熱將水分蒸餾出種方法容器壁易附著蒸餾出來(lái)的水分，所以會(huì)造成一定的誤差。

2.2.2 卡爾·費(fèi)休法

卡爾·費(fèi)休水分儀主要有兩種，容量法和庫(kù)侖法。容量法測(cè)定水分是根據(jù)試劑中丸班的碘能與水發(fā)生定量反應(yīng)的原理進(jìn)行檢測(cè)。庫(kù)侖法的研究稍晚于容量法，它基于庫(kù)侖法產(chǎn)生碘的技術(shù)。同容量法相比，后者有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，由于同水進(jìn)行定量反應(yīng)的碘是通過(guò)電解反應(yīng)產(chǎn)生的，這不但有利于解決卡氏試劑儲(chǔ)存過(guò)程中的不穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)省去了試劑的標(biāo)定工作。這種方法檢測(cè)精度高，但可測(cè)樣品量少，試劑成本高，安裝麻煩，電路復(fù)雜，維護(hù)困難。

2.3 射線法

2.3.1 紅外線法

紅外線法吸收式水分儀的理論基礎(chǔ)是比爾定律，水分對(duì)1.64um 或1.94um 波長(zhǎng)的紅外輻射有強(qiáng)烈的吸收帶。通過(guò)被測(cè)樣品后的光強(qiáng)為：

I0為通過(guò)被測(cè)樣品前的光強(qiáng)；k為吸收系數(shù)；t為被測(cè)物的厚度；M為被測(cè)物的含水量。兩邊取對(duì)數(shù)得被測(cè)物的水分含量

由于物質(zhì)含水量的不同對(duì)特定波長(zhǎng)輻射的吸收能量也不同，只要測(cè)得吸光度便能完成含水率的測(cè)定。具體方法有反射法、透射法、反射透射復(fù)合法。用于糧食水分檢測(cè)的主要是反射法。它具有無(wú)接觸、速度快、連續(xù)檢測(cè)、檢測(cè)范圍大、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而且可以測(cè)導(dǎo)電性物質(zhì)的水分，最高精度可達(dá)0.1%。缺點(diǎn)是受樣品形狀、密度、厚度等影響，難以檢測(cè)物質(zhì)內(nèi)部水分，設(shè)備價(jià)格高。

2.4 電測(cè)法

2.4.1 電導(dǎo)法

電導(dǎo)式水分儀是利用物體的電導(dǎo)或直流電阻隨其含水量的不同而變化的原理設(shè)計(jì)的，根據(jù)電導(dǎo)的變化來(lái)檢測(cè)物體的含水量。電阻Rx與含水率的關(guān)系為

K1、K2為常數(shù)，含水率與電阻之間呈對(duì)數(shù)關(guān)系。

電導(dǎo)式水分儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，成本低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是一般需要把糧食磨碎，壓制成固定大小和形狀的電阻，不宜檢測(cè)微量及高含水量物質(zhì)的水分，此外，電極與樣品接觸時(shí)的狀態(tài)，也會(huì)影響檢測(cè)的精度。

2.4.2 電容法

電容法測(cè)量糧食水分是基于干燥糧食的相對(duì)介電常數(shù)遠(yuǎn)小于水而含水糧食的相對(duì)介電常數(shù)介于干燥糧食與水之間這一介電特性進(jìn)行的。干燥糧食的相對(duì)介電常數(shù)在常溫下小于5，而水在16.3℃時(shí)，其介電常數(shù)高達(dá)81.5，在其它溫度下也約為800糧食水分含量的高低將直接影響糧食介電常數(shù) 值的變化。若以糧食作為電容器的極間介質(zhì)，當(dāng)電容器的極板面積A、極板間的距離d保持不變時(shí)，通過(guò)測(cè)量此電容器的電容值變化即可測(cè)定糧食的相對(duì)介電常數(shù)值 ，由此可獲得被測(cè)糧食的含水量。根據(jù)被測(cè)物質(zhì)不同，電容的電極結(jié)構(gòu)也有所不同，主要有平板式、圓筒式等電極結(jié)構(gòu)。

電測(cè)法檢測(cè)中，影響檢測(cè)結(jié)果的因素較多。所以在檢測(cè)過(guò)程中必須考慮到這些因素，進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，才能提高檢測(cè)的精度。

3 結(jié)論

上述幾種方法是當(dāng)前糧食水分檢測(cè)中的常用方法，另外，核磁法、色譜法、碳化鈣法等也可以用于糧食水分的檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，由于影響檢測(cè)的因素很多，數(shù)據(jù)復(fù)雜，有些系統(tǒng)采用一些先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)和人工智能方法，對(duì)于加速檢測(cè)和誤差的修正及穩(wěn)定性的提高都起到了很好的作用。