第四章 物理检测

1、LOGO食品分析食品分析第四章第四章 食品的物理检测法食品的物理检测法LOGO第一节第一节 概述概述 物理检测法：根据食品的相对密度，折射率，旋光度物理检测法：根据食品的相对密度，折射率，旋光度等物理常数与食品的组分及含量之间的关系进行检测等物理常数与食品的组分及含量之间的关系进行检测的方法。的方法。 第二节第二节 物理检测的几种方法物理检测的几种方法一、相对密度法一、相对密度法1 1、密度与相对密度、密度与相对密度（1 1）密度：指物质在一定温度下单位体积的质量，以）密度：指物质在一定温度下单位体积的质量，以 符号符号表示表示, ,其单位为其单位为g/cm3g/cm3。（2 2）相对密度：指

2、某一温度下物质的质量与同体积某）相对密度：指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一温度下水的质量之比, ,以符号以符号d d表示。表示。LOGO（3 3）两者之间的关系）两者之间的关系 d dt1t1t2t2 = t= t1 1温度下物质的密度温度下物质的密度/ t/ t2 2温度下水的密度温度下水的密度 d d20204 4=d=d202020200.998230.99823式中：式中：0.998230.99823为水在为水在2020时的密度（时的密度（ g/cmg/cm3 3） 2 2、测定相对密度的意义、测定相对密度的意义 检验食品的纯度、浓度及判断食品的质量。检验食品的

3、纯度、浓度及判断食品的质量。 (1) (1)各种液态食品都具有一定的相对密度各种液态食品都具有一定的相对密度 如：全脂牛奶为如：全脂牛奶为1.0281.0281.032 1.032 植物油（压榨法）为植物油（压榨法）为0.90900.90900.9295 0.9295 。 LOGO 脱脂乳相对密度升高，掺水乳相对密度下降。脱脂乳相对密度升高，掺水乳相对密度下降。 不饱和脂肪酸含量越高，脂肪的相对密度越高；不饱和脂肪酸含量越高，脂肪的相对密度越高； 游离脂肪酸含量越高，相对密度越低；游离脂肪酸含量越高，相对密度越低； 酸败的油脂相对密度升高。酸败的油脂相对密度升高。(2)(2)测定液态食品相对密

4、度后通过查表可求出其固形物测定液态食品相对密度后通过查表可求出其固形物的含量。的含量。 LOGO 3 3、液态食品相对密度的测定方法、液态食品相对密度的测定方法（1 1）密度瓶法）密度瓶法 仪器：带温度计的精密密度瓶和带毛细管的普通仪器：带温度计的精密密度瓶和带毛细管的普通密度瓶，容积有密度瓶，容积有2020、2525、5050、100ml100ml四种规格，但常用四种规格，但常用的是的是2525和和50ml50ml两种。两种。 测定原理：在一定温度下，用同一密度瓶分别称测定原理：在一定温度下，用同一密度瓶分别称量等体积的样品溶液和蒸馏水的质量，两者之比即为量等体积的样品溶液和蒸馏水的质量，两

5、者之比即为该样品溶液的相对密度。该样品溶液的相对密度。 LOGOLOGOLOGO结果计算结果计算 d d20202020=m=m2 2mm0 0/m/m1 1mm0 0 d d20204 4=d=d202020200.99820.9982 式中：式中：m m0 0空密度瓶质量，空密度瓶质量，g g m m1 1密度瓶和水的质量，密度瓶和水的质量，g g m m2 2密度瓶和样品的质量，密度瓶和样品的质量， 0.9982320 0.9982320时水的密度时水的密度g/cmg/cm3 3。LOGO说明说明 本法适用于测定各种液体食品的相对密度，结果本法适用于测定各种液体食品的相对密度，结果 准确

6、，但操作较繁琐。准确，但操作较繁琐。 测定较粘稠样液时，宜用具有毛细管的密度瓶。测定较粘稠样液时，宜用具有毛细管的密度瓶。 水及样品必须装满密度瓶，瓶内不得有气泡。水及样品必须装满密度瓶，瓶内不得有气泡。 拿取已达恒温的密度瓶时，应带隔热手套取拿瓶拿取已达恒温的密度瓶时，应带隔热手套取拿瓶 颈或用工具夹取。颈或用工具夹取。 水浴中的水必须清洁无油污，防止瓶外壁被污染。水浴中的水必须清洁无油污，防止瓶外壁被污染。 天平室温度不得高于天平室温度不得高于2020，否则液体会膨胀流出。，否则液体会膨胀流出。LOGO（2 2） 密度计法密度计法1）仪器）仪器一个封口的玻璃管，内有空一个封口的玻璃管，内有

7、空气，中间略粗，下部有重锤，气，中间略粗，下部有重锤，能浮在一定密度的液体中。能浮在一定密度的液体中。 普通密度计普通密度计附有温度计的糖锤度密度计附有温度计的糖锤度密度计、波美密度计波美密度计根据阿基米德原理设计而成根据阿基米德原理设计而成 LOGO普通密度计普通密度计 直接以直接以2020时的密度值为刻度的。时的密度值为刻度的。 0.7000.7001.000 1.000 为轻表，为轻表，用来测量比水轻的液体；用来测量比水轻的液体； 1.0001.0002.000 2.000 为重表，为重表，用来测量比水重的液体。用来测量比水重的液体。LOGO锤度计锤度计 又称勃力克斯计又称勃力克斯计 （

8、BrixscaleBrixscale，简写为，简写为0 0BxBx）专用于）专用于测定糖液浓度的密度计。以蔗糖溶液的重量百分浓度测定糖液浓度的密度计。以蔗糖溶液的重量百分浓度为刻度的。为刻度的。 其标度方法是以其标度方法是以2020为标准温度，在蒸馏水中为为标准温度，在蒸馏水中为0 00 0BB，在，在1 1蔗糖溶液中为蔗糖溶液中为1 10 0BxBx（即（即100g100g蔗糖糖溶液蔗糖糖溶液中含中含1g1g蔗糖），以此类推。蔗糖），以此类推。 锤度计的刻度范围有多种，常用的有：锤度计的刻度范围有多种，常用的有：0 06 60 0BxBx，5 511110 0BxBx，101016160 0

9、BxBx，151521210 0BxBx，202026260 0BxBx等。等。 若测定温度不在标准温度（若测定温度不在标准温度（2020），应进行温度较），应进行温度较正。正。 LOGO乳稠计乳稠计 乳稠计是专用于测定牛乳相对密度的密度计乳稠计是专用于测定牛乳相对密度的密度计 。 测量相对密度的范围为测量相对密度的范围为1.0151.0151.0451.045。这种比重计。这种比重计是在是在20/420/4时刻成的。时刻成的。 有的乳稠计按有的乳稠计按15 15 /15 /15 标定的。标定的。 两者的关系是：后者读数是前者读数加两者的关系是：后者读数是前者读数加2 2， 即即d d1515

10、1515=d=d20204 4+0.002 +0.002 。 LOGO波美计波美计 是以波美度来表示液体浓度大小。是以波美度来表示液体浓度大小。单位：单位：BeBe 以以2020为基准，蒸馏水为为基准，蒸馏水为0 0 15% 15%的食盐液为的食盐液为15 15 BeBe， 纯硫酸（纯硫酸（d=1.8427d=1.8427时）为时）为 66 66 BeBe。波美度与相对密度的换算见波美度与相对密度的换算见3232页。页。LOGO2 2）测定方法：）测定方法： 将混合均匀的被测样液沿筒壁徐徐注入适当容积的将混合均匀的被测样液沿筒壁徐徐注入适当容积的清洁量筒中，注意避免起泡沫。将密度计洗净擦干，清

11、洁量筒中，注意避免起泡沫。将密度计洗净擦干，缓缓放入样液中，待其静止后，再轻轻按下少许，然缓缓放入样液中，待其静止后，再轻轻按下少许，然后待其自然上升，静止并无气泡冒出后，从水平位置后待其自然上升，静止并无气泡冒出后，从水平位置读取与液平面相交处的刻度值。同时用温度计测量样读取与液平面相交处的刻度值。同时用温度计测量样液的温度，如测得温度不是标准温度，应对测得值加液的温度，如测得温度不是标准温度，应对测得值加以校正。以校正。 LOGO3 3）说明）说明 该法操作简便迅速，但准确性差，需要样液量多，该法操作简便迅速，但准确性差，需要样液量多，且不适用于极易挥发的样品。且不适用于极易挥发的样品。

12、操作时应注意不要让密度计接触量筒的壁及底部，操作时应注意不要让密度计接触量筒的壁及底部，待测液中不得有气泡。待测液中不得有气泡。读数时应以密度计与液体形成的弯月面的下缘为读数时应以密度计与液体形成的弯月面的下缘为准。若液体颜色较深，不易看清弯月面下缘时，则以准。若液体颜色较深，不易看清弯月面下缘时，则以弯月面上缘为准。弯月面上缘为准。 LOGO二、折光法二、折光法 通过测量物质的折光率来鉴别物质的组成，确定物通过测量物质的折光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质的纯度、浓度及判断物质的品质的分析方法称为折光法。光法。 1 1、 基本概念基本概念（1 1）、

13、光的反射现象与反射定律）、光的反射现象与反射定律 一束光线照射在两种介质的分界面上时，要改变它一束光线照射在两种介质的分界面上时，要改变它的传播方向，但仍然在原介质时传播，这种现象叫光的传播方向，但仍然在原介质时传播，这种现象叫光的反射。的反射。 LOGO光的反射示意图光的反射示意图 AA入射线入射线 BB反射线反射线 LL法线法线 M-MM-M两介质分界两介质分界线线 入射角入射角 反射角反射角入射线、反射线和入射线、反射线和法线总是在同一平面法线总是在同一平面内，入射线和反射线内，入射线和反射线分居于法线的两侧。分居于法线的两侧。入射角等于反射角。入射角等于反射角。LOGO（2 2）、光的

14、折射现象与折射定律）、光的折射现象与折射定律 光线从一种介质（如空气）射到另一种介质（如光线从一种介质（如空气）射到另一种介质（如水）时，除了一部分光线反射回第一种介质外，另一水）时，除了一部分光线反射回第一种介质外，另一部分进入第二种介质中并改变它的传播方向，这种现部分进入第二种介质中并改变它的传播方向，这种现象叫光的折射。象叫光的折射。折射定律折射定律 入射线、法线和折射线在同一平面内，入射线和入射线、法线和折射线在同一平面内，入射线和折射线分居法线的两侧。折射线分居法线的两侧。 无论入射角怎样改变，入射角正弦与折射角正弦无论入射角怎样改变，入射角正弦与折射角正弦之比，恒等于光在两种介质中

15、的传播速度之比。之比，恒等于光在两种介质中的传播速度之比。LOGO光的折射示意图光的折射示意图 L-LL-L法线法线 AA入射光入射光 BB折射光折射光 11入射角入射角 22折射角折射角LOGO 即：即：sinsin1 1/sin/sin2 2=1 1/2 2 式中：式中：1 1光在第一种介质中的传播速度；光在第一种介质中的传播速度； 2 2光在第二种介质中的传播速度。光在第二种介质中的传播速度。 将上式左边的分子和分母各乘以光在真空中的传播将上式左边的分子和分母各乘以光在真空中的传播速度速度C C，经变换后得：，经变换后得： C /C /1 1sinsin1 1= C/= C/2 2sin

16、sin2 2 绝对折射率：绝对折射率：n = c / vn = c / vn n1 1和和n n2 2分别为第一介质和第二介质的绝对折射率分别为第一介质和第二介质的绝对折射率。折射定律可表示为：折射定律可表示为： n n1 1sinsin1 1= n= n2 2sinsin2 2LOGO（3 3）. .全反射和临界角全反射和临界角1.1.2 2 随着随着1 1增大而增大而 增大。增大。2.2.当当1 1为为9090、2 2为为 临界角。临界角。3.3.当光线从临界角射当光线从临界角射 入，折射线沿入，折射线沿OMOM面面 平行射出，为全反平行射出，为全反 射。射。 LOGOn样液样液 Sin9

17、0 = n棱镜棱镜Sin 临临n样液样液 = n棱镜棱镜Sin 临临LOGO2 2、测定折射率的意义、测定折射率的意义 通过测定液态食品的折射率，可以鉴别食品的组通过测定液态食品的折射率，可以鉴别食品的组成，确定食品的浓度，判断食品的纯净程度及品质。成，确定食品的浓度，判断食品的纯净程度及品质。 折光法测得的只是可溶性固形物含量。折光法测得的只是可溶性固形物含量。 LOGO3 3、折光仪的结构、原理及使用方法、折光仪的结构、原理及使用方法 折光仪是利用临界折光仪是利用临界角原理测定物质折射率角原理测定物质折射率的的仪器。食品工业中最常仪器。食品工业中最常用用的是阿贝折光仪、手提的是阿贝折光仪、

18、手提式式折光仪。折光仪。 （1 1）、）、阿贝折光仪阿贝折光仪 其光学系统由观测其光学系统由观测系统和读数系统两部分系统和读数系统两部分组组成成，如图，如图。LOGO 2 2、手提式折光仪：由一个棱镜、一个盖板及、手提式折光仪：由一个棱镜、一个盖板及一个观测镜筒组成，利用反射光测定。其光学一个观测镜筒组成，利用反射光测定。其光学原理与阿贝折光仪相同。该仪器操作简单，便原理与阿贝折光仪相同。该仪器操作简单，便于携带，常用于生产现场检验。于携带，常用于生产现场检验。LOGO2 2影响折射率测定的因素影响折射率测定的因素(1)(1)光波长的影响光波长的影响 光的色散会使视野明暗分界线不清，产生测定误

19、差。光的色散会使视野明暗分界线不清，产生测定误差。 为了消除色散，在阿贝折光仪观测镜筒的下端安装了为了消除色散，在阿贝折光仪观测镜筒的下端安装了色散补偿器。色散补偿器。 (2)(2)温度的影响温度的影响 溶液的折射率随温度而改变，温度升高折射率减溶液的折射率随温度而改变，温度升高折射率减小；温度降低折射率增大。小；温度降低折射率增大。 在在2020下测定折射率下测定折射率 LOGO3 3阿贝折光仪的校准及使用方法阿贝折光仪的校准及使用方法 (1)(1)校正校正 通常用测定蒸馏水折射率的方法进行校准通常用测定蒸馏水折射率的方法进行校准 。 (2)(2)使用方法使用方法分开两面棱晶，以脱脂棉球蘸取

20、酒精擦净，挥干乙分开两面棱晶，以脱脂棉球蘸取酒精擦净，挥干乙醇。滴醇。滴1212滴样液于下面棱晶平面中央，迅速闭合滴样液于下面棱晶平面中央，迅速闭合两棱晶，调节反光镜，使两镜筒内视野最亮。两棱晶，调节反光镜，使两镜筒内视野最亮。由目镜观察，转动棱晶旋钮，使视野出现明暗两部由目镜观察，转动棱晶旋钮，使视野出现明暗两部分。分。旋转色散补偿器旋钮，使视野中只有黑白两色。旋转色散补偿器旋钮，使视野中只有黑白两色。旋转棱晶旋钮，使明暗分界线在十字线交叉点。旋转棱晶旋钮，使明暗分界线在十字线交叉点。LOGO从读数镜筒中读取折射率或重量百分浓度。从读数镜筒中读取折射率或重量百分浓度。测定样液温度。测定样液温

21、度。打开棱晶，用水、乙醇或乙醚擦净棱晶表面及其他打开棱晶，用水、乙醇或乙醚擦净棱晶表面及其他各机件。各机件。LOGO三、旋光法三、旋光法 应用旋光仪测量旋光物质（光学活性物质）的旋光应用旋光仪测量旋光物质（光学活性物质）的旋光度以确定其含量的分析方法叫旋光法。度以确定其含量的分析方法叫旋光法。1 1、自然光与偏振光：、自然光与偏振光： 自然光自然光有无数个与光的前进方向互相垂直的光有无数个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。波振动面。 偏振光偏振光只有一个与光的前进方向互相垂直的光只有一个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。波振动面。LOGO2 2、偏振光的产生方法：、偏振光的产生方法：（1

22、1）用尼克尔棱镜）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（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。）香脂粘起来的冰晶石组成。）（2 2）用）用PolaroidPolaroid滤光器滤光器 （ 美美 E.H.LandE.H.Land发明发明 由嵌在透明塑料中的几种晶由嵌在透明塑料中的几种晶体组成。）体组成。）（3 3）聚乙烯醇人造偏振片）聚乙烯醇人造偏振片 例例 WXG4WXG4型旋光仪型旋光仪LOGO 3. 3. 旋光度旋光度当偏振光通过光学活性物质溶液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。时，偏振面旋转的角度叫作

23、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。性物质的种类、浓度、溶剂及其温度有关。KCL旋光度旋光度旋光系数旋光系数溶液浓度溶液浓度液层厚度液层厚度LOGO 4. 4.比旋光度比旋光度在一定温度和一定光源情况下，当溶在一定温度和一定光源情况下，当溶液浓度为液浓度为 1 g/ml 1 g/ml ，液层厚度为，液层厚度为 1 1分米分米 时偏振光所时偏振光所旋转的角度。记为：旋转的角度。记为： = / L C= / L C 查手册得到不同物质的比旋光度。查手册得到不同物质的比旋光度。 测定样液的旋光度。测定样液的旋光度。 L L 旋光管长度（液层厚度）分米。旋光管长度（液层厚度）分米。 C C 样液浓度（所求值）。样液浓度（所求值）。 tt测定温度为测定温度为2020。 光源波长通常为光源波长