關于糧食水分檢測的粗淺分析

羅毅

摘 要：糧食水分是科研與生產過程中的法定計量參數，糧食水分檢測涉及征購、生產、加工、儲藏、運輸和消費等各個環節。本文擬通過對其傳統檢測方法、現代檢測方法進行分析和對比，提出作者的一些思考。

關鍵詞：糧食；水分檢測；分析

糧食是人類生存的物質基礎，糧食質量的好壞是關系到國計民生的大事。據國家糧食儲備局公布：我國糧食年產量達4500億公斤，在收購、儲藏、運輸等過程中，因水分含量過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量的重要因素，它也是國內外糧食部門嚴格控制的一項重要的質量指標。糧食水分的檢測是安全存儲的主要根據，同時又是加工工藝選擇和技術參數配備的依據，還是糧食商業環節中以質論價的依據。

隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高，糧食水分的檢測越來越引起征購、生產、加工、儲藏、運輸和消費等各個環節的重視，糧食水分已成為科研與生產過程中的法定計量參數。但由于水分分布復雜，影響因素較多，很難實現既準確又快速的現場檢測。傳統的烘干失重法和電參數法己不能滿足現代社會水分檢測的需要，電解質、物理學、半導體物理學、化學、微生物學、傳感器技術、信息融合技術、專家系統等諸學科的發展，為水分檢測的研究提供了新的科學依據。

1 糧食中的水分及糧食介電特性分析

從電磁理論分析，糧食的介電特性應是由糧食的各種成分、分子結構的電性所共同決定的，但大量實驗測量表明，失去游離水分的干燥糧食，相對介電常數很小，這表明盡管淀粉、蛋白質等是有極分子，但它們表現的極性很弱。而水的相對介電常數高達幻。顯然影響糧食介電特性的主要因素是糧食中的游離水分。這就為通過對介電特性的測定而確定糧食含水量提供了理論根據。但真正實現準確的側量，需要認真分析影響介電特性的多變因素。

2 水分測量方法

當前發展較為成熟，已被國內外一些行業和用戶普遍采用的水分檢測方法主要分為直接法和間接法，包括烘干法、化學法、電測法、射線法和中子法等。其中采用105℃烘干法是獲得糧食、油料、食品等物質水分含量真值的標準方法.

直接法是通過干燥或化學方法，直接去除糧食中的水分，檢測出樣品的絕對含水量，含水率公式為

為被測樣品干燥后的重量。

直接法檢測精度高但費時，不適于在線檢測。間接法是通過與水分有關的物理量（例如物質的電導率、介電常數等）的檢測，相應地測定物質的含水量，一般速度較快，易實現在線檢測。

2.1 干燥法

2.1.1電烘箱法

電烘箱法是利用電烘箱對被測物質進行加熱使水分蒸發的物理現象進行水分檢測的。利用樣品加熱前后重量的變化檢測樣品水分，檢測時需要較長的烘干時間，但精度高，可以作為檢驗其它方法的檢側標準，一般用于實驗室檢測。

2.1.2 干燥稱重法

干燥稱重法是利用真空處理技術、微小重量測定技術及數據處理技術來測定水分的。它不受被測物形狀的影響，精度及可靠性高，可檢測微量水分。例如日本的VME型微量水分儀采用的就是減壓法，測水范圍0.01%～10%，檢測時間為5min。

2.1.3 紅外烘干法

紅外輻射器靠紅外輻射主波長與水的吸收峰值波長相匹配，使水分子劇烈運動而升溫加速蒸發，縮短了烘干時間。檢測精度可達0.1%，檢測時間為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 化學法

2.2.1 蒸餾法

蒸餾法是一種常用的化學檢測水分方法，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低的特點，加熱將水分蒸餾出種方法容器壁易附著蒸餾出來的水分，所以會造成一定的誤差。

2.2.2 卡爾·費休法

卡爾·費休水分儀主要有兩種，容量法和庫侖法。容量法測定水分是根據試劑中丸班的碘能與水發生定量反應的原理進行檢測。庫侖法的研究稍晚于容量法，它基于庫侖法產生碘的技術。同容量法相比，后者有獨特的優點，由于同水進行定量反應的碘是通過電解反應產生的，這不但有利于解決卡氏試劑儲存過程中的不穩定問題，同時省去了試劑的標定工作。這種方法檢測精度高，但可測樣品量少，試劑成本高，安裝麻煩，電路復雜，維護困難。

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是比爾定律，水分對1.64um 或1.94um 波長的紅外輻射有強烈的吸收帶。通過被測樣品后的光強為：

I0為通過被測樣品前的光強；k為吸收系數；t為被測物的厚度；M為被測物的含水量。兩邊取對數得被測物的水分含量

由于物質含水量的不同對特定波長輻射的吸收能量也不同，只要測得吸光度便能完成含水率的測定。具體方法有反射法、透射法、反射透射復合法。用于糧食水分檢測的主要是反射法。它具有無接觸、速度快、連續檢測、檢測范圍大、準確度高、穩定性好等優點，而且可以測導電性物質的水分，最高精度可達0.1%。缺點是受樣品形狀、密度、厚度等影響，難以檢測物質內部水分，設備價格高。

2.4 電測法

2.4.1 電導法

電導式水分儀是利用物體的電導或直流電阻隨其含水量的不同而變化的原理設計的，根據電導的變化來檢測物體的含水量。電阻Rx與含水率的關系為

K1、K2為常數，含水率與電阻之間呈對數關系。

電導式水分儀具有結構簡單，響應速度快，成本低等優點；缺點是一般需要把糧食磨碎，壓制成固定大小和形狀的電阻，不宜檢測微量及高含水量物質的水分，此外，電極與樣品接觸時的狀態，也會影響檢測的精度。

2.4.2 電容法

電容法測量糧食水分是基于干燥糧食的相對介電常數遠小于水而含水糧食的相對介電常數介于干燥糧食與水之間這一介電特性進行的。干燥糧食的相對介電常數在常溫下小于5，而水在16.3℃時，其介電常數高達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 值的變化。若以糧食作為電容器的極間介質，當電容器的極板面積A、極板間的距離d保持不變時，通過測量此電容器的電容值變化即可測定糧食的相對介電常數值 ，由此可獲得被測糧食的含水量。根據被測物質不同，電容的電極結構也有所不同，主要有平板式、圓筒式等電極結構。

電測法檢測中，影響檢測結果的因素較多。所以在檢測過程中必須考慮到這些因素，進行相應的補償，才能提高檢測的精度。

3 結論

上述幾種方法是當前糧食水分檢測中的常用方法，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。在檢測過程中，由于影響檢測的因素很多，數據復雜，有些系統采用一些先進的數據融合技術和人工智能方法，對于加速檢測和誤差的修正及穩定性的提高都起到了很好的作用。