卡爾·費休法測定無水葡萄糖中水分含量研究

◎張 強，葛 榮，黃 珂，孫文毅

（河北省食品檢驗研究院，河北 石家莊 050000）

無水葡萄糖——不含結晶水的葡萄糖，為無色結晶或白色結晶性粉末、無臭、味甜。水中易溶，在乙醇中微溶。在食品行業主要用于調味品、糖果、麥片、乳制品、飲料、糕點等的生產過程。

《食用葡萄糖》（GB/T 20880—2018）中規定無水葡萄糖的水分含量不得大于2.0%，采用實驗方法為《食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）中第一法“直接干燥法”于105 ℃±2 ℃下烘干水分測得，稱樣量為2 g，恒重過程中前后2次稱量不超過3 mg，即為恒重[1]。實際檢測過程中發現，現在的生產工藝可以將無水葡萄糖的水分含量降低到0.1%，甚至更低水平，此時恒重過程中終點判定依據已經不可接受。即使精度為0.01%的天平波動0.1 mg，對結果的影響最大也達到了5%。而且《食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）中規定，直接干燥法不適用于水分含量小于0.5 g/100 g的樣品。所以，需要尋求高精確度、能夠準確測量微量水分的方法，來適應無水葡萄糖中低水平水分含量的測定。

卡爾·費休法是一種快速而準確的水分測定方法，適用于微量水分的測定[2]，測定含水量靈敏度可達0.001%（質量分數），同時該方法還具有簡單易操作、實驗周期短、重復性好的特點。因此，本實驗采用卡爾·費休容量法來測定無水葡萄糖中的微量水分。

1 儀器與試劑

1.1 試劑

卡爾·費休試劑：天津市科密歐 KFR-02型；甲醇：默克股份兩合公司 色譜純；甲酰胺：西亞化學科技（山東）有限公司 優級純。

1.2 儀器設備

卡爾·費休水分測定儀：瑞士萬通 915 KF Ti-Touch；電子天平（萬分之一）：梅特勒托利多MS204TS；玻璃注射器：10 μL。

2 卡爾·費休法原理

在有機堿和甲醇存在的條件下，當水存在時二氧化硫和碘發生氧化還原反應，1 mol碘與1 mol水發生定量反應，根據消耗的卡爾·費休試劑中碘的量，可以確定體系中水的質量，從而確定樣品中水分含量[3-4]。

I2+SO2+3RN+CH3OH+H2O→2 RN·HI+ RN·HSO4CH3，式中，RN表示有機堿。

3 測定過程

3.1 卡爾·費休試劑的標定

向反應器中加入25 mL（1+1）的甲醇-甲酰胺溶液，儀器完成平衡過程消耗掉溶劑中的水分，然后用10 μL注射器吸取10 μL超純水注入反應器中，采用減量法，得到了加入水的質量，并輸入儀器，完成一次標定，根據下式計算滴定度。重復3次操作得到3個滴定度數值，儀器計算相對標準偏差小于1%即可接受[5]，否則重新標定。儀器自動記錄平均值作為卡爾·費休試劑的滴定度。

式中：T為卡爾·費休試劑的滴定度，單位為mg·mL-1；m為水的質量，單位為mg；V為滴定水消耗的卡爾·費休試劑的用量，單位為mL。

3.2 實驗過程

用減量法稱取2 g無水葡萄糖（精確至0.001 g）加入盛有預先平衡的25 mL（1+1）的甲醇-甲酰胺溶液的密封反應器中，先開啟磁力攪拌功能攪拌至無顆粒狀態。輸入質量后儀器開始自動滴定。儀器以電位值的變化速率調節卡爾·費休試劑的滴定速度，當滴定速度在20 μL·min-1以下時達到終點[6]。儀器根據試劑滴定度、滴定試樣消耗的試劑體積、樣品質量自動計算試樣的含水率。

4 結果與分析

4.1 標定過程中用體積法和減量法移取水的對比

按照儀器說明書移取約0.010 g超純水注入反應器中，把10 μL注射器直接吸取10.0 μL超純水注入反應器，然后輸入質量0.010 g。還可采用減量法稱取約0.010 g超純水。實驗用10 μL注射器移取10.0 μL超純水，放至天平上歸零，然后打掉全部超純水，放至天平上稱重，水的質量見表1。

表1 10 μL注射器移取水的質量表

由表1可知，如果手法熟練，可以用注射器取到0.010 g超純水，但需要注意要用超純水潤洗兩遍注射器[7]。

考慮到普遍適用性，用減量法能夠更準確得到超純水的質量且不需要熟練手法，所以確定采用減量法。

4.2 樣品溶劑的選擇

甲醇為卡爾·費休法最常用的溶劑[8]，但是葡萄糖在甲醇中的溶解度很小，甲酰胺對葡萄糖有較好的溶解性[9]，但是以甲酰胺作為助溶劑，最大占比不超過50%（體積分數）。所以本實驗比對了甲醇和甲酰胺作為溶劑對樣品中水分的提取效果，結果見表2。

表2 不同比例溶劑對樣品中水分含量結果的影響表

由表2可知，50%甲醇+50%甲酰胺的提取效果最好。因此，選擇50%甲醇+50%甲酰胺作為溶劑。

4.3 稱樣量的選擇

采用50%甲醇+50%甲酰胺（體積分數）作為溶劑，考慮到溶解效果，選取稱樣量分別為0.5 g、1.0 g、2.0 g、3.0 g、5.0 g進行實驗，測得結果見表3。

表3 不同稱樣量對樣品中水分含量結果的影響表

由表3可知，隨著稱樣量的變大，溶解時間逐漸增加，稱樣量太大時溶解時間過長，不確定因素增多；稱樣量太小時，滴定體積較小，相對偏差增大[10]。綜合考慮，當樣品中水分含量在0.2%（質量分數）左右時稱樣量為2 g。測定時可根據預實驗測得樣品中水分含量適當調整稱樣量。

4.4 卡爾·費休法和直接干燥法測定無水葡萄糖水分含量結果對比

實驗對比了采用卡爾·費休法和《食用葡萄糖》（GB/T 20880—2018）中規定的直接干燥法測定無水葡萄糖的水分含量，結果見表4。

表4 2種方法測定樣品中水分含量結果對比表

由表4可知，卡爾·費休法能夠更充分地提取樣品中的水分，測得結果相較于直接干燥法更大，RSD值更小，更能滿足分析實驗要求。

5 結語

實驗探究了采用卡爾·費休法測定無水葡萄糖低水平水分含量的可行性，確定了最佳稱樣量為2 g，樣品溶劑為50%甲醇+50%甲酰胺，結果穩定、準確，可操作性較強。雖然卡爾·費休試劑中含有吡啶時有利于二氧化硫和碘氧化還原反應的發生，終點顏色突變更為明顯，但是由于現在卡爾·費休法實驗基本通過儀器自動判定終點。所以，本實驗使用的是單組元無吡啶的卡爾·費休試劑，更加環保，也更有利于實驗人員的安全。