卡尔·费休法测定无水葡萄糖中水分含量研究

◎张 强，葛 荣，黄 珂，孙文毅

（河北省食品检验研究院，河北 石家庄 050000）

无水葡萄糖——不含结晶水的葡萄糖，为无色结晶或白色结晶性粉末、无臭、味甜。水中易溶，在乙醇中微溶。在食品行业主要用于调味品、糖果、麦片、乳制品、饮料、糕点等的生产过程。

《食用葡萄糖》（GB/T 20880—2018）中规定无水葡萄糖的水分含量不得大于2.0%，采用实验方法为《食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）中第一法“直接干燥法”于105 ℃±2 ℃下烘干水分测得，称样量为2 g，恒重过程中前后2次称量不超过3 mg，即为恒重[1]。实际检测过程中发现，现在的生产工艺可以将无水葡萄糖的水分含量降低到0.1%，甚至更低水平，此时恒重过程中终点判定依据已经不可接受。即使精度为0.01%的天平波动0.1 mg，对结果的影响最大也达到了5%。而且《食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）中规定，直接干燥法不适用于水分含量小于0.5 g/100 g的样品。所以，需要寻求高精确度、能够准确测量微量水分的方法，来适应无水葡萄糖中低水平水分含量的测定。

卡尔·费休法是一种快速而准确的水分测定方法，适用于微量水分的测定[2]，测定含水量灵敏度可达0.001%（质量分数），同时该方法还具有简单易操作、实验周期短、重复性好的特点。因此，本实验采用卡尔·费休容量法来测定无水葡萄糖中的微量水分。

1 仪器与试剂

1.1 试剂

卡尔·费休试剂：天津市科密欧 KFR-02型；甲醇：默克股份两合公司 色谱纯；甲酰胺：西亚化学科技（山东）有限公司 优级纯。

1.2 仪器设备

卡尔·费休水分测定仪：瑞士万通 915 KF Ti-Touch；电子天平（万分之一）：梅特勒托利多MS204TS；玻璃注射器：10 μL。

2 卡尔·费休法原理

在有机碱和甲醇存在的条件下，当水存在时二氧化硫和碘发生氧化还原反应，1 mol碘与1 mol水发生定量反应，根据消耗的卡尔·费休试剂中碘的量，可以确定体系中水的质量，从而确定样品中水分含量[3-4]。

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

3 测定过程

3.1 卡尔·费休试剂的标定

向反应器中加入25 mL（1+1）的甲醇-甲酰胺溶液，仪器完成平衡过程消耗掉溶剂中的水分，然后用10 μL注射器吸取10 μL超纯水注入反应器中，采用减量法，得到了加入水的质量，并输入仪器，完成一次标定，根据下式计算滴定度。重复3次操作得到3个滴定度数值，仪器计算相对标准偏差小于1%即可接受[5]，否则重新标定。仪器自动记录平均值作为卡尔·费休试剂的滴定度。

式中：T为卡尔·费休试剂的滴定度，单位为mg·mL-1；m为水的质量，单位为mg；V为滴定水消耗的卡尔·费休试剂的用量，单位为mL。

3.2 实验过程

用减量法称取2 g无水葡萄糖（精确至0.001 g）加入盛有预先平衡的25 mL（1+1）的甲醇-甲酰胺溶液的密封反应器中，先开启磁力搅拌功能搅拌至无颗粒状态。输入质量后仪器开始自动滴定。仪器以电位值的变化速率调节卡尔·费休试剂的滴定速度，当滴定速度在20 μL·min-1以下时达到终点[6]。仪器根据试剂滴定度、滴定试样消耗的试剂体积、样品质量自动计算试样的含水率。

4 结果与分析

4.1 标定过程中用体积法和减量法移取水的对比

按照仪器说明书移取约0.010 g超纯水注入反应器中，把10 μL注射器直接吸取10.0 μL超纯水注入反应器，然后输入质量0.010 g。还可采用减量法称取约0.010 g超纯水。实验用10 μL注射器移取10.0 μL超纯水，放至天平上归零，然后打掉全部超纯水，放至天平上称重，水的质量见表1。

表1 10 μL注射器移取水的质量表

由表1可知，如果手法熟练，可以用注射器取到0.010 g超纯水，但需要注意要用超纯水润洗两遍注射器[7]。

考虑到普遍适用性，用减量法能够更准确得到超纯水的质量且不需要熟练手法，所以确定采用减量法。

4.2 样品溶剂的选择

甲醇为卡尔·费休法最常用的溶剂[8]，但是葡萄糖在甲醇中的溶解度很小，甲酰胺对葡萄糖有较好的溶解性[9]，但是以甲酰胺作为助溶剂，最大占比不超过50%（体积分数）。所以本实验比对了甲醇和甲酰胺作为溶剂对样品中水分的提取效果，结果见表2。

表2 不同比例溶剂对样品中水分含量结果的影响表

由表2可知，50%甲醇+50%甲酰胺的提取效果最好。因此，选择50%甲醇+50%甲酰胺作为溶剂。

4.3 称样量的选择

采用50%甲醇+50%甲酰胺（体积分数）作为溶剂，考虑到溶解效果，选取称样量分别为0.5 g、1.0 g、2.0 g、3.0 g、5.0 g进行实验，测得结果见表3。

表3 不同称样量对样品中水分含量结果的影响表

由表3可知，随着称样量的变大，溶解时间逐渐增加，称样量太大时溶解时间过长，不确定因素增多；称样量太小时，滴定体积较小，相对偏差增大[10]。综合考虑，当样品中水分含量在0.2%（质量分数）左右时称样量为2 g。测定时可根据预实验测得样品中水分含量适当调整称样量。

4.4 卡尔·费休法和直接干燥法测定无水葡萄糖水分含量结果对比

实验对比了采用卡尔·费休法和《食用葡萄糖》（GB/T 20880—2018）中规定的直接干燥法测定无水葡萄糖的水分含量，结果见表4。

表4 2种方法测定样品中水分含量结果对比表

由表4可知，卡尔·费休法能够更充分地提取样品中的水分，测得结果相较于直接干燥法更大，RSD值更小，更能满足分析实验要求。

5 结语

实验探究了采用卡尔·费休法测定无水葡萄糖低水平水分含量的可行性，确定了最佳称样量为2 g，样品溶剂为50%甲醇+50%甲酰胺，结果稳定、准确，可操作性较强。虽然卡尔·费休试剂中含有吡啶时有利于二氧化硫和碘氧化还原反应的发生，终点颜色突变更为明显，但是由于现在卡尔·费休法实验基本通过仪器自动判定终点。所以，本实验使用的是单组元无吡啶的卡尔·费休试剂，更加环保，也更有利于实验人员的安全。