第三章 密度、折光率、旋光度的测定

1. 第三章 密度、折光率、旋光度的测定

2. 物理检验法 概念：根据食品的相对密度、折光率、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的方法称为物理检测法。 • 食品分析及食品工业生产中常用的检测方法。 • 相对密度法、折光法、旋光法。

3. 第一节 密度法 • 一、液态食品的浓度与其密度的关系 固体、液体或气体的一种物理性质是它的密度。密度的定义为每单位体积物质的质量。以符号 d表示。单位为 g／ml或 g／cm3。 各种物质都有其一定的密度，因此测定密度为检验物质纯粹与否或溶液浓度大小的一种方法。当物质纯度改变时，密度也随着改变。同样，随着温度的变化，物质体积的改变，密度亦随之改变。因此，物质的密度是与温度密切相关的。符号dt表示某物质在温度 t时的密度。 物质往往可以通过它的密度的测定而能加以区分，因为两种物质具有相同的密度的情况是很少见的。

4. 某一液体在 20 ℃时的质量与同体积纯水在 4 ℃时的质量之比，称为真密度，以符号d420表示。 • 但在普通的密度瓶或密度计测定法中，以测定溶液对同温度水的密度比较方便，以dtt表示，称为视密度。 d2020表示某一液体在20℃时对水在20℃时的密度。 • 对同一溶液来说，视密度总是比真密度大，即d2020＞ d420，这是因为水在 4 t时的密度比在 20℃时为大。若测定温度不在20℃，而在 t℃时dt20可换算成d420的数据。 • d420＝ dt20× dt； • 式中dt表示t℃时水的密度。

5. ℃ 密度 ℃ 密度 ℃ 密度 ℃ 密度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.999868 0.999927 0.999968 0.999992 1.000000 0.999992 0.999968 0.999929 0.999876 9 10 11 12 13 14 15 16 17 0.999808 0.999727 0.999623 0.999525 0.999404 0.999271 0.999126 0.998970 0.998801 18 19 20 21 22 23 24 25 26 0.998622 0.998432 0.998230 0.998019 0.997797 0.997965 0.997323 0.997071 0.996810 27 28 29 30 31 32 0.996539 0.996259 0.995971 0.995673 0.995367 0.995052 水的密度与温度的关系

6. 某一溶液，当其中水分全被蒸发干涸时，所得的固形物称为真固形物。某一溶液，当其中水分全被蒸发干涸时，所得的固形物称为真固形物。 • 对纯蔗糖溶液来说，一般可从其密度直接查得蔗糖的质量浓度。 • 但是对于真固形物（即蔗糖与非（蔗）糖分的混合物）来说，它对溶液密度的影响与蔗糖不一样，但为方便起见，可假定非（蔗）糖物质对溶液密度的影响程度和蔗糖相等。因此，非糖溶液的密度，亦可从纯蔗糖溶液的质量浓度表中查知其固形物（称为视固形物）含量的近似值。所以溶液愈纯，则视固形物与真固形物之差愈小，对化学纯级的蔗糖溶液，两者就完全没有差别了。

7. 测定相对密度的意义： 1.正常的液态食品，其相对密度都在一定 的范围内。 例如： 全脂牛奶为 1.028～1.032 植物油（压榨法）为 0.9090～0.9295 2. 测定出液态食品的相对密度以后，通过查表可求出其固形物的含量。

8. 三 液态食品相对密度的测定方法： 1.密度瓶法 （普通密度瓶、带温度计密度瓶） 2.密度计法 （普通密度计、糖锤度密度计、波美密度计、乳稠计、酒精密 度计、）

9. ① 密度瓶法 密度瓶是测定液体相对密度的专用精密仪器，种类和规格有很多，常用的有带温度计的精密密度瓶和带毛细管的普通密度瓶。 密度瓶具有一定的容积，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，两者之比即为该样品溶液的相对密度。

10. 密度瓶 • 原理：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，两者之比即为样品溶液的相对密度。 附温度计 密度瓶 普通密度瓶 密度瓶由瓶体、温度计（精度0．1℃）、支管、磨口、 支管磨口帽、出气孔组成。

11. 测定方法 （1）比重瓶质量的测定：首先将全套的仪器洗净并烘干，冷却至室温，用万分之一的天平准确称量得W1；（带温度计的塞子不要烘烤）。 （2）水容量的测定：将煮沸 30 min的蒸馏水冷却到16～18℃，然后装满比重瓶，装上温度计（瓶中不能有气泡），立即将瓶子浸入 20±0． 1℃的恒温水浴中。当瓶内的温度计指示达 20℃保持 20 min不变后，取出密度瓶，用滤纸擦去溢出支管外的水，立刻盖上小帽。擦干密度瓶外的水，称出的质量为W2。 （3）样品密度的测定：倒出蒸馏水，密度瓶先用少量的乙醇和乙醚洗涤数次，烘干冷却。按上面的方法测定出密度瓶加被测液体的质量W3。

12. 式中：W1为密度瓶的质量（g）； W2为密度瓶及水的质量（g）； W3为密度瓶及样品的质量（g）； 0.99823为水在 20 ℃时的密度。 如果使用普通的密度瓶，则需在水浴中另插入温度计，其他操作与计算与上相同。

13. ② 密度计法 一个封口的玻璃管，内有空气，中间略粗，下部有重锤，能浮在一定密度的液体中。 1 2 3 4 （1）普通密度计 （2）附有温度计的糖锤度密度计 （3）、（4）波美密度计 根据阿基米德原理设计而成。

14. 直接以20℃时的密度值为刻度的。 0.700～1.000 为轻表，用来测量比水轻的液体； 1.000～2.000 为重表，用来测量比水重的液体。 普通密度计

15. 锤度计 专用于测定糖液浓度的密度计。是以蔗糖溶液的重量百分比浓度为刻度的，以符号ºBx，以20℃为标准温度。蒸馏水中为0，1%的蔗糖溶液中为1。 附温度计，又称勃力克斯计； 如果温度不在20℃标准温度，应进行校正。高于20℃，体积膨胀，相对密度减小，锤度值降低，应加上相应的温度校正值。

16. 是以波美度（ºB’e）来表示液体浓度大小。 常用的波美计的刻度是以20℃为标准： 　　在蒸馏水中0 ºB’e； 15%的食盐液为15 ºB’e 　　纯硫酸(d=1.8427时)为66ºB’e 波美度与相对密度的换算公式： 波美密度计

17. (5) 乳稠计 专门测定牛乳的相对密度的，刻度20℃/4℃、15 ℃/15℃，与相对密度有如下关系： 相对密度d=（乳稠计读数/1000）+1.000 (6) 酒精比重计 是测量酒精浓度的比重计，是用已知酒精浓度的纯酒精溶液来标定的。以20 ℃时在蒸馏水中为0，在1%的酒精溶液中为1，即100ml酒精溶液中含乙醇1ml，故从酒精计上直接读取酒精溶液的体积分数。 注意：当样品中酒精含量低时，测量误差较大；T≠20℃时要校正。

18. 使用密度计应按如下步骤进行： （1）将待测液体样品倒入 250 ml或 500 ml的玻璃量筒中，待液面泡沫完全消失后进行测量。 （2）根据样品大概的密度范围，选择一支量程合适的密度计，将其轻轻放入量筒中，使其自由浮在量筒中（密度计的下端切勿触到量简的底部），静止后读数。同时测定液体的温度，并校正为4℃时的读数。

19. 牛乳密度的测定 将温度为 20 ℃左右的牛乳样品约 200 ml，沿 250 ml玻璃量简壁缓慢地注入筒内，避免产生泡沫，然后将乳稠计（专用密度计）轻轻插入量简内的牛乳中心，使乳稠计慢慢下沉，注意不可使乳稠计的重锤与量筒壁相撞，静置l-3min后读取牛乳液面乳稠计上的刻度。同时，用温度计测牛乳温度。如果测得的温度不是20℃，需对温度的差异加以校正。温度每比20℃高出l℃，要在得出的乳稠计读数上加 0 . 20，如果牛乳的温度低于 20℃时，每低 1℃，需减去乳稠计读数0 . 20。

20. 第二节 折光法 概念：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方法。

21. 一、测定折射率的意义 折射率是物质的一种物理性质。它是食品生产中常用的工艺控制指标，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，判断食品的纯净度及品质。 蔗糖溶液的折射率随浓度增大而升高，通过测定折射率可以确定糖液的浓度及饮料、糖水罐头等食品的糖度，还可以测定以糖为主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量。

22. 折射率是油脂的重要物理参数之一，可以作为油脂纯度的标志。一般来说，油脂的折射率与油脂脂肪酸碳链的长短和碳链、键的多少成正比，尤其是含共轭双键的油脂折射率特别高，油脂中脂肪酸的分子量越大，不饱和程度越高，则其折射率越高。折射率是油脂的重要物理参数之一，可以作为油脂纯度的标志。一般来说，油脂的折射率与油脂脂肪酸碳链的长短和碳链、键的多少成正比，尤其是含共轭双键的油脂折射率特别高，油脂中脂肪酸的分子量越大，不饱和程度越高，则其折射率越高。 此外，油脂分子中的羟基等也会使折射率增加.酸度高的油脂折射率低，因此，通过测定油脂的折射率可以鉴别油脂种类、纯度以及是否酸败等。

23. 正常情况下，某些液态食品的折射率有一定的范围，当这些液态食品因掺杂、浓度改变或品种改变等原因而引起食品的品质发生了变化时，折射率常常会发生变化，如正常牛乳乳清的折射率在1.34199～1.34275之间，如果低于1.34128，即为加水无疑。所以测定折射率可以初步判断某些食品是否正常。正常情况下，某些液态食品的折射率有一定的范围，当这些液态食品因掺杂、浓度改变或品种改变等原因而引起食品的品质发生了变化时，折射率常常会发生变化，如正常牛乳乳清的折射率在1.34199～1.34275之间，如果低于1.34128，即为加水无疑。所以测定折射率可以初步判断某些食品是否正常。

24. 基本概念 • 光的反射及反射定律。 • 光的反射定律入射线、反射线和法线总是在同一平面内，入射线和反射线分居于法线的两侧。 光的反射示意图 A——入射线 B——反射线 L——法线 M-M’——两介质分界线 α——入射角　　 β——反射角 • 入射角等于反射角。

25. 光的折射与折射定律 光线从一种介质射到另一种介质时，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，这种现象叫光的折射。 光的折射示意图 L-L’法线 A——入射光 B——折射光 α1——入射角 α2——折射角

26. 折射定律 • 光的折射定律： • （1） 入射线、法线和折射线在同一平面内，入射线和折射线分居于法线的两侧。 • （2）无论入射角怎样改变，入射角的正弦与折射角的正弦之比，恒等于光在两种介质中的传播速度之比。

27. 光的全反射 1.α 2随着α1增大而增大。 2.当α1为90°、 α2为临界角。 3.当光线从临界角射入，折射线沿OM面平行射出，为全反射。 样品 棱镜

28. 绝对折射率：是指光在真空中的速度与在介质中的速度之比。以n表示。 n = v真空/ v介质 n = Sinα1/ Sin α2

29. 因为空气的折射率几乎为 1（1.000 27），所以通常测定的折射率都是以空气作为对比的标准，即为相对折射率。用n来表示。在n的右上方表出的数字表示测定时的温度，右下方的字母代表入射光的波长。例如水的折射率为n20D＝1.333 0，这表示在 20℃时用钠光灯 D线照射所测的水的折射率。

30. 三、折光仪的构造、性能、使用、维护与折光仪的校正三、折光仪的构造、性能、使用、维护与折光仪的校正 利用临界角原理测定物质折射率的仪器，食品工业中最常用的是阿贝折光仪和手提式折光仪。

31. 阿贝式折光计 目镜 观察镜简 分界线调节螺丝 消色调节旋钮 色散刻度尺 棱镜锁紧扳手 棱镜组 温度计插座 恒温器接头 保护罩 主轴 反光镜 读数镜简 支架 小反光镜 圆盘组（内有刻度板） 棱晶调节旋纽 底座

32. 阿贝折光计的光学系统 观测系统：光线由反光镜l反射，经进光棱镜2、折射棱镜3及其间的样液薄层折射后射出。再经色散补偿器4消除由折射棱镜及被测样品所产生的色散，然后由物镜5将明暗分界线成像于分划板6上，经目镜7、8放大后成像于观测者眼中。

33. 阿贝折光仪实物图

34. 阿贝折光仪的校准及使用方法 校正 通常用测定蒸馏水折射率的方法进行校准，在20 ℃下折光仪应表示出折射率为1.33299或可溶性固形物为0％。 　若校正时温度不是20 ℃应查出该温度下蒸馏水的折射率再进行核准。对于高刻度值部分．用具有一定折射率的标准玻璃块（仪器附件）校准。

35. 校正方法 打开进光棱镜，在校准玻璃块的抛光面上滴一滴溴化萘．将其粘在折射棱镜表面上，使标准玻璃块抛光的一端向下，以接受光线。 测得的折射率应与标准玻璃块的折射率一致。校准时若有偏差，可先使读数指示于蒸馏水或标准玻璃块的折射率值，再调节分界线调节螺丝．使明暗分界线恰好通过十字线交叉点。

36. 以脱脂棉球蘸取酒精擦净棱镜表面，挥干乙醇。滴加l～2滴样液于进光棱镜磨砂面上，迅速闭合两块棱镜，调节反光镜．使镜筒内视野最亮。以脱脂棉球蘸取酒精擦净棱镜表面，挥干乙醇。滴加l～2滴样液于进光棱镜磨砂面上，迅速闭合两块棱镜，调节反光镜．使镜筒内视野最亮。 由目镜观察，转动棱镜旋钮，使视野出现明暗两部分。 旋转色散补偿器旋钮，使视野中只有黑白两色。 旋转棱镜旋钮．使明暗分界线在十字线交叉点。 使用方法

37. 从读数镜筒中读取折射率或重量百分浓度。 测定样液温度。 打开棱镜，用水、乙醇或乙醚擦净棱镜表面及其他各机件。在测定水溶性样品后，用脱脂棉吸水洗净，若为油类样品，须用乙醇或乙醚、二甲苯等擦拭。

38. 常用标准液

39. 手提折光计 校正螺丝 组成： OK—观测筒 P—棱镜 D—盖板 　原理与阿贝式相同。 　操作简便、便于携带，常用于生产现场检验及田间检验。

40. 阿贝折射仪的性能：折射率刻度范围1.3000～1.7000，测量精确度±0.0003，可测糖溶液的浓度范围为0～95％（相当于折射率为1.333～1.531），测定温度为10～50℃内的折射率。阿贝折射仪的性能：折射率刻度范围1.3000～1.7000，测量精确度±0.0003，可测糖溶液的浓度范围为0～95％（相当于折射率为1.333～1.531），测定温度为10～50℃内的折射率。 • 仪器的维护： ①仪器应放于干燥、空气流通之室内，防止受潮后光学零件发霉。 ②仪器使用完毕后，必须做好清洁工作，并放入箱内，木箱内应贮有干燥剂防止湿气及灰尘进入。 ③严禁油手或汗手触及光学零件，如光学零件不清洁，先用汽油后用二甲苯擦干净。 ④仪器应避免强烈振动或撞击，以防止光学零件损伤影响精度。

41. 第三节 旋光法 • 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。

42. 自然光—有无数个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。 偏振光—只有一个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。

43. 偏振光的产生方法： 1.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香脂粘起来的冰晶石组成。） 2.用Polaroid滤光器 （ 美 E.H.Land发明 由嵌在透明塑料中的几种晶体组成。） 3.聚乙烯醇人造偏振片 例 WXG—4型旋光仪

44. 1. 旋光度——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。 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。 旋光度 旋光系数 溶液浓度 液层厚度

45. 2.比旋光度——在一定温度和一定光源情况下，当溶液浓度为 1 g/ml ，液层厚度为 1分米 时偏振光所旋转的角度。记为： [α]Dt= 100α/ l C ——查手册得到不同物质的比旋光度。 • α——测定样液的旋光度，旋光方向可用（＋）或 （R）表示右旋（顺时针方向旋转），用（－）或（S）表 示左旋（逆时针方 向旋转）；。 l——旋光管长度（液层厚度）分米。 C——样液浓度（所求值）, g/100ml 。 t——测定温度为20℃。 D——光源波长通常为D钠线589.3nm。

46. 旋光性物质在不同溶剂中制成的溶液，其旋光度和旋转方向是不同的。旋光性物质在不同溶剂中制成的溶液，其旋光度和旋转方向是不同的。 • 对于纯液体的【比】旋光度，可用下式计算： • 式中： d为纯液体在温度t时的密度（g/ml）。 • 例：当光源为钠光，其波长为D，已知蔗糖溶液温度及其对应比旋光度如下，根据数据，作图，计算常数n；。由图可见，斜率即是n值，它等于-0.0244。

47. 设t1＝20℃，t2＝22℃ • [α]D22- [α]D20 = -0.0244(22-20) • [α]D20 = [α]D22- 0.0244(22-20) = 66.42 当溶液浓度不同，旋光度有相应变化时，可按下列计算式进行校正： [α] = A＋ Bq（直线方程） [α]= A＋ Bq ＋ Cq2（抛物线方程） [α]= A[Bq／(C＋ q)］（双曲线方程） 式中：A、B、C为常数， q为溶液中溶剂重量百分数； [α]为比旋光度，通常用符号（NLPd）表示； P为溶液中溶质重量百分数； d为溶液密度； L为旋光管长度，dm。

48. 还有一些实验条件可影响光学活性物质的比旋光度。例如:还有一些实验条件可影响光学活性物质的比旋光度。例如: • 对于糖类，溶 剂可影响它的比旋光度，甲醇和丙酮可升高蔗糖的比旋光度。乙醇对蔗糖的影响较小，但它可明显降低果糖和转化糖的比旋光度。 • OH-能影响糖分的比旋光度。碱金属与碱土金属的氢氧化物，如 NaOH、 KOH或Ca(OH)2。以及碳酸盐之类具有碱性反应的所有盐类，都能降低糖分的比旋光度。 • 水解时所用的HCI，也可改变蔗糖的旋光度。硫酸盐、磷酸盐等物质，醋酸盐和柠檬酸盐以及碱土金属的氯化物，硫酸镁，也可降低蔗糖的比旋光度。

49. 糖类 【α】 糖类 【α】 葡萄糖 果 糖 转化糖 蔗 糖 ＋ 52.5 － 92.5 － 20.0 ＋ 66.5 乳 糖 麦芽糖 糊 精 淀 粉 ＋ 53.3 ＋ 138.5 ＋ 194.8 ＋ 196.4 糖类的比旋光度

50. 二、变旋光作用 这是由于有的糖存在两种异构体，即 α型和β型，它们的比旋光度不同。这两种环型结构及中间的开链结构在构成一个平衡体系过程中，即显示出变旋光作用。 具有光学活性的还原糖类(如葡萄糖，果糖，乳糖，麦芽糖等)，在溶解之后，其旋光度起初迅速变化，然后惭渐变得较缓慢，最后达到恒定值，这种现象称为变旋光作用。