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1、第四章 物理检测法本讲稿第一页，共二十五页概概 述述根据食品的物理常数与食品的组成及含量根据食品的物理常数与食品的组成及含量之间的关系进行检测的方法称为物理检验之间的关系进行检测的方法称为物理检验法。法。相对密度、折射率和旋光度等物理参数的相对密度、折射率和旋光度等物理参数的测定比较便捷，是食品分析及食品工业生测定比较便捷，是食品分析及食品工业生产中常用的检测方法。产中常用的检测方法。本讲稿第二页，共二十五页一 物理检测的意义相对密度、折射率和比旋光度与物质的熔点和沸点一样，也是物理特性。由于这些物理特性的测定比较便捷，故它们是食品生产中常用的工艺控制指标，也是防止假冒伪劣食品进入市场的监控手
2、段。通过测定液态食品的这些特性，可以指导生产过程、保证产品质量以及鉴别食品组成、确定食品浓度、判断食品的纯净程度及品质，是生产管理和市场管理不可缺少的方便而快捷的监测手段。本讲稿第三页，共二十五页二 物理检验的内容与方法1 相对密度蔗糖溶液的相对密度随糖液浓度的增加而增大，原麦汁的相对密度随浸出物浓度的增加而增大，而酒中酒精的相对密度却随酒精度的提高而减小，这些规律已通过实验制定出了它们的对照表，只要测得了它们的相对密度就可以从附表中查出其对应的浓度对于果汁、番茄汁等这样的液态食品，测定了相对密度便可通过换算或查专用的经验表确定其可溶性固形物或总固形物的含量。本讲稿第四页，共二十五页2 折射率
3、蔗糖溶液的折射率随蔗糖浓度的增大而升高，所以所有含糖饮料、糖水罐头、果汁和蜂蜜等食品都可利用此关系测定糖度或可溶性固形物含量。还可通过测定生长期果蔬的折射率，判断果蔬的成熟度，以进行田间管理。每种脂肪酸均有其特定的折射率。含碳原子数目相同时，不饱和脂肪酸的折射率比饱和脂肪酸的折射率大得多；不饱和脂肪酸相对分子质量越大，折射率越大；油脂酸度越高，折射率越小。因此，测定折射率可以用来鉴别油脂的组成和品质。本讲稿第五页，共二十五页正常情况下，某些液态食品的折射率有一定的范围，如芝麻油的折射率在1.46921.4791（20）之间，蜂蜡的折射率在1.44101.4430（75）之间。当这些液态食品由于
4、搀杂或品种改变等原因引起食品的品质发生改变时，折射率常常会发生变化，故测定折射率可以初步对食品进行定性，以判断食品是否正常。番茄酱、果酱等食品可通过折光法测定其可溶性固形物含量后，再查特制的经验表得到总固形物含量。本讲稿第六页，共二十五页一、平面偏振光和旋光性 光波是一种电磁波，它的振动方向与前进方向垂直。普通光的光波在垂直于它前进方向的任何可能的平面上振动。自然光自然光有无数个与光的前进方向互相垂直的光波振有无数个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。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波振动面。只有一个与光的前进方向互相垂直的光波振动面。物质的旋光性本讲稿第七页，共二十五页光
5、是一种电磁波，是横波，即光波的振动方向与其前进方向互相垂直。自然光有无数个与光线前进方向互相垂直的光波振动面。若光线前进的方向指向我们，则与之互相垂直的光波振动平面可表示为图中的（a），图中箭头表示光波振动方向。若使自然光通过尼克尔棱晶，由于尼克尔棱晶只能让振动面与尼克尔棱晶光轴平行的光波通过，所以通过尼克尔棱晶的光只有一个与光线前进方向垂直的光波振动面，如图中的（b）。这种只在一个平面上振动的光叫偏振光。本讲稿第八页，共二十五页 Nicol（尼科尔）棱晶只允许在与棱晶晶轴相互平行的平面上振动的光线通过。普通光线通（透）过Nicol棱晶后就得到一种只在一个平面上振动的光平面偏振光（偏振光，偏光
6、）。偏振光：普通光线通过Nicol棱晶后得到的只在一个平面上振动的光。有些物质，如松节油，葡萄糖等能使平面偏振光的振动平面旋转。本讲稿第九页，共二十五页二、旋光仪和旋光度：1、旋光仪：用来测定物质旋光度的仪器。2、比旋光度：1ml含1g旋光物质的溶液，放在1dm的盛液管中所测得的旋光度称为该旋光物质的比旋光度。用t表示。用钠光（=589nm）时用Dt表示。本讲稿第十页，共二十五页 3、比旋光度与旋光度之间的关系。Dt=L(dm)C(g/ml)本讲稿第十一页，共二十五页旋光性旋光性:手性化合物使平面偏振光偏振面手性化合物使平面偏振光偏振面 旋转的性质。旋转的性质。旋光物质：具有旋光性的物质称为旋
7、光物质，或旋光物质：具有旋光性的物质称为旋光物质，或称为光学活性物质。称为光学活性物质。旋光度旋光度()：偏振面被旋转的角度偏振面被旋转的角度 右右旋旋体体和和左左旋旋体体：若若手手性性化化合合物物能能使使偏偏振振面面右右旋旋(顺顺时时针针)称称为为右右旋旋体体，用用(+)表表示示；而而其其对对映映体体必必使使偏偏振振面左旋面左旋(逆时针逆时针)相等角度，称为左旋体，用相等角度，称为左旋体，用(一一)表示。表示。本讲稿第十二页，共二十五页旋光度测定的意义某些食品的比旋光度值在一定的范围，通过测定其旋光度，可以控制产品质量，如谷氨酸钠的比旋光度 在24.825.3蔗糖的糖度、味精的纯度、淀粉和某
8、些氨基酸的含量与其旋光度成正比，测定旋光度即可测定含量本讲稿第十三页，共二十五页仪器的维护(1)仪器应放在通风干燥和温度适宜的地方，以免受潮发霉。(2)仪器连续使用时间不宜超过4小时。如果使用时间较长，中间应关熄1015分钟，待钠光灯冷却后再继续使用，或加强通风，减少灯管受热程度，以免亮度下降和寿命降低。(3)试管用后要及时将溶液倒出，用蒸馏水洗涤干净，揩干藏好。所有镜片均不能用手直接揩擦，应用柔软绒布揩擦。本讲稿第十四页，共二十五页二、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，确定物质的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光法
9、。纯度、浓度及判断物质的品质的分析方法称为折光法。折射率与样液浓度的关系:折光仪是利用进光棱晶和折射棱晶夹着薄薄的一层样液，经过光的折射后，测出样液的折射率而得到样液浓度的。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，要改变它的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，但仍在原介质里传播，这种现象叫光的反传播方向，但仍在原介质里传播，这种现象叫光的反射。射。本讲稿第十五页，共二十五页 光的反射示意图光的反射示意图入射线、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。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
10、的两侧。入射角等于反射角入射角等于反射角本讲稿第十六页，共二十五页光的折射示意图光的折射示意图光线从一种介质射到另一种介质时，除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。播方向，这种现象叫光的折射。光的折射现象与折射定律光的折射现象与折射定律本讲稿第十七页，共二十五页光的全反射光的全反射1.2 随着随着1增增大而增大。大而增大。2.当当1为为90、2为临界角。为临界角。3.当光线从临当光线从临界角射入，折界角射入，折射线沿射线沿OM面面平行
11、射出，为全平行射出，为全反射。反射。棱镜棱镜样品样品本讲稿第十八页，共二十五页 （1）入射线、法线和折射线在同一平面内，入射线入射线、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。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）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。正弦之比，恒等于光在两种介质中的传播速度之比。光的折射定律：光的折射定律：本讲稿第十九页，共二十五页图中图中MM线的上部为光疏介质，下部为光密介质。根据光的折射定律，线的上部为光疏介质，下部为光密介质。根据光的折射定律，当光线从光疏介质进入光密
12、介质（如从样液射入棱晶中）时，因当光线从光疏介质进入光密介质（如从样液射入棱晶中）时，因n1（样样液的绝对折射率液的绝对折射率）n2（棱晶），折射角恒小于入射角（棱晶），折射角恒小于入射角（21），），即折射线比入射线靠近法线；反之，当光线从光密介质进入光即折射线比入射线靠近法线；反之，当光线从光密介质进入光疏介质（如从棱晶射入样液）时，因疏介质（如从棱晶射入样液）时，因n1（棱晶）（棱晶）n2（样液），（样液），折射角恒大于入射角（折射角恒大于入射角（12），即折射线比入射线偏离法线。），即折射线比入射线偏离法线。本讲稿第二十页，共二十五页如逐渐增大入射角如逐渐增大入射角2，折射线会进一步偏
13、离法线，当入射角增大到某一角度时，其折射，折射线会进一步偏离法线，当入射角增大到某一角度时，其折射线会沿两介质的交界面平行射出（线会沿两介质的交界面平行射出（4线），不再进入光疏介质，这种现象称为光的全反线），不再进入光疏介质，这种现象称为光的全反射，此时的入射角称为临界角，以射，此时的入射角称为临界角，以临表示，入射线为临界线。发生全反射时，若光线从光疏介质临表示，入射线为临界线。发生全反射时，若光线从光疏介质射向光密介质，则所有的入射光（射向光密介质，则所有的入射光（123线）线）全部折射在临界角以内（全部折射在临界角以内（1、2、3 线），临界角以外无光线，结果临界线（线），临界角以外无
14、光线，结果临界线（4 线）左边明亮，右线）左边明亮，右边完全黑暗，形成明显的黑白分界边完全黑暗，形成明显的黑白分界通过实验可测出临界角通过实验可测出临界角临。因为发生全反射时折射角等于临。因为发生全反射时折射角等于90本讲稿第二十一页，共二十五页蔗糖溶液的折射率随蔗糖浓度的增大而升高，所以所有含糖饮料、糖水罐头、果汁和蜂蜜等食品都可利用此关系测定糖度或可溶性固形物含量。还可通过测定生长期果蔬的折射率，判断果蔬的成熟度，以进行田间管理。番茄酱、果酱等食品可通过折光法测定其可溶性固形物含量后，再查特制的经验表得到总固形物含量。测定折射率的意义本讲稿第二十二页，共二十五页3 影响折射率测定的因素（1
15、）光波波长的影响物质的折射率因光波波长而异。波长较长时物质的折射率较小，波长较短时物质的折射率较大。测定时光源通常为白光。当白光经过棱晶和样液发生折射时，因各色光的波长不同，折射程度也不同，折射后分解成为多种色光，这种现象称为色散。光的色散会使视野明暗分界线不清，产生测定误差。本讲稿第二十三页，共二十五页（2）温度的影响溶液的折射率随温度的变化而变化。温度升高折射率减小；温度降低折射率增大。折光仪上的刻度是在标准温度20时刻制的。若测定温度不是20，则应将测定结果进行温度校正本讲稿第二十四页，共二十五页阿贝折光仪的使用方法分开两棱晶，以脱脂棉球蘸取乙醇擦净，挥干乙醇。滴12 滴样液于下面棱晶的平面中央，迅速闭合两棱晶，调节反光镜，使两镜筒内视野最亮。由目镜观察，转动棱晶旋钮，使视野出现明暗两部分。转动色散补偿器旋钮，使视野中只有黑白两色。转动棱晶旋钮，使明暗分界线在十字线交叉点上。从读数镜筒中读取折射率。测定样液的温度。打开棱晶，用蒸馏水、乙醇或乙醚擦净棱晶表面及其它各机件。本讲稿第二十五页，共二十五页