Сухие вещества - это... Метод определения

Вода – это одно из самых распространенных химических соединений на Земле. Она играет в жизни биологического мира исключительную роль, как и кислород, являясь необходимым условием жизни, входит в состав всех живых существ и участвует в их системах метаболизма. Определение содержания воды (процент влажности) в окружающей человека среде, продуктах питания, промышленных материалах, газообразных, твердых и жидких веществах – одна из многих задач, решаемых в лабораториях всего мира.

Определение понятия

Самое общее определение понятия сухих веществ (сухого остатка в химии) заключается в том, что это субстанции, из которых удалена влага. Но влагу, которая содержится в веществе или материале, можно разделить на две составляющие:

• та, которая содержится в молекулах вещества, или связанная;
• та, которая содержится между молекулами вещества, или свободная.

Свободную воду мы можем удалить физическими методами: выпариванием, высушиванием, отгонкой и т. д. При этом структура вещества может меняться, химический состав – нет. Связанная влага может быть удалена только при более жестких условиях или даже только с помощью химических веществ.

Сухие – это вещества, в которых отсутствуют оба вида воды. При этом необходимо помнить, что окружающий воздух постоянно содержит некоторое количество водяного пара.

Поэтому высушенные горячие вещества необходимо хранить в специальных емкостях, чтобы в них не попали водяные пары.

Вода в продуктах питания

В продуктах питания вода содержится в больших количествах. От 70-95 % в различных фруктах и овощах и до 4 % в сухом молоке. Но влажность продукта не говорит о процентном содержании в нем воды свободной и связанной, а это играет ведущую роль при хранении. Ведь в зависимости от влажности меняется вид, вкус и, соответственно, время и способ хранения без появления признаков испорченности. Поэтому производители обычно указывают не только срок, но и влажность и температуру хранения продукта.

В еде вода может быть связана белками и большим количеством других органических соединений в стойкие коллоидные системы, из которых удаляется с трудом.

Вода в кормах для животных

Сухое вещество может относиться к сухой части корма для животных. Питательное вещество в корме или токсин могут быть отнесены к таковым, чтобы показать их уровень в еде для животных. Учет уровней содержания питательных веществ в разных кормах на основе сухого вещества (а не на основе фактических данных) облегчает сравнение. Ведь все питание имеет разные процентные содержания воды. Это также позволяет сравнить уровень данного питательного вещества в сухом с уровнем, необходимым в рационе животного.

Процентное содержание воды часто определяется нагреванием корма на бумажной тарелке в микроволновой печи или использованием Koster Tester для сушки корма. Определение сухих веществ может быть полезно для низкоэнергетических кормов с высоким процентом воды, чтобы обеспечить адекватное потребление энергии. Было показано, что животные, употребляющие эти виды питания, получают меньше пищевой энергии. Проблема, называемая потерей сухого вещества, может возникнуть в результате выделения тепла, вызванного микробным дыханием. Это уменьшает содержание неструктурных углеводов, белков и в целом энергии пищи.

Как можно высчитать количество влаги

Содержание сухих веществ определяется разницей между весом всего продукта и его влажностью (содержанием влаги). Для этого обычно применяют прямой и косвенный способы.

Прямые методы помогают извлечь содержащуюся в продукте воду, а затем определить ее количество.

Косвенные методы, такие как высушивание, рефрактометрия, плотность или электропроводность раствора, определяют содержание сухих веществ. К косвенным способам можно также отнести метод воздействия на исследуемое вещество химическими реагентами.

Сложности при определении содержания влаги в веществе

Определение количества воды в образце иногда осложняется тем, что его сушка приводит и к изменению его химического состава: легколетучие вещества, такие как углекислый газ, некоторые органические кислоты, соединения аммиака, а также большинство спиртов и эфиров при процессе просто испаряются, а окисление ряда органических веществ приводит к увеличению веса сухого остатка. Он может увеличиваться и за счет воды, содержащейся в стойких гидрофильных коллоидах.

Как определить сухой остаток

Определение сухих веществ осуществляется различными методами. Рассмотрим основные и наиболее часто применяемые:

1. Арбитражный метод. Содержание воды определяется методом высушивания до постоянной массы сухого вещества, когда выделяется гигроскопическая влага. Температура при этом выдерживается строго определенная. Высушивается образец до постоянной массы. Существует также ускоренный метод, осуществляемый при повышенной температуре. При этом задается конкретное время сушки, а процесс осуществляется посредством спекания в однородную массу с заранее прокаленным песком. Количество применяемого песка должно быть от двух до четырех раз больше, чем образец. Песок необходим для равномерного высушивания, повышает пористость и облегчает вывод влаги. Процесс проводят в фарфоровых чашечках в течение 30 минут, температура определяется видом продукта. Вместо фарфоровых чашек можно использовать алюминиевые или стеклянные.
2. Высушивание в аппарате высокой частоты. Такой аппарат дает инфракрасное излучение и обычно состоит из двух плит, которые соединены между собой. Метод позволяет во много раз ускорить процесс сушки, а значит, и всего исследования.
3. Метод рефрактометрии. Применение этого способа обычно актуально для веществ, содержащих много сахарозы: сладости, сиропы или соки. При этом сравниваются коэффициенты преломления образца вещества и сахарозы. Т. к. коэффициент преломления зависит от температуры, то оба раствора помещают перед исследованием в термостат. Этот метод достаточно точно определяет количество сухих веществ.

Редко применяемые методы

1. Метод дифференциальной сканирующей колориметрии заключается в охлаждении образца ниже температуры замерзания воды, при этом свободная вода перейдет в твердое состояние, и при нагревании образца можно найти тепло, затраченное на таяние этой воды. А связанная вода будет определена как разность между общей водой и замороженной.
2. Метод диэлектрических измерений основан на том, что при наличии частично связанной воды ее свойства как диэлектрика сильно отличаются от образца, где такой воды нет. Определив диэлектрические свойства образца вещества, по специальным таблицам находят содержание свободной и связанной воды.
3. Метод измерения теплоемкости заключается в измерении показателя замороженной воды при ее оттаивании, когда происходит разрыв водородных связей. При высокой влажности образца значение теплоемкости будет определять именно свободная вода, теплоемкость которой в 2 раза больше, чем льда.
4. Метод ядерно-магнитного резонанса определяет подвижность воды в неподвижной матрице. При наличии свободной и связанной воды прибор определяет их наличие в спектре сразу двумя линиями. Один вид воды дает только одну спектральную линию. Метод дорогостоящий, но очень точный, используется для глубоких исследований строения органических веществ.
5. Денсиметрический метод начинается с определения удельного веса образца. Это обычный способ для вычисления воды в соках, сиропах, продуктах переработки фруктов или ягод с сахаром. Удельный вес определяем ареометром. Зная его, используем приведенные в ГОСТе на исследуемое вещество данные и устанавливаем содержание воды в образце.

Необходимо отметить, что методы определения сухих веществ не ограничиваются приведенными в данной статье.

Рекомендации по выбору метода исследования

Для каждого конкретного образца вещества, продукта или материала применяется свой способ определения сухих веществ. Чтобы уточнить метод, необходимо обратиться к государственным стандартам и нормативам, которые разработаны для всех продуктов питания и их производств.

Государственные стандарты

Большой выбор методов определения сухого остатка не означает самодеятельного выбора нужного метода. Для правильного проведения исследования необходимо ознакомиться с государственными стандартами и нормативами проведения этих анализов согласно ГОСТу.

Так, разработан ГОСТ 26808-2017 "Консервы из рыбы и морепродуктов. Методы определения сухих веществ" и ГОСТ 32640-2012, касающийся способов расчета содержания вещества в кормах. В них очень подробно описаны процессы, отмечены особенности их проведения, оборудование и материалы для исследования.

Другие стандарты и нормативы

Кроме государственных стандартов существует большое количество различных нормативов, определяющих правильность выполнения лабораторных исследований для каждого вида исследуемого вещества на содержание сухих веществ. Это различные ОСТы, ТУ, РСТ, МВИ и другие нормативы и стандарты. Так, например, есть РД 118.02.8-88 «Методика выполнения измерений содержания сухого остатка (растворенных веществ) в сточных водах».