粮食水分快速检测方法的研究

粮食水分快速检测方法的研究
摘要：本文介绍了粮食水分的快速检测方法。

关键词：粮食；水分；检测
传统的粮食水分检测多是通过干燥或化学方法直接去除粮食中的水分，检测出样品的绝对含水量。

其中干燥法主要包括电烘箱法、减压法、红外加热法、微波加热法；化学法包括蒸馏法、卡尔.费休法和碳化钙法等。

这些方法的检测精度高，适用于实验室检测，但费时，无法实现快速、在线检测。

因此，近年来人们越来越重视研究粮食水分的快速检测，新的检测设备不断涌现。

粮食水分的快速检测，是通过对与水分有关的物理量（例如物质的电导率、介电常数等）的检测，相应地测定物质的含水量，一般来说速度较快，易实现在线检测。

主要有电容法、电阻法、射线法、中子法、核磁共振法和声学法等。

1电容法电容法测量粮食水分的原理是：不同水分的粮食经过电容传感器，使电容传感器介质的介电系数E发生变化，随着介电系数E的变化，电容传感器的电容量亦发生变化，这样就可以间接地测出粮食的含水量。

比如含水量较高的粮食相对介电常数越大。

电容法的优点是：结构简单，成本低，易于实现连续快速测量。

缺点是测量精度不高，稳定性差。

影响电容式水分计测量精度和稳定性的原因是多方面的，如被测物料的品种、温度、紧密度等。

根据电容法研究开发的水分测量仪称为电容式水分仪，目前，国内利用电容法测定粮食水分的仪器的种类较多，如上海生产的SSY-1B型电脑水分测定仪、哈尔滨自动化仪表研究所研制的WS-1型粮食温度水分测试仪等。

黑龙江生产的DLS-3A型电脑粮食水分仪，可
以测试玉米、稻谷、小麦、大豆、高粱等9 个粮食种类54 个品种，水分测量误差≤±5 %，重现性为0.2 % （20 % 水分以下），使用温度为-5 ℃～40 ℃。

国外主要有美国制造的FARMEX
谷物水分测定仪，法国特里百特- 雷诺（Tripet te &Renaud）公司生产的Wile55，日本KETT 研究所生产的PM5013和PM888 等。

2电阻法粮食的电阻特性为：①在一定的含水范围内电阻对数与含水量关系近似呈线性；
②在粮食的含水范围内，电阻的量值变化很大，根据水分含量的不同，电阻值可能在较低的兆欧级直到高达几十兆欧级之间；③温度对粮食电阻的影响十分显著，性质上表现为被测的等效电阻随降温度的升高而减小。

电阻法测定粮食水分即是利用粮食水分含量的不同，其导电率不同，电阻值的变化间接地反映粮食水分含量。

电阻式粮食水分仪结构简单，价格便宜，缺点是信号强度小，取样要求高，不宜于微量水和高含水量的测定，传感器与样品接触状态会影响测量精度。

3近红外法近红外法是利用波长范围为780～2526 nm的电磁波，在样品中被含氢HX （C，N，O）官能基团的倍频、合频吸收来测定水分的方法由于水对近红外具有特征吸收光谱，所以被吸收的能量与物质的含水量有关。

近红外粮食水分仪为非接触测量，易于连续测量，无需化学预处理，分析快速，适用范围广。

缺点是物料大小、密度、环境温度、振动等对测量结果均有影响。

Zeltex 公司生产的ZX880 近红外检测仪平均相对误差小于4 % ，可以满足实际生产的求。

4微波和无线电波法微波为300 MHz～300 GHz 间的电磁波，其主要物理特性似光性和近声性。

微波检测水分的原理是：利用微波作用于粮食产生的功率变化、幅度变化、相位变化或频率改变信息来推算粮食的水分含量。

实质上这种方法是综合研究微波和物质的相互作用，根据物料介电常数与非电量之间存在的函数关系，利用微波反射、穿透、散射和腔
体微扰等物理特性的改变，通过测量微波信号基本参数（如幅度、相位、频率等）的改变量进行检测。

粮食中水的介电常数和损耗因子比其中干物质的介电特性值高很多，水分子在微波场作用下极化，表现出对微波的特殊敏感性。

粮食在干燥状态下的相对介电常数为2～5（小麦的介电系数约为2.3），而水的相对介电常数接近80，水在超高频范围内存在介电损耗的最大值。

利用超高频能量通过含水粮食产生能量损耗、相移或发射波参数的变化，可换算出粮食水分值。

微波水分测量正是利用水对微波能量的吸收或微波谐振腔谐振频率等参数随水分变化的原理进行水分测量的。

不同的应用对象，微波的检测原理略有不同。

其中，用于水分检测的主要有：透射法、反射法、腔体微扰法。

微波式水分仪的优点是：灵敏度高，速度快，非介入无损式测量，易于实现水分连续测定，测量信号易于联机数字化、可视化，所测结果为体积总体水而有代表性。

缺点是测量结果受物料形状、密度等因素影响，仪器价格高。

瑞典生产的Aquamat ic 5100 型快速水分分析仪，采用150 MHz 的无线电波技术，采用温度和密度修正，由测定介电常数来测定粮食水分。

由于采用了合适的校正方法，减少了各种误差，如收获年份、品种区别和产品产地，并且产品水分分布状况不影响检测结果，适合所有谷物和油料作物，且所有的谷物与油料产品均使用一条校准曲线，在检测水分的同时，还可检测容重和温度。

无需校准更新，一条曲线适合所有产品。

分析时间短，仅为20 s，样品温度为～10 ℃～40 ℃
5核磁共振在一定条件下，由于原子核自旋重新取向的结果是物质在某一确定的频率上吸收电磁场的能量，进入共振的频率的数据与原子核的性质以及作用到物质上的外磁场大小有关。

改变磁场的大小可以取出核磁共振的频谱，并能测出在试样中的某种原子核。

吸收能量的多少，与试样中所含有其它质子的物质，可以按能量吸收的强度来判断物质中的湿度。

情况复杂时，用信号加以区分，用核磁共振法对湿度进行测量，用荧光屏通过信号的强度直接测定其含水量。

其优点是测量迅速，非破坏性，精度很高，还可区分自由水和结合水，其不足之处是仪器昂贵，保养费用大，需精确标定。

6其它赛多利斯水分测定系统WDS 400 可以选择性测量表面水、毛细管水和结晶水。

利用热敏分析和电量分析相结合的方法，能精确有效地测量水分。

使用热敏分析法，用户可根据水的不同形式（如表面水、毛细管水、结晶水）自定义加热温度，然后由电化学传感器进行水分测定。

根据不同样品，可测量物质中从15 %到百万分之几的水分含量，最少可测量1 ug 的水分含量。

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