Вода – це одна з найпоширеніших хімічних сполук на Землі. Вона відіграє у житті біологічного світу виняткову роль, як і кисень, будучи необхідною умовою життя, входить до складу всіх живих істот і бере участь в їх системах метаболізму. Визначення вмісту води (відсоток вологості) в оточуючому людину середовищі, продуктах харчування, промислових матеріалах, газоподібних, твердих і рідких речовин – одна з багатьох завдань, розв’язуваних в лабораторіях всього світу.

Визначення поняття

Саме загальне визначення поняття сухих речовин (сухого залишку в хімії) полягає в тому, що це субстанції, з яких видалена волога. Але вологу, яка міститься в речовині або матеріалі, можна розділити на дві складові:

• та, яка міститься в молекулах речовини, або пов’язана;
• та, яка міститься між молекулами речовини, або вільна.

Вільну воду ми можемо видалити фізичними методами: випарюванням, висушуванням, відгоном і т. д. При цьому структура речовини може змінюватися, хімічний склад – ні. Пов’язана волога може бути видалена тільки при більш жорстких умовах або навіть тільки за допомогою хімічних речовин.

Сухі – це речовини, в яких відсутні обидва види води. При цьому необхідно пам’ятати, що навколишній повітря постійно містить певну кількість водяної пари.

Тому висушені гарячі речовини необхідно зберігати в спеціальних ємностях, щоб в них не потрапили водяні пари.

Вода в продуктах харчування

У продуктах харчування вода міститься у великих кількостях. Від 70-95 % в різних фруктах і овочах і до 4 % в сухому молоці. Але вологість продукту не говорить про процентному вмісті в ньому вільної та зв’язаної води, а це грає провідну роль при зберіганні. Адже в залежності від вологості змінюється вигляд, смак і, відповідно, час і спосіб зберігання без появи ознак зіпсованості. Тому виробники зазвичай вказують не тільки термін, а й вологість і температуру зберігання продукту.

В їжі вода може бути пов’язана білками і великою кількістю інших органічних сполук у стійкі колоїдні системи, з яких видаляється з працею.

Вода в кормах для тварин

Сухе речовина може ставитися до сухої частини корми для тварин. Поживна речовина в кормі або токсин можуть бути віднесені до таких, щоб показати їх рівень в їжу для тварин. Облік рівнів вмісту поживних речовин у різних кормах на основі сухої речовини (а не на основі фактичних даних) полегшує порівняння. Адже все харчування має різні процентні вмісту води. Це також дозволяє порівняти рівень цієї поживної речовини в сухому з рівнем, необхідним в раціоні тварини.

Процентний вміст води часто визначається нагріванням корму на паперовій тарілці в мікрохвильовій печі або використанням Koster Tester для сушіння корму. Визначення сухих речовин може бути корисно для низькоенергетичних кормів з високим відсотком води, щоб забезпечити адекватне споживання енергії. Було показано, що тварини, що вживають ці види харчування, отримують менше харчової енергії. Проблема, звана втратою сухої речовини, може виникнути в результаті виділення тепла, викликаного мікробним диханням. Це зменшує вміст неструктурних вуглеводів, білків і в цілому енергії їжі.

Як можна вирахувати кількість вологи

Вміст сухих речовин визначається різницею між вагою всього продукту і його вологістю (вмістом вологи). Для цього зазвичай застосовують прямий і непрямий способи.

Прямі методи допомагають отримати міститься в продукті воду, а потім визначити її кількість.

Непрямі методи, такі як висушування, рефрактометрія, щільність або електропровідність розчину, визначають вміст сухих речовин. До непрямим методам можна віднести метод впливу на досліджуване речовина хімічними реагентами.

Складності при визначенні вмісту вологи в речовині

Визначення кількості води в зразку іноді ускладнюється тим, що його сушіння призводить і до зміни його хімічного складу: легколетучие речовини, такі як вуглекислий газ, деякі органічні кислоти, сполуки аміаку, а також більшість спиртів і ефірів при процесі просто випаровуються, а окислювання деяких органічних речовин призводить до збільшення ваги сухого залишку. Він може збільшуватись і за рахунок води, що міститься в стійких гідрофільних колоїдах.

Як визначити сухий залишок

Визначення сухих речовин здійснюється різними методами. Розглянемо основні і найбільш часто застосовуються:

Арбітражний метод. Вміст води визначається методом висушування до постійної маси сухої речовини, коли виділяється гігроскопічна волога. Температура при цьому витримується строго визначена. Висушується зразок до постійної маси. Існує також прискорений метод, здійснюваний при підвищеній температурі. При цьому вибирається конкретний час сушіння, а процес здійснюється за допомогою спікання в однорідну масу з заздалегідь прожареним піском. Кількість застосовуваного піску повинно бути від двох до чотирьох разів більше, ніж зразок. Пісок необхідний для рівномірного висушування, підвищує пористість і полегшує виведення вологи. Процес проводять у фарфорових чашках протягом 30 хвилин, температура визначається видом продукту. Замість порцелянових чашок можна використовувати алюмінієві чи скляні.

Висушування в апараті високої частоти. Такий апарат дає інфрачервоне випромінювання і зазвичай складається з двох плит, які з’єднані між собою. Метод дозволяє у багато разів прискорити процес сушіння, а значить, і всього дослідження.

Метод рефрактометрії. Застосування цього способу звичайно актуально для речовин, що містять багато сахарози: солодощі, сиропи або соки. При цьому порівнюються коефіцієнти заломлення зразка речовини і сахарози. Оскільки коефіцієнт заломлення залежить від температури, то обидва розчину поміщають перед дослідженням у термостат. Цей метод достатньо точно визначає кількість сухих речовин.

Рідко застосовувані методи

Метод диференціальної скануючої колориметрії полягає в охолодженні зразка нижче температури замерзання води, при цьому вільна вода перейде у твердий стан, і при нагріванні зразка можна знайти тепло, витрачений на танення цієї води. А зв’язана вода буде визначена як різниця між загальною водою і замороженою.

Метод діелектричних вимірювань заснований на тому, що при наявності частково пов’язаної води її властивості як діелектрика сильно відрізняються від зразка, де такої води немає. Визначивши діелектричні властивості зразка речовини, за спеціальними таблицями знаходять вміст вільної та зв’язаної води.

Метод вимірювання теплоємності полягає у вимірюванні показника замороженої води при її відтаванні, коли відбувається розрив водневих зв’язків. При високій вологості зразка значення теплоємності буде визначати саме вільна вода, теплоємність якої в 2 рази більше, ніж льоду.

Метод ядерно-магнітного резонансу визначає рухливість води в нерухомій матриці. При наявності вільної та зв’язаної води прилад визначає їх наявність у спектрі відразу двома лініями. Один вид води дає тільки одну спектральну лінію. Метод дорогий, але дуже точний, використовується для глибоких досліджень будови органічних речовин.

Денсиметрический метод починається з визначення питомої ваги зразка. Це звичайний спосіб для обчислення води в соках, сиропах, продуктах переробки фруктів або ягід з цукром. Питома вага визначаємо ареометром. Знаючи його, використовуємо наведені в Гості на досліджуване речовина дані і встановлюємо вміст води в зразку.

Необхідно відзначити, що методи визначення сухих речовин не обмежуються наведеними в даній статті.

Рекомендації щодо вибору методу дослідження

Для кожного конкретного зразка речовини, продукту або матеріалу застосовується свій спосіб визначення сухих речовин. Щоб уточнити метод, необхідно звернутися до державних стандартів і нормативів, які розроблені для всіх продуктів харчування і їх виробництв.

Державні стандарти

Великий вибір методів визначення сухого залишку не означає самодіяльного вибору потрібного методу. Для правильного проведення дослідження необхідно ознайомитися з державними стандартами і нормативами проведення цих аналізів згідно ГОСТу.

Так, розроблений ГОСТ 26808-2017 “Консерви з риби і морепродуктів. Методи визначення сухих речовин” і ГОСТ 32640-2012, що стосується способів розрахунку вмісту речовини в кормах. В них дуже докладно описані процеси, відзначені особливості їх проведення, обладнання та матеріали для дослідження.

Інші стандарти і нормативи

Крім державних стандартів існує велика кількість різних нормативів, що визначають правильність виконання лабораторних досліджень для кожного виду досліджуваної речовини на вміст сухих речовин. Це різні Ости, ТУ, РСТ, МВВ та інші нормативи та стандарти. Так, наприклад, є РД 118.02.8-88 «Методика виконання вимірювань вмісту сухого залишку (розчинених речовин) в стічних водах».