利用非線性化學(xué)指紋圖譜法測定啤酒中乙醇含量

張娟等

摘要：建立了非線性化學(xué)指紋圖譜法測定啤酒中乙醇的方法。取4份5mL啤酒標(biāo)樣，分別加入0， 1， 2和4 mL 5%的乙醇，再分別加入20 mL 1 mol/L H2SO4、 4 mL 1.25 mol/L丙二酸、3 mL 0.1 mol/L硫酸鈰銨，以水定容至52 mL。在37.0 ℃， 850 r/min反應(yīng)條件下，恒速攪拌4 min，快速注入8 mL 0.8 mol/L NaBrO3，記錄非線性化學(xué)指紋圖譜。利用其最大波幅和乙醇含量擬合得出線性回歸方程，用于測定其它啤酒中乙醇的含量。結(jié)果表明，在一定的濃度范圍內(nèi)，乙醇的濃度與最大波幅值線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R為0.9989～0.9996，樣品加標(biāo)回收率為97.1%～102.0%，RSD為0.4%～1.7%。本方法快速、簡便、重現(xiàn)性好、精密度高，是一種切實(shí)可行的測定啤酒乙醇含量的新方法，也可為復(fù)雜樣品中其它成分的測定提供借鑒手段。

關(guān)鍵詞：非線性化學(xué)指紋圖譜； 信息擬合； 乙醇測定； 啤酒

1引言

不同種類的啤酒，其乙醇含量都必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，測定啤酒乙醇的方法主要有比重瓶法、氣相色譜法和自動分析儀測定等[1]。這些方法或成本高、或操作煩瑣、或兩者兼有，尤其是需蒸餾樣品以排除CO2的操作缺點(diǎn)，不僅耗時(shí)和增加工作強(qiáng)度，而且還會因乙醇的強(qiáng)揮發(fā)性使其測定結(jié)果嚴(yán)重偏低[2]，嚴(yán)格說來，只能給出不低于某一含量的結(jié)論。作為化學(xué)容量法之一的重鉻酸鉀碘量法，當(dāng)樣品的蒸餾條件嚴(yán)格控制時(shí)，也常被用于啤酒中乙醇含量的測定[1，2]。盡管它的準(zhǔn)確度優(yōu)于其它方法，但仍然耗時(shí)且成本較高。因此，建立一種低成本、快速和準(zhǔn)確測定啤酒中乙醇含量的方法十分必要。

非線性化學(xué)指紋圖譜法是本世紀(jì)初提出的一種建立在包括化學(xué)湍流和化學(xué)振蕩等化學(xué)混沌現(xiàn)象的非線性化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)之上的化學(xué)動力學(xué)指紋圖譜技術(shù)。自它的原理、方法、特點(diǎn)、功能和檢測儀器等系統(tǒng)研究成果[3～6]發(fā)表以來，其理論和應(yīng)用技術(shù)研究已取得較廣泛的發(fā)展，并報(bào)道了許多成果[7～17]。但這些研究成果主要局限在非線性化學(xué)反應(yīng)及其在樣品鑒別和評價(jià)技術(shù)方面的應(yīng)用，并未涉及到樣品成分的定量分析。本研究將非線性化學(xué)指紋圖譜法用于啤酒中乙醇的定量分析及原理研究。本方法操作簡單、快速、重現(xiàn)性好、精密度高，為復(fù)雜樣品的定量分析提供了新方法，也為非線性化學(xué)指紋圖譜法由定性分析到定量評價(jià)提供了參考。

2非線性化學(xué)指紋圖譜信息回歸法原理

非線性化學(xué)指紋圖譜是樣品中各物質(zhì)的群集表征，影響該指紋圖譜特征信息的物質(zhì)可分為四大類。第一類是反應(yīng)底物，即引起基本非線性化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，包括有機(jī)底物和無機(jī)底物。第二類是反應(yīng)耗散物，它們也參與基本非線性化學(xué)反應(yīng)，但與其它在反應(yīng)中進(jìn)行再生消耗循環(huán)的底物不同，反應(yīng)耗散物在反應(yīng)中不斷消耗，最終使反應(yīng)停止，故在反應(yīng)體系中它們還決定著非線性化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行時(shí)間。這兩類物質(zhì)中缺乏其中任何一種都不能產(chǎn)生反應(yīng)，也就是不可能測得非線性化學(xué)指紋圖譜。因此，這兩類物質(zhì)是影響非線性化學(xué)指紋圖譜的重要物質(zhì)，尤其是后者還對測定指紋圖譜所需的時(shí)間有重要影響。第三類是共存于樣品中，通過其物理化學(xué)性質(zhì)共同影響基本非線性化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，通過對反應(yīng)機(jī)理的影響，改變體系中實(shí)際的反應(yīng)歷程，從而對非線性化學(xué)指紋圖譜特征信息產(chǎn)生顯著影響。第四類是存在于體系中但并不參與任何化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，只是通過對反應(yīng)體系物理性質(zhì)的影響，改變工作電勢與反應(yīng)參與物活度之間的非平衡能斯特關(guān)系，從而對樣品的指紋圖譜產(chǎn)生影響。這4類物質(zhì)對非線性化學(xué)指紋圖譜特征信息的影響程度各不相同，其大小主要取決于體系中各物質(zhì)的濃度及相對活性，故非線性化學(xué)指紋圖譜特征信息是體系中各物質(zhì)共同作用的結(jié)果。改變樣品的成分和濃度，勢必導(dǎo)致指紋圖譜特征信息的相應(yīng)改變，這正是非線性化學(xué)指紋圖譜鑒別樣品的優(yōu)勢所在。另外，當(dāng)體系中其它所有共存物質(zhì)的種類和濃度保持不變或基本不變，而只改變某種對指紋圖譜特征信息有明顯作用的物質(zhì)的濃度時(shí)，非線性化學(xué)指紋圖譜特征信息的變化就是該物質(zhì)單獨(dú)對指紋圖譜作用的結(jié)果。當(dāng)這種作用使指紋圖譜定量信息產(chǎn)生的變化與該物質(zhì)濃度之間存在某種確定的函數(shù)關(guān)系時(shí)，利用此關(guān)系就可對物質(zhì)進(jìn)行定量分析。因此，當(dāng)啤酒中與乙醇共存的其它各物質(zhì)的種類和濃度基本不變，只改變乙醇濃度時(shí)，指紋圖譜變化的規(guī)律就是乙醇一種物質(zhì)對指紋圖譜產(chǎn)生影響的規(guī)律，利用這種規(guī)律就可對啤酒中乙醇進(jìn)行定量分析。本研究利用這一原理測定啤酒中乙醇的含量。

3實(shí)驗(yàn)部分

3.1儀器、試劑和樣品

MZ1A型非線性化學(xué)指紋圖譜智能分析儀（湖南尚泰測控科技有限公司）；蒸餾裝置一套。

1 mol/L H2SO4溶液；1.25 mol/L丙二酸；0.1mol/L硫酸鈰銨溶液（以1 mol/L H2SO4溶液配制）；0.8 mol/L NaBrO3溶液；無水乙醇。以上試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。啤酒樣品購自超市。6種啤酒樣品分別為a， b， c， d， e和 f。

啤酒標(biāo)準(zhǔn)樣品系列配制：取6種啤酒樣品，用重鉻酸鉀碘量法[1]測定其乙醇含量，作為研究用的啤酒標(biāo)樣。

3.2實(shí)驗(yàn)方法

3.2.1標(biāo)樣定量信息測定與回歸方程擬合取4份5.00 mL上述啤酒標(biāo)樣于反應(yīng)器中，分別加入0， 1， 2和4 mL 5%的乙醇溶液，再均依次加入20 mL H2SO4、4 mL丙二酸、3 mL硫酸鈰銨，最后以水定容至52 mL。蓋好帶注射孔和電極的反應(yīng)器蓋，開啟超級恒溫器調(diào)節(jié)溫度為37.0 ℃，850 r/min恒速攪拌，即刻點(diǎn)擊菜單采集數(shù)據(jù)。恒速攪拌4 min后，用注射器快速注入8 mL NaBrO3溶液。記錄Et曲線至電位E不再隨時(shí)間t變化為止。利用Matlab軟件確定所得指紋圖譜的最大波幅值，擬合最大波幅值和乙醇濃度的回歸方程。

3.2.2未知試樣的測定準(zhǔn)確量取5 mL啤酒試樣、20 mL H2SO4溶液、4 mL丙二酸溶液、3 mL硫酸鈰銨溶液、12 mL蒸餾水于反應(yīng)器中，蓋好帶注射孔和電極的反應(yīng)器蓋。然后按照“3.3.1”節(jié)測定指紋圖譜，利用Matlab軟件確定所得指紋圖譜的最大波幅值，通過回歸方程計(jì)算啤酒中乙醇濃度。

4結(jié)果與討論

4.1啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜及其基本信息

4.2乙醇濃度對啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜最大波幅的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有啤酒中乙醇濃度對指紋圖譜的可量化信息均有規(guī)律性的影響，其中波動壽命和最大波幅等均隨乙醇濃度單調(diào)遞變。啤酒d中乙醇濃度對指紋圖譜可量化信息的影響見圖3。在相應(yīng)濃度范圍內(nèi)，所有啤酒指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間均呈線性關(guān)系（圖4），這為測定各種啤酒中乙醇的含量提供了方便。

4.3非線性化學(xué)指紋圖譜信息回歸法測定啤酒乙醇含量

用非線性化學(xué)指紋圖譜信息回歸法測定6種啤酒中乙醇的含量，同時(shí)也按“3.2節(jié)”方法配制了新的啤酒標(biāo)樣，進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。測定結(jié)果及其精密

度和準(zhǔn)確度見表1。由表1可見，各種啤酒乙醇含量測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.8%，回收率在97.1%～102%之間。結(jié)果表明，表明用非線性化學(xué)指紋圖譜信息信息回歸法測定啤酒中乙醇濃度時(shí)，結(jié)果精密度較高，無系統(tǒng)偏差，隨機(jī)偏差絕對值允許偏差范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度令人滿意。

5結(jié)論

啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間存在定量關(guān)系，利用啤酒標(biāo)樣非線性化學(xué)指紋圖譜信息擬合得到的線性回歸方程，可用來測定同種不同批次未知啤酒樣品中乙醇的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非線性化學(xué)指紋圖譜信息法分析結(jié)果具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。方法以回歸方程代替制備麻煩和難以長期保存的啤酒標(biāo)樣，操作簡單、檢測儀器便宜、分析成本低，無需蒸餾提純樣品、無需排除CO2，解決了啤酒中乙醇常規(guī)分析方法中測定結(jié)果普遍偏低的問題，而且可大大縮短分析時(shí)間。本方法不僅可用于測定各種啤酒中乙醇的濃度，而且也可用于復(fù)雜樣品中其它物質(zhì)含量的測定。

References

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4結(jié)果與討論

4.1啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜及其基本信息

4.2乙醇濃度對啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜最大波幅的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有啤酒中乙醇濃度對指紋圖譜的可量化信息均有規(guī)律性的影響，其中波動壽命和最大波幅等均隨乙醇濃度單調(diào)遞變。啤酒d中乙醇濃度對指紋圖譜可量化信息的影響見圖3。在相應(yīng)濃度范圍內(nèi)，所有啤酒指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間均呈線性關(guān)系（圖4），這為測定各種啤酒中乙醇的含量提供了方便。

4.3非線性化學(xué)指紋圖譜信息回歸法測定啤酒乙醇含量

用非線性化學(xué)指紋圖譜信息回歸法測定6種啤酒中乙醇的含量，同時(shí)也按“3.2節(jié)”方法配制了新的啤酒標(biāo)樣，進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。測定結(jié)果及其精密

度和準(zhǔn)確度見表1。由表1可見，各種啤酒乙醇含量測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.8%，回收率在97.1%～102%之間。結(jié)果表明，表明用非線性化學(xué)指紋圖譜信息信息回歸法測定啤酒中乙醇濃度時(shí)，結(jié)果精密度較高，無系統(tǒng)偏差，隨機(jī)偏差絕對值允許偏差范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度令人滿意。

5結(jié)論

啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間存在定量關(guān)系，利用啤酒標(biāo)樣非線性化學(xué)指紋圖譜信息擬合得到的線性回歸方程，可用來測定同種不同批次未知啤酒樣品中乙醇的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非線性化學(xué)指紋圖譜信息法分析結(jié)果具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。方法以回歸方程代替制備麻煩和難以長期保存的啤酒標(biāo)樣，操作簡單、檢測儀器便宜、分析成本低，無需蒸餾提純樣品、無需排除CO2，解決了啤酒中乙醇常規(guī)分析方法中測定結(jié)果普遍偏低的問題，而且可大大縮短分析時(shí)間。本方法不僅可用于測定各種啤酒中乙醇的濃度，而且也可用于復(fù)雜樣品中其它物質(zhì)含量的測定。

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4結(jié)果與討論

4.1啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜及其基本信息

4.2乙醇濃度對啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜最大波幅的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有啤酒中乙醇濃度對指紋圖譜的可量化信息均有規(guī)律性的影響，其中波動壽命和最大波幅等均隨乙醇濃度單調(diào)遞變。啤酒d中乙醇濃度對指紋圖譜可量化信息的影響見圖3。在相應(yīng)濃度范圍內(nèi)，所有啤酒指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間均呈線性關(guān)系（圖4），這為測定各種啤酒中乙醇的含量提供了方便。

4.3非線性化學(xué)指紋圖譜信息回歸法測定啤酒乙醇含量

用非線性化學(xué)指紋圖譜信息回歸法測定6種啤酒中乙醇的含量，同時(shí)也按“3.2節(jié)”方法配制了新的啤酒標(biāo)樣，進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。測定結(jié)果及其精密

度和準(zhǔn)確度見表1。由表1可見，各種啤酒乙醇含量測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.8%，回收率在97.1%～102%之間。結(jié)果表明，表明用非線性化學(xué)指紋圖譜信息信息回歸法測定啤酒中乙醇濃度時(shí)，結(jié)果精密度較高，無系統(tǒng)偏差，隨機(jī)偏差絕對值允許偏差范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度令人滿意。

5結(jié)論

啤酒非線性化學(xué)指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間存在定量關(guān)系，利用啤酒標(biāo)樣非線性化學(xué)指紋圖譜信息擬合得到的線性回歸方程，可用來測定同種不同批次未知啤酒樣品中乙醇的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非線性化學(xué)指紋圖譜信息法分析結(jié)果具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。方法以回歸方程代替制備麻煩和難以長期保存的啤酒標(biāo)樣，操作簡單、檢測儀器便宜、分析成本低，無需蒸餾提純樣品、無需排除CO2，解決了啤酒中乙醇常規(guī)分析方法中測定結(jié)果普遍偏低的問題，而且可大大縮短分析時(shí)間。本方法不僅可用于測定各種啤酒中乙醇的濃度，而且也可用于復(fù)雜樣品中其它物質(zhì)含量的測定。

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