赤砂糖中二氧化硫含量測(cè)定的不確定度分析

鄭冰儀，謝斯銘，張　晶，張志強(qiáng)

【糖產(chǎn)品研發(fā)與檢測(cè)】

赤砂糖中二氧化硫含量測(cè)定的不確定度分析

鄭冰儀1,2，謝斯銘1,2，張晶1,2，張志強(qiáng)1,2

(1廣東省科學(xué)院生物工程研究所，廣東廣州 510316；2中國(guó)輕工業(yè)甘蔗制糖工程技術(shù)研究中心，廣東廣州 510316)

采用GB 5009.34-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中二氧化硫的測(cè)定》中蒸餾法對(duì)赤砂糖中二氧化硫進(jìn)行測(cè)定，分析該方法不確定度來(lái)源，對(duì)不確定度各個(gè)分量進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，測(cè)定赤砂糖中二氧化硫含量不確定度的主要來(lái)源為標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液消耗的體積和重復(fù)性測(cè)量，當(dāng)二氧化硫含量為0.053 g/kg時(shí)，擴(kuò)展不確定度為0.0034 g/kg(=2)，測(cè)試結(jié)果表示為：0.053 g/kg±0.0034 g/kg，=2，=95%。

赤砂糖；二氧化硫；不確定度

0 前言

赤砂糖是主要以甘蔗、甜菜或原糖為原料，通過(guò)一步法生產(chǎn)白砂糖時(shí)的副產(chǎn)品。而國(guó)內(nèi)大部分甘蔗糖廠使用亞硫酸法生產(chǎn)白砂糖，以二氧化硫作為主要的澄清劑。赤砂糖中二氧化硫含量是反映赤砂糖質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)GB 2760-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，食糖中二氧化硫的限量值為0.1 g/kg。本文根據(jù)GB 5009.34-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中二氧化硫的測(cè)定》的規(guī)定，采用蒸餾法對(duì)赤砂糖樣品的二氧化硫殘留量進(jìn)行測(cè)定。

不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性，是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)[1]，為食品檢驗(yàn)合格評(píng)定的準(zhǔn)確性、可靠性提供真實(shí)有效的依據(jù)，保證測(cè)定結(jié)果的完整和有意義。本文根據(jù)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)各個(gè)不確定度分量進(jìn)行計(jì)算，找出影響蒸餾法測(cè)定二氧化硫檢測(cè)準(zhǔn)確性的因素，并提出了該法的合成不確定度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料為赤砂糖；鹽酸(HCl)、乙酸鉛[Pb(CH3COO)2]為分析純；碘標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mol/L)、硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mol/L)、重鉻酸鉀基準(zhǔn)試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

VAP200二氧化硫蒸餾儀(德國(guó)格哈特分析儀器有限公司)；碘量瓶(250 mL，天津天玻玻璃儀器有限公司)；酸式滴定管(10 mL，天津天玻玻璃儀器有限公司)；GH252天平(精度0.0001 g，日本AND公司)。

1.3 試驗(yàn)方法

稱(chēng)取樣品5 g(精準(zhǔn)至0.001 g)樣品于500 mL蒸餾燒瓶中，加入250 mL蒸餾水和10 mL(1+1)鹽酸，裝上冷凝蒸餾裝置，蒸餾，冷凝管下端放置備有25 mL乙酸鉛溶液的250 mL碘量瓶，當(dāng)?shù)饬科空麴s到液面達(dá)約200 mL時(shí)，停止蒸餾，最后加10 mL濃鹽酸酸化，加1 mL淀粉指示劑，用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

2 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)GB 5009.34-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中二氧化硫的測(cè)定》，測(cè)定結(jié)果計(jì)算公式為：

：樣品中二氧化硫含量，g/kg；：滴定樣品所用的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；0：滴定空白的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；：碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)際濃度，mol/L；：樣品的質(zhì)量，g。

3 不確定度來(lái)源分析[2]

測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，它合理地賦予被測(cè)值的分散性。該分散性主要涉及A類(lèi)不確定度和B類(lèi)不確定度和合成不確定度[1]。根據(jù)測(cè)量過(guò)程和數(shù)學(xué)模型，試樣中二氧化硫的不確定度來(lái)源包括：①稱(chēng)樣過(guò)程中引入的不確定度rel()；②滴定過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液消耗的體積引入的不確定度rel(-0)；③碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的不確定度rel()；④測(cè)量過(guò)程重復(fù)性導(dǎo)致的不確定度rel()。試樣中二氧化硫不確定度來(lái)源見(jiàn)圖1。

4 不確定度分量評(píng)定

圖1　試樣中二氧化硫測(cè)定的不確定度來(lái)源

4.1 評(píng)定稱(chēng)量的不確定度

4.2 滴定過(guò)程中實(shí)際消耗的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液體積引入的不確定度

由1，2合成的不確定度分量為：

(0)的計(jì)算與()相似，但一般0較小，上式中由溫度引起的偏差可忽略，則(0)=10.014 mL，合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

則消耗的碘體積的相對(duì)不確定度為：

4.3 碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度引入的不確定度

4.3.1 碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的不確定度

量取35.00～40.00 mL配制的碘，置于碘量瓶中，加150 mL水(15～20℃)，加5 mL 0.1 mol/L鹽酸溶液。用0.1 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定，近終點(diǎn)時(shí)加2 mL淀粉指示液(10 g/L)，繼續(xù)滴定至溶液藍(lán)色消失。同時(shí)做水所消耗碘4的空白試驗(yàn)：取250 mL，水(15～20℃)，加5 mL 0.1 mol/L鹽酸溶液，加0.05～0.20 mL配制的碘溶液和2 mL淀粉指示液，用0.1 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至溶液藍(lán)色消失。碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度按式(8)計(jì)算[4]：

4.3.1.1 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積引入的不確定分量

因此，硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定體積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3.1.2 碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積引入的不確定分量

4.3.1.3 硫代硫酸鈉濃度引入的不確定分量

稱(chēng)取26 g五水合硫代硫酸鈉，加0.2 g無(wú)水碳酸鈉，溶于1000 mL水中，緩緩煮沸10 min，冷卻，放置2周后用4號(hào)玻璃濾鍋過(guò)濾。稱(chēng)取0.18 g已于120℃±2℃條件下干燥至恒量的工作基準(zhǔn)試劑重鉻酸鉀，置于碘量瓶中，溶于25 mL水，加2 g碘化鉀及20 mL硫酸溶液(20%)，搖勻，于暗處放置10 min，加150 mL水(15～20℃)，用配制的硫代硫酸鈉溶液滴定，近終點(diǎn)時(shí)加2 mL淀粉指示液(10 g/L)，繼續(xù)滴定至溶液由藍(lán)色變?yōu)榱辆G色，同時(shí)做空白試驗(yàn)[4]。

其中，：重鉻酸鉀的質(zhì)量，g；5：硫代硫酸鈉體積，mL；6：空白體積，mL。

(1)工作基準(zhǔn)試劑質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)引入的不確定分量

rel()=()/=0.082/183.5=0.00045·········(13)

(2)滴定實(shí)際消耗的硫代硫酸鈉滴定標(biāo)準(zhǔn)溶液體積及數(shù)值修約引入的不確定度

(3)硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度的A類(lèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定分量

2人各4平行濃度標(biāo)定結(jié)果基本量值如表1所示。

表1　硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定結(jié)果基本量值

所以8平行的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

測(cè)量過(guò)程重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：rel()=0.000039/0.1002=0.00039。硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel()：

4.3.1.4碘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的A類(lèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定分量

2人各4平行濃度標(biāo)定結(jié)果基本量值見(jiàn)表2。

表2　碘標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定結(jié)果基本量值

所以8平行的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)合成不確定度為：

4.3.2 稀釋碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的不確定度

(1)10 mL移液管引入的不確定度

rel(7)=7/7=0.013/10=0.0013················(22)

(2)100 mL容量瓶引入的不確定度

rel(8)=0.084/100=0.00084·····················(24)

稀釋碘標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)不確定度：

碘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的不確定度為：

單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4.4 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

本實(shí)驗(yàn)中的不確定度分量詳見(jiàn)表4，試樣中二氧化硫殘留量測(cè)定結(jié)果的相對(duì)合成不確定度為：

表3　測(cè)試過(guò)程重復(fù)性導(dǎo)致的不確定度

表4　不確定度的分量評(píng)定

一般包含因子=2，則赤砂糖中二氧化硫殘留量的擴(kuò)展不確定度為：=×urel()×=0.0034 g/kg。

5 結(jié)論

蒸餾法測(cè)定赤砂糖樣品中二氧化硫殘留量的過(guò)程中，當(dāng)包含因子=2時(shí)，其擴(kuò)展不確定度為0.0034 g/kg，樣品中二氧化硫含量為0.053 g/kg，其含量表示為：0.053 g/kg±0.0034 g/kg，=2，=95%。通過(guò)不確定度的評(píng)定可以看出，本法測(cè)定結(jié)果的不確定度主要來(lái)自于標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液消耗的體積和樣品的重復(fù)測(cè)定。

[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF 1059.1-2012 [S]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

[2] 龍?jiān)?，谷冠軍，杜菡，? 蒸餾法測(cè)定食品中二氧化硫的不確定度分析[J]. 吉首大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，32(6)：93-96.

[3] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 常用玻璃量器：JJG 196-2006 [S]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2006.

[4] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 化學(xué)試劑標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定溶液的制備：GB/T 601-2016 [S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

Evaluation of Uncertainty Determination of Sulphur Dioxide in Brown Granulated Sugar

ZHENG Bing-yi1,2, XIE Si-ming1,2, ZHANG Jing1,2, ZHANG Zhi-qiang1,2

(1Institute of Bioengineering, Guangdong Academy of Sciences, Guangzhou 510316;2Research Center for Sugarcane Industry Engineering Technology of Light Industry of China, Guangzhou 510316)

The sulfur dioxide in brown granulated sugar was determined by distillation method according to the standard of GB 5009.34-2016 “National food safety standards on the determination of sulfur dioxide in food”. The source of uncertainty of the method was analyzed by evaluating each component of uncertainty. The result showed that main source of uncertainty in the content of sulfur dioxide in brown granulated sugar was the volume consumed by standard titration solution, followed by the repeatability measurement. When the sulfur dioxide content was 0.053 g/kg, the expanded uncertainty was 0.0034 g/kg (=2), results of dimethoate eontent could be expressed as follows: 0.053 g/kg±0.0034 g/kg,=2,=95%。

Brown granulated sugar; Sulphur dioxide; Uncertainty

TS247

B

1005-9695(2021)01-0082-05

2020-11-11；

2021-01-22

廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201806010093)

鄭冰儀(1995-)，助理工程師，主要從事食品檢測(cè)；E-mail：2575168141@qq.com

鄭冰儀，謝斯銘，張晶，等. 赤砂糖中二氧化硫含量測(cè)定的不確定度分析[J]. 甘蔗糖業(yè)，2021，50(1)：82-86.