兩臺(tái)電位滴定儀測(cè)定油品的對(duì)比分析

◎ 梁舒穎，莫浩斌，郭偉鵬

（廣東省科學(xué)院微生物研究所 廣東省微生物分析檢測(cè)中心 華南應(yīng)用微生物國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東省微生物安全與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510000）

油品中的水分、酸價(jià)、過(guò)氧化值是檢驗(yàn)油品品質(zhì)好壞的指標(biāo)，也是油品倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)短的重要指標(biāo)。目前測(cè)定油脂中水分的主要方法是烘箱烘干法，測(cè)定酸價(jià)、過(guò)氧化值的主要方法是人工滴定法。但隨著科技的不斷進(jìn)步，儀器測(cè)定方法也在不斷更新迭代，GB 5009.227—2016和GB 5009.229—2016國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，電位滴定法從原本的第三法提升至第二法，這是由于該方法具有省時(shí)、省力、單次分析樣品數(shù)量多的優(yōu)點(diǎn)。但相關(guān)滴定儀成本較高，增加了前期投入。本文對(duì)市售主流的2個(gè)品牌的電位滴定儀測(cè)定油脂中水分、酸價(jià)、過(guò)氧化值等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，以期為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步推廣電位滴定法的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 樣品

花生油、玉米油、辣椒油和芝麻油，各500 mL。

1.1.2 試劑

卡爾費(fèi)休專(zhuān)用試劑（儀器廠商提供）；1∶1乙醚-異丙醇溶液（分析純）；2∶3異辛烷-冰醋酸溶液（分析純）；碘化鉀飽和溶液（分析純）；0.1 mol·L-1氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液；0.1 mol·L-1硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液。

1.1.3 儀器與設(shè)備

梅特勒超越系列T7型自動(dòng)電位滴定儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)T7型滴定儀）；瑞士萬(wàn)通848 Titrino plus自動(dòng)電位滴定儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)848型滴定儀）；賽多利斯電子天平。

1.2 儀器工作原理

1.2.1 卡爾費(fèi)休容量法水分測(cè)定

工作原理為在反應(yīng)杯中插入鉑電極，用卡爾費(fèi)休試劑滴定甲醇溶液。為避免不同滴定終點(diǎn)造成實(shí)驗(yàn)誤差，2臺(tái)儀器的滴定終點(diǎn)判定均設(shè)置同一電位為終點(diǎn)。

1.2.2 酸價(jià)、過(guò)氧化值測(cè)定

2臺(tái)儀器的工作原理基本一致，都是通過(guò)在反應(yīng)杯中插入相關(guān)電極，獲得動(dòng)態(tài)電數(shù)值，進(jìn)行一階求導(dǎo)后畫(huà)出相關(guān)圖表，并在圖表上找到突躍點(diǎn)為滴定終點(diǎn)。T7型滴定儀中水分滴定模塊與化學(xué)分析滴定模塊集合在1臺(tái)主機(jī)上，但不能同時(shí)操作，化學(xué)分析反應(yīng)杯為儀器固定的塑料杯，設(shè)置方法等操作可通過(guò)觸屏平板。848型滴定儀中水分滴定模塊與化學(xué)分析分開(kāi)，化學(xué)分析模塊的不同滴定能同時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)杯為實(shí)驗(yàn)室普通燒杯即可，但必須連接電腦設(shè)置方法和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.3 方法

水分滴定按照GB 5009.3—2016第四法進(jìn)行檢測(cè)，酸價(jià)滴定按照GB 5009.229—2016第二法進(jìn)行檢測(cè)，過(guò)氧化值滴定按照GB 5009.227—2016第二法進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)儀器特性增減相關(guān)試劑。

2 結(jié)果與分析

2.1 2臺(tái)儀器測(cè)定結(jié)果

2.1.1 卡爾費(fèi)休容量法水分測(cè)定結(jié)果

T7型滴定儀和848型滴定儀對(duì)4種油品的水分測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精密度要求是同一樣品的2個(gè)平行測(cè)定允許誤差不得大于其算術(shù)平均值的10%，本次實(shí)驗(yàn)為8次平行實(shí)驗(yàn)，因此采用表示數(shù)據(jù)集離散程度的標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)進(jìn)行比較。由表1可知，T7型滴定儀的水分測(cè)定結(jié)果普遍比848型滴定儀高，前者的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)均大于后者，表示前者數(shù)據(jù)的離散程度比后者大，說(shuō)明前者的穩(wěn)定性略差于后者。主要原因可能是T7型滴定儀的水分滴定模塊與其他化學(xué)分析滴定模塊在同一臺(tái)主機(jī)上，增加了環(huán)境的不確定因素，環(huán)境濕度無(wú)法得到有效控制，導(dǎo)致儀器穩(wěn)定性差且結(jié)果偏大。

表1 卡爾費(fèi)休容量法水分測(cè)定結(jié)果表（單位：g/100 g）

2.1.2 酸價(jià)測(cè)定結(jié)果

T7型滴定儀和848型滴定儀對(duì)4種油品的酸價(jià)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精密度要求是同一樣品的2個(gè)平行樣品測(cè)定允許誤差不得大于其算術(shù)平均值的12%，本次實(shí)驗(yàn)為10次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，因此精密度用表示數(shù)據(jù)集離散程度的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)表示。由表2可知，雖然二者數(shù)據(jù)差距不大，但T7型滴定儀的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)均比848型滴定儀高，說(shuō)明前者數(shù)據(jù)的離散程度比后者大，說(shuō)明前者穩(wěn)定性不如后者。主要原因可能是前者使用的反應(yīng)杯為塑料燒杯，不易清洗干凈，而后者使用的反應(yīng)杯為玻璃燒杯，二者可能存在一定程度的系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)偏差。

表2 酸價(jià)測(cè)定結(jié)果表（單位：mg·g-1）

2.1.3 過(guò)氧化值測(cè)定結(jié)果

T7型滴定儀和848型滴定儀對(duì)4種油品的過(guò)氧化值測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精密度要求是同一樣品的2個(gè)平行樣品測(cè)定允許誤差不得大于算術(shù)平均值的10%，本次實(shí)驗(yàn)為10次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，因此精密度用表示數(shù)據(jù)集離散程度的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)表示。由表3可知，848型滴定儀的測(cè)定結(jié)果均比T7型滴定儀高，且后者的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)均比前者高，說(shuō)明后者測(cè)定結(jié)果的離散程度比前者高，代表了后者在過(guò)氧化值測(cè)定上沒(méi)有前者穩(wěn)定。主要原因?yàn)檫^(guò)氧化值測(cè)定主要涉及的化學(xué)原理為氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程的攪拌速度、加水量及是否避光等都能成為影響反應(yīng)結(jié)果的因素。本次實(shí)驗(yàn)中，2臺(tái)儀器的攪拌速度和加水量均一致，但T7型滴定儀反應(yīng)過(guò)程全程密封且避光，848型滴定儀則不密封、不避光，可能因此引入了系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致了測(cè)定結(jié)果的差異。

表3 過(guò)氧化值測(cè)定結(jié)果表（單位：g/100 g）

2.2 2臺(tái)儀器測(cè)定結(jié)果差異性分析

分別對(duì)水分、酸價(jià)、過(guò)氧化值3組數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)差異性分析，結(jié)果見(jiàn)表4。其中t值用于計(jì)算p值，分析每組配對(duì)項(xiàng)之間是否呈現(xiàn)出顯著性差異（p值小于0.05或0.01），如果呈現(xiàn)出顯著性，對(duì)比平均值大小。Cohen's d值計(jì)算公式為差值的絕對(duì)值/標(biāo)準(zhǔn)差。Cohen's d值表示效應(yīng)量大?。ú町惙却笮。?，該值越大說(shuō)明差異越大，效應(yīng)量小、中、大的區(qū)分臨界點(diǎn)分別是0.20、0.50和0.80。

表4 配對(duì)資料的t檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

在卡爾費(fèi)休容量法水分測(cè)定中，測(cè)定結(jié)果都呈現(xiàn)顯著差異，且差異程度均大于0.80，說(shuō)明差異幅度大，T7型滴定儀的配對(duì)值都明顯高于848型滴定儀的配對(duì)值。在酸價(jià)的測(cè)定中，4種油品中有玉米油和芝麻油2種油品呈現(xiàn)顯著差異性，這2種油品中T7型滴定儀的配對(duì)值均比848型滴定儀的配對(duì)值稍高，其余2種油品無(wú)明顯差異。在過(guò)氧化值的測(cè)定中，測(cè)定結(jié)果也都呈現(xiàn)顯著差異，且差異程度都大于0.80，說(shuō)明差異幅度大，848型滴定儀的配對(duì)值均高于T7型滴定儀的配對(duì)值。

3 討論

3.1 水分

水分測(cè)定中，2臺(tái)儀器間的結(jié)果呈現(xiàn)顯著性差異，T7型滴定儀卡爾費(fèi)休容量法水分測(cè)定結(jié)果都高于848型滴定儀。主要是因?yàn)榭栙M(fèi)休滴定試劑很容易吸收水分，因此要求滴定劑發(fā)送系統(tǒng)和測(cè)量池等要采取較好的密封系統(tǒng)，否則會(huì)由于吸濕現(xiàn)象造成終點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的不穩(wěn)定[1]。T7型滴定儀的水分滴定臺(tái)固定于其他滴定模塊中，環(huán)境濕度無(wú)法得到有效控制，進(jìn)樣時(shí)需打開(kāi)滴定池上的活塞，使反應(yīng)池體系與空氣接觸，當(dāng)環(huán)境濕度較高而無(wú)法控制時(shí)，空氣中的微量水分會(huì)對(duì)滴定體系造成干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)吸濕現(xiàn)象從而導(dǎo)致結(jié)果偏高[2]。

3.2 酸價(jià)

酸價(jià)測(cè)定中，2臺(tái)儀器的測(cè)定結(jié)果中雖有2種油脂出現(xiàn)顯著性差異，但配對(duì)值差值并不大，且符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許誤差[3]。酸價(jià)是指中和油脂中游離脂肪酸所需氫氧化鉀的毫克數(shù)，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定采用酸堿滴定法，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉或氫氧化鉀滴定液滴定溶液中的游離脂肪酸[4]。滴定終點(diǎn)pH值在8～10，即酚酞變色范圍。而電位滴定法是根據(jù)滴定曲線(xiàn)的一階導(dǎo)數(shù)確定終點(diǎn)的，等電點(diǎn)和終點(diǎn)的誤差較小，準(zhǔn)確度高[5]。

848型滴定儀的配對(duì)值略低于T7型滴定儀的配對(duì)值。在酸價(jià)測(cè)定中電位滴定法不確定度的主要來(lái)源是天平誤差引入的不確定度、重復(fù)性滴定實(shí)驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度、自動(dòng)電位滴定儀引入的不確定度和氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液帶來(lái)的不確定度[6]。由于2臺(tái)電位滴定儀采用同一臺(tái)天平稱(chēng)量、同一瓶氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液、同一環(huán)境、同一操作人員和同樣的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，電子天平、標(biāo)準(zhǔn)滴定液及重復(fù)性滴定實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)的不確定度是一致的。因此，最終結(jié)果的差異主要來(lái)源于電位滴定儀自身的不確定度，由此可得出848型滴定儀的不確定度比T7型滴定儀更小，測(cè)量值更精準(zhǔn)，使用價(jià)值更高。

3.3 過(guò)氧化值

過(guò)氧化值測(cè)定中，2臺(tái)儀器間的結(jié)果呈現(xiàn)顯著性差異，848型滴定儀測(cè)定的過(guò)氧化值結(jié)果均高于T7型滴定儀。過(guò)氧化值是樣品在規(guī)定的操作條件下氧化飽和碘化鉀的物質(zhì)量，用每千克樣品中活性氧的百分?jǐn)?shù)表示。影響過(guò)氧化值測(cè)定結(jié)果的因素很多，如加入碘化鉀后的放置時(shí)間。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使檢測(cè)結(jié)果偏高；時(shí)間過(guò)短，氫過(guò)氧化物和碘化鉀發(fā)生氧化反應(yīng)，造成結(jié)果偏低[7]。此外，空氣中的氧也會(huì)對(duì)碘化鉀有氧化作用。由于848型滴定儀的反應(yīng)池設(shè)計(jì)并非完全封閉和避光，當(dāng)加入過(guò)量的碘化鉀后，在酸性和有氧氣存在的條件下，碘離子極易被氧化。因此，應(yīng)根據(jù)儀器性能設(shè)置更優(yōu)化的滴定參數(shù)。

在空白試驗(yàn)中，由于去離子水理論上幾乎不含過(guò)氧化物，因此基本不會(huì)與碘化鉀發(fā)生反應(yīng)，造成消耗標(biāo)準(zhǔn)滴定液體積非常少。因此，選用電位滴定法測(cè)定過(guò)氧化值應(yīng)選擇等量電位滴定法（MET-U）[8]。先取待測(cè)樣品進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，由滴定曲線(xiàn)選擇最合適的電位等電點(diǎn)，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適的稱(chēng)樣量和預(yù)加液體積，適當(dāng)加快滴定速度，盡可能縮短滴定時(shí)間，避免滴定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致結(jié)果偏大。運(yùn)用電位滴定儀的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不止用于測(cè)定油脂中的水分、酸價(jià)、過(guò)氧化值3個(gè)項(xiàng)目，它能通過(guò)電位的動(dòng)態(tài)變化替代傳統(tǒng)的人眼判別各類(lèi)反應(yīng)的終點(diǎn)，得到更可靠和準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果[9]。若在后續(xù)配備其他配件后實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化建設(shè)，可提高檢測(cè)速度，增加檢測(cè)機(jī)構(gòu)的收入。

4 結(jié)論

T7型滴定儀和848型滴定儀都能完成油品的卡爾費(fèi)休容量法水分測(cè)定、酸價(jià)的測(cè)定和過(guò)氧化值的測(cè)定，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和儀器的使用價(jià)值方面看，848型滴定儀優(yōu)于T7型滴定儀。848型滴定儀測(cè)定結(jié)果更穩(wěn)定，儀器不確定度更低，使用價(jià)值更高，后續(xù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的程度更高，更利于實(shí)驗(yàn)室工作的優(yōu)化。