酸堿指示劑滴定法測定白酒中總酸含量的不確定度評定

金曉麗，王靈紅，廣家權(quán)，王少磊

（安徽迎駕貢酒股份有限公司，安徽 六安 237200）

酸類物質(zhì)是白酒中的主要呈味物質(zhì)之一，主要成分為來源于酒醅發(fā)酵過程中的乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、己酸和高級脂肪酸等[1]，其含量的高低直接影響著白酒的質(zhì)量。因此，酸類物質(zhì)是評價白酒品質(zhì)的一項重要的理化指標(biāo)，精確測定這一指標(biāo)對白酒的品質(zhì)控制具有重要意義。2021 年2 月22 日國家衛(wèi)健委和國家市場監(jiān)管總局聯(lián)合發(fā)布了GB 12456—2021《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總酸的測定》，該標(biāo)準(zhǔn)代替了GB/T 10345—2007 中白酒總酸的檢測方法。本文根據(jù)GB 12456—2021 中的第一法對白酒總酸含量進(jìn)行測定，分析影響測量結(jié)果的各種因素，對產(chǎn)生測量不確定度的所有分量進(jìn)行綜合分析，最后得出總酸測定結(jié)果的不確定度，為實(shí)驗室在日后的檢測過程中提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：市售某品牌白酒。

試劑及耗材：氫氧化鈉(優(yōu)級純)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；酚酞(分析純)，天津光復(fù)精細(xì)化工研究所；無水乙醇(分析純)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鄰苯二甲酸氫鉀(基準(zhǔn)試劑)，GBW(E)060019o，中國計量科學(xué)研究院，水為二級水。

儀器設(shè)備：MS105 電子分析天平（d=0.01 mg）、ME204E電子分析天平（d=0.1 mg），瑞士梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；電爐，南通市長江光學(xué)儀器有限公司；GZX-9146 電烘箱，上海博訊醫(yī)療器械有限公司；50 mL 堿式滴定管（A 級）；25 mL、50 mL 單標(biāo)移液管（A 級）；250 mL 錐形瓶；250 mL、500 mL容量瓶。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 樣品制備

取250 mL 酒樣置于500 mL 燒杯中，在減壓下?lián)u動3～4 min，以除去溶解于其中的二氧化碳。然后用移液管吸取25.0 mL 該酒樣至250 mL 容量瓶中，用無二氧化碳的水定容至刻度，搖勻備用。

1.2.2 分析步驟

用移液管吸取50.0 mL 上述處理后的酒樣，置于250 mL錐形瓶中，加入2滴酚酞指示液（10 g/L），用0.01 mol/L 氫氧化鈉滴定溶液滴定至微紅色30 s不褪色，記錄消耗0.01 mol/L 氫氧化鈉滴定溶液的體積V1，并按同樣的步驟用同體積的無二氧化碳的水代替酒樣做空白實(shí)驗，記錄消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積V2。

1.2.3 計算公式

樣品中總酸含量按下式計算：

式中：X——試樣中總酸含量，g/L；

c——?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L；

V1——滴定試液時消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

V2——空白實(shí)驗時消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

k——酸的換算系數(shù)，乙酸的換算系數(shù)為0.060；

F——試液的稀釋倍數(shù)；

V——吸取試液的體積，mL；

1000——換算系數(shù)。

2 測量不確定度來源分析

根據(jù)白酒中總酸的計算公式并結(jié)合JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》可知，白酒中總酸測定新方法中不確定度的來源主要有：①測量重復(fù)性引起的不確定度；②氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度c 引起的不確定度；③樣品滴定體積（V1-V2）引入的不確定度；④試液的稀釋倍數(shù)F 引入的不確定度；⑤吸取試樣的體積V 引入的不確定度；⑥換算系數(shù)k引起的不確定度。具體組成見圖1。

圖1 總酸測定不確定度來源關(guān)系圖

3 測量不確定的評定

3.1 評定測量重復(fù)性引起的不確定度ur(R)

測量重復(fù)性引起的不確定度采取A 類評定，即對同一樣品的總酸含量連續(xù)測定8 次，求8 次測量結(jié)果平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，具體結(jié)果見表1。

表1 白酒總酸測定結(jié)果表

8次測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

3.2 評定氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度c 引起的不確定度u(c)

包括氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度的標(biāo)定和氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的稀釋兩個部分。

3.2.1 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度標(biāo)定引入的不確定度u標(biāo)(c)

稱取一定量于105～110 ℃電烘箱中干燥至恒量的鄰苯二甲酸氫鉀，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定。標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液的濃度為：

3.2.1.1 稱量產(chǎn)生的不確定度uW

根據(jù)電子分析天平的校準(zhǔn)證書，其擴(kuò)展不確定度為0.5 mg（k=2），則：uW=0.5/2=0.25 mg

3.2.1.2 鄰苯二甲酸氫鉀純度引入的不確定度uP

鄰苯二甲酸氫鉀為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，通過查閱其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可知其擴(kuò)展不確定度為0.02 %（k=2），則：uP=0.02%/2=0.01%

3.2.1.3 鄰苯二甲酸氫鉀摩爾質(zhì)量引入的不確定度uM

鄰苯二甲酸氫鉀摩爾質(zhì)量引入的不確定度由于很小可忽略不計，計算時M 取204.22，其數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度為：

3.2.1.4 氫氧化鈉溶液體積產(chǎn)生的不確定度uV（標(biāo)）

（1）滴定管體積的不確定度u1V（標(biāo)）

根據(jù)堿式滴定管校準(zhǔn)證書，其擴(kuò)展不確定度U=0.01 mL（k=2），則：

（2）溫度波動引入的不確定度u2V（標(biāo)）

實(shí)驗室環(huán)境溫度變化為20 ℃±5 ℃，實(shí)際滴定體積約為37.0 mL，氫氧化鈉溶液膨脹系數(shù)取水的膨脹系數(shù)2.1×10-4℃-1，溫度波動按均勻分布k=，則溫度波動引起的不確定度為：

（3）指示劑變色區(qū)間引入的不確定度u3V(標(biāo))

臨近終點(diǎn)時，采用半滴技術(shù)滴定，指示劑變色區(qū)間為半滴的體積0.025 mL[2]，中間值為最佳中和體積，假設(shè)變色區(qū)間按均勻分布，即則有：

（4）讀數(shù)時引入的不確定度u4V(標(biāo))

操作人員的眼睛分辨率可達(dá)0.1 mm 左右，其引起的質(zhì)量誤差為±0.01 g[3]，滴定溶液的密度近似為20 ℃下蒸餾水的密度ρ=998.20 g/L，故滴定過程中的讀數(shù)誤差約為0.01 mL，按均勻分布取，則有：

由上述4 個不確定度分量u1V（標(biāo)）、u2V（標(biāo)）、u3V(標(biāo))和u4V(標(biāo))，可得出因氫氧化鈉體積產(chǎn)生的不確定度uV（標(biāo)）：

（5）氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定引入的不確定度u標(biāo)(c)

3.2.2 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的稀釋引入的不確定度u稀(c)

3.2.2.1 吸取50 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度u1稀(c)

（1）溫度波動對移液管引入的不確定度u11稀(c)

實(shí)驗室環(huán)境溫度變化為20 ℃±5 ℃，氫氧化鈉溶液膨脹系數(shù)取水的膨脹系數(shù)2.1×10-4℃-1，溫度波動按均勻分布，則溫度波動產(chǎn)生的不確定度為：

（2）移液管體積測量的不確定度u12稀(c)

通過查閱50 mL 移液管校準(zhǔn)證書可知其擴(kuò)展不確定度為0.01 mL（k=2），故可得：

吸取50 mL 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度u1稀(c)由溫度波動和移液管體積測量的不確定度兩個互相獨(dú)立的部分組成，故有：

3.2.2.2 定容到500 mL引入的不確定度u2稀(c)

（1）溫度波動對容量瓶引入的不確定度u21稀(c)

實(shí)驗室環(huán)境溫度變化為20 ℃±5 ℃，氫氧化鈉溶液膨脹系數(shù)取水的膨脹系數(shù)2.1×10-4℃-1，溫度波動按均勻分布，則溫度波動產(chǎn)生的不確定度為：

（2）容量瓶體積測量的不確定度u22稀(c)

查使用的500 mL 容量瓶的校準(zhǔn)證書可知其擴(kuò)展不確定度為0.05 mL（k=2），故可得：

以上兩個不確定度分量相互獨(dú)立、互不相關(guān)，則：

3.2.2.3 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度u稀(c)

根據(jù)前面的分析可知，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度由氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸取和定容兩個相互獨(dú)立的部分組成，故有：

3.2.3 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度c 引入的不確定度ur(c)

3.3 評定樣品滴定體積（V1-V2）引入的不確定度

根據(jù)實(shí)驗，中和酸類消耗的氫氧化鈉的體積由（V1-V2）計算，滴定體積（V1-V2）的不確定度由樣品滴定體積V1、空白滴定體積V2引入，V1和V2可認(rèn)為互相獨(dú)立。

3.3.1 樣品滴定體積的不確定度u(V1)

樣品滴定體積V1的不確定度來源有滴定管的容量允差、溫度波動、指示劑變色區(qū)間、讀數(shù)誤差4個方面。

3.3.1.1 滴定管容量允差引入的不確定度u1(V1)

具體評定過程同3.2.1.4（1），u1(V1)=0.00500 mL

3.3.1.2 溫度波動引入的不確定度u2(V1)

實(shí)驗室環(huán)境溫度變化為20 ℃±5 ℃，而實(shí)際滴定體積約為7.1 mL，氫氧化鈉溶液膨脹系數(shù)取水的膨脹系數(shù)2.1×10-4℃-1[4]，溫度波動按均勻分布k=，則溫度波動引起的不確定度為：

3.3.1.3 終點(diǎn)指示劑的變色區(qū)間引入的不確定度u3(V1)

具體評定過程見3.2.1.4（3），u3(V1)=0.00722 mL 3.3.1.4 讀數(shù)時引入的不確定度u4(V1)

具體評定過程見3.2.1.4（4），u3(V1)=0.00577 mL

因各不確定度分量之間相互獨(dú)立，故其合成不確定度為：

3.3.2 空白滴定體積引入的不確定度u(V2)

空白滴定過程中所消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積很小，溫度波動引入的不確定度可以忽略不計。因此，空白滴定過程中主要的不確定度分量有滴定管的容量允差、指示劑變色區(qū)間、讀數(shù)誤差3個方面。

3.3.2.1 滴定管容量允差引入的不確定度u1(V2)

具體評定過程同3.2.1.4（1），u1(V2)=0.00500 mL

3.3.2.2 指示劑變色區(qū)間引入的不確定度u2(V2)

具體評定過程見3.2.1.4（3），u2(V2)=0.00722 mL

3.3.2.3 讀數(shù)誤差引入的不確定度u3(V2)

具體評定過程見3.2.1.4（4），u3(V2)=0.00577 mL

以上3 個不確定度分量相互獨(dú)立，合成不確定度為：

3.3.3 滴定體積（V1-V2）的不確定度ur(V1-V2)

3.4 評定試液稀釋倍數(shù)F引入的不確定度ur(F)

試液稀釋倍數(shù)F 引入的不確定度主要來源于吸取試液的體積和容量瓶的容量誤差兩個方面。

3.4.1 吸取25.0 mL試液引入的不確定度u1(F)

3.4.1.1 溫度波動對移液管引入的不確定度u11(F)

白酒樣品的實(shí)測酒精度為44.9%vol，根據(jù)《新編酒精密度濃度和溫度常用數(shù)據(jù)表》[5]中表Ⅱ“酒精溶液密度和溫度常數(shù)數(shù)據(jù)表”計算得45%vol 酒精溶液的體積膨脹系數(shù)為7.7×10-4℃-1，實(shí)驗室環(huán)境溫度變化為20 ℃±5 ℃，溫度波動按均勻分布k=，則溫度波動產(chǎn)生的不確定度為：

3.4.1.2 移液管體積測量的不確定度u12(F)

查25 mL 移液管校準(zhǔn)證書可得其擴(kuò)展不確定度為0.01（k=2），故有：

3.4.2 定容到250 mL引入的不確定度u2(F)

3.4.2.1 溫度波動對容量瓶引入的不確定度u21(F)

白酒樣品的體積膨脹系數(shù)為7.7×10-4℃-1，溫度波動按均勻分布取，則溫度波動產(chǎn)生的不確定度為：

3.4.2.2 容量瓶體積測量的不確定度u22(F)

查使用的250 mL 容量瓶的校準(zhǔn)證書可知其擴(kuò)展不確定度為0.05 mL（k=2），則有：

3.4.3 試液稀釋倍數(shù)F引入的不確定度ur(F)

3.5 評定吸取50.0 mL 試液體積V 引入的不確定度

3.5.1 溫度波動引入的不確定度u1(V)

白酒樣品的體積膨脹系數(shù)為7.7×10-4℃-1，溫度波動按均勻分布取，則吸取50.0 mL 稀釋后的白酒試液時溫度波動產(chǎn)生的不確定度為：

3.5.2 移液管容量允差引入的不確定度u2(V)

查50 mL 移液管的校準(zhǔn)證書知其擴(kuò)展不確定度為0.01 mL（k=2），則其產(chǎn)生的不確定度為：

3.5.3 吸取試液體積V引入的不確定度ur(V)

3.6 評定換算系數(shù)k引入的不確定度ur(k)

乙酸摩爾質(zhì)量引入的不確定度可忽略不計，只考慮其修約產(chǎn)生的不確定度，換算系數(shù)k 為乙酸摩爾質(zhì)量60 除以1000 之后的值，在考慮修約不確定度時，直接考慮乙酸摩爾質(zhì)量的修約不確定度，即：

3.7 評定標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度

根據(jù)評定過程可知，總酸測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度、滴定體積、試液稀釋倍數(shù)、取樣體積和換算系數(shù)6 個部分相互獨(dú)立，因此合成相對不確定度可表示為：

3.8 報告測量結(jié)果

3.8.1 計算擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則相對擴(kuò)展不確定度為：

3.8.2 報告測量結(jié)果

本次實(shí)驗測得白酒中總酸的含量為：（0.88±0.01）g/L，k=2。

4 結(jié)論

從表2 中可以看出，在分析出的白酒總酸測定新方法中不確定度分量中，試液稀釋倍數(shù)F 的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到43.1 %，其次為取樣體積V 和滴定體積（V1-V2）的貢獻(xiàn)率，分別為21.2 %和20.5 %。由此我們可以得出，試液稀釋過程、取樣過程和滴定過程是產(chǎn)生測定結(jié)果不確定度的主要環(huán)節(jié)，尤其是試液稀釋過程。為此，在實(shí)際檢測過程中，我們需要重點(diǎn)注意這些環(huán)節(jié)中的基本操作，如移液管的正確使用方法、使用干燥潔凈的容量瓶、控制環(huán)境溫度等，還要控制好滴定速度，不能過快或過慢，以每分鐘6～8 mL 為宜。此外，測量重復(fù)性的貢獻(xiàn)率也達(dá)到了10%，為此，我們還可以通過增加平行測定次數(shù)[6]的方式來提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表2 各不確定度分量及其貢獻(xiàn)率