指示劑法測量白酒中酸酯總量的不確定度評定

都 蕓，邱怡筠，王開宇，左惠君，張露月

（煙臺市食品藥品檢驗檢測中心，山東煙臺 264000）

白酒質(zhì)量要求系列標準《白酒質(zhì)量要求 第1部分：濃香型白酒》（GB/T 10781.1—2021）、《白酒質(zhì)量要求 第8部分：濃醬兼香型白酒》（GB/T 10781.8—2021）、《白酒質(zhì)量要求 第9部分：芝麻香型白酒》（GB/T 10781.9—2021），均在白酒理化指標中新增加了酸酯總量的要求。白酒中約98%的成分是乙醇和水，剩余反映白酒香氣、口味的微量香味成分占2%左右，其中酸類和酯類物質(zhì)占微量香味成分的70%以上，是白酒呈香呈味的重要物質(zhì)，因此二者的含量對白酒的風味起關(guān)鍵作 用[1-4]。大量研究表明，白酒在存儲過程中，會發(fā)生一系列的化學反應(yīng)[5-6]，酸和酯之間是存在動態(tài)平衡的[3]，二者通過酯類水解、酯-酸交換、酯氧化等一系列化學反應(yīng)[7-8]，使酒體中呈“酸增酯減”的規(guī) 律[9-11]，而二者的平衡才是構(gòu)成白酒整體口味和風格的關(guān)鍵[12-13]，因此不能僅用總酸、總酯的含量來判斷白酒的品質(zhì)[14]?，F(xiàn)以GB/T 10781.1—2021標準要求為例，評定指示劑法測定白酒中酸酯總量的測量不確定度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

氫 氧 化 鈉 標 準 滴 定 溶 液，c（NaOH）= 0.100 1 mol·L-1，編號：GBW(E)081126，深圳博林達科技有限公司；硫酸標準滴定溶液，c（1/2H2SO4）= 0.100 7 mol·L-1，編號：GBW(E)082551，上海安譜實驗科技股份有限公司；95%乙醇，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；酚酞，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

25 mL（A級）酸堿通用滴定管，天津市天玻玻璃儀器有限公司；25 mL（A級）單標吸量管，天津市天玻玻璃儀器有限公司；50 mL（A級）單標吸量管，天津市天玻玻璃儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 方法原理

依據(jù)《白酒質(zhì)量要求 第1部分：濃香型白酒》（GB/T 10781.1—2021）中附錄A。以堿中和試樣中的游離酸，再加入一定量的堿溶液，加熱回流使酯類皂化，用酸中和剩余的堿。通過計算堿的總消耗量得出酸酯總量[15]。

1.3.2 樣品試驗

準確吸取酒樣50.00 mL于250 mL錐形瓶中，加入2滴酚酞指示劑（10 g·L-1），以氫氧化鈉標準滴定溶液滴定至粉紅色，記錄消耗的氫氧化鈉體積（V1），再準確加入氫氧化鈉滴定溶液25.00 mL，搖勻，裝上冷凝管，于沸水浴上回流30 min或者靜置24 h以上[16]，取下冷卻后用硫酸標準滴定溶液進行滴定，紅色剛好消失即為滴定終點，記錄消耗硫酸標準滴定溶液的體積（V2）。

1.3.3 空白試驗

吸取50.00 mL乙醇（無酯）溶液（體積分數(shù)為40%）按照1.3.2步驟操作做空白試驗，記錄消耗硫酸標準滴定溶液的體積（V0）。

2 測量結(jié)果

2.1 樣品試驗測量結(jié)果

樣品測試結(jié)果見表1。

表1 樣品測量結(jié)果

2.2 空白試驗測量結(jié)果

5次空白試驗測定結(jié)果V0分別為24.08 mL、24.09 mL、24.06 mL、24.10 mL和24.08 mL，為24.08 mL。

3 數(shù)學模型

白酒樣品中酸酯總量的測量不確定度模型為

式中：X為酒樣中的酸酯總量，mmol·L-1；c1為氫氧化鈉標準滴定溶液的濃度，mol·L-1；V1為樣品中總酸所消耗的氫氧化鈉標準滴定溶液體積，mL；c2為硫酸標準滴定溶液的濃度，mol·L-1；V0為空白試驗消耗硫酸標準滴定溶液體積，mL；V2為樣品消耗硫酸標準滴定溶液體積，mL；50.0為吸取樣品的體積，mL。

4 測量不確定度來源分析

依據(jù)《化學分析測量不確定度評定》[17]中的評定規(guī)則以及測量模型（1），可以得出指示劑法測定白酒中酸酯總量的不確定度主要分量有酸酯總量測量的重復性、酒樣體積、酸堿標準滴定溶液濃度、總酸滴定體積、總酯滴定體積及空白滴定體積。

滴定分析中滴定體積通常有4個不確定度分量：容量允差、溫度、讀數(shù)誤差、指示劑，本示例總酸滴定體積V1由指示劑引入的不確定度uin(V1)可傳導至酯類滴定體積V2，呈正相關(guān)，將uin(V1)代入[c1×V1+c2(V0-V2)]得c1×[V1+uin(V1)]+c2×{V0-[V2+uin(V1)]}=c1×V1+c2×(V0-V2)+[c1uin(V1)-c2uin(V1)]，式中[c1uin(V1)-c2uin(V1)]趨近于0，則滴定體積V1指示劑引入的不確定度uin(V1)基本抵消，因此不必評定。具體不確定度因果圖見圖1。

圖1 酸酯總量不確定度因果圖

5 測量不確定度的評定

5.1 測量重復性不確定度（uA）

測量重復性（A類）不確定度即為測量結(jié)果平均值的標準偏差[18]，對樣品進行10次測量，具體測量結(jié)果見表1。10次測量結(jié)果的標準偏差為

測量重復性的不確定度為

5.2 酒樣體積V的不確定度u(V)

酒樣體積V的不確定度主要來源分為單標吸量管的容量允差與實驗室溫度波動兩部分。

已知A級50 mL的單標吸量管，容量允差為±0.05 mL[19]且視為均勻分布，因此單標吸量管容量允差引入的不確定度

酒類指標通常以20 ℃計，如酒精度。已知實驗室環(huán)境溫度變化在（20±3）℃范圍內(nèi)，50%vol白酒體積膨脹系數(shù)α查《新編酒精密度濃度和溫度常數(shù)數(shù)據(jù)表》[20]中表Ⅱ“酒精溶液密度與溫度和體積濃度關(guān)系表”可知約為0.000 81，因此溫度波動引入的不確定度

二者合成可得酒樣體積不確定度為

5.3 氫氧化鈉標準滴定溶液和硫酸標準滴定溶液的不確定度u(c1)、u(c2)

氫氧化鈉標準滴定溶液的濃度c（NaOH）= 0.100 1 mol·L-1，查其證書可知，U=0.2%，k=2，因此不確定度

硫酸標準滴定溶液的濃度c（1/2H2SO4）= 0.100 7 mol·L-1，查其證書可知，U=0.3%，k=2，則不確定度

5.4 總酸滴定體積V1的不確定度u(V1)

根據(jù)實驗操作步驟可知，總酸滴定體積V1引入的不確定度分為滴定管容量允差、讀取滴定體積誤差、溫度3個方面。

5.4.1 滴定管容量允差引入的不確定度u1(V1)

已知25 mL 的A級滴定管容量允差為 ±0.04 mL[19]，實際實驗中滴定總酸消耗的體積約為6.01 mL，因體積較小，按三角分布計算，取k=，滴定管容量允差差引入的不確定度

5.4.2 讀取滴定體積時引入的不確定度u2(V1)

一般實驗人員的眼睛分辨力在0.1 mm左右，其引起的質(zhì)量誤差為±1.0×10-2g[21]，已知滴定溶液的密度近似為20 ℃下蒸餾水的密度ρ=998.20 g·L-1，則25 mL滴定管讀數(shù)誤差約為±0.01 mL，按均勻分布k=進行計算：

5.4.3 溫度波動引入的不確定度ut(V1)

實 驗 室 環(huán) 境 溫 度 變 化 為（20±3）℃，將 0.100 1 mol·L-1氫氧化鈉標準溶液的膨脹系數(shù)近似為水的膨脹系數(shù)2.1×10-4·℃-1，溫度波動按均勻分布k=，則溫度波動引入的不確定度：

5.4.4 合成總酸滴定體積V1的不確定度u(V1)

樣品滴定體積由5.4.1～5.4.3相互獨立的部分組成：

5.5 空白滴定體積引入的不確定度u(V0)

空白滴定過程中不確定度主要來源有空白滴定體積的測量重復性、加入氫氧化鈉標準滴定溶液體積誤差（重復性）、滴定管的容量允差、檢測人員讀數(shù)的誤差、終點指示劑的變色區(qū)間以及實驗室溫度的波動6個方面組成。

5.5.1 空白滴定體積的測量重復性u1(V0)

對空白體積進行了5次測定，V0分別為24.08 mL、 24.09 mL、24.06 mL、24.10 mL和24.08 mL，為24.08 mL，根據(jù)《測量不確定度評定與表示》（JJG 1059.1—2012）[22]中的極差法來計算引入的不確定度u1(V0)，5次測量的極差系數(shù)查表可知

根據(jù)實驗步驟可知，加入氫氧化鈉標準滴定溶液體積的不確定度來源于25 mL單標吸量管體積的測量重復性而與其容量允差無關(guān)。并且實驗室內(nèi)溫度穩(wěn)定，與溫度偏差引入的體積誤差也無關(guān)。在同一溫度下，重復測量10次單標吸量管中純水的質(zhì)量，測量結(jié)果見表2，用測得純水的質(zhì)量計算標準偏差，可近似得到單標吸量管體積測量的重復性 偏差[23]。

表2 相同溫度下25 mL單標吸量管純水質(zhì)量

單標吸量管體積測量的不確定度：u2(V0)=s(V0)=

5.5.3 滴定管容量允差引入的不確定度u3(V0)

25 mL A級滴定管容量允差[19]為±0.04 mL，按均勻分布k=得

5.5.4 讀數(shù)時引入的不確定度u4(V0)

具體的評定過程見5.4.2，u4(V0)=0.005 77 mL。

5.5.5 指示劑的變色區(qū)間引入的不確定度u5(V0)

臨近終點時，采用半滴技術(shù)滴定，指示劑變色區(qū)間為半滴體積0.025 mL，中間值為最佳終點體積[24]， 變區(qū)間色按均勻分布k=計，指示劑的變色區(qū)間引入的不確定度

5.5.6 溫度波動引入的不確定度ut(V0)

實驗室環(huán)境溫度變化為（20±3）℃，膨脹系數(shù) 近 似 為2.1×10-4℃-1，均 勻 分 布為 24.08 mL，則溫度波動引入的不確定度

5.5.7 合成空白滴定體積引入的不確定度u(V0)

空白滴定體積由5.5.1～5.5.6相互獨立組成：

5.6 酒樣總酯滴定體積的不確定度u(V2)

酒樣總酯滴定體積V2的不確定度來源主要由加入氫氧化鈉標準滴定溶液體積誤差（重復性）、滴定管的容量允差、檢測人員讀數(shù)的誤差、終點指示劑的變色區(qū)間以及實驗室溫度的波動5個方面組成。5.6.1 加入氫氧化鈉標準滴定溶液體積引入的不確定度u1(V2)

具體的評定過程見5.5.2，u1(V2)=0.006 30 mL。

5.6.2 滴定管容量允差引入的不確定度u2(V2)

25 mL A級滴定管容量允差[19]為±0.04 mL，而實際滴定體積約為9.21 mL，按三角分布假設(shè)，取

5.6.3 讀數(shù)時引入的不確定度u3(V2)

具體的評定過程見5.4.2，u3(V2)=0.005 77 mL。

5.6.4 指示劑的變色區(qū)間引入的不確定度u4(V2)

具體的評定過程見5.5.5，u4(V2)=0.007 22 mL。

5.6.5 溫度波動引入的不確定度ut(V2)

實驗室環(huán)境溫度變化為（20±3）℃，膨脹系數(shù)近似為2.1×10-4℃-1，均勻分布k=，則

5.6.6 合成樣品滴定體積引入的不確定度u(V2)

樣品滴定體積由5.6.1～5.6.5相互獨立組成：

5.7 B類測量不確定度

B類測量不確定度為除A類測量不確定度（測量結(jié)果重復性不確定度）外所有的不確定度。實驗室溫度穩(wěn)定，由溫度引入的4個不確定度強相關(guān)，相關(guān)系數(shù)等于1，則B類測量不確定度需按公式（2）進行計算。

根據(jù)公式（1），各不確定度分量的靈敏度系數(shù)為：

將各分量不確定度及靈敏系數(shù)代入公式（2）得

5.8 標準不確定度

A類標準不確定度和B類標準不確定度合成得標準不確定度：

6 擴展不確定度U評定

取95%置信率，擴展因子k=2，U(X)=2×0.112= 0.224=0.2 mmol·L-1。因此，采用指示劑法測量白酒中酸酯總量的結(jié)果為X=（42.0±0.2）mmol·L-1（k=2）。

7 結(jié)論

通過對指示劑法測量白酒中酸酯總量不確定度的評定，可以進一步檢驗實驗結(jié)果的可靠性，為該項目檢測數(shù)據(jù)結(jié)果的準確性作一定的參考。通過評定可知該檢測方法測量不確定度的主要來源是酸酯總量測量的重復性、酒樣體積、酸堿標準滴定溶液濃度、總酸滴定體積、總酯滴定體積和空白滴定體積。其中滴定總酸時指示劑引入的不確定可基本抵消，因此不需要進行評定。酸堿標準滴定溶液濃度的不確定度較小，基本可以忽略。而影響測量結(jié)果的準確度的主要因素是酒樣體積、總酸滴定體積、總酯滴定體積和空白滴定體積以及樣品的測量重復性。因此，在實驗操作過程中，應(yīng)適當增加樣品測定次數(shù)并規(guī)范滴定操作，從而確保檢測數(shù)據(jù)結(jié)果的準確性。