酸堿滴定法測定杏脯中二氧化硫含量的不確定度評定

李文文，李 怡，尹娟娟，楊 帆

（甘肅省食品檢驗(yàn)研究院，甘肅蘭州 730050）

二氧化硫是一種食品添加劑，具有漂白、護(hù)色、殺菌、防腐、防霉和抗氧化的作用，能改善產(chǎn)品色澤，在杏脯生產(chǎn)過程被廣泛使用[1-2]。食用含大量二氧化硫的食品會損害人體消化系統(tǒng)，導(dǎo)致人體出現(xiàn)腸道功能紊亂、嘔吐、腹瀉等癥狀[3]?！妒称钒踩珖覙?biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）明確規(guī)定了二氧化硫的使用限量和檢測方法，蜜餞涼果類食品中不得超過0.35 g·kg-1[4]。2022 年6 月30日，國家衛(wèi)生健康委員會和國家市場監(jiān)督管理總局頒布了《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中二氧化硫的測定》（GB 5009.34—2022），用酸堿滴定法代替了碘滴定法，增加了分光光度法、離子色譜法[5]。

本文參照《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）[6]、《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》（CNAS-GL006—2019）[7]，采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中二氧化硫的測定》（GB 5009.34—2022）中酸堿滴定法測定杏脯中的二氧化硫含量，評定結(jié)果的不確定度，分析不確定度來源，計(jì)算合成各不確定度分量，最終得出總的不確定度[8]，為實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制提供科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)[9-13]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

杏脯，采購于超市；實(shí)驗(yàn)用水，《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》（GB/T 6682—2008）中規(guī)定的三級水；氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（濃度為0.100 6 mol·L-1， 標(biāo) 準(zhǔn) 物 質(zhì) 編 號 為BW20011-0.1-W-500）；30%過氧化氫（優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；無水乙醇（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；甲基紅（分析純，天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心）；鹽酸（ρ20=1.19 g·mL-1，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氮?dú)猓兌取?9.9%，蘭州國磊科發(fā)成套設(shè)備有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

25.00 mL 堿式滴定管（A 級）；10 mL 單標(biāo)線吸量管（A級）；100 mL容量瓶（A級）；玻璃充氮蒸餾器；電子天平（感量為0.01 g）。

1.3 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室檢測溫度為（20±5）℃。檢測方法依據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中二氧化硫的測定》（GB 5009.34—2022）中酸堿滴定法測定杏脯中二氧化硫的含量，采用充氮蒸餾法處理試樣，試樣酸化后在加熱條件下亞硫酸鹽等系列物質(zhì)釋放SO2，SO2被N2沖出，用H2O2溶液吸收，SO2被氧化為H2SO4，用NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，記錄氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量，計(jì)算試樣中二氧化硫的含量。

1.4 建立數(shù)學(xué)模型

試樣中二氧化硫的含量計(jì)算公式為

式 中：X為 試 樣 中 二 氧 化 硫 含 量（ 以SO2計(jì)），mg·kg-1；V為試樣溶液消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；V0為空白溶液消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；c為氫氧化鈉滴定液的摩爾濃度，mol·L-1；m為 試 樣 的 質(zhì) 量，g；0.032 為1 mL的1 mol·L-1氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)亩趸虻馁|(zhì)量，g·mmol-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來源分析

酸堿滴定法測定杏脯中二氧化硫含量不確定度的分量來源見表1。

表1 不確定度來源及其分量修正

2.2 不確定度評定

2.2.1 樣品稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m)

稱取樣品m＝35.42 g（準(zhǔn)確至0.01 g），查天平校準(zhǔn)證書知，當(dāng)0 ≤m≤50 g 時(shí)，最大允許誤差為0.01 g，按照均勻分布，則產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

實(shí)際稱量樣品8次，平均稱量樣品質(zhì)量為35.42 g，則樣品稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中二氧化硫的測定》（GB 5009.34—2022）中酸堿滴定法，稱取杏脯試樣20 ～100 g（精確至0.01 g），重復(fù)測定8 次，按照公式計(jì)算杏脯中二氧化硫含量，計(jì)算8 次重復(fù)測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation，RSD），結(jié)果見表2。

表2 8 次試樣重復(fù)測量結(jié)果

由表3 可知，8 次測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為

表3 不確定度的分量評定

則樣品重復(fù)測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.3 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(c)

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度、標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度。

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的不確定度urel(c1)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可知，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的擴(kuò)展不確定度為0.000 2 mol·L-1（k=2），則氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（2）標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(c2)。用單標(biāo)線吸量管準(zhǔn)確吸取10.00 mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液置于100 mL 容量瓶中，用水定容，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度為0.010 06 mol·L-1。標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度主要來源為10.00 mL 單標(biāo)線吸量管移取氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的不確定度和100 mL容量瓶定容標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度。

單標(biāo)線吸量管移取氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的相對不確定度urel(p)包括單標(biāo)線吸量管體積的不確定度u(pv)和溫度變化引入的不確定度u(pt)，實(shí)驗(yàn)室檢測環(huán)境溫度為（20±5） ℃，水在±5 ℃時(shí)，膨脹系數(shù)近似為2.1×10-4℃-1，按照均勻分布[14]，則，由溫度變化引入的不確定度為

根據(jù)檢定證書可知，10 mL 單標(biāo)線吸量管，等級為A 級，其允許誤差為±0.020 mL，按照三角分布[15]，則，由單標(biāo)線吸量管體積的不確定度為

綜上所述，吸量管移取氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

容量瓶定容標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(r)包括容量瓶體積的不確定度urel(rv)和溫度波動引入的不確定度urel(rt)兩部分。溫度波動引入的不確定度分析方法同2.2.3（2），則由溫度波動引入的不確定度ut(r)為

根據(jù)檢定證書可知，100 mL容量瓶，等級為A級，允許誤差為±0.10 mL，按照三角分布，則，由容量瓶體積引入的不確定度為

由容量瓶定容標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

綜上所述，由標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（3）合成氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的不確定度urel(c)。氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的不確定度和氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度為兩個(gè)獨(dú)立的部分，合成得到氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的不確定度為

2.2.4 樣品滴定過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V-V0)

樣品滴定過程引入的不確定度主要由樣品滴定體積V和空白實(shí)驗(yàn)滴定體積V0引入，V和V0相互獨(dú)立。

（1）樣品滴定體積V引入的不確定度u(V)。樣品滴定體積引入的不確定度包括滴定管的容量允差，溫度波動，指示劑變色區(qū)間和讀數(shù)誤差引入的不確定度[9]。

滴定管容量允差引入的不確定度u(V1)。根據(jù)計(jì)量證書，25.00 mL 滴定管允許誤差為±0.040 mL，實(shí)際滴定體積為9.88 mL，因體積較小，按三角分布，，則滴定管容量允差引入不確定度為

溫度波動引入的不確定度u(V2)。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度變化為（20±5）℃，水在±5 ℃時(shí)，它的膨脹系數(shù)近似為2.1×10-4℃-1，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的變化系數(shù)近似于水的變化系數(shù)，按照均勻分布，則，由溫度波動引入的不確定度為

指示劑變色區(qū)間引入的不確定度u(V3)。采用半滴技術(shù)滴定至終點(diǎn)[9]，25.00 mL 滴定管半滴體積為0.025 mL，取指示劑變色區(qū)間中間值為最終體積，變色區(qū)間按均勻分布[14]，則，由指示劑變色區(qū)間引入的不確定度為

讀數(shù)誤差引入的不確定度u(V4)。25.00 mL（A 級）滴定管讀數(shù)誤差約為±0.01 mL，按均勻分布，則，讀數(shù)誤差引入的不確定度為

綜上所述，樣品滴定體積的不確定度u(V)為

（2）空白實(shí)驗(yàn)滴定體積V0引入的不確定度u(V0)?？瞻讓?shí)驗(yàn)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液V0為0 mL，空白實(shí)驗(yàn)滴定體積V0引入的不確定度u(V0)可以忽略不計(jì)。

（3）合成樣品滴定過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V-V0)。綜上所述，滴定過程(V-V0)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(X)

（1）各不確定度分量評定具體見表3。根據(jù)評定過程可知，杏脯中二氧化硫含量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

根據(jù)測量結(jié)果可知，杏脯中二氧化硫的含量為89.7mg·kg-1，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（2）擴(kuò)展不確定度U。取包含概率95%，包含因子k＝2，則酸堿滴定法測定杏脯中二氧化硫的擴(kuò)展不確定度為U=k×u(X)=0.48 mg·kg-1。

2.2.6 杏脯中二氧化硫含量測定結(jié)果

杏脯中二氧化硫含量結(jié)果表示為（89.7±0.48）mg·kg-1，包含因子k=2。

3 結(jié)論

采用酸堿滴定法測量杏脯中二氧化硫的含量，當(dāng)置信水平為95%，包含因子k=2 時(shí)，擴(kuò)展不確定度為0.48 mg·kg-1，本次實(shí)驗(yàn)測得杏脯中二氧化硫的含量真實(shí)表示為（89.7±0.48）mg·kg-1。分析檢測過程中的不確定度來源發(fā)現(xiàn)酸堿滴定法測定杏脯中二氧化硫的不確定度主要來源于樣品滴定過程，其次是氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度。在酸堿滴定法測量杏脯中二氧化硫的含量時(shí)，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)在滴定過程中規(guī)范操作，使用準(zhǔn)確計(jì)量的玻璃儀器，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。