自動(dòng)電位滴定法檢測(cè)白酒中總酸的測(cè)量不確定度評(píng)定

張芙蓉，張悅，陳石金

（金湖縣綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇金湖211600）

成品白酒中普遍含有多種有機(jī)酸，這些有機(jī)酸分為揮發(fā)性和半揮發(fā)性酸兩類，揮發(fā)性酸主要有甲酸、乙酸、丙酸等；非揮發(fā)性酸有乳酸、蘋(píng)果酸、酒石酸等。酸類物質(zhì)在白酒中有重要的作用，能使酒味綿軟、醇厚，也可以消除酒的雜味，如果酸量過(guò)大會(huì)給消費(fèi)者帶來(lái)刺鼻酸味的不適感?？偹釞z測(cè)方法[1?3]主要有酸堿指示劑滴定法、pH計(jì)電位滴定法、自動(dòng)電位滴定法、近紅外光譜法、色譜法。總酸已成為各類酒產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的重要檢驗(yàn)項(xiàng)目之一。

不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性、與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。不確定度越小，測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量越高。CNAS-CL01-G003：2021《測(cè)量不確定度的要求》[4]中，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)室盡可能報(bào)告檢測(cè)結(jié)果的不確定度，特別是對(duì)于如環(huán)境監(jiān)測(cè)或產(chǎn)品檢測(cè)等需要做符合性判定的領(lǐng)域。GB 12456—2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》第三法[1]自動(dòng)電位滴定法已經(jīng)在筆者所在實(shí)驗(yàn)室實(shí)施，筆者運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室樣品分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，查閱國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的原子量數(shù)據(jù)，應(yīng)用國(guó)家和行業(yè)的不確定度評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展了自動(dòng)電位滴定法測(cè)定白酒中總酸的測(cè)量不確定度的評(píng)定工作，目的是在方法學(xué)中引入不確定度參數(shù)，以便為總酸項(xiàng)目的測(cè)量審核、實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)分析提供判定所用中間數(shù)據(jù)，查找總酸分析的主要影響因子，提高分析實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量控制水平，從而向用戶提供準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

自動(dòng)電位滴定儀：T960 型，山東海能科學(xué)儀器有限公司。

電子天平：AR2140 型，奧豪斯國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司。

純水機(jī)：GWB-1 型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

白酒樣品：荷香源Y3 濃香型，江蘇運(yùn)西荷香源酒業(yè)有限公司。

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：0.050 02 mol/L，編號(hào)BW20011-0.05-W-500，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度：(20±3) ℃、環(huán)境相對(duì)濕度：35%～65%；樣品溶液溫度和標(biāo)準(zhǔn)溶液溫度波動(dòng)范圍在(20±2) ℃條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

1.3 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液配制

用10.00 mL 分度吸量管，移取0.050 02 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液2次，每次10.00 mL，合計(jì)移取20.00 mL 于100.0 mL 容量瓶中，加水定容到標(biāo)線，配成濃度為0.010 00 mol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.4 白酒樣品制備

白酒樣品混勻后，用分度吸量管移取25.00 mL樣品于250.0 mL容量瓶中，加水定容到標(biāo)線，混勻。再用單標(biāo)線吸量管移取稀釋的樣液50.00 mL 到一次性塑料杯中，加水約40 mL，待測(cè)。

1.5 儀器工作參數(shù)

參照GB 12456—2021第三法，使用“終點(diǎn)滴定”法；預(yù)滴定時(shí)間：10 s；預(yù)滴定添加體積：3 mL；預(yù)滴定后攪拌時(shí)間：5 s；快滴體積：0.5 mL；快滴平衡時(shí)間：4 s；快滴平衡電位：2 mV；慢滴體積：0.02 mL；終點(diǎn)值(pH)：8.2；延時(shí)：6 s；結(jié)束體積：15 mL。

1.6 總酸測(cè)定

依據(jù)GB 12456—2021 第三法的規(guī)定，按照T960型自動(dòng)電位滴定儀操作程序，開(kāi)機(jī)后預(yù)熱儀器30 min，調(diào)試到最佳狀態(tài)，打開(kāi)自動(dòng)電位滴定儀APT工作站，應(yīng)用1.5節(jié)的方法參數(shù)，依次測(cè)試樣品空白、白酒樣品各2個(gè)平行樣。

2 總酸計(jì)算公式

樣品中總酸的質(zhì)量濃度按式(1)計(jì)算[1]：

式中：X——白酒樣品中總酸的質(zhì)量濃度(以乙酸計(jì))，g/L；

c——?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)工作液濃度，mol/L；

V——試液滴定時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液的體積，mL；

V0——空白試驗(yàn)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液的體積，mL；

M——乙酸的摩爾質(zhì)量，g/mol；

F——白酒樣品稀釋倍數(shù)；

m——白酒樣品移取的體積，mL。

3 不確定度來(lái)源和分析模型

根據(jù)白酒總酸測(cè)定過(guò)程，綜合分析多種因素，白酒中總酸的測(cè)量不確定度主要來(lái)源有：(1)氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液配制引入的不確定度；(2)氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液滴定體積引入的不確定度；(3)乙酸摩爾質(zhì)量引入的不確定度；(4)白酒樣品稀釋引入的不確定度；(5)測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度。

根據(jù)式(1)建立了總酸的測(cè)量不確定度模型：

式中：urel(X)——總酸質(zhì)量濃度的相對(duì)不確定度；

urel(c)——?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)工作液配制引入的相對(duì)不確定度分量；

urel(V-V0)——?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)工作液滴定體積引入的相對(duì)不確定度分量；

urel(M)——乙酸摩爾質(zhì)量引入的相對(duì)不確定度分量；

urel(Vx)——白酒樣品稀釋引入的相對(duì)不確定度分量；

urel(R)——測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度分量。

4 不確定度分量的評(píng)定

4.1 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(c)

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液配制引入的不確定度是在氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的稀釋過(guò)程中產(chǎn)生的，分為3個(gè)分量：氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液濃度引入的不確定度、分度吸量管體積引入的不確定度、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液定容體積引入的不確定度。

4.1.1 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液濃度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(c0)

供應(yīng)商提供了氫氧化鈉容量分析標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度c0=0.050 02 mol/L，擴(kuò)展不確定度Uc0=0.000 10 mol/L，取包含因子k=2，則氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液濃度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.1.2 10 mL分度吸量管移液體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V10)

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋時(shí)使用A級(jí)10 mL分度吸量管，《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[5]規(guī)定體積允差±0.05 mL，按照三角分布，包含因子k= 6，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.1.3 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V100)

定容時(shí)使用A 級(jí)100 mL 容量瓶，《常用玻璃量

4.2 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液滴定體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(V-V0)

滴定實(shí)驗(yàn)時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液工作液體積引入的不確定度，由氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液滴定樣品消耗體積引入的不確定度和氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液滴定空白消耗體積引入的不確定度構(gòu)成。

4.2.1 滴定樣品氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液消耗體積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V)

T960 型自動(dòng)電位滴定儀制造商提供了儀器內(nèi)的10 mL 滴定管，其體積允許誤差為±0.025 mL，滴定管和滴定管驅(qū)動(dòng)器連成一體，系統(tǒng)誤差受多種因素影響，滴定系統(tǒng)不確定度可按近似正態(tài)分布[6]計(jì)算，取包含因子k=2，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2.2 滴定空白氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液消耗體積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V0)

4.3 乙酸摩爾質(zhì)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(M)

依據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)《IUPAC 元素周期表(2018 年12 月1 日)》[7]和《2013 元素原子量(IUPAC 技術(shù)報(bào)告)》[8]，摘錄了乙酸分子式中所涉及的元素的常規(guī)原子量和標(biāo)準(zhǔn)原子量于表1。碳、氫、氧的標(biāo)準(zhǔn)原子量誤差范圍不對(duì)稱，根據(jù)GUM 法和JJF 1059.1—2012的評(píng)定方法，采用B類方法的矩形分布、由標(biāo)準(zhǔn)原子量區(qū)間計(jì)算區(qū)間半寬，再除以包含因子k= 3，得到元素的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

表1 乙酸分子中的原子量、標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表2 樣品和空白的總酸檢測(cè)結(jié)果

把以上3 個(gè)元素的不確定度進(jìn)行合成，計(jì)算乙酸摩爾質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

用常規(guī)原子量計(jì)算乙酸的摩爾質(zhì)量為：M=2×12.011+4×1.008+2×15.999=60.05 g/mol。乙酸摩爾質(zhì)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4 白酒樣品溶液稀釋引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Vx)

樣品體積的不確定度細(xì)分為：25 mL 分度吸量管移液體積、250 mL 容量瓶定容體積、50 mL 單標(biāo)線吸量管移液體積引入的不確定度。

4.4.1 25 mL分度吸量管移液體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V25)

實(shí)驗(yàn)中使用B 級(jí)25 mL 分度吸量管，按照4.1.2方法評(píng)定，25 mL 分度吸量管移液體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4.2 250 mL 容量瓶定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V250)

實(shí)驗(yàn)中使用A 級(jí)250 mL 容量瓶，按照4.1.3 方法評(píng)定，得250 mL容量瓶定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4.3 50 mL單標(biāo)線吸量管移液體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V50)

4.5 測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel(R)

在同一條件下，對(duì)白酒樣品進(jìn)行了2 次平行測(cè)

4.6 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成

以上5個(gè)不確定度分量評(píng)定結(jié)果，見(jiàn)表3。把各分量相對(duì)不確定度代入(2)式，則總酸結(jié)果的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表3 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

4.7 擴(kuò)展不確定度

當(dāng)置信水平為95%，取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

白酒樣品中總酸的檢測(cè)結(jié)果表示為：

5 結(jié)語(yǔ)

分析了自動(dòng)電位滴定法測(cè)定白酒中總酸項(xiàng)目的測(cè)量不確定度分量來(lái)源，列出了詳細(xì)的計(jì)算方法。由不確定度分量評(píng)定結(jié)果可用看出，總酸檢測(cè)結(jié)果的不確定度分量中，關(guān)鍵性影響因素為：白酒樣品測(cè)量重復(fù)性、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液滴定體積、樣品溶液稀釋、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液配制，而乙酸摩爾質(zhì)量的不確定度比其它4 個(gè)分量低2～3 個(gè)數(shù)量級(jí)，可以忽略不計(jì)。為了降低檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的不確定度水平，提高總酸項(xiàng)目檢測(cè)的準(zhǔn)確度，在實(shí)驗(yàn)前，檢驗(yàn)員應(yīng)充分定期維護(hù)保養(yǎng)自動(dòng)電位滴定儀以及配套電極；充分預(yù)熱設(shè)備。實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，應(yīng)使用校準(zhǔn)合格的玻璃量器；增加平行樣品測(cè)試次數(shù)；確保實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件穩(wěn)定；同時(shí)保持操作手法的一致性。