自动电位滴定法检测白酒中总酸的测量不确定度评定

张芙蓉，张悦，陈石金

（金湖县综合检验检测中心，江苏金湖211600）

成品白酒中普遍含有多种有机酸，这些有机酸分为挥发性和半挥发性酸两类，挥发性酸主要有甲酸、乙酸、丙酸等；非挥发性酸有乳酸、苹果酸、酒石酸等。酸类物质在白酒中有重要的作用，能使酒味绵软、醇厚，也可以消除酒的杂味，如果酸量过大会给消费者带来刺鼻酸味的不适感。总酸检测方法[1‒3]主要有酸碱指示剂滴定法、pH计电位滴定法、自动电位滴定法、近红外光谱法、色谱法。总酸已成为各类酒产品标准中的重要检验项目之一。

不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散性、与测量结果相联系的参数。不确定度越小，测量结果的质量越高。CNAS-CL01-G003：2021《测量不确定度的要求》[4]中，鼓励实验室尽可能报告检测结果的不确定度，特别是对于如环境监测或产品检测等需要做符合性判定的领域。GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》第三法[1]自动电位滴定法已经在笔者所在实验室实施，笔者运用实验室样品分析实验数据，查阅国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的原子量数据，应用国家和行业的不确定度评定方法标准，开展了自动电位滴定法测定白酒中总酸的测量不确定度的评定工作，目的是在方法学中引入不确定度参数，以便为总酸项目的测量审核、实验室间比对分析提供判定所用中间数据，查找总酸分析的主要影响因子，提高分析实验的质量控制水平，从而向用户提供准确可靠数据。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

自动电位滴定仪：T960 型，山东海能科学仪器有限公司。

电子天平：AR2140 型，奥豪斯国际贸易(上海)有限公司。

纯水机：GWB-1 型，北京普析通用仪器有限责任公司。

白酒样品：荷香源Y3 浓香型，江苏运西荷香源酒业有限公司。

氢氧化钠标准储备液：0.050 02 mol/L，编号BW20011-0.05-W-500，坛墨质检科技股份有限公司。

1.2 实验环境条件

实验室环境温度：(20±3) ℃、环境相对湿度：35%～65%；样品溶液温度和标准溶液温度波动范围在(20±2) ℃条件下进行实验操作。

1.3 氢氧化钠标准工作液配制

用10.00 mL 分度吸量管，移取0.050 02 mol/L氢氧化钠标准储备液2次，每次10.00 mL，合计移取20.00 mL 于100.0 mL 容量瓶中，加水定容到标线，配成浓度为0.010 00 mol/L的氢氧化钠标准工作液。

1.4 白酒样品制备

白酒样品混匀后，用分度吸量管移取25.00 mL样品于250.0 mL容量瓶中，加水定容到标线，混匀。再用单标线吸量管移取稀释的样液50.00 mL 到一次性塑料杯中，加水约40 mL，待测。

1.5 仪器工作参数

参照GB 12456—2021第三法，使用“终点滴定”法；预滴定时间：10 s；预滴定添加体积：3 mL；预滴定后搅拌时间：5 s；快滴体积：0.5 mL；快滴平衡时间：4 s；快滴平衡电位：2 mV；慢滴体积：0.02 mL；终点值(pH)：8.2；延时：6 s；结束体积：15 mL。

1.6 总酸测定

依据GB 12456—2021 第三法的规定，按照T960型自动电位滴定仪操作程序，开机后预热仪器30 min，调试到最佳状态，打开自动电位滴定仪APT工作站，应用1.5节的方法参数，依次测试样品空白、白酒样品各2个平行样。

2 总酸计算公式

样品中总酸的质量浓度按式(1)计算[1]：

式中：X——白酒样品中总酸的质量浓度(以乙酸计)，g/L；

c——氢氧化钠标准工作液浓度，mol/L；

V——试液滴定时消耗氢氧化钠标准工作液的体积，mL；

V0——空白试验消耗氢氧化钠标准工作液的体积，mL；

M——乙酸的摩尔质量，g/mol；

F——白酒样品稀释倍数；

m——白酒样品移取的体积，mL。

3 不确定度来源和分析模型

根据白酒总酸测定过程，综合分析多种因素，白酒中总酸的测量不确定度主要来源有：(1)氢氧化钠标准工作液配制引入的不确定度；(2)氢氧化钠标准工作液滴定体积引入的不确定度；(3)乙酸摩尔质量引入的不确定度；(4)白酒样品稀释引入的不确定度；(5)测量重复性引入的不确定度。

根据式(1)建立了总酸的测量不确定度模型：

式中：urel(X)——总酸质量浓度的相对不确定度；

urel(c)——氢氧化钠标准工作液配制引入的相对不确定度分量；

urel(V-V0)——氢氧化钠标准工作液滴定体积引入的相对不确定度分量；

urel(M)——乙酸摩尔质量引入的相对不确定度分量；

urel(Vx)——白酒样品稀释引入的相对不确定度分量；

urel(R)——测量重复性引入的相对不确定度分量。

4 不确定度分量的评定

4.1 氢氧化钠标准工作液配制引入的相对标准不确定度分量urel(c)

氢氧化钠标准工作液配制引入的不确定度是在氢氧化钠标准储备液的稀释过程中产生的，分为3个分量：氢氧化钠标准储备液浓度引入的不确定度、分度吸量管体积引入的不确定度、氢氧化钠标准工作液定容体积引入的不确定度。

4.1.1 氢氧化钠标准储备液浓度引入的相对标准不确定度urel(c0)

供应商提供了氢氧化钠容量分析标准溶液的浓度c0=0.050 02 mol/L，扩展不确定度Uc0=0.000 10 mol/L，取包含因子k=2，则氢氧化钠标准储备液浓度引入的标准不确定度为：

4.1.2 10 mL分度吸量管移液体积引入的相对标准不确定度urel(V10)

氢氧化钠标准储备液稀释时使用A级10 mL分度吸量管，《常用玻璃量器检定规程》[5]规定体积允差±0.05 mL，按照三角分布，包含因子k= 6，则标准不确定度为：

4.1.3 氢氧化钠标准工作液定容体积引入的相对标准不确定度urel(V100)

定容时使用A 级100 mL 容量瓶，《常用玻璃量

4.2 氢氧化钠标准工作液滴定体积引入的相对标准不确定度分量urel(V-V0)

滴定实验时消耗氢氧化钠标准工作液工作液体积引入的不确定度，由氢氧化钠标准工作液滴定样品消耗体积引入的不确定度和氢氧化钠标准工作液滴定空白消耗体积引入的不确定度构成。

4.2.1 滴定样品氢氧化钠标准工作液消耗体积引入的标准不确定度u(V)

T960 型自动电位滴定仪制造商提供了仪器内的10 mL 滴定管，其体积允许误差为±0.025 mL，滴定管和滴定管驱动器连成一体，系统误差受多种因素影响，滴定系统不确定度可按近似正态分布[6]计算，取包含因子k=2，则标准不确定度为：

4.2.2 滴定空白氢氧化钠标准工作液消耗体积引入的标准不确定度u(V0)

4.3 乙酸摩尔质量引入的相对标准不确定度分量urel(M)

依据国际纯粹与应用化学联合会《IUPAC 元素周期表(2018 年12 月1 日)》[7]和《2013 元素原子量(IUPAC 技术报告)》[8]，摘录了乙酸分子式中所涉及的元素的常规原子量和标准原子量于表1。碳、氢、氧的标准原子量误差范围不对称，根据GUM 法和JJF 1059.1—2012的评定方法，采用B类方法的矩形分布、由标准原子量区间计算区间半宽，再除以包含因子k= 3，得到元素的标准不确定度。

表1 乙酸分子中的原子量、标准不确定度

表2 样品和空白的总酸检测结果

把以上3 个元素的不确定度进行合成，计算乙酸摩尔质量的标准不确定度为：

用常规原子量计算乙酸的摩尔质量为：M=2×12.011+4×1.008+2×15.999=60.05 g/mol。乙酸摩尔质量引入的相对标准不确定度为：

4.4 白酒样品溶液稀释引入的相对标准不确定度urel(Vx)

样品体积的不确定度细分为：25 mL 分度吸量管移液体积、250 mL 容量瓶定容体积、50 mL 单标线吸量管移液体积引入的不确定度。

4.4.1 25 mL分度吸量管移液体积引入的相对标准不确定度urel(V25)

实验中使用B 级25 mL 分度吸量管，按照4.1.2方法评定，25 mL 分度吸量管移液体积引入的相对标准不确定度为：

4.4.2 250 mL 容量瓶定容体积引入的相对标准不确定度urel(V250)

实验中使用A 级250 mL 容量瓶，按照4.1.3 方法评定，得250 mL容量瓶定容体积引入的相对标准不确定度为：

4.4.3 50 mL单标线吸量管移液体积引入的相对标准不确定度urel(V50)

4.5 测量重复性引入的相对标准不确定度分量urel(R)

在同一条件下，对白酒样品进行了2 次平行测

4.6 相对标准不确定度的合成

以上5个不确定度分量评定结果，见表3。把各分量相对不确定度代入(2)式，则总酸结果的合成相对标准不确定度为：

表3 相对标准不确定度汇总表

4.7 扩展不确定度

当置信水平为95%，取包含因子k=2，则扩展不确定度为：

白酒样品中总酸的检测结果表示为：

5 结语

分析了自动电位滴定法测定白酒中总酸项目的测量不确定度分量来源，列出了详细的计算方法。由不确定度分量评定结果可用看出，总酸检测结果的不确定度分量中，关键性影响因素为：白酒样品测量重复性、氢氧化钠标准工作液滴定体积、样品溶液稀释、氢氧化钠标准工作液配制，而乙酸摩尔质量的不确定度比其它4 个分量低2～3 个数量级，可以忽略不计。为了降低检测实验的不确定度水平，提高总酸项目检测的准确度，在实验前，检验员应充分定期维护保养自动电位滴定仪以及配套电极；充分预热设备。实验操作过程中，应使用校准合格的玻璃量器；增加平行样品测试次数；确保实验环境条件稳定；同时保持操作手法的一致性。