酸碱指示剂滴定法测定白酒中总酸含量的不确定度评定

金晓丽，王灵红，广家权，王少磊

（安徽迎驾贡酒股份有限公司，安徽 六安 237200）

酸类物质是白酒中的主要呈味物质之一，主要成分为来源于酒醅发酵过程中的乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、己酸和高级脂肪酸等[1]，其含量的高低直接影响着白酒的质量。因此，酸类物质是评价白酒品质的一项重要的理化指标，精确测定这一指标对白酒的品质控制具有重要意义。2021 年2 月22 日国家卫健委和国家市场监管总局联合发布了GB 12456—2021《食品安全国家标准食品中总酸的测定》，该标准代替了GB/T 10345—2007 中白酒总酸的检测方法。本文根据GB 12456—2021 中的第一法对白酒总酸含量进行测定，分析影响测量结果的各种因素，对产生测量不确定度的所有分量进行综合分析，最后得出总酸测定结果的不确定度，为实验室在日后的检测过程中提高检测结果的准确性提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样：市售某品牌白酒。

试剂及耗材：氢氧化钠(优级纯)，国药集团化学试剂有限公司；酚酞(分析纯)，天津光复精细化工研究所；无水乙醇(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；邻苯二甲酸氢钾(基准试剂)，GBW(E)060019o，中国计量科学研究院，水为二级水。

仪器设备：MS105 电子分析天平（d=0.01 mg）、ME204E电子分析天平（d=0.1 mg），瑞士梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；电炉，南通市长江光学仪器有限公司；GZX-9146 电烘箱，上海博讯医疗器械有限公司；50 mL 碱式滴定管（A 级）；25 mL、50 mL 单标移液管（A 级）；250 mL 锥形瓶；250 mL、500 mL容量瓶。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备

取250 mL 酒样置于500 mL 烧杯中，在减压下摇动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 该酒样至250 mL 容量瓶中，用无二氧化碳的水定容至刻度，摇匀备用。

1.2.2 分析步骤

用移液管吸取50.0 mL 上述处理后的酒样，置于250 mL锥形瓶中，加入2滴酚酞指示液（10 g/L），用0.01 mol/L 氢氧化钠滴定溶液滴定至微红色30 s不褪色，记录消耗0.01 mol/L 氢氧化钠滴定溶液的体积V1，并按同样的步骤用同体积的无二氧化碳的水代替酒样做空白实验，记录消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积V2。

1.2.3 计算公式

样品中总酸含量按下式计算：

式中：X——试样中总酸含量，g/L；

c——氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，mol/L；

V1——滴定试液时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；

V2——空白实验时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；

k——酸的换算系数，乙酸的换算系数为0.060；

F——试液的稀释倍数；

V——吸取试液的体积，mL；

1000——换算系数。

2 测量不确定度来源分析

根据白酒中总酸的计算公式并结合JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》可知，白酒中总酸测定新方法中不确定度的来源主要有：①测量重复性引起的不确定度；②氢氧化钠标准滴定溶液浓度c 引起的不确定度；③样品滴定体积（V1-V2）引入的不确定度；④试液的稀释倍数F 引入的不确定度；⑤吸取试样的体积V 引入的不确定度；⑥换算系数k引起的不确定度。具体组成见图1。

图1 总酸测定不确定度来源关系图

3 测量不确定的评定

3.1 评定测量重复性引起的不确定度ur(R)

测量重复性引起的不确定度采取A 类评定，即对同一样品的总酸含量连续测定8 次，求8 次测量结果平均值的标准偏差，具体结果见表1。

表1 白酒总酸测定结果表

8次测量结果的标准偏差为：

3.2 评定氢氧化钠标准滴定溶液浓度c 引起的不确定度u(c)

包括氢氧化钠标准滴定溶液浓度的标定和氢氧化钠标准滴定溶液的稀释两个部分。

3.2.1 氢氧化钠标准滴定溶液浓度标定引入的不确定度u标(c)

称取一定量于105～110 ℃电烘箱中干燥至恒量的邻苯二甲酸氢钾，用标准氢氧化钠溶液滴定。标准氢氧化钠溶液的浓度为：

3.2.1.1 称量产生的不确定度uW

根据电子分析天平的校准证书，其扩展不确定度为0.5 mg（k=2），则：uW=0.5/2=0.25 mg

3.2.1.2 邻苯二甲酸氢钾纯度引入的不确定度uP

邻苯二甲酸氢钾为有证标准物质，通过查阅其标准物质证书可知其扩展不确定度为0.02 %（k=2），则：uP=0.02%/2=0.01%

3.2.1.3 邻苯二甲酸氢钾摩尔质量引入的不确定度uM

邻苯二甲酸氢钾摩尔质量引入的不确定度由于很小可忽略不计，计算时M 取204.22，其数值修约产生的不确定度为：

3.2.1.4 氢氧化钠溶液体积产生的不确定度uV（标）

（1）滴定管体积的不确定度u1V（标）

根据碱式滴定管校准证书，其扩展不确定度U=0.01 mL（k=2），则：

（2）温度波动引入的不确定度u2V（标）

实验室环境温度变化为20 ℃±5 ℃，实际滴定体积约为37.0 mL，氢氧化钠溶液膨胀系数取水的膨胀系数2.1×10-4℃-1，温度波动按均匀分布k=，则温度波动引起的不确定度为：

（3）指示剂变色区间引入的不确定度u3V(标)

临近终点时，采用半滴技术滴定，指示剂变色区间为半滴的体积0.025 mL[2]，中间值为最佳中和体积，假设变色区间按均匀分布，即则有：

（4）读数时引入的不确定度u4V(标)

操作人员的眼睛分辨率可达0.1 mm 左右，其引起的质量误差为±0.01 g[3]，滴定溶液的密度近似为20 ℃下蒸馏水的密度ρ=998.20 g/L，故滴定过程中的读数误差约为0.01 mL，按均匀分布取，则有：

由上述4 个不确定度分量u1V（标）、u2V（标）、u3V(标)和u4V(标)，可得出因氢氧化钠体积产生的不确定度uV（标）：

（5）氢氧化钠标准溶液标定引入的不确定度u标(c)

3.2.2 氢氧化钠标准溶液的稀释引入的不确定度u稀(c)

3.2.2.1 吸取50 mL氢氧化钠标准溶液引入的不确定度u1稀(c)

（1）温度波动对移液管引入的不确定度u11稀(c)

实验室环境温度变化为20 ℃±5 ℃，氢氧化钠溶液膨胀系数取水的膨胀系数2.1×10-4℃-1，温度波动按均匀分布，则温度波动产生的不确定度为：

（2）移液管体积测量的不确定度u12稀(c)

通过查阅50 mL 移液管校准证书可知其扩展不确定度为0.01 mL（k=2），故可得：

吸取50 mL 氢氧化钠标准溶液引入的不确定度u1稀(c)由温度波动和移液管体积测量的不确定度两个互相独立的部分组成，故有：

3.2.2.2 定容到500 mL引入的不确定度u2稀(c)

（1）温度波动对容量瓶引入的不确定度u21稀(c)

实验室环境温度变化为20 ℃±5 ℃，氢氧化钠溶液膨胀系数取水的膨胀系数2.1×10-4℃-1，温度波动按均匀分布，则温度波动产生的不确定度为：

（2）容量瓶体积测量的不确定度u22稀(c)

查使用的500 mL 容量瓶的校准证书可知其扩展不确定度为0.05 mL（k=2），故可得：

以上两个不确定度分量相互独立、互不相关，则：

3.2.2.3 氢氧化钠标准溶液稀释引入的不确定度u稀(c)

根据前面的分析可知，氢氧化钠标准溶液稀释引入的不确定度由氢氧化钠标准溶液的吸取和定容两个相互独立的部分组成，故有：

3.2.3 氢氧化钠标准滴定溶液的浓度c 引入的不确定度ur(c)

3.3 评定样品滴定体积（V1-V2）引入的不确定度

根据实验，中和酸类消耗的氢氧化钠的体积由（V1-V2）计算，滴定体积（V1-V2）的不确定度由样品滴定体积V1、空白滴定体积V2引入，V1和V2可认为互相独立。

3.3.1 样品滴定体积的不确定度u(V1)

样品滴定体积V1的不确定度来源有滴定管的容量允差、温度波动、指示剂变色区间、读数误差4个方面。

3.3.1.1 滴定管容量允差引入的不确定度u1(V1)

具体评定过程同3.2.1.4（1），u1(V1)=0.00500 mL

3.3.1.2 温度波动引入的不确定度u2(V1)

实验室环境温度变化为20 ℃±5 ℃，而实际滴定体积约为7.1 mL，氢氧化钠溶液膨胀系数取水的膨胀系数2.1×10-4℃-1[4]，温度波动按均匀分布k=，则温度波动引起的不确定度为：

3.3.1.3 终点指示剂的变色区间引入的不确定度u3(V1)

具体评定过程见3.2.1.4（3），u3(V1)=0.00722 mL 3.3.1.4 读数时引入的不确定度u4(V1)

具体评定过程见3.2.1.4（4），u3(V1)=0.00577 mL

因各不确定度分量之间相互独立，故其合成不确定度为：

3.3.2 空白滴定体积引入的不确定度u(V2)

空白滴定过程中所消耗的氢氧化钠标准溶液的体积很小，温度波动引入的不确定度可以忽略不计。因此，空白滴定过程中主要的不确定度分量有滴定管的容量允差、指示剂变色区间、读数误差3个方面。

3.3.2.1 滴定管容量允差引入的不确定度u1(V2)

具体评定过程同3.2.1.4（1），u1(V2)=0.00500 mL

3.3.2.2 指示剂变色区间引入的不确定度u2(V2)

具体评定过程见3.2.1.4（3），u2(V2)=0.00722 mL

3.3.2.3 读数误差引入的不确定度u3(V2)

具体评定过程见3.2.1.4（4），u3(V2)=0.00577 mL

以上3 个不确定度分量相互独立，合成不确定度为：

3.3.3 滴定体积（V1-V2）的不确定度ur(V1-V2)

3.4 评定试液稀释倍数F引入的不确定度ur(F)

试液稀释倍数F 引入的不确定度主要来源于吸取试液的体积和容量瓶的容量误差两个方面。

3.4.1 吸取25.0 mL试液引入的不确定度u1(F)

3.4.1.1 温度波动对移液管引入的不确定度u11(F)

白酒样品的实测酒精度为44.9%vol，根据《新编酒精密度浓度和温度常用数据表》[5]中表Ⅱ“酒精溶液密度和温度常数数据表”计算得45%vol 酒精溶液的体积膨胀系数为7.7×10-4℃-1，实验室环境温度变化为20 ℃±5 ℃，温度波动按均匀分布k=，则温度波动产生的不确定度为：

3.4.1.2 移液管体积测量的不确定度u12(F)

查25 mL 移液管校准证书可得其扩展不确定度为0.01（k=2），故有：

3.4.2 定容到250 mL引入的不确定度u2(F)

3.4.2.1 温度波动对容量瓶引入的不确定度u21(F)

白酒样品的体积膨胀系数为7.7×10-4℃-1，温度波动按均匀分布取，则温度波动产生的不确定度为：

3.4.2.2 容量瓶体积测量的不确定度u22(F)

查使用的250 mL 容量瓶的校准证书可知其扩展不确定度为0.05 mL（k=2），则有：

3.4.3 试液稀释倍数F引入的不确定度ur(F)

3.5 评定吸取50.0 mL 试液体积V 引入的不确定度

3.5.1 温度波动引入的不确定度u1(V)

白酒样品的体积膨胀系数为7.7×10-4℃-1，温度波动按均匀分布取，则吸取50.0 mL 稀释后的白酒试液时温度波动产生的不确定度为：

3.5.2 移液管容量允差引入的不确定度u2(V)

查50 mL 移液管的校准证书知其扩展不确定度为0.01 mL（k=2），则其产生的不确定度为：

3.5.3 吸取试液体积V引入的不确定度ur(V)

3.6 评定换算系数k引入的不确定度ur(k)

乙酸摩尔质量引入的不确定度可忽略不计，只考虑其修约产生的不确定度，换算系数k 为乙酸摩尔质量60 除以1000 之后的值，在考虑修约不确定度时，直接考虑乙酸摩尔质量的修约不确定度，即：

3.7 评定标准测量不确定度

根据评定过程可知，总酸测量重复性、标准滴定溶液浓度、滴定体积、试液稀释倍数、取样体积和换算系数6 个部分相互独立，因此合成相对不确定度可表示为：

3.8 报告测量结果

3.8.1 计算扩展不确定度

取包含因子k=2，则相对扩展不确定度为：

3.8.2 报告测量结果

本次实验测得白酒中总酸的含量为：（0.88±0.01）g/L，k=2。

4 结论

从表2 中可以看出，在分析出的白酒总酸测定新方法中不确定度分量中，试液稀释倍数F 的贡献率最大，达到43.1 %，其次为取样体积V 和滴定体积（V1-V2）的贡献率，分别为21.2 %和20.5 %。由此我们可以得出，试液稀释过程、取样过程和滴定过程是产生测定结果不确定度的主要环节，尤其是试液稀释过程。为此，在实际检测过程中，我们需要重点注意这些环节中的基本操作，如移液管的正确使用方法、使用干燥洁净的容量瓶、控制环境温度等，还要控制好滴定速度，不能过快或过慢，以每分钟6～8 mL 为宜。此外，测量重复性的贡献率也达到了10%，为此，我们还可以通过增加平行测定次数[6]的方式来提高检测结果的准确性。

表2 各不确定度分量及其贡献率