指示剂法测量白酒中酸酯总量的不确定度评定

都 芸，邱怡筠，王开宇，左惠君，张露月

（烟台市食品药品检验检测中心，山东烟台 264000）

白酒质量要求系列标准《白酒质量要求 第1部分：浓香型白酒》（GB/T 10781.1—2021）、《白酒质量要求 第8部分：浓酱兼香型白酒》（GB/T 10781.8—2021）、《白酒质量要求 第9部分：芝麻香型白酒》（GB/T 10781.9—2021），均在白酒理化指标中新增加了酸酯总量的要求。白酒中约98%的成分是乙醇和水，剩余反映白酒香气、口味的微量香味成分占2%左右，其中酸类和酯类物质占微量香味成分的70%以上，是白酒呈香呈味的重要物质，因此二者的含量对白酒的风味起关键作 用[1-4]。大量研究表明，白酒在存储过程中，会发生一系列的化学反应[5-6]，酸和酯之间是存在动态平衡的[3]，二者通过酯类水解、酯-酸交换、酯氧化等一系列化学反应[7-8]，使酒体中呈“酸增酯减”的规 律[9-11]，而二者的平衡才是构成白酒整体口味和风格的关键[12-13]，因此不能仅用总酸、总酯的含量来判断白酒的品质[14]。现以GB/T 10781.1—2021标准要求为例，评定指示剂法测定白酒中酸酯总量的测量不确定度。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

氢 氧 化 钠 标 准 滴 定 溶 液，c（NaOH）= 0.100 1 mol·L-1，编号：GBW(E)081126，深圳博林达科技有限公司；硫酸标准滴定溶液，c（1/2H2SO4）= 0.100 7 mol·L-1，编号：GBW(E)082551，上海安谱实验科技股份有限公司；95%乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；酚酞，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

25 mL（A级）酸碱通用滴定管，天津市天玻玻璃仪器有限公司；25 mL（A级）单标吸量管，天津市天玻玻璃仪器有限公司；50 mL（A级）单标吸量管，天津市天玻玻璃仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 方法原理

依据《白酒质量要求 第1部分：浓香型白酒》（GB/T 10781.1—2021）中附录A。以碱中和试样中的游离酸，再加入一定量的碱溶液，加热回流使酯类皂化，用酸中和剩余的碱。通过计算碱的总消耗量得出酸酯总量[15]。

1.3.2 样品试验

准确吸取酒样50.00 mL于250 mL锥形瓶中，加入2滴酚酞指示剂（10 g·L-1），以氢氧化钠标准滴定溶液滴定至粉红色，记录消耗的氢氧化钠体积（V1），再准确加入氢氧化钠滴定溶液25.00 mL，摇匀，装上冷凝管，于沸水浴上回流30 min或者静置24 h以上[16]，取下冷却后用硫酸标准滴定溶液进行滴定，红色刚好消失即为滴定终点，记录消耗硫酸标准滴定溶液的体积（V2）。

1.3.3 空白试验

吸取50.00 mL乙醇（无酯）溶液（体积分数为40%）按照1.3.2步骤操作做空白试验，记录消耗硫酸标准滴定溶液的体积（V0）。

2 测量结果

2.1 样品试验测量结果

样品测试结果见表1。

表1 样品测量结果

2.2 空白试验测量结果

5次空白试验测定结果V0分别为24.08 mL、24.09 mL、24.06 mL、24.10 mL和24.08 mL，为24.08 mL。

3 数学模型

白酒样品中酸酯总量的测量不确定度模型为

式中：X为酒样中的酸酯总量，mmol·L-1；c1为氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，mol·L-1；V1为样品中总酸所消耗的氢氧化钠标准滴定溶液体积，mL；c2为硫酸标准滴定溶液的浓度，mol·L-1；V0为空白试验消耗硫酸标准滴定溶液体积，mL；V2为样品消耗硫酸标准滴定溶液体积，mL；50.0为吸取样品的体积，mL。

4 测量不确定度来源分析

依据《化学分析测量不确定度评定》[17]中的评定规则以及测量模型（1），可以得出指示剂法测定白酒中酸酯总量的不确定度主要分量有酸酯总量测量的重复性、酒样体积、酸碱标准滴定溶液浓度、总酸滴定体积、总酯滴定体积及空白滴定体积。

滴定分析中滴定体积通常有4个不确定度分量：容量允差、温度、读数误差、指示剂，本示例总酸滴定体积V1由指示剂引入的不确定度uin(V1)可传导至酯类滴定体积V2，呈正相关，将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)]趋近于0，则滴定体积V1指示剂引入的不确定度uin(V1)基本抵消，因此不必评定。具体不确定度因果图见图1。

图1 酸酯总量不确定度因果图

5 测量不确定度的评定

5.1 测量重复性不确定度（uA）

测量重复性（A类）不确定度即为测量结果平均值的标准偏差[18]，对样品进行10次测量，具体测量结果见表1。10次测量结果的标准偏差为

测量重复性的不确定度为

5.2 酒样体积V的不确定度u(V)

酒样体积V的不确定度主要来源分为单标吸量管的容量允差与实验室温度波动两部分。

已知A级50 mL的单标吸量管，容量允差为±0.05 mL[19]且视为均匀分布，因此单标吸量管容量允差引入的不确定度

酒类指标通常以20 ℃计，如酒精度。已知实验室环境温度变化在（20±3）℃范围内，50%vol白酒体积膨胀系数α查《新编酒精密度浓度和温度常数数据表》[20]中表Ⅱ“酒精溶液密度与温度和体积浓度关系表”可知约为0.000 81，因此温度波动引入的不确定度

二者合成可得酒样体积不确定度为

5.3 氢氧化钠标准滴定溶液和硫酸标准滴定溶液的不确定度u(c1)、u(c2)

氢氧化钠标准滴定溶液的浓度c（NaOH）= 0.100 1 mol·L-1，查其证书可知，U=0.2%，k=2，因此不确定度

硫酸标准滴定溶液的浓度c（1/2H2SO4）= 0.100 7 mol·L-1，查其证书可知，U=0.3%，k=2，则不确定度

5.4 总酸滴定体积V1的不确定度u(V1)

根据实验操作步骤可知，总酸滴定体积V1引入的不确定度分为滴定管容量允差、读取滴定体积误差、温度3个方面。

5.4.1 滴定管容量允差引入的不确定度u1(V1)

已知25 mL 的A级滴定管容量允差为 ±0.04 mL[19]，实际实验中滴定总酸消耗的体积约为6.01 mL，因体积较小，按三角分布计算，取k=，滴定管容量允差差引入的不确定度

5.4.2 读取滴定体积时引入的不确定度u2(V1)

一般实验人员的眼睛分辨力在0.1 mm左右，其引起的质量误差为±1.0×10-2g[21]，已知滴定溶液的密度近似为20 ℃下蒸馏水的密度ρ=998.20 g·L-1，则25 mL滴定管读数误差约为±0.01 mL，按均匀分布k=进行计算：

5.4.3 温度波动引入的不确定度ut(V1)

实 验 室 环 境 温 度 变 化 为（20±3）℃，将 0.100 1 mol·L-1氢氧化钠标准溶液的膨胀系数近似为水的膨胀系数2.1×10-4·℃-1，温度波动按均匀分布k=，则温度波动引入的不确定度：

5.4.4 合成总酸滴定体积V1的不确定度u(V1)

样品滴定体积由5.4.1～5.4.3相互独立的部分组成：

5.5 空白滴定体积引入的不确定度u(V0)

空白滴定过程中不确定度主要来源有空白滴定体积的测量重复性、加入氢氧化钠标准滴定溶液体积误差（重复性）、滴定管的容量允差、检测人员读数的误差、终点指示剂的变色区间以及实验室温度的波动6个方面组成。

5.5.1 空白滴定体积的测量重复性u1(V0)

对空白体积进行了5次测定，V0分别为24.08 mL、 24.09 mL、24.06 mL、24.10 mL和24.08 mL，为24.08 mL，根据《测量不确定度评定与表示》（JJG 1059.1—2012）[22]中的极差法来计算引入的不确定度u1(V0)，5次测量的极差系数查表可知

根据实验步骤可知，加入氢氧化钠标准滴定溶液体积的不确定度来源于25 mL单标吸量管体积的测量重复性而与其容量允差无关。并且实验室内温度稳定，与温度偏差引入的体积误差也无关。在同一温度下，重复测量10次单标吸量管中纯水的质量，测量结果见表2，用测得纯水的质量计算标准偏差，可近似得到单标吸量管体积测量的重复性 偏差[23]。

表2 相同温度下25 mL单标吸量管纯水质量

单标吸量管体积测量的不确定度：u2(V0)=s(V0)=

5.5.3 滴定管容量允差引入的不确定度u3(V0)

25 mL A级滴定管容量允差[19]为±0.04 mL，按均匀分布k=得

5.5.4 读数时引入的不确定度u4(V0)

具体的评定过程见5.4.2，u4(V0)=0.005 77 mL。

5.5.5 指示剂的变色区间引入的不确定度u5(V0)

临近终点时，采用半滴技术滴定，指示剂变色区间为半滴体积0.025 mL，中间值为最佳终点体积[24]， 变区间色按均匀分布k=计，指示剂的变色区间引入的不确定度

5.5.6 温度波动引入的不确定度ut(V0)

实验室环境温度变化为（20±3）℃，膨胀系数 近 似 为2.1×10-4℃-1，均 匀 分 布为 24.08 mL，则温度波动引入的不确定度

5.5.7 合成空白滴定体积引入的不确定度u(V0)

空白滴定体积由5.5.1～5.5.6相互独立组成：

5.6 酒样总酯滴定体积的不确定度u(V2)

酒样总酯滴定体积V2的不确定度来源主要由加入氢氧化钠标准滴定溶液体积误差（重复性）、滴定管的容量允差、检测人员读数的误差、终点指示剂的变色区间以及实验室温度的波动5个方面组成。5.6.1 加入氢氧化钠标准滴定溶液体积引入的不确定度u1(V2)

具体的评定过程见5.5.2，u1(V2)=0.006 30 mL。

5.6.2 滴定管容量允差引入的不确定度u2(V2)

25 mL A级滴定管容量允差[19]为±0.04 mL，而实际滴定体积约为9.21 mL，按三角分布假设，取

5.6.3 读数时引入的不确定度u3(V2)

具体的评定过程见5.4.2，u3(V2)=0.005 77 mL。

5.6.4 指示剂的变色区间引入的不确定度u4(V2)

具体的评定过程见5.5.5，u4(V2)=0.007 22 mL。

5.6.5 温度波动引入的不确定度ut(V2)

实验室环境温度变化为（20±3）℃，膨胀系数近似为2.1×10-4℃-1，均匀分布k=，则

5.6.6 合成样品滴定体积引入的不确定度u(V2)

样品滴定体积由5.6.1～5.6.5相互独立组成：

5.7 B类测量不确定度

B类测量不确定度为除A类测量不确定度（测量结果重复性不确定度）外所有的不确定度。实验室温度稳定，由温度引入的4个不确定度强相关，相关系数等于1，则B类测量不确定度需按公式（2）进行计算。

根据公式（1），各不确定度分量的灵敏度系数为：

将各分量不确定度及灵敏系数代入公式（2）得

5.8 标准不确定度

A类标准不确定度和B类标准不确定度合成得标准不确定度：

6 扩展不确定度U评定

取95%置信率，扩展因子k=2，U(X)=2×0.112= 0.224=0.2 mmol·L-1。因此，采用指示剂法测量白酒中酸酯总量的结果为X=（42.0±0.2）mmol·L-1（k=2）。

7 结论

通过对指示剂法测量白酒中酸酯总量不确定度的评定，可以进一步检验实验结果的可靠性，为该项目检测数据结果的准确性作一定的参考。通过评定可知该检测方法测量不确定度的主要来源是酸酯总量测量的重复性、酒样体积、酸碱标准滴定溶液浓度、总酸滴定体积、总酯滴定体积和空白滴定体积。其中滴定总酸时指示剂引入的不确定可基本抵消，因此不需要进行评定。酸碱标准滴定溶液浓度的不确定度较小，基本可以忽略。而影响测量结果的准确度的主要因素是酒样体积、总酸滴定体积、总酯滴定体积和空白滴定体积以及样品的测量重复性。因此，在实验操作过程中，应适当增加样品测定次数并规范滴定操作，从而确保检测数据结果的准确性。