滴定法測定醬油中氨基酸態(tài)氮含量的不確定度評定

馮浩菲?李瓊?陶燕?劉定舟?賈松濤?趙林萍

摘 要：目的：運用滴定法檢測醬油中氨基酸態(tài)氮含量并對檢測結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。方法：根據(jù)樣品氨基酸態(tài)氮計算公式以及影響不確定度的因素，建立醬油中氨基酸態(tài)氮檢測結(jié)果不確定度評定的數(shù)學(xué)模型，并對檢測結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析與評定。結(jié)果：當(dāng)醬油樣品的氨基酸態(tài)氮含量檢測結(jié)果為0.80 g/100 mL時，其不確定度結(jié)果表示為（0.80±0.02） g/100 mL（k=2）。結(jié)論：在實驗過程中只有規(guī)范實驗操作，使用經(jīng)校準(zhǔn)的計量器具與有證的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，增加平行樣的檢測頻次等，才能使檢測數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，進(jìn)而保障食品安全。

關(guān)鍵詞：滴定法；醬油；氨基酸態(tài)氮；不確定度

Uncertainty Evaluation for Determination of Amino Acid Nitrogen Content in Soy Sauce by Titration

Abstract： Objective： To determine the content of amino acid nitrogen in soy sauce by titration and evaluate the uncertainty of the result. Method： According to the calculation formula of amino acid nitrogen and the factors affecting the uncertainty， a mathematical model was established to evaluate the uncertainty of amino acid nitrogen detection results in soy sauce. Result： When the amino acid nitrogen content of soy sauce sample was 0.80 g/100 mL， the uncertainty result was expressed as （0.80±0.02） g/100 mL （k=2）. Conclusion： In the process of experiment， only standardized experimental operation， the use of calibrated measuring instruments and certified standard substances， increasing the detection frequency of parallel samples， etc.， can make the detection data more accurate， and thus ensure food safety.

Keywords： titration method; soy sauce; amino acid nitrogen; uncertainty

氨基酸態(tài)氮是醬油的特征性品質(zhì)指標(biāo)之一，在食品工業(yè)中有重要的應(yīng)用價值[1]。醬油中的氨基酸含量與其氨基酸態(tài)氮含量密切相關(guān)。在醬油的生產(chǎn)過程中，氨基酸會產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，其中最主要的就是其與氧化氮反應(yīng)，會生成氨基酸態(tài)氮。利用氨基酸態(tài)氮含量可以評估醬油的質(zhì)量，也可以為醬油的質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。研究和完善氨基酸態(tài)氮的檢測方法并評估其不確定度，對于提高醬油質(zhì)量的穩(wěn)定性和可控性具有重要意義[2]。本文以醬油作為研究對象，參照《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》（CNAS—GL006：2019）[3]和《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）[4]，對《釀造醬油》（GB/T 18186—2000）中6.4運用滴定法進(jìn)行氨基酸態(tài)氮含量測定的不確定度進(jìn)行分析和評定。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

醬油（500 mL/瓶，液體）。氫氧化鈉滴定溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（濃度為0.100 4 mol·L-1）；甲醛溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（濃度為38%）。pH計（PHS-3C）；磁力攪拌器（79-1）；滴定管（AD-25-2）。

1.2 實驗方法

參照《釀造醬油》（GB/T 18186—2000）中6.4部分，對醬油樣品進(jìn)行氨基酸態(tài)氮含量檢測。取試樣5.0 mL于100 mL容量瓶中，加水至刻度線后混勻，取混勻液20.0 mL于200 mL燒杯中，加入60 mL水后開動磁力攪拌器，使用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)節(jié)pH值至8.2。隨后加入10.0 mL甲醛溶液，混勻。繼續(xù)使用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)節(jié)pH值至9.2，記錄在此過程中消耗的氫氧化鈉滴定溶液體積（mL）。同時做空白試驗。取80 mL水，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)節(jié)pH值至8.2，隨后加入10.0 mL甲醛溶液，繼續(xù)用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)節(jié)pH值至9.2，記錄在此過程中消耗的氫氧化鈉滴定溶液體積（mL）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度評定數(shù)字模型的建立

根據(jù)樣品氨基酸態(tài)氮計算公式以及影響不確定度的因素[5-9]，建立醬油中氨基酸態(tài)氮檢測結(jié)果的不確定度評定的數(shù)學(xué)模型為

式中：X為樣品的氨基酸態(tài)氮含量（以氮計），g/100 mL；V為樣品取用量，mL；V0為空白試驗中消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液量，mL；V1為樣品定容體積，mL；V2為樣品稀釋液取用量，mL；V3為樣品滴定過程中消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液量，mL；c為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol·L-1；0.014為與1.00 mL的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液所相當(dāng)?shù)牡|(zhì)量，g。

2.2 不確定度來源與分析

從樣品前處理及測量過程、數(shù)學(xué)模型分析，運用滴定法來檢測醬油樣品中氨基酸態(tài)氮含量所得到的檢測結(jié)果的不確定度來源有測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（frep）、樣品取用體積V引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V）、樣品稀釋液取用體積V2引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V2）、樣品定容過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V1）、標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度c引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（c）、測定樣品稀釋液及空白加入甲醛后消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V3、V0引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V3-V0）。

2.2.1 測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（frep）

對試樣進(jìn)行10次重復(fù)測量，得到氨基酸態(tài)氮含量分別為0.80 g/100 mL、0.80 g/100 mL、0.79 g/100 mL、0.80 g/100 mL、0.79 g/100 mL、0.80 g/100 mL、0.80 g/100 mL、0.79 g/100 mL、0.80 g/100 mL和0.80 g/100 mL，其平均值為0.80 g/100 mL。

測量重復(fù)性以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，按貝塞爾公式進(jìn)行計算，10次重復(fù)測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為

本次共測量兩個樣品，測得的氨基酸態(tài)氮含量分別為0.79 g/100 mL、0.80 g/100 mL，其平均值為0.80 g/100 mL，取這兩個樣品氨基酸態(tài)氮含量的平均值作為最終測定結(jié)果，則本次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為則測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.2 樣品取用體積V引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V）

2.2.4 樣品定容過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V1）

（1）100 mL容量瓶定容引入的不確定度

urel（VV單）。取5.0 mL樣品定容至100 mL容量瓶中。參考《常用玻璃量器》（JJG 196—2006）[10]，容量瓶（A級，100 mL，單標(biāo)線）在25 ℃±1 ℃條件下使用時，其允許誤差為±0.10 mL。假設(shè)其為矩形分布，則實驗中100 mL容量瓶定容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

實驗中100 mL容量瓶定容引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（2）溫度變化引入的不確定度u（Vt1）。容量瓶的校準(zhǔn)溫度為20 ℃，實驗時實驗室溫度在20 ℃±5 ℃

變化。液體的體積膨脹明顯大于容量瓶的體積膨脹，故只需考慮液體的體積膨脹[11]。水的體積隨溫度的變化系數(shù)為2.2×10-4/℃，假設(shè)其為均勻分布，則溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

溫度變化引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

綜上，樣品定容過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度c引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（c）

實驗中所使用的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液是由氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制而得。

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液配制過程：用移液管

（50 mL）吸取50 mL氫氧化鈉滴定溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（0.100 4 mol·L-1）于100 mL容量瓶中，隨后用無CO2的純水定容至刻度線，得到氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液。

由上述配制過程可知，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量取以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定容，均會影響標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，均會引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

（3）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定容引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（Vc）。吸取50 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（0.100 4 mol·L-1），將其定容至100 mL容量瓶，此定容過程可引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。由2.2.4可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定容引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel（Vc）=urel（V1）=0.000 86。

標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度c引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.6 測定樣品稀釋液及空白加入甲醛后消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V3、V0引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V3-V0）

本實驗中用滴定管（25 mL）盛放氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，滴定樣品稀釋液及空白。測定樣品稀釋液及空白加入甲醛后消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積時所引入的不確定度包括滴定管校準(zhǔn)、滴定管及氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液溫度與校準(zhǔn)溫度的差異以及滴定終點判定。

（3）滴定終點判定時引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。兩次重復(fù)性測定中，樣品滴定過程中消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液量的平均值為11.33 mL，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為s（V3-V0）=0.03 mL。該實驗所使用的滴定管精度為

0.01 mL，在滴定前、滴定后進(jìn)行的兩次數(shù)據(jù)讀取均為估讀，因此可能共存在0.02 mL的偏差。本實驗所用指示劑為混合指示劑，故可以不考慮滴定終點判定引入的不確定度。同時因使用同一滴定管進(jìn)行滴定樣品及空白，其引入的不確定度分量要引用兩次。

則樣品稀釋液及空白加入甲醛后消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V3、V0引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3 合成不確定度

各不確定度分量及量值見表1。

將以上分量值合成得到相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為本次實驗測量樣品中氨基酸態(tài)氮含量為0.80 g/100 mL，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為uc（X）=urel（X）×0.80=0.011 g/100 mL。

2.4 擴展不確定度及不確定度結(jié)果報告

在95%的置信區(qū)間下，取包含因子k=2，則擴展不確定度為U=k×uc（X）=0.022 g/100 mL。則本次測量結(jié)果表示為（0.80±0.02） g/100 mL。

3 結(jié)論

參照《釀造醬油》（GB/T 18186—2000）中6.4部分的檢測方法，對醬油中氨基酸態(tài)氮檢測結(jié)果進(jìn)行不確定度分析，結(jié)果表明，醬油中氨基酸態(tài)氮的檢測結(jié)果為（0.80±0.02） g/100 mL（k=2）。本次不確定度分析與評定結(jié)果顯示，對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響的因素有測量重復(fù)性、樣品取用體積、樣品稀釋液取用體積、樣品定容過程、標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度、測定樣品稀釋液及空白加入甲醛后消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積等。為降低不確定度對檢測結(jié)果帶來的影響，檢測人員要規(guī)范操作、使用經(jīng)校準(zhǔn)的計量器具與有證的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、增加平行樣的檢測頻次等，這樣才能使檢測數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，更有力地保障食品安全。

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