何金麟 王仍瑞 孫婷

摘 要：目的：采用酸堿滴定法測(cè)定餅干中的二氧化硫殘留量，并對(duì)測(cè)定結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析及評(píng)定。方法：試樣酸化后在充氨蒸餾條件下釋放二氧化硫，用過(guò)氧化氫溶液吸收，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)滴定體積計(jì)算二氧化硫含量。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，分析檢測(cè)過(guò)程引入的不確定來(lái)源和數(shù)值，計(jì)算各影響因素的不確定度分量，最終得出不確定度報(bào)告。結(jié)果：在95%置信區(qū)間下，擴(kuò)展不確定度為1.2 mg·kg-1。餅干中二氧化硫殘留量測(cè)定結(jié)果可報(bào)告為（179.11±1.2）mg·kg-1（k=2，置信區(qū)間p=95%）。結(jié)論：影響測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素為樣品測(cè)量重復(fù)性和試樣稱量，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加以重點(diǎn)關(guān)注及控制，使檢測(cè)結(jié)果更可靠。

關(guān)鍵詞：酸堿滴定法；二氧化硫；不確定度；餅干

Evaluation of Uncertainty in Determination of Sulfur Dioxide Content in Biscuits by Acid-Base Titration

HE Jinlin， WANG Rengrui， SUN Ting

（Technical Center of Xiamen Customs， Xiamen 361026， China）

Abstract： Objective： The residual amount of sulfur dioxide in biscuit was determined by acid-base titration， and the uncertainty of the result was analyzed and evaluated. Method： After acidification， the sulfur dioxide was released under the condition of ammonia filled distillation， absorbed by hydrogen peroxide solution， titrated by sodium hydroxide standard solution， and the sulfur dioxide content was calculated according to the titration volume. By establishing a mathematical model， analyzing the source and value of the uncertainty introduced in the detection process， calculating the uncertainty component of each influencing factor， and finally obtaining the uncertainty report. Result： At 95% confidence interval， the extended uncertainty is 1.2 mg·kg-1. Determination of sulfur dioxide residue in biscuits can be reported as （179.11±1.2） mg·kg-1 （k=2， confidence interval p=95%）. Conclusion： The main factors affecting the accuracy of the test result are the repeatability of the sample measurement and the weighing of the sample， which should be paid attention to and controlled during the experiment to make the test result more reliable.

Keywords： acid-base titration; sulfur dioxide; uncertainty; biscuits

二氧化硫在食品生產(chǎn)加工中作為添加劑有漂白[1]、護(hù)色[2]、防腐[3]和抗氧化[4]等功能，主要以亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀、亞硫酸氫鈉和低亞硫酸鈉[5]等亞硫酸鹽的形式添加到食品中或采用硫磺熏蒸的方式處理食品。餅干作為一種常見(jiàn)的焙烤類食品，里面含有的二氧化硫一般來(lái)自面粉中人為添加的亞硫酸鹽，主要作用是降低面粉筋度和防腐。二氧化硫接觸食品中的水分會(huì)發(fā)生較為活潑的反應(yīng)[6]，從而產(chǎn)生游離狀態(tài)的反應(yīng)物并在食品中大量存留，使其含量超出限量要求。在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，合理使用二氧化硫不會(huì)對(duì)人體健康造成危害，但過(guò)量殘留會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致多器官中毒、損傷[7-8]，以及哮喘等過(guò)敏反應(yīng)[9-10]。因此聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織聯(lián)合食品添加劑專家委員會(huì)（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）制定了每日允許攝入量（Allowable Daily Intake，ADI）為0～0.7 mg·（kg bw）-1[11]，《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）中明確規(guī)定了二氧化硫在餅干中的最大使用限量是0.1 g·kg-1。2023年7月13日，廣東省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布《廣東省市場(chǎng)監(jiān)督管理局關(guān)于19批次食品不合格情況的通告》（2023年第19期）[12]，通告廣東省某企業(yè)生產(chǎn)的蔬菜咸餅干中二氧化硫殘留量超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。8月6日，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局發(fā)布《市場(chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于2023年上半年市場(chǎng)監(jiān)管部門(mén)食品安全監(jiān)督抽檢情況的通告》〔2023年第16號(hào)〕[13]，在食品安全監(jiān)督抽檢中共抽檢31 041批餅干，檢出不合格196批，不合格率0.63%。當(dāng)測(cè)定結(jié)果和限量值接近時(shí)，須進(jìn)行不確定度的評(píng)估來(lái)確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。測(cè)量不確定度是評(píng)定測(cè)量結(jié)果可信度的重要指標(biāo)，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義[14]，測(cè)量不確定度越小，表明檢測(cè)結(jié)果越準(zhǔn)確可靠[15]。因此，餅干中二氧化硫含量的檢測(cè)及不確定度的評(píng)定對(duì)確保食品安全意義重大，尤其是檢測(cè)結(jié)果在限量值附近時(shí)。

目前有關(guān)于滴定法測(cè)定干百合和赤砂糖中二氧化硫不確定度的分析報(bào)道[16-17]，而利用自動(dòng)蒸餾測(cè)定儀測(cè)定餅干中二氧化硫不確定度的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究用二氧化硫自動(dòng)蒸餾測(cè)定儀對(duì)餅干中二氧化硫殘留量進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（JJF 1059.1—2012）對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，更為全面地對(duì)測(cè)量結(jié)果不確定度來(lái)源進(jìn)行分析。分析在測(cè)量步驟中每個(gè)不確定程度分量對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，為二氧化硫殘留量的檢測(cè)提供有力的技術(shù)支撐，也為實(shí)驗(yàn)室能夠科學(xué)評(píng)價(jià)檢測(cè)報(bào)告提供思路和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

餅干：采自農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，充分粉碎、混勻，裝入聚乙烯塑料袋備用。鹽酸、30%過(guò)氧化氫、無(wú)水乙醇（分析純，國(guó)藥集團(tuán)）；甲基紅（分析純，上海麥克林公司）；氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（0.1002 mol·L-1，上海安譜公司）；高純氮?dú)猓?9.999%，林德氣體公司）。

GM200樣品粉碎機(jī)（美國(guó)萊馳公司）；ST109C食藥二氧化硫測(cè)定儀（濟(jì)南盛泰公司）；25 mL堿式滴定管（德國(guó)Witeg公司）；BSA822電子分析天平（d=0.01 mg，賽多利斯公司）；10 mL單標(biāo)線吸量管（A級(jí)）；100 mL容量瓶（A級(jí)）。

1.2 試驗(yàn)方法

稱取試樣35 g（精確至0.01 g）于1 000 mL圓底燒瓶中，加水500 mL后接入二氧化硫測(cè)定儀，打開(kāi)回流冷凝開(kāi)關(guān)。準(zhǔn)備50 mL過(guò)氧化氫溶液放入錐形瓶作為吸收液并加入3滴指示劑。開(kāi)通氮?dú)?，打開(kāi)儀器開(kāi)關(guān)，充氮3 min后，自動(dòng)加酸10 mL，加熱燒瓶并保持微沸1.5 h。蒸餾完畢后滴定并記錄消耗體積，同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)。

2 不確定度來(lái)源分析

2.1 數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)檢測(cè)方法測(cè)定餅干中二氧化硫含量，建立數(shù)學(xué)模型：

（1）

式中：X為餅干中二氧化硫含量，mg·kg-1；V為餅干蒸餾吸收液消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；V0為空白蒸餾吸收液消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；c為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol·L-1；0.032為１ mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)亩趸虻馁|(zhì)量，g·mmoL-1；m為餅干質(zhì)量，g。

2.2 不確定度來(lái)源

不確定度來(lái)源分析如圖1。該測(cè)定方法的不確定度來(lái)源于4個(gè)部分：餅干樣品測(cè)量的重復(fù)性（A類不確定度）、用于滴定的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（B類不確定度）、樣品滴定氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積（B類不確定度）和試樣稱量（B類不確定度）引入的不確定度。

3 不確定度分量計(jì)算

3.1 測(cè)定重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（X）

按照1.2的分析步驟對(duì)餅干樣品中的二氧化硫含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1。

進(jìn)行8次的平行測(cè)定，根據(jù)貝塞爾公式[18]計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差S為

餅干樣品中二氧化硫含量測(cè)定重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C）

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C1）

查閱氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)：濃度為0.100 2 mol·L-1，擴(kuò)展不確定度為0.15%（k=2），則該相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C2）

（1）移取10 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C2-1）。①單標(biāo)線吸量管u（C2-1-V）。查閱10 mL單標(biāo)線吸量管校準(zhǔn)證書(shū)，容量允差為±0.006 mL。以吸量管在刻度的讀數(shù)偏差根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定為允差的1/10計(jì)算[19]，則該不確定度為

②溫度效應(yīng)u（C2-1-P）。實(shí)驗(yàn)室溫度在（20±5）℃，氫氧化鈉溶液的膨脹系數(shù)為2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=計(jì)算，則該不確定度為

由單標(biāo)線吸量管體積測(cè)量和溫度效應(yīng)引入的不確定度互相獨(dú)立，則移取10 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度為

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（2）定容到100 mL引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（C2-2）。①容量瓶urel（C2-2-V）。通過(guò)查閱校準(zhǔn)證書(shū)，100 mL玻璃容量瓶的容量允差為±0.01 mL。以吸量管在刻度的讀數(shù)偏差根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定為允差的1/10計(jì)算[19]，則該不確定度為。

②溫度效應(yīng)urel（C2-2-P）。實(shí)驗(yàn)室溫度在（20±5）℃，氫氧化鈉溶液的膨脹系數(shù)為2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=計(jì)算，則該不確定度為

容量瓶體積測(cè)量和溫度效應(yīng)的不確定度互相獨(dú)立，則定容氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度為

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

因氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸取和定容兩個(gè)部分是相互獨(dú)立的，則標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

綜上所述，合成氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.3 滴定氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V-V0）

實(shí)驗(yàn)測(cè)定二氧化硫滴定過(guò)程中消耗氫氧化鈉的體積（V-V0）的不確定度包括樣品滴定體積V、空白滴定體積V0兩個(gè)部分，且相互獨(dú)立。其中V0的滴定體積為0 mL，可以忽略不計(jì)。V的不確定度來(lái)源主要包括實(shí)驗(yàn)員滴定讀數(shù)誤差、堿式滴定管的容量允差、滴定時(shí)甲基紅指示劑的變色區(qū)間和滴定時(shí)的溫度效應(yīng)4個(gè)部分，且相互獨(dú)立。

3.3.1 讀數(shù)誤差引入的不確定度u（V1）

實(shí)驗(yàn)員眼睛的分辨率在0.1 mm左右，滴定過(guò)程中的讀數(shù)誤差約為0.01 mL[20]，以矩形分布k=計(jì)算，則該不確定度為。

3.3.2 堿式滴定管的容量允差引入的不確定度u（V2）

查閱25 mL堿式滴定管校準(zhǔn)證書(shū)，其擴(kuò)展不確定度U=0.01 mL（k=2），則該不確定度

3.3.3 指示劑變色區(qū)間引入的不確定度u（V3）

接近滴定終點(diǎn)時(shí)，采用半滴技術(shù)滴定，指示劑變色區(qū)間為半滴的體積0.025 mL[20]，以矩形分布k=計(jì)算，則該不確定度為。

3.3.4 溫度效應(yīng)引入的不確定度u（V4）

實(shí)驗(yàn)室溫度在（20±5）℃，氫氧化鈉溶液的膨脹系數(shù)取水的膨脹系數(shù)2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=計(jì)算，實(shí)際滴定體積的平均值為19.64 mL，則該不確定度為

綜上所述，樣品滴定體積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

實(shí)際滴定體積的平均值為19.64 mL，則樣品滴定體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.4 試樣稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（m）

用天平稱取樣品，其重復(fù)性已包含于重復(fù)性實(shí)驗(yàn)中，獨(dú)立的不確定度分量來(lái)自天平的校準(zhǔn)。查閱分度值為0.01 g的電子天平校準(zhǔn)證書(shū)，其最大允許誤差為±0.05（稱量0≤m≤500 g），以矩形分布k=計(jì)算，由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

兩次稱量所得凈重（1次皮重、1次毛重）是相互獨(dú)立的，則稱取樣品引入不確定度為

實(shí)際稱樣的平均值為35.16 g，則試樣稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為。

3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（X）

經(jīng)綜合分析，酸堿滴定法測(cè)定餅干中二氧化硫含量的各個(gè)分量不確定度見(jiàn)表2。從表2可以看出不確定度貢獻(xiàn)最大的分量為測(cè)量重復(fù)性，達(dá)到45.8%，其次為試樣稱量，貢獻(xiàn)占比18.9%。合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u（X ）=urel（X ）×X=0.003 41×

179.11=0.611 mg·kg-1

3.6 擴(kuò)展不確定度u（X ）

取包含因子k=2（置信概率p=95%），則擴(kuò)展不確定度評(píng)定為U（X ）=u（X ）×k=0.611×2=1.222≈1.2 mg·kg-1則本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得餅干中二氧化硫的含量為179.11±1.2 mg·kg-1（k=2，P=95%）

4 結(jié)論

本研究應(yīng)用酸堿滴定法對(duì)餅干中二氧化硫殘留量進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，對(duì)餅干中二氧化硫殘留量的不確定度各分量進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明，采用該方法測(cè)定結(jié)果的不確定度主要來(lái)源于樣品測(cè)量重復(fù)性、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度、樣品滴定體積和試樣稱量4個(gè)部分。各不確定度分量主次順序?yàn)闇y(cè)量重復(fù)性＞試樣稱量＞氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液＞滴定體積。因此，在酸堿滴定法測(cè)量餅干中二氧化硫殘留量實(shí)驗(yàn)中為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定次數(shù)和人員比對(duì)來(lái)降低結(jié)果的不確定度。同時(shí)，在稱量過(guò)程中盡量選擇等級(jí)較高、誤差較小的電子天平，從而提高整個(gè)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、可信性。

此次試驗(yàn)測(cè)得餅干中二氧化硫的含量為

179.11 mg·kg-1，擴(kuò)展不確定度為1.2 mg·kg-1，含量可表示為（179.11±1.2）mg·kg-1，k=2。根據(jù)數(shù)據(jù)可知，餅干樣品中二氧化硫殘留量超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的限量要求。表明該食品在生產(chǎn)加工過(guò)程中存在亞硫酸鹽隨意濫加的現(xiàn)象。農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)食品存在較大的食品安全隱患，建議消費(fèi)者在大型商超購(gòu)買(mǎi)食品。

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