酸碱滴定法测定饼干中二氧化硫含量的不确定度评定

摘 要：目的：采用酸碱滴定法测定饼干中的二氧化硫残留量，并对测定结果的不确定度进行分析及评定。方法：试样酸化后在充氨蒸馏条件下释放二氧化硫，用过氧化氢溶液吸收，氢氧化钠标准溶液滴定，根据滴定体积计算二氧化硫含量。通过建立数学模型，分析检测过程引入的不确定来源和数值，计算各影响因素的不确定度分量，最终得出不确定度报告。结果：在95%置信区间下，扩展不确定度为1.2 mg·kg-1。饼干中二氧化硫残留量测定结果可报告为（179.11±1.2）mg·kg-1（k=2，置信区间p=95%）。结论：影响测定结果准确性的主要因素为样品测量重复性和试样称量，应在实验过程中加以重点关注及控制，使检测结果更可靠。

关键词：酸碱滴定法；二氧化硫；不确定度；饼干

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

二氧化硫在食品生产加工中作为添加剂有漂白[1]、护色[2]、防腐[3]和抗氧化[4]等功能，主要以亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、亚硫酸氢钠和低亚硫酸钠[5]等亚硫酸盐的形式添加到食品中或采用硫磺熏蒸的方式处理食品。饼干作为一种常见的焙烤类食品，里面含有的二氧化硫一般来自面粉中人为添加的亚硫酸盐，主要作用是降低面粉筋度和防腐。二氧化硫接触食品中的水分会发生较为活泼的反应[6]，从而产生游离状态的反应物并在食品中大量存留，使其含量超出限量要求。在标准范围内，合理使用二氧化硫不会对人体健康造成危害，但过量残留会对身体产生不良影响，导致多器官中毒、损伤[7-8]，以及哮喘等过敏反应[9-10]。因此联合国粮农组织和世界卫生组织联合食品添加剂专家委员会（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）制定了每日允许摄入量（Allowable Daily Intake，ADI）为0～0.7 mg·（kg bw）-1[11]，《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）中明确规定了二氧化硫在饼干中的最大使用限量是0.1 g·kg-1。2023年7月13日，广东省市场监督管理局发布《广东省市场监督管理局关于19批次食品不合格情况的通告》（2023年第19期）[12]，通告广东省某企业生产的蔬菜咸饼干中二氧化硫残留量超出国家标准规定。8月6日，国家市场监管总局发布《市场监管总局关于2023年上半年市场监管部门食品安全监督抽检情况的通告》〔2023年第16号〕[13]，在食品安全监督抽检中共抽检31 041批饼干，检出不合格196批，不合格率0.63%。当测定结果和限量值接近时，须进行不确定度的评估来确保检测结果的准确性。测量不确定度是评定测量结果可信度的重要指标，具有重要的科学意义和现实意义[14]，测量不确定度越小，表明检测结果越准确可靠[15]。因此，饼干中二氧化硫含量的检测及不确定度的评定对确保食品安全意义重大，尤其是检测结果在限量值附近时。

目前有关于滴定法测定干百合和赤砂糖中二氧化硫不确定度的分析报道[16-17]，而利用自动蒸馏测定仪测定饼干中二氧化硫不确定度的研究还未见报道。本研究用二氧化硫自动蒸馏测定仪对饼干中二氧化硫残留量进行检测，依据《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）对检测结果进行分析，更为全面地对测量结果不确定度来源进行分析。分析在测量步骤中每个不确定程度分量对检测结果的影响，为二氧化硫残留量的检测提供有力的技术支撑，也为实验室能够科学评价检测报告提供思路和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

饼干：采自农贸市场，充分粉碎、混匀，装入聚乙烯塑料袋备用。盐酸、30%过氧化氢、无水乙醇（分析纯，国药集团）；甲基红（分析纯，上海麦克林公司）；氢氧化钠标准滴定溶液（0.1002 mol·L-1，上海安谱公司）；高纯氮气（99.999%，林德气体公司）。

GM200样品粉碎机（美国莱驰公司）；ST109C食药二氧化硫测定仪（济南盛泰公司）；25 mL碱式滴定管（德国Witeg公司）；BSA822电子分析天平（d=0.01 mg，赛多利斯公司）；10 mL单标线吸量管（A级）；100 mL容量瓶（A级）。

1.2 试验方法

称取试样35 g（精确至0.01 g）于1 000 mL圆底烧瓶中，加水500 mL后接入二氧化硫测定仪，打开回流冷凝开关。准备50 mL过氧化氢溶液放入锥形瓶作为吸收液并加入3滴指示剂。开通氮气，打开仪器开关，充氮3 min后，自动加酸10 mL，加热烧瓶并保持微沸1.5 h。蒸馏完毕后滴定并记录消耗体积，同时进行空白试验。

2 不确定度来源分析

2.1 数学模型建立

根据检测方法测定饼干中二氧化硫含量，建立数学模型：

（1）

式中：X为饼干中二氧化硫含量，mg·kg-1；V为饼干蒸馏吸收液消耗氢氧化钠标准溶液体积，mL；V0为空白蒸馏吸收液消耗氢氧化钠标准溶液体积，mL；c为氢氧化钠标准溶液浓度，mol·L-1；0.032为１ mL氢氧化钠标准溶液相当的二氧化硫的质量，g·mmoL-1；m为饼干质量，g。

2.2 不确定度来源

不确定度来源分析如图1。该测定方法的不确定度来源于4个部分：饼干样品测量的重复性（A类不确定度）、用于滴定的氢氧化钠标准溶液浓度（B类不确定度）、样品滴定氢氧化钠标准溶液消耗的体积（B类不确定度）和试样称量（B类不确定度）引入的不确定度。

3 不确定度分量计算

3.1 测定重复性引入的相对标准不确定度urel（X）

按照1.2的分析步骤对饼干样品中的二氧化硫含量进行测定，结果见表1。

进行8次的平行测定，根据贝塞尔公式[18]计算出标准偏差S为

饼干样品中二氧化硫含量测定重复性引入的相对标准不确定度为

3.2 标准溶液引入的相对标准不确定度urel（C）

3.2.1 标准溶液浓度引入的相对标准不确定度urel（C1）

查阅氢氧化钠标准溶液标准物质证书：浓度为0.100 2 mol·L-1，扩展不确定度为0.15%（k=2），则该相对标准不确定度为。

3.2.2 标准溶液稀释引入的相对标准不确定度urel（C2）

（1）移取10 mL氢氧化钠标准溶液引入的相对标准不确定度urel（C2-1）。①单标线吸量管u（C2-1-V）。查阅10 mL单标线吸量管校准证书，容量允差为±0.006 mL。以吸量管在刻度的读数偏差根据经验定为允差的1/10计算[19]，则该不确定度为

②温度效应u（C2-1-P）。实验室温度在（20±5）℃，氢氧化钠溶液的膨胀系数为2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=计算，则该不确定度为

由单标线吸量管体积测量和温度效应引入的不确定度互相独立，则移取10 mL氢氧化钠标准溶液引入的不确定度为

相对标准不确定度为

（2）定容到100 mL引入的相对标准不确定度urel（C2-2）。①容量瓶urel（C2-2-V）。通过查阅校准证书，100 mL玻璃容量瓶的容量允差为±0.01 mL。以吸量管在刻度的读数偏差根据经验定为允差的1/10计算[19]，则该不确定度为。

②温度效应urel（C2-2-P）。实验室温度在（20±5）℃，氢氧化钠溶液的膨胀系数为2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=计算，则该不确定度为

容量瓶体积测量和温度效应的不确定度互相独立，则定容氢氧化钠标准溶液引入的不确定度为

相对标准不确定度为

因氢氧化钠标准溶液的吸取和定容两个部分是相互独立的，则标准溶液稀释引入的相对标准不确定度为

综上所述，合成氢氧化钠标准滴定溶液引入的相对标准不确定度为

3.3 滴定氢氧化钠标准溶液消耗体积引入的相对标准不确定度urel（V-V0）

实验测定二氧化硫滴定过程中消耗氢氧化钠的体积（V-V0）的不确定度包括样品滴定体积V、空白滴定体积V0两个部分，且相互独立。其中V0的滴定体积为0 mL，可以忽略不计。V的不确定度来源主要包括实验员滴定读数误差、碱式滴定管的容量允差、滴定时甲基红指示剂的变色区间和滴定时的温度效应4个部分，且相互独立。

3.3.1 读数误差引入的不确定度u（V1）