光谱滴定法在蜂蜜酸度测量中的应用评价
SX-Z-3.3 光谱滴定仪(秦皇岛水熊科技有限公司);XP205 电子天平(瑞士梅特勒公司);水浴锅(北京盈盛恒泰科技有限责任公司);德国宾德恒温干燥箱M53;25mL碱式滴定管等。
氢氧化钠(优级纯,天津科密欧化学试剂有限公司),邻苯二甲酸氢钾基准试剂(99.95%-100.05%,天津市光复科技发展有限公司),酚酞(99.3%,伟业计量)。
2.3 试验方法
2.3.1样品的制备
未结晶的样品搅拌均匀。有结晶析出的样品,将样品瓶盖塞紧后,置于不超过60℃的水浴中温热,待样品全部溶化后,搅匀,迅速冷却至室温以备检验用。
2.3.2溶液的制备
0.01 mol/L氢氧化钠标准溶液,按照 GB/T 601配制0.1 mol/L并标定,临用时,用无二氧化碳的水稀释至0.01 mol/L。0.01 mol/L[5]。
酚酞指示剂(1%乙醇溶液):称取1 g酚酞用95%乙醇定容至100 ml,混合均匀[4]。
2.3.3酸度的光谱滴定原理
滴定过程中的不同离子成分的改变引起被测物结构的改变,同步使吸收光谱发生变化(颜色变化),该变化点为国标的滴定终点。VSTT[6]用色变曲线参数同步描述颜色变化轨迹,用数字化、图形化的曲线标识颜色变化过程,曲线上的突变峰与吸收光谱有对应关系 。
2.3.4光谱滴定仪条件
光谱范围380 nm~780 nm,△λ5 nm,测量周期100 ms,积分时间100 ms,光程10.0 mm,滴定速率0.167 ml/min,搅拌速度300 转/min,靴型反应器180 mL。
2.3.5光谱滴定方法[4]
在反应器中依次加入75 ml经煮沸后冷却的水、试样10g(精确至0.001g),溶解后加入2滴~3滴酚酞指示剂,用氢氧化钠标准溶液滴定至终点。按式(1)计算式样的酸度:
式中:X—试样的酸度,单位为毫升每千克(ml/kg)(消耗1mol/L氢氧化钠)V—依据图谱确认的滴定终点时所耗氢氧化钠标准溶液的体积,单位为毫升(ml);c —氢氧化钠标准溶液的摩尔浓度,单位为摩尔每升(mol/L);m —试样的质量,单位为克(g)。
2.3.6 感官滴定方法[4]
在烧杯中加入试样10 g,以75 ml经煮沸后冷却的水溶解后,加入2滴~3滴酚酞指示剂,用氢化钠标准溶液滴定至溶液呈粉红色,在10秒内不褪色为终点。代入公式(1)计算。
2.4 统计学处理酸度的光谱滴定过程中,CIE1976(L*a*b*)均匀彩色空间参数值的明度指数L*值、红-绿色品指数a*值、黄-蓝色品指数b*值,均发生了相应改变,滴定终点时各数值变化明显减小,变化轨迹如下图所示:
图1-图3表明,L*值在x轴上方,在滴定体积约1.7ml后开始下降,说明溶液明度在降低;L*值曲线整体看不平滑,有个别干扰峰,可能是在滴定过程中溶液波动从而影响了透光度。a*值在滴定体积约1.6ml后明显增大,一直处于x轴上方,说明溶液颜色由无色向红色转变,并越来越深。b*值在滴定体积约1.6ml后开始下降,在约2.3ml由x轴上方下降至x轴下方,说明溶液颜色由很淡的黄色渐变为很淡的蓝色。试验溶液变化为混合色,即溶液由带着很淡的黄色至几近于无色转变红色。光谱滴定颜色的测定数据与传统感官滴定人工判断颜色的变化相符。
本文采用VSTT的参数G峰值做为滴定终点[6] ,更接近a*值和b*值的共同变色终点。以加入的滴定剂的体积(V)作为横坐标,以VSTT终点参数G作为纵坐标,绘制G-V滴定曲
线,曲线上的最大峰值即为滴定终点,如图4所示。
3.2光谱滴定法测定酸度的检出限
本次重复测定10次空白试验[7],结果按公式(1)计算为样品中的酸度含量,结果见表1,并按公式(2)计算方法检出限。
MDL = t (n-1,0.99) × S…… (2)
式中:MDL—方法检出限;n—样品的平行测定次数;t—自由度为n -1,置信度为99%时的t分布值(单侧);S—n次平行测定的标准偏差[7]。
本次测定t (10,0.99)值为2.821,以此计算本方法的检出限为0.10 ml/kg,最大差异值为0.12,在允许的差异范围0.18±0.05之内,符合HJ 168—2020标准中“检出限可允许的差异范围应在‘空白试验测定值的均值估计检出限的1/2’以内”的要求[7]。此检出限的测定,弥补了感官滴定法没有检出限的缺陷。
表1 光谱滴定法测定酸度含量的检出限(n=10)
Table 1 The detection limit of acidity in honey determined by spectrometric titration (n=10)
10次空白测定结果(ml/kg) results of 11 blank test (ml/kg) | 平均值(ml/kg) average value (ml/kg) | 标准偏差(ml/kg) standard deviation (ml/kg) |
0.22,0.18,0.20,0.18,0.10,0.16,0.20,0.17,0.20,0.13, | 0.18 | 0.036 |
3.3样品的测定结果比对
在相同的前处理条件下,利用感官滴定法和光谱滴定法测定样品的酸度,同时进行样品加标回收率试验,验证两种方法的可靠性,具体数据见表2、表3。
表2 样品中酸度的测定结果及t检验
Table 2 Determination results and t-test of acidityin honey
样品名称 sample name | 滴定方法 titration method | 测定结果(mL/kg) determination results | 平均值 ( mL /kg) average value ( mL /kg) | RSD(%) | 双尾概率 P(sig.) double tail probability P(sig.) |
椴树蜜 | 感官滴定法 光谱滴定法 | 17.32,16.85,16.93,17.15,17.13,17.24 17.58,17.50,16.88,17.70,17.15,17.23 | 17.11 17.34 | 1.048 1.784 | 0.114 |
向日葵蜜 | 感官滴定法 光谱滴定法 | 29.18,30.55,28.48,29.04,29.84,30.33 28.83,30.03,31.39,30.30,31.36,30.90 | 29.57 30.47 | 2.714 3.189 | 0.147 |
表3 回收率的测定结果
Table 3 Determination results ofrecovery rate
样品名称 sample name | 样品质量(g) sample quality (G) | 冰醋酸加标量(ml) CH3COOH standard addition amount(ml) | 滴定方法 titration method | 测定值(ml/kg) determination value(ml/kg) | 回收率(%) rate of recovery(%) |
椴树蜜 | 10.0251,10.0363,10.0520 10.0356,10.0571,10.0209 | 0.01 | 感官滴定法 光谱滴定法 | 32.70,32.17,32.32 32.78,33.54,33.13 | 96.3, 94.8,95.3 94.3, 96.6,95.2 |
向日葵蜜 | 10.0373,10.0286,10.0573 10.0137,10.0441,10.0318 | 0.01 | 感官滴定法 光谱滴定法 | 44.70,45.53,44.91 46.04,46.97,46.48 | 96.1,98.1, 97.0 96.1, 97.9, 96.7 |
由表2、表3可知,两种方法测定样品中酸度结果的精密度均符合SN/T 0852-2012要求(平行试验结果的允许误差为0.1)[4];两种方法测定样品中酸度结果均无显著差异(P>0.05);感官滴定法的加标回收率为 94.8%~98.1%,光谱滴定法的加标回收率为94.3%~97.9%,符合GB/T 27404-2008中技术要求(被测组分含量1~100 mg/kg时,回收率范围90%~110%)[8],表明两种方法均准确、可靠。
4 结论
可见光光谱滴定技术(VSTT)是由我国学者首次提出的滴定分析理论,测量可见光全谱同步吸收变化,用光谱滴定曲线的凸变峰标示滴定终点的突跃,实现了有色滴定分析的自动化、数字化,是滴定分析领域的新突破。目前,光谱滴定法的应用研究还处于空白状态,本文首次利用光谱滴定法测定蜂蜜中酸度,通过精密度、准确性、检出限等指标验证了方法的可行性,证明了光谱滴定可代替感官滴定的可操作性,为VSTT的应用研究提供了有价值的参考,进一步发展VSTT或将成为解决化学研究、检验检测等行业问题的新的技术手段。
参考文献
[1] 郝彬秀,应剑,刘婷,王春玲.蜂蜜活性和功效的研究进展[J].食品研究与开发.2015,36(1):148~152.
[2] 李谦,彭佼,杨杰,白雪.电位滴定法测定蜂蜜及其制品的酸度[J].贵州医药.2008, 32(11):1047~1048.
[3] 北京百花蜂业科技发展股份公司,中华人民共和国秦皇岛出入境检验检疫局.蜂蜜及其制品酸度的测定 电位滴定法 GH/T 1141-2017.北京:中国标准出版社,2018:1~4.
[4] 中华人民共和国浙江出入境检验检疫局, 中华人民共和国上海浦江出入境检验检疫局. 进出口蜂蜜检验规程 SN/T 0852-2012.北京:中国标准出版社,2013:11.
[5] 化学试剂 标准滴定溶液的制备 GB/T 601-2016.北京:中国标准出版社,2016:2~3.
[6] 王飞.化学光谱滴定技术.[M].北京:中国标准出版社,2019:18,25~27,55~71.
[7] 生态环境部.环境监测分析方法标准制订技术导则HJ 168—2020.北京:中国标准出版社,2021:18.