自動(dòng)電位滴定法測(cè)定煙用香精香料的酸值

李惠莉，楊 涓，王 晶，吳志英，郭 靖，李 力*

1.四川省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，成都市高新區(qū)世紀(jì)城路936號(hào) 610041

2.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，成都市成龍大道1段56號(hào) 610066

煙用香精香料與卷煙感官品質(zhì)關(guān)系密切，是卷煙特征風(fēng)味的重要組成之一。因此，煙用香精香料的品質(zhì)和穩(wěn)定性也越來(lái)越受到卷煙生產(chǎn)企業(yè)的重視。酸值是煙用香精香料品質(zhì)控制的重要指標(biāo)之一，通常是指中和1克香精所含游離酸所需要的氫氧化鉀毫克數(shù)［1］。一般情況下，香精香料中游離酸含量很低，因此酸值較低，但加工方式和貯存條件對(duì)香精香料的游離酸含量有重要影響［2］。因此，準(zhǔn)確測(cè)定煙用香精香料的酸值對(duì)于提升其在卷煙中的加香效果具有重要意義。

目前，食用油、石油、聚酯多元醇和香精香料等樣品的酸值測(cè)定方法主要是酸堿滴定法，該方法以氫氧化鈉的水溶液、氫氧化鉀的乙醇溶液、氫氧化鉀的異丙醇溶液等作為滴定液［3-9］。煙用香精香料酸值的測(cè)定方法主要依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 145.1—2012《煙用香精 酸值的測(cè)定》。通過(guò)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，卷煙企業(yè)在煙用香精香料的日常檢測(cè)中存在一些問(wèn)題：氫氧化鉀（鈉）滴定液的配制過(guò)程復(fù)雜且周期較長(zhǎng)，滴定液的穩(wěn)定性較差；對(duì)于多種牌號(hào)的樣品，通常需要配制多種不同濃度乙醇溶液；煙用香精香料的酸值檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于大批量樣品的快速檢測(cè)。為此，參考YC/T 145.1—2012《煙用香精 酸值的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)方法，通過(guò)考察標(biāo)準(zhǔn)滴定液、取樣量、乙醇濃度等參數(shù)，建立一種簡(jiǎn)便的煙用香精香料酸值自動(dòng)電位滴定方法，旨在為卷煙企業(yè)煙用香精香料酸值的快速、批量檢測(cè)提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司2018—2019年使用的173種煙用香精香料，其中1～22#樣品用于實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化和方法學(xué)考察，具體信息見(jiàn)表1。

95%（體積分?jǐn)?shù)）乙醇、無(wú)水乙醇、氫氧化鉀（分析純），鄰苯二甲酸氫鉀（基準(zhǔn)物質(zhì)）（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；pH 4.00、pH 7.00緩沖液、3 mol/L氯化鉀溶液（瑞士Mettler Toledo公司）；氫氧化鉀乙醇標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）；實(shí)驗(yàn)用去離子水符合《分析實(shí)驗(yàn)室用水 規(guī)格和試驗(yàn)方法》中規(guī)定的三級(jí)水要求［10］。

DL50型滴定儀（配備DG 115-SC和DG 111-SC型復(fù)合pH玻璃電極）、AX504型電子天平（感量0.000 1 g）（瑞士Mettler Toledo公司）；Direct-Q型超純水儀（美國(guó)Millipore公司）；8510E-DTH型超聲波清洗器（美國(guó)Branson Ultrasonics公司）；FED 240型熱風(fēng)循環(huán)烘箱（德國(guó)Binder公司）。

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

稱取5.6 g氫氧化鉀，用新制的去離子水溶解后轉(zhuǎn)移到1 000 mL容量瓶中，然后用去離子水定容，即得0.1 mol/L氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液。

準(zhǔn)確稱取在105～110℃下烘至恒質(zhì)量的基準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀3份，質(zhì)量分別為0.2、0.3、0.4 g（讀數(shù)至0.000 1 g），分別溶于40 mL新制的去離子水中，然后按照文獻(xiàn)［11］中氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定方法進(jìn)行標(biāo)定。取3份標(biāo)定結(jié)果的平均值作為氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度。

1.2.2 樣品處理與分析

準(zhǔn)確稱取0.8～1.0 g（精確至0.000 1 g）煙用香精香料樣品（如果酸值大于30，可將稱樣量減少至0.5 g），置于100 mL DL50型滴定儀專用的滴定杯中，加入40 mL 41.7%乙醇，然后用0.1 mol/L氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH等于8.0時(shí)即為終點(diǎn)，同時(shí)做空白試驗(yàn)。采用DG 115-SC型電極指示終點(diǎn)。滴定儀參數(shù)設(shè)置為：

表1 22個(gè)煙用香精香料的理化性質(zhì)Tab.1 Physiochemical properties of 22 tobacco flavors

滴定模式：終點(diǎn)滴定（EP,Endpoint）；滴定劑添加方式：自動(dòng)變速；最小加液體積：0.02 mL/滴；最大加液體積：0.2 mL/滴；攪拌器轉(zhuǎn)速：1 520 r/min；預(yù)攪拌時(shí)間：5 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法優(yōu)化

2.1.1 滴定液的選擇

在煙用香精香料酸值測(cè)定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，滴定液是氫氫化鉀的乙醇溶液或氧氧化鈉的水溶液［1］。氫氧化鉀乙醇溶液的濃度會(huì)隨放置時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，使用時(shí)需要每日標(biāo)定［1,3］；而氫氧化鈉滴定液的配制需要采用“兩步法”［11-12］。上述兩種滴定液的配制方法均較復(fù)雜且耗時(shí)長(zhǎng)，不利于提高檢測(cè)通量。采用新配制的氫氧化鉀溶液進(jìn)行滴定時(shí)，不需要二氧化碳去除步驟，且配制的滴定液使用前要再進(jìn)行標(biāo)定，因而對(duì)滴定結(jié)果的影響很小。綜上，實(shí)驗(yàn)中采用0.1 mol/L氫氧化鉀溶液作為滴定液。

為驗(yàn)證滴定液的效果，選取不同酸值的3種煙用香精香料樣品，分別采用0.1 mol/L氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法［1］進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，并采用兩獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，兩種分析方法的檢測(cè)結(jié)果基本一致，二者無(wú)顯著差異（表2）。

表2 3個(gè)煙用香精香料的兩獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 T test results of two independent-samples based on 3 tobacco flavors

采用1.2.1節(jié)方法配制1 000 mL 0.1 mol/L氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液并進(jìn)行標(biāo)定，1周后再標(biāo)定1次，結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯?，0.1 mol/L氫氧化鉀滴定液較穩(wěn)定，放置1周后其濃度變化較小，能夠滿足煙草行業(yè)對(duì)香精香料酸值的測(cè)定要求［1,11］。

表3 兩次標(biāo)定的氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度Tab.3 Concentrations of KOH standard solutions for two tests (mmol·L-1）

2.1.2 樣品溶解溶劑的確定

通常，煙用香精香料的來(lái)源廣、成分多、性狀差異大，例如，有些樣品非常黏稠，不易溶于純水或乙醇，因而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1］中采用特定濃度的乙醇溶解樣品。實(shí)際檢測(cè)中，卷煙生產(chǎn)企業(yè)使用的香精香料牌號(hào)繁多，為此，選取有代表性的22種煙用香精香料（表1），分別考察不同配比乙醇水溶液（無(wú)水乙醇/95%乙醇與水的體積比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）對(duì)樣品的溶解性。結(jié)果表明：無(wú)水乙醇和水的體積比為1∶1時(shí)，其對(duì)香精香料樣品的溶解效果最好，所考察的22種樣品均完全溶解；95%乙醇和水的體積比為1∶1時(shí)，香精香料樣品的溶解性也較好，且與體積比1∶1的無(wú)水乙醇∶水無(wú)明顯差異。考慮到95%乙醇的價(jià)格低于無(wú)水乙醇，因此本研究中使用95%乙醇配制1∶1乙醇水溶液，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.7%。

2.1.3 樣品稱樣量的確定

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法［1］中采用的稱樣量是5 g。煙用香精香料絕大多數(shù)是液體，從庫(kù)房取回的樣品，分析人員在檢測(cè)稱量時(shí)會(huì)先搖勻，0.5 g稱樣量基本能滿足樣品的代表性要求。據(jù)文獻(xiàn)［9］報(bào)道，煙用香精香料酸值測(cè)定時(shí)稱樣量為0.2～0.5 g。本研究中采用自動(dòng)電位滴定儀進(jìn)行滴定，因此滴定劑的添加精度更高。本研究中，選取有代表性的22種煙用香精香料（表1）進(jìn)行了考察，結(jié)果表明，在該稱樣量下樣品的溶解性較好，測(cè)定結(jié)果也可以滿足方法的精度和均勻性要求。因此，確定稱樣量為0.8～1.0 g。

2.1.4 指示電極的選擇

本實(shí)驗(yàn)中考察了DG 111-SC型電極和DG 115-SC型電極。結(jié)果表明：對(duì)于水溶性好的香精（滴定溶劑是水），兩種電極都可使用，測(cè)定結(jié)果一致；而對(duì)于脂溶性強(qiáng)的香精，DG 111-SC型電極則不適用，測(cè)定時(shí)重現(xiàn)性差，電極易損壞和堵塞液絡(luò)部。這是因?yàn)镈G 111-SC型電極的液絡(luò)部的孔徑較小，分析時(shí)僅適用于滴定溶劑是水相的物質(zhì)檢測(cè)，而DG 115-SC型電極的液絡(luò)部孔徑較大，測(cè)量時(shí)滴定溶劑可以是水，也可以是一定濃度的有機(jī)溶劑。因此采用DG 115-SC型電極指示滴定終點(diǎn)。

2.2 方法學(xué)考察

2.2.1 方法的精密度

采用1.2節(jié)方法測(cè)定了低、中、高3個(gè)梯度酸值含量的香精樣品。結(jié)果（表4）表明，3個(gè)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation,RSD）分別為2.3%、0.6%和0.5%（n=6），說(shuō)明方法的精密度較好。

2.2.2 方法的準(zhǔn)確性

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，選取有代表性的19種煙用香精香料樣品（表1），分別采用本方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法［1］進(jìn)行檢測(cè)，并且采用兩配對(duì)樣本T檢驗(yàn)法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5和表6。從表6可以看出，19個(gè)樣品兩配對(duì)樣本T檢驗(yàn)的雙尾概率P值為0.185，95%置信區(qū)間的差分下限和上限分別為-0.283 1和0.058 9，說(shuō)明兩種分析方法的檢測(cè)結(jié)果一致，二者之間不存在顯著差異。

2.3 實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果

采用建立的方法檢測(cè)了151種煙用香精香料的酸值（香精和香料的溶劑組成涵蓋了水、乙醇、丙二醇、山梨醇、甘油和檸檬酸三乙酯等；也包含黏度較大的浸膏類物質(zhì)），結(jié)果見(jiàn)表7。可以看出：樣品的酸值整體較低；酸值低于1.0的樣品有40個(gè)，占全部樣品數(shù)的26.5%；酸值低于5.0的樣品有100個(gè)，約占全部樣品數(shù)的2/3；酸值高于30.0的樣品有9個(gè)，僅占全部樣品數(shù)的6.0%。煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法［1］中規(guī)定：當(dāng)酸值的測(cè)定結(jié)果小于或等于10時(shí)，兩次平行測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得大于0.2；當(dāng)測(cè)定結(jié)果大于10，小于或等于100時(shí)，兩次平行測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得大于0.5；當(dāng)測(cè)定結(jié)果大于100時(shí)，兩次平行測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得大于1.0。對(duì)于本研究中測(cè)定的151個(gè)樣品，平行樣的極差最小為0.00，最大為0.60，且均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。這說(shuō)明采用本方法所獲取的測(cè)試結(jié)果全部滿足煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)平行樣的測(cè)定要求。

表4 方法的精密度Tab.4 Precision of the method

表5 19個(gè)煙用香精香料樣品的酸值檢測(cè)結(jié)果Tab.5 Acidic values of 19 tobacco flavors

表6 方法的準(zhǔn)確性Tab.6 Accuracy of the method

表7 151個(gè)煙用香精香料樣品的酸值檢測(cè)結(jié)果Tab.7 Acidic values of 151 tobacco flavors

3 結(jié)論

建立了一種測(cè)定煙用香精香料酸值的自動(dòng)電位滴定分析方法。本方法中采用0.1 mol/L氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液作為滴定液，用40 mL 41.7%乙醇溶解0.8～1.0 g樣品，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了酸值測(cè)定操作。本方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5%～2.3%（n=6），重復(fù)性較好。以低、中、高3個(gè)梯度酸值的19個(gè)煙用香精香料為研究對(duì)象，與煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行比較，結(jié)果顯示兩種方法的兩配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果無(wú)顯著差異。151個(gè)實(shí)際香精香料樣品分析時(shí)平行樣的極差最小為0.00，最大為0.60，均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)極差的測(cè)定要求，表明方法的實(shí)用性強(qiáng)。本方法簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確，能夠滿足煙草行業(yè)對(duì)香精香料酸值的測(cè)定要求，可用于對(duì)煙用香精香料酸值的快速測(cè)定。