利用非線性化學指紋圖譜法測定啤酒中乙醇含量

張娟等

摘要：建立了非線性化學指紋圖譜法測定啤酒中乙醇的方法。取4份5mL啤酒標樣，分別加入0， 1， 2和4 mL 5%的乙醇，再分別加入20 mL 1 mol/L H2SO4、 4 mL 1.25 mol/L丙二酸、3 mL 0.1 mol/L硫酸鈰銨，以水定容至52 mL。在37.0 ℃， 850 r/min反應條件下，恒速攪拌4 min，快速注入8 mL 0.8 mol/L NaBrO3，記錄非線性化學指紋圖譜。利用其最大波幅和乙醇含量擬合得出線性回歸方程，用于測定其它啤酒中乙醇的含量。結果表明，在一定的濃度范圍內，乙醇的濃度與最大波幅值線性關系良好，相關系數R為0.9989～0.9996，樣品加標回收率為97.1%～102.0%，RSD為0.4%～1.7%。本方法快速、簡便、重現性好、精密度高，是一種切實可行的測定啤酒乙醇含量的新方法，也可為復雜樣品中其它成分的測定提供借鑒手段。

關鍵詞：非線性化學指紋圖譜； 信息擬合； 乙醇測定； 啤酒

1引言

不同種類的啤酒，其乙醇含量都必須符合國家標準要求。目前，測定啤酒乙醇的方法主要有比重瓶法、氣相色譜法和自動分析儀測定等[1]。這些方法或成本高、或操作煩瑣、或兩者兼有，尤其是需蒸餾樣品以排除CO2的操作缺點，不僅耗時和增加工作強度，而且還會因乙醇的強揮發性使其測定結果嚴重偏低[2]，嚴格說來，只能給出不低于某一含量的結論。作為化學容量法之一的重鉻酸鉀碘量法，當樣品的蒸餾條件嚴格控制時，也常被用于啤酒中乙醇含量的測定[1，2]。盡管它的準確度優于其它方法，但仍然耗時且成本較高。因此，建立一種低成本、快速和準確測定啤酒中乙醇含量的方法十分必要。

非線性化學指紋圖譜法是本世紀初提出的一種建立在包括化學湍流和化學振蕩等化學混沌現象的非線性化學反應基礎之上的化學動力學指紋圖譜技術。自它的原理、方法、特點、功能和檢測儀器等系統研究成果[3～6]發表以來，其理論和應用技術研究已取得較廣泛的發展，并報道了許多成果[7～17]。但這些研究成果主要局限在非線性化學反應及其在樣品鑒別和評價技術方面的應用，并未涉及到樣品成分的定量分析。本研究將非線性化學指紋圖譜法用于啤酒中乙醇的定量分析及原理研究。本方法操作簡單、快速、重現性好、精密度高，為復雜樣品的定量分析提供了新方法，也為非線性化學指紋圖譜法由定性分析到定量評價提供了參考。

2非線性化學指紋圖譜信息回歸法原理

非線性化學指紋圖譜是樣品中各物質的群集表征，影響該指紋圖譜特征信息的物質可分為四大類。第一類是反應底物，即引起基本非線性化學反應的物質，包括有機底物和無機底物。第二類是反應耗散物，它們也參與基本非線性化學反應，但與其它在反應中進行再生消耗循環的底物不同，反應耗散物在反應中不斷消耗，最終使反應停止，故在反應體系中它們還決定著非線性化學反應的進行時間。這兩類物質中缺乏其中任何一種都不能產生反應，也就是不可能測得非線性化學指紋圖譜。因此，這兩類物質是影響非線性化學指紋圖譜的重要物質，尤其是后者還對測定指紋圖譜所需的時間有重要影響。第三類是共存于樣品中，通過其物理化學性質共同影響基本非線性化學反應的物質，通過對反應機理的影響，改變體系中實際的反應歷程，從而對非線性化學指紋圖譜特征信息產生顯著影響。第四類是存在于體系中但并不參與任何化學反應的物質，只是通過對反應體系物理性質的影響，改變工作電勢與反應參與物活度之間的非平衡能斯特關系，從而對樣品的指紋圖譜產生影響。這4類物質對非線性化學指紋圖譜特征信息的影響程度各不相同，其大小主要取決于體系中各物質的濃度及相對活性，故非線性化學指紋圖譜特征信息是體系中各物質共同作用的結果。改變樣品的成分和濃度，勢必導致指紋圖譜特征信息的相應改變，這正是非線性化學指紋圖譜鑒別樣品的優勢所在。另外，當體系中其它所有共存物質的種類和濃度保持不變或基本不變，而只改變某種對指紋圖譜特征信息有明顯作用的物質的濃度時，非線性化學指紋圖譜特征信息的變化就是該物質單獨對指紋圖譜作用的結果。當這種作用使指紋圖譜定量信息產生的變化與該物質濃度之間存在某種確定的函數關系時，利用此關系就可對物質進行定量分析。因此，當啤酒中與乙醇共存的其它各物質的種類和濃度基本不變，只改變乙醇濃度時，指紋圖譜變化的規律就是乙醇一種物質對指紋圖譜產生影響的規律，利用這種規律就可對啤酒中乙醇進行定量分析。本研究利用這一原理測定啤酒中乙醇的含量。

3實驗部分

3.1儀器、試劑和樣品

MZ1A型非線性化學指紋圖譜智能分析儀（湖南尚泰測控科技有限公司）；蒸餾裝置一套。

1 mol/L H2SO4溶液；1.25 mol/L丙二酸；0.1mol/L硫酸鈰銨溶液（以1 mol/L H2SO4溶液配制）；0.8 mol/L NaBrO3溶液；無水乙醇。以上試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。啤酒樣品購自超市。6種啤酒樣品分別為a， b， c， d， e和 f。

啤酒標準樣品系列配制：取6種啤酒樣品，用重鉻酸鉀碘量法[1]測定其乙醇含量，作為研究用的啤酒標樣。

3.2實驗方法

3.2.1標樣定量信息測定與回歸方程擬合取4份5.00 mL上述啤酒標樣于反應器中，分別加入0， 1， 2和4 mL 5%的乙醇溶液，再均依次加入20 mL H2SO4、4 mL丙二酸、3 mL硫酸鈰銨，最后以水定容至52 mL。蓋好帶注射孔和電極的反應器蓋，開啟超級恒溫器調節溫度為37.0 ℃，850 r/min恒速攪拌，即刻點擊菜單采集數據。恒速攪拌4 min后，用注射器快速注入8 mL NaBrO3溶液。記錄Et曲線至電位E不再隨時間t變化為止。利用Matlab軟件確定所得指紋圖譜的最大波幅值，擬合最大波幅值和乙醇濃度的回歸方程。

3.2.2未知試樣的測定準確量取5 mL啤酒試樣、20 mL H2SO4溶液、4 mL丙二酸溶液、3 mL硫酸鈰銨溶液、12 mL蒸餾水于反應器中，蓋好帶注射孔和電極的反應器蓋。然后按照“3.3.1”節測定指紋圖譜，利用Matlab軟件確定所得指紋圖譜的最大波幅值，通過回歸方程計算啤酒中乙醇濃度。

4結果與討論

4.1啤酒非線性化學指紋圖譜及其基本信息

4.2乙醇濃度對啤酒非線性化學指紋圖譜最大波幅的影響

實驗結果表明，所有啤酒中乙醇濃度對指紋圖譜的可量化信息均有規律性的影響，其中波動壽命和最大波幅等均隨乙醇濃度單調遞變。啤酒d中乙醇濃度對指紋圖譜可量化信息的影響見圖3。在相應濃度范圍內，所有啤酒指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間均呈線性關系（圖4），這為測定各種啤酒中乙醇的含量提供了方便。

4.3非線性化學指紋圖譜信息回歸法測定啤酒乙醇含量

用非線性化學指紋圖譜信息回歸法測定6種啤酒中乙醇的含量，同時也按“3.2節”方法配制了新的啤酒標樣，進行回收率實驗。測定結果及其精密

度和準確度見表1。由表1可見，各種啤酒乙醇含量測定結果的相對標準偏差RSD≤1.8%，回收率在97.1%～102%之間。結果表明，表明用非線性化學指紋圖譜信息信息回歸法測定啤酒中乙醇濃度時，結果精密度較高，無系統偏差，隨機偏差絕對值允許偏差范圍內，準確度令人滿意。

5結論

啤酒非線性化學指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間存在定量關系，利用啤酒標樣非線性化學指紋圖譜信息擬合得到的線性回歸方程，可用來測定同種不同批次未知啤酒樣品中乙醇的含量。實驗結果表明，非線性化學指紋圖譜信息法分析結果具有較高的精密度和準確度。方法以回歸方程代替制備麻煩和難以長期保存的啤酒標樣，操作簡單、檢測儀器便宜、分析成本低，無需蒸餾提純樣品、無需排除CO2，解決了啤酒中乙醇常規分析方法中測定結果普遍偏低的問題，而且可大大縮短分析時間。本方法不僅可用于測定各種啤酒中乙醇的濃度，而且也可用于復雜樣品中其它物質含量的測定。

References

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4結果與討論

4.1啤酒非線性化學指紋圖譜及其基本信息

4.2乙醇濃度對啤酒非線性化學指紋圖譜最大波幅的影響

實驗結果表明，所有啤酒中乙醇濃度對指紋圖譜的可量化信息均有規律性的影響，其中波動壽命和最大波幅等均隨乙醇濃度單調遞變。啤酒d中乙醇濃度對指紋圖譜可量化信息的影響見圖3。在相應濃度范圍內，所有啤酒指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間均呈線性關系（圖4），這為測定各種啤酒中乙醇的含量提供了方便。

4.3非線性化學指紋圖譜信息回歸法測定啤酒乙醇含量

用非線性化學指紋圖譜信息回歸法測定6種啤酒中乙醇的含量，同時也按“3.2節”方法配制了新的啤酒標樣，進行回收率實驗。測定結果及其精密

度和準確度見表1。由表1可見，各種啤酒乙醇含量測定結果的相對標準偏差RSD≤1.8%，回收率在97.1%～102%之間。結果表明，表明用非線性化學指紋圖譜信息信息回歸法測定啤酒中乙醇濃度時，結果精密度較高，無系統偏差，隨機偏差絕對值允許偏差范圍內，準確度令人滿意。

5結論

啤酒非線性化學指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間存在定量關系，利用啤酒標樣非線性化學指紋圖譜信息擬合得到的線性回歸方程，可用來測定同種不同批次未知啤酒樣品中乙醇的含量。實驗結果表明，非線性化學指紋圖譜信息法分析結果具有較高的精密度和準確度。方法以回歸方程代替制備麻煩和難以長期保存的啤酒標樣，操作簡單、檢測儀器便宜、分析成本低，無需蒸餾提純樣品、無需排除CO2，解決了啤酒中乙醇常規分析方法中測定結果普遍偏低的問題，而且可大大縮短分析時間。本方法不僅可用于測定各種啤酒中乙醇的濃度，而且也可用于復雜樣品中其它物質含量的測定。

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4.1啤酒非線性化學指紋圖譜及其基本信息

4.2乙醇濃度對啤酒非線性化學指紋圖譜最大波幅的影響

實驗結果表明，所有啤酒中乙醇濃度對指紋圖譜的可量化信息均有規律性的影響，其中波動壽命和最大波幅等均隨乙醇濃度單調遞變。啤酒d中乙醇濃度對指紋圖譜可量化信息的影響見圖3。在相應濃度范圍內，所有啤酒指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間均呈線性關系（圖4），這為測定各種啤酒中乙醇的含量提供了方便。

4.3非線性化學指紋圖譜信息回歸法測定啤酒乙醇含量

用非線性化學指紋圖譜信息回歸法測定6種啤酒中乙醇的含量，同時也按“3.2節”方法配制了新的啤酒標樣，進行回收率實驗。測定結果及其精密

度和準確度見表1。由表1可見，各種啤酒乙醇含量測定結果的相對標準偏差RSD≤1.8%，回收率在97.1%～102%之間。結果表明，表明用非線性化學指紋圖譜信息信息回歸法測定啤酒中乙醇濃度時，結果精密度較高，無系統偏差，隨機偏差絕對值允許偏差范圍內，準確度令人滿意。

5結論

啤酒非線性化學指紋圖譜最大波幅與乙醇濃度之間存在定量關系，利用啤酒標樣非線性化學指紋圖譜信息擬合得到的線性回歸方程，可用來測定同種不同批次未知啤酒樣品中乙醇的含量。實驗結果表明，非線性化學指紋圖譜信息法分析結果具有較高的精密度和準確度。方法以回歸方程代替制備麻煩和難以長期保存的啤酒標樣，操作簡單、檢測儀器便宜、分析成本低，無需蒸餾提純樣品、無需排除CO2，解決了啤酒中乙醇常規分析方法中測定結果普遍偏低的問題，而且可大大縮短分析時間。本方法不僅可用于測定各種啤酒中乙醇的濃度，而且也可用于復雜樣品中其它物質含量的測定。

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