TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 9722:2013 ( ISO 20938:2008) VỀ CÀ PHÊ HÒA TAN – XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM – PHƯƠNG PHÁP KARL PISCHER (PHƯƠNG PHÁP CHUẨN)

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9722:2013

CÀ PHÊ HÒA TAN – XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM – PHƯƠNG PHÁP KARL FISCHER (PHƯƠNG PHÁP CHUẨN)

Instant coffee – Determination of moisture content – Karl Fischer method (Reference method)

Lời nói đầu

TCVN 9722:2013 hoàn toàn tương đương với ISO 20938:2008;

TCVN 9722:2013 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F16 Cà phê và sản phẩm cà phê biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÀ PHÊ HÒA TAN – XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM – PHƯƠNG PHÁP KARL FISCHER (PHƯƠNG PHÁP CHUẨN)

Instant coffee – Determination of moisture content – Karl Fischer method (Reference method)

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định độ ẩm trong cà phê hòa tan bằng phương pháp chuẩn độ Karl Fischer, phương pháp này thích hợp để làm phương pháp chuẩn.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 8488 (ISO 4788), Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh – Ống đong chia độ

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng thuật ngữ và định nghĩa sau đây:

3.1. Độ ẩm (moisture content)

Hàm lượng nước xác định được theo quy trình quy định trong tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH: Độ ẩm được biểu thị theo phần trăm khối lượng.

4. Nguyên tắc

4.1. Yêu cầu chung

Trong thiết bị Karl Fischer, phần mẫu thử cà phê hòa tan được hòa tan trong dung dịch formamid, metanol và axit salixylic (FMS) không chứa nước. Tiếp theo, chuẩn độ bằng thuốc thử Karl Fischer trong khi khuấy liên tục cho đến khi đạt đến điểm kết thúc chuẩn độ và phát hiện được bằng đo điện thế. Thể tích của thuốc thử Karl Fischer đã tiêu tốn được dùng để tính độ ẩm của phần mẫu thử.

4.2. Phản ứng

Trong quá trình chuẩn độ Karl Fischer, nước có mặt trong mẫu phản ứng với iot và sulfua dioxit với sự có mặt của amin và alcohol (ví dụ: metanol):

H₂O + I₂ + SO₂ + ROH + 3R_nNH_{3 – n} ® 2R_nNH_{3 – n} • HI + R_nNH_{3 – n} • HSO₄R

Trong đó R là nhóm alkyl hoặc alkoxyl.

Điểm kết thúc của phản ứng có thể phát hiện được bằng một lượng nhỏ iot dư và được định lượng bằng phép đo điện (đo dòng điện hoặc đo điện áp). Quy trình được mô tả trong tiêu chuẩn này chỉ thực hiện đối với thuốc thử Karl Fischer (KFR) (một thành phần) không chứa pyridin.

5. Thuốc thử và vật liệu

Chỉ sử dụng các thuốc thử tinh khiết phân tích và sử dụng nước cất hoặc nước đã loại khoáng hoặc nước có độ tinh khiết tương đương, trừ khi có quy định khác.

5.1. Thuốc thử Karl Fischer (KRF, một thành phần)1), độ chuẩn khoảng 5 mg/ml, nồng độ khối lượng của nước, không chứa pyridin.

5.2. Metanol, có nồng độ khối lượng của nước thấp, tốt nhất < 0,5 mg/ml.

5.3. Formamid, có nồng độ khối lượng của nước thấp.

CẢNH BÁO – Việc sử dụng formamid rất quan trọng, liên quan đến thời gian chuẩn độ và phép xác định rõ điểm kết thúc. Người thực hiện phải được hướng dẫn cẩn thận và được đào tạo đầy đủ để tránh tiếp xúc trực tiếp với thuốc thử (dùng tấm chắn và quần áo bảo vệ), rửa ngay và rửa kỹ khi tiếp xúc với formamid, cũng như khi kết thúc ca làm việc.

5.4. Axit salixylic (axit 2-hydroxybenzoic).

CHÚ THÍCH: Axit salixylic được dùng để ổn định pH của dung dịch. Trong các điều kiện này, không xảy ra các phản ứng phụ không kiểm soát.

5.5. Dinatri tartrat (dinatri 2,3-dihydroxybutandioat) ngậm hai phân tử nước.

6. Thiết bị, dụng cụ

Sử dụng các thiết bị, dụng cụ của phòng thử nghiệm thông thường và cụ thể các thiết bị, dụng cụ sau đây. Tất cả các dụng cụ được sử dụng phải càng khô càng tốt.

6.1. Cân phân tích, có thể cân chính xác đến 0,1 mg.

6.2. Thiết bị chuẩn độ, dùng để xác định độ ẩm theo phương pháp Karl Fischer. Bộ thiết bị chuẩn độ hoàn chỉnh có bán sẵn, bao gồm cả các bộ phận riêng lẻ nêu trong 6.2.1 đến 6.2.5.

6.2.1. Bộ chuẩn độ Karl Fischer, để chuẩn độ theo quy trình đo dòng điện hoặc đo điện áp.

6.2.2. Điện cực kép bằng platin.

6.2.3. Dụng cụ khuấy từ, được gắn với thanh khuấy phủ polytetrafloetylen.

6.2.4. Bình chuẩn độ, dung tích khoảng 100 ml, có ít nhất bốn ống nối thủy tinh. Một ống được nối với buret (6.2.5), ống thứ hai nối với điện cực kép bằng platin (6.2.2). Ống thứ ba dùng để bổ sung dung dịch FMS (8.1.1) và ống thứ tư để đưa mẫu vào. Ống thứ tư này phải được đậy chặt bằng ống làm khô hoặc bình thu nhận (6.2.5) trong quá trình chuẩn độ.

CHÚ THÍCH: Việc gắn bộ ổn nhiệt vào bình chuẩn độ có khả năng làm tăng nhẹ nhiệt độ, làm tăng tốc độ phản ứng.

6.2.5. Buret, bình thu nhận và ống làm khô.

Dùng buret dạng pittông để đo chính xác thể tích thuốc thử KFR (5.1). Tránh để chai đựng thuốc thử, buret và các ống nối để chuyển KFR tiếp xúc với ánh sáng. Tất cả các ống nối thông gió của hệ thống phải được đóng kín bằng ống làm khô chứa chất làm khô hiệu quả (ví dụ: silica gel có chỉ thị ẩm hoặc rây phân tử), hoặc có bình làm khô được đổ đầy KFR để ngăn độ ẩm môi trường.

6.3. Xyranh hoặc pipet cân, phù hợp để lấy từ 25 mg đến 30 mg nước trong phép xác định chuẩn độ KFR theo 8.2.2.

Nếu xác định hàm lượng nước của dịch chiết cà phê dạng lỏng thì cũng có thể dùng xyranh để đong mẫu cà phê dạng lỏng và chuyển vào bình chuẩn độ.

6.4. Thìa cân, bằng thủy tinh có nắp bảo vệ, mua được từ nhà cung cấp thiết bị chuẩn độ.

6.5. Ống đong chia độ hình trụ, dung tích 500 ml phù hợp với loại A trong TCVN 8488 (ISO 4788).

7. Lấy mẫu

7.1. Yêu cầu chung

Phòng thử nghiệm phải nhận được đúng mẫu đại diện. Mẫu không được hư hỏng hoặc thay đổi trong suốt quá trình vận chuyển hoặc bảo quản.

Việc lấy mẫu không quy định trong tiêu chuẩn này. Các bên có liên quan phải thỏa thuận với nhau về vấn đề này.

7.2. Chuẩn bị mẫu

Mẫu phải đúng là mẫu đại diện và đã được đồng hóa kỹ, mẫu không bị hư hỏng hoặc thay đổi trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Để bảo vệ mẫu phòng thử nghiệm khỏi độ ẩm môi trường, mẫu phải được chuyển vào bình thủy tinh kín khí ngay sau khi mở bao gói ban đầu.

CHÚ THÍCH: Cà phê hòa tan hút ẩm mạnh.

8. Các bước chuẩn bị

8.1. Chuẩn bị hỗn hợp dung môi và bình thu nhận để chuẩn độ

8.1.1. Chuẩn bị hỗn hợp formamid-metanol-axit salixylic (FMS)

Để hòa tan tốt hơn, đầu tiên hòa tan axit salixylic (5.4) trong metanol (5.2), sau đó bổ sung formamid (5.3). Trong hỗn hợp FMS, tỷ lệ của formamid với metanol phải là 1 + 2 (thể tích).

VÍ DỤ 1: Hòa tan 60 g axit salixylic (5.4) trong 200 ml metanol (5.2) đựng trong bình hình trụ kín trong khi liên tục khuấy. Tiếp theo, thêm 100 ml formamid (5.3) rồi đóng kín bình và khuấy tiếp để đồng hóa hoàn toàn FMS.

Cũng có thể chuẩn bị trực tiếp hỗn hợp trong bình chuẩn độ.

VÍ DỤ 2: Cho 10 ml formamid (5.3) vào bình chuẩn độ, rồi trộn 20 ml metanol (5.2) với 6 g axit salixylic (5.4) đã được hòa tan trước đó.

Chuẩn bị mới dung dịch hàng ngày.

CHÚ THÍCH: FMS giúp ổn định giá trị pH trong suốt quá trình chuẩn độ Karl Fischer.

8.1.2. Ổn định hệ thống chuẩn độ

Chuyển 30 ml FMS vào bình chuẩn độ, có thể dùng buret dạng pittông thứ hai (6.2.5). Để cho hệ thống ổn định bằng cách chuẩn độ ở chế độ “stand-by” với KFR trong 20 min, trong thời gian này lượng nước dư bám dính được loại bỏ hoàn toàn.

Các thông số điện mặc định là dòng phân cực, I_pol, bằng 50 mA, kết thúc chuẩn độ khoảng từ 60% đến 80% với thời gian chờ 30s. Cần tuân thủ hướng dẫn của nhà sản xuất về thuốc thử và thiết bị chuẩn độ.

Khả năng đệm của thuốc thử một thành phần Karl Fischer khi kết hợp với chất nhận FMS thay đổi theo thuốc thử được sử dụng và loại dịch chiết cà phê được phân tích. Có thể thực hiện chuẩn độ nhiều hơn một lần với cùng chất nhận, tùy thuộc vào hàm lượng nước. Chiều hướng chuẩn độ có thể được sử dụng để kiểm soát phản ứng (xem Hình B.1). Thời gian chuẩn độ có thể chứng minh chất chỉ thị phù hợp.

8.2. Xác định độ chuẩn của thuốc thử KFR

8.2.1. Xác định bằng dinatri tartrat ngậm hai phân tử nước

Cân khoảng 0,12 g dinatri tartrat ngậm hai phân tử nước (5.5) (chất chuẩn độ Karl Fischer ban đầu), chính xác đến 0,1 mg, trong thìa cân đậy kín (6.4) để xác định khối lượng cả bì và chuyển vào trong ống nối thích hợp vào bình chuẩn độ có chứa FMS không có nước đã được ổn định.

Đậy bình chuẩn độ và chuẩn độ ngay, trong khi liên tục khuấy. Cân lại thìa cân chính xác đến 0,1 mg để biết khối lượng bì.

Tại điểm kết thúc chuẩn độ, ghi lại thể tích KFR đã dùng, chính xác đến 0,01 ml.

8.2.2. Xác định bằng nước (phương pháp thay thế)

Cho đầy nước vào xyranh (6.3) rồi tháo nước đến khoảng 0,2 ml và sau khi bề mặt của kim bơm đã khô, cân xyranh trên cân phân tích (6.1), chính xác đến 0,1 mg (khối lượng cả bì). Lắp kim bơm của xyranh vào ống nối thích hợp trong bình chuẩn độ. Khi kim bơm gần như chạm đến bề mặt dung dịch, bơm khoảng 25 mg đến 30 mg nước vào chất nhận FMS.

Thêm nước ngay, cố gắng giảm ảnh hưởng do độ ẩm không khí môi trường; để việc bổ sung nước nhanh chóng hơn thì số giọt nước tương đương với khối lượng nước cần dùng phải được xác định trước bằng xyranh.

Đậy bình chuẩn độ và chuẩn độ ngay trong khi khuấy. Cân lại xyranh chính xác đến 0,1 mg để biết khối lượng bì.

Kết thúc quá trình chuẩn độ (áp dụng giá trị mặc định), ghi lại thể tích của KFR đã dùng, chính xác đến 0,01 ml.

Việc bổ sung nước có thể được thực hiện bằng phương pháp tương tự, dùng pipet cân (6.3).

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng các chất chuẩn nước khác để thay thế.

8.2.3. Tính độ chuẩn

Tính độ chuẩn, r, theo Công thức (1), xem thêm Điều 10:

r =           (1)

Trong đó:

là khối lượng của nước đã dùng làm chất chuẩn độ (tổng khối lượng trừ đi khối lượng bì), tính bằng miligam (mg);

V là thể tích của KFR đã sử dụng, tính bằng mililit (ml).

Khi xác định độ chuẩn bằng dinatri tartrat ngậm hai phân tử nước, thì khối lượng của tartrat được dùng tương ứng với khối lượng nước như sau:

 = 0,156 6 m_T         (2)

Trong đó: m_T là khối lượng của tartrat đã dùng làm chất chuẩn độ, tính bằng miligam (tổng khối lượng trừ đi khối lượng bì). Khối lượng của 1 g dinatri tartrat ngậm hai phân tử nước tương ứng với 0,156 g nước.

Tiến hành hai phép xác định và sử dụng giá trị trung bình làm kết quả độ chuẩn.

Luôn luôn kiểm tra độ chuẩn, mặc dù thuốc thử một thành phần không chứa pyridin thường cho độ ổn định cao.

9. Cách tiến hành với cà phê hòa tan

9.1. Cà phê hòa tan

Cho 30 ml FMS (8.1.1) vào bình chuẩn độ và ổn định trước khi chuẩn độ (8.1.2).

Cân phần mẫu thử cà phê hòa tan (từ 300 mg đến 500 mg) chính xác đến 0,1 mg và chuyển vào bình chuẩn độ (8.2.1).

Đậy bình chuẩn độ và bắt đầu chuẩn độ ngay, không thay đổi bất kỳ thông số chuẩn độ nào đến khi kết thúc chuẩn độ.

Trong quá trình cân, phải luôn sử dụng nắp đậy thìa cân để tránh ảnh hưởng của độ ẩm không khí từ môi trường.

9.2. Dịch chiết cà phê dạng lỏng

Tiến hành xác định độ ẩm trong dịch chiết cà phê dạng lỏng đã cô đặc theo quy trình trong 8.2.2. Dùng xyranh microlit (6.3) để đo thể tích của mẫu chiết.

10. Biểu thị kết quả

Tính độ ẩm trong dịch chiết cà phê, , bằng phần trăm khối lượng, theo Công thức (3):

 =     (3)

Trong đó

r_KFR là độ chuẩn KFR, xác định được trong 8.2, tính bằng miligam nước trên mililit KFR;

V₁ là thể tích của KFR đã tiêu tốn trong chuẩn độ mẫu, tính bằng mililit (ml);

m_E là khối lượng của phần mẫu thử, tính bằng gam (g).

Lấy kết quả là trung bình của hai lần xác định đáp ứng các yêu cầu về giới hạn lặp lại nêu trong Bảng 1.

11. Độ chụm

11.1. Phép thử liên phòng thử nghiệm

Các kết quả chi tiết của phép thử liên phòng thử nghiệm được nêu trong Phụ lục A, các giá trị cần quan tâm được nêu trong Bảng 1.

Phép thử liên phòng thử nghiệm đã được tiến hành trên ba loại dịch chiết cà phê: dạng sấy phun, dạng kết tụ (thường được gọi là hạt nhỏ) và dạng đông khô.

Bảng 1 – Giá trị trung bình, giới hạn lặp lại và giới hạn tái lập

Các dữ liệu về độ chụm thu được từ phép thử liên phòng thử nghiệm này có thể không áp dụng cho các loại sản phẩm khác hoặc các dải độ ẩm khác với các giá trị đã cho.

11.2. Độ lặp lại

Chênh lệch tuyệt đối giữa các kết quả của hai phép thử nghiệm độc lập thu được khi sử dụng cùng một phương pháp, trên vật liệu thử giống hệt nhau, trong cùng một phòng thử nghiệm, do một người thực hiện, sử dụng cùng thiết bị, trong một khoảng thời gian ngắn, không được quá 5% (nghĩa là độ lặp lại ở xác suất 95%) trường hợp vượt quá các giới hạn lặp lại, r, nêu trong Bảng 1.

Giới hạn lặp lại chung thu hẹp về 0,2 % (khối lượng).

11.3. Độ tái lập

Chênh lệch tuyệt đối giữa hai kết quả thử nghiệm đơn lẻ thu được khi sử dụng cùng phương pháp, tiến hành thử trên vật liệu giống thử hệt nhau, trong các phòng thử nghiệm khác nhau, do những người khác nhau thực hiện, sử dụng các thiết bị khác nhau, không được quá 5% (nghĩa là độ tái lập ở xác suất 95%) trường hợp vượt quá các giới hạn tái lập, R, nêu trong Bảng 1.

Giới hạn tái lập chung thu hẹp về 0,3% (khối lượng).

12. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải ít nhất bao gồm các thông tin sau:

a) mọi thông tin cần thiết để nhận biết đầy đủ về mẫu;

b) phương pháp sử dụng, viện dẫn tiêu chuẩn này;

c) kết quả thử nghiệm thu được và đơn vị tính;

d) ngày kết thúc phân tích;

e) nếu kiểm tra về độ lặp lại, thì nêu kết quả cuối cùng thu được;

f) mọi chi tiết thao tác khác với quy định trong tiêu chuẩn này hoặc các tùy chọn cũng như các sự cố bất kỳ có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

PHỤ LỤC A

(Tham khảo)

CÁC KẾT QUẢ CỦA PHÉP THỬ LIÊN PHÒNG THỬ NGHIỆM

Độ chụm của phương pháp đã được DIN đánh giá trong phép thử liên phòng thử nghiệm cộng tác với các phòng thử nghiệm khác, sử dụng thuốc thử từ các nhà cung cấp thuốc thử khác nhau.

Ba mẫu khác nhau đã được phân tích. 11 phòng thử nghiệm tham gia tiến hành ít nhất hai lần xác định trên mỗi mẫu thử, một số phép xác định được lặp lại hai lần.

Các kết quả thống kê, được đánh giá theo TCVN 6910-1 (ISO 5725-1)^[1] và TCVN 6910-2 (ISO 5725-2)^[2] nêu trong Bảng A.1.

Bảng A.1 – Độ ẩm của cà phê hòa tan

Thông số	Mẫu A sấy phun	Mẫu B kết tụ (hạt nhỏ)	Mẫu C đông khô
Năm thử nghiệm	2002	2002	2002
Số lượng phòng thử nghiệm tham gia	11	11	11
Số lượng dãy thử nghiệm được đưa ra bởi các phòng thử nghiệm tham gia	13	13	13
Số lượng dãy thử nghiệm giữ lại sau khi trừ ngoại lệ	13	13	10
Độ ẩm trung bình, , % khối lượng	4,442	4,598	1,722
Độ lệch chuẩn lặp lại, sr	0,083	0,069	0,046
Hệ số biến thiên lặp lại, CV(r), %	1,9	1,5	2,7
Giới hạn lặp lại, r (2,8 sr)	0,234	0,193	0,129
Độ lệch chuẩn tái lập, sR	0,120	0,117	0,103
Hệ số biến thiên tái lập, CV(R), %	2,7	2,6	6,0
Giới hạn tái lập, R (2,8sR)	0,336	0,329	0,289

PHỤ LỤC B

(Tham khảo)

ĐỒ THỊ ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

Thực hiện phân tích bằng chuẩn độ Karl Fischer đối với ba loại cà phê hòa tan do một phòng thử nghiệm tham gia ghi lại, xem Hình B.1.

CHÚ DẪN

Hình B.1 – Xác định độ ẩm trong cà phê hòa tan theo phương pháp Karl Fischer

(Các điểm chuẩn độ tương đương với các giá trị trung bình được ký hiệu bằng hình thoi)

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 6910-1:2001 (ISO 5725-1:1994), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo – Phần 1: Nguyên tắc và định nghĩa chung

[2] TCVN 6910-2:2001 (ISO 5725-2:1994), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo – Phần 2: Phương pháp cơ bản xác định độ lặp lại và độ tái lập của phương pháp đo tiêu chuẩn

[3] TCVN 6910-6:2002 (ISO 5725-6: 1994), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo – Phần 6: Sử dụng các giá trị độ chính xác trong thực tế.

[4] ISO Guide 30:1992, Term and definition used in connection with reference materials

[5] THOMPSON, M, ELLISON, S.L.R., Wood, R. The international Harmonized protocol for the proficiency testing of analytical chemistry laboratories [IUPAC technical report]. Pure Appl. Chem. 2006, 78, pp. 145-196.