鮮肉中揮發性鹽基氮含量測定的不確定度評定

郭亞萍, 張永春, 陳 宇

揮發性鹽基氮是一種有毒物質,是指動物性食品由于酶和細菌的作用,在腐敗過程中,使蛋白質分解而產生氨以及胺類等堿性含氮物質.一般氨基酸、蛋白質類等含氮高的食品,如魚、蝦、貝類及肉類,在需氧性敗壞時,可引起食品化學組成的變化,并產生多種腐敗性產物.因此,直接測定這些腐敗產物就可作為判斷食品質量的依據,常以測定揮發性鹽基氮含量的多少作為評定的化學指標.揮發性鹽基氮是肉制品新鮮度的主要衛生評價指標[1].本文利用半微量凱氏定氮法對鮮肉中揮發性鹽基氮的含量進行了測量不確定度評定,找出該方法中影響測量結果不確定度的主要因素.

1　材料和方法

1.1　儀器和主要試劑[2]

半微量定氮器,微量滴定管(最小分度0.01 mL).

氧化鎂混懸液(10 g/L):稱取1.0 g氧化鎂,加100 mL水,振搖成混懸;硼酸吸收液(20 g/L);鹽酸[c(HCl)=0.10 mol/L]的標準溶液.

鹽酸標準使用溶液[c(HCL)=0.010 mol/L]:臨用前,吸取鹽酸標準溶液10 mL置于100 mL容量瓶中,加水稀釋至刻度,此溶液濃度為0.010 mol/L.

混合指示劑:使用前各取1 mL 甲基紅 乙醇溶液(2 g/L)和次甲基藍溶液(l g/L)混勻.

1.2　試驗方法[2]

1.2.1試樣處理

將試樣除去脂肪、骨及腱后,絞碎攪勻,稱取約10.0 g,置于錐形瓶中,加100 mL水,不時振搖,浸漬30 min后過濾,濾液置冰箱內備用(時間不得超過30 min).

1.2.2蒸餾滴定

將盛有10 mL吸收液及5～6滴混合指示液的錐形瓶置于冷凝管下端,并使其下端插入吸收液的液面下,準確吸取5.0 mL上述試樣濾液于蒸餾器反應室內,加5 mL氧化鎂混懸液(10 g/L),迅速蓋塞,并加水以防漏氣,通入蒸汽,進行蒸餾,蒸餾5 min即停止,吸收液用鹽酸標準滴定溶液(0.010 mol/L)或硫酸標準滴定溶液滴定,終點至藍紫色.同時做試劑空白試驗.

1.2.3結果計算

試樣中揮發性鹽基氮的含量按公式(1)進行計算

式中 X——試樣中揮發性鹽基氮的質量分數,mg/100 g.

V1——測定用樣液消耗鹽酸標準溶液的體積,mL.

V2——試劑空白消耗鹽酸標準溶液的體積,mL.

cs——鹽酸標準使用溶液的濃度,mol/L.

14——與 1.00 mL鹽酸標準滴定溶液[c(HCl)=1.000 mol/L]或硫酸標準滴定溶液[c(1/2H2SO4)=1.000 mol/L]相當的氮的質量,mg.

m——試樣質量,g.

2　不確定度來源分析

根據測量過程和計算公式(1)分析不確定度來源,如圖1[3-6].

圖1　不確定度來源分析圖Fig.1　Sources analysis of uncertainty

3　建立數學模型

X值的數學模型[7]為

式中 fmJfmTfmSfmrep——天平校準、溫度和濕度分別對m引入的不確定度分量

fV1JfV1TfV1ZfV1rep——測樣時滴定管校準、溫度、重復性和終點對V1引入的不確定度分量

fV2JfV2TfV2ZfV2rep——試劑空白時校準、溫度和重復性和終點對V2引入的不確定度分量

fc0和fcx——標準溶液和稀釋體積過程對c引入的不確定度分量

fyJfyTfyrepfrJfrTfrrep——鹽酸標準溶液稀釋過程中移液管和容量瓶校準、溫度和重復性對c引入的不確定度分量.

4　不確定度分量的量化

4.1　m引入的標準不確定度u(m)[8]

4.1.1m校準(fmJ)引入的標準不確定度u(m)

天平計量證書標明其稱量的最大允差為0.6 mg,假定為矩形分布,換算成標準不確定度為:

所以稱取10.0 g樣品引入的相對標準不確定度為:

4.1.2　稱量中fmTfmS的影響

因為實驗室環境相對獨立,稱量操作迅速及時,所以環境溫度、濕度在短時間內變化甚微,所以對稱量結果影響可以忽略不計.

4.1.3稱量重復性fmrep引入的不確定度并入到結果重復性rep中考慮

稱量樣品時,由重復稱量引入的不確定度已包含在測量結果重復性當中,不須再重復評定.

4.2　滴定樣品溶液實際消耗鹽酸溶液體積引入的標準不確定度u(V1-V2)[8]

4.2.1V1引入的不確定度u(V1)

4.2.1.1校準即(fV1J)對體積的影響u1(V1)

檢定證書標明A級2 mL座式滴定管其容量允差為0.01 mL,假定為矩形分布,換算成標準不確定度為:

4.2.1.2溫度即(fV1T)對體積影響u2(V1)

實驗溫度控制在(20±3)℃,水的體積膨脹系數為2.1×10-4℃-1,因此產生的體積變化為±(V1×3×2.1×10-4)= ±6.3×10-4V1(mL),假定溫度變化為矩形分布,則

4.2.1.3V1的重復性frep和終點判定fV1Z的影響并入到測量結果X的重復性rep中考慮

將上述V1不確定度分量合成

4.2.2V2引入的不確定度u(V2)

4.2.2.1校準即(fV2J)對體積的影響u1(V2)分析同V1,即:

4.2.2.2溫度即(fV2T)對體積影響u2(V2)

分析同V1,V2消耗0.04 mL:

4.2.2.3V2的重復性影響frep和終點fV2Z的影響并入到測量結果X的重復性rep中考慮

將上述V2不確定度分量合成:

將V1和V2的不確定度分量再進行合成得:

4.3　鹽酸標準使用溶液cs的標準不確定度u(cs)[8]

4.3.1鹽酸標準溶液c0即(fc0)引入的不確定度u(fc0)

由GBW(E)080463鹽酸標準物質證書中可知,標準值為0.103 6 mol/L,該標準值的擴展不確定度為0.000 1 mol/L,擴展因子k=2,故鹽酸標準物質的相對標準不確定度:

4.3.2稀釋過程中(fcx)引入的不確定度u(fcx)

4.3.2.1移液管校準即(fyJ)引入的不確定度u(fYJ)

檢定證書標明B級10 mL單標線移液管其容量允差0.04 mL,假定其為矩形分布,其校準的不確定度為:

4.3.2.2溫度即(fyT)對體積影響u(fyT)

分析同V1,即:

4.3.2.3移液管充滿至刻度的重復性變化對體積的影響u(fyrep)

多次吸取溶液,做排液稱量實驗,標準差為0.01 mL,則u(fyrep)=0.01 mL.

將上述移液管不確定度分量合成:

4.3.2.4容量瓶校準即(frJ)引入的不確定度u(frJ)

檢定證書標明A級100 mL單標線容量瓶其最大滴定允許誤差0.10 mL,假定其為三角分布,分析同V1,即:校準的不確定度為:

4.3.2.5溫度即(frT)對體積影響u(frT)

分析同V1,即:

4.3.2.6容量瓶充滿至刻度的重復性變化對體積影響u(frrep)

100 mL容量瓶充滿至刻度10次,做稱量實驗,標準差為0.02 mL,則

u(frrep)=0.02 mL,

將上述容量瓶不確定度分量合成:

合成上述分量,即得鹽酸標準使用液濃度cs的相對標準不確定度urel(cs):

4.4　測量結果X重復性rep引入的不確定度u(rep)[8]

將待測的樣液連續滴定進行平行測量,算得的X的值如表1.

表1　鮮肉中揮發性鹽基氮重復性測定結果Tab.1　Determination result of repeatability for TVB-N in fresh meat mg/100 g

測量重復性引入的標準不確定度由2次測量結果的平均值的標準差表示.

相對標準不確定度為:

4.5　整理測定揮發性鹽基氮含量的數學模型[8]

由上分析,公式(2)整理結果為:

5　合成標準不確定度的計算

測定過程中的數值與不確定分量見表2.

表2　測定過程中的數值與不確定度分量Tab.2　Values of measurement process and uncertainty components

將不確定度分量進行合成[9].

由上分析,公式(3)知:

樣品中揮發性鹽基氮質量分數的測定結果為7.49 mg/100 g,則:

uc(X)=Xurel(X)=7.49×0.036=0.27 mg/100 g.

6　包含因子及擴展不確定度的計算

95%置信水平下取包含因子k=2,將合成標準不確定度乘以包含因子計算得到測量結果的擴展不確定度為:

7　測量結果及其不確定度表述

鮮肉中揮發性鹽基氮質量分數為:

(7.49±0.54)mg/100 g,k=2.

8　結 論

通過利用半微量凱氏定氮法,對鮮肉中揮發性鹽基氮的含量進行了測量不確定度的評定,找出了影響測量結果準確性的主要因素.檢測樣品鮮肉中揮發性鹽基氮含量為7.49 mg/100 g,U=0.54 mg/100 g,k=2,樣品溶液實際消耗鹽酸溶液的體積和結果重復性是影響該方法測量不確定度的主要因素.建議從不確定度來源分析實施測量改進,在人員方面,進一步提高檢測人員操作技能,盡量減少由于檢測人員操作重復性引入的不確定度;在儀器設備方面,建議使用1 mL座式滴定管進行測量,可以進一步降低由滴定管容量允差引入的不確定度;在環境方面,減小測量環境的溫度波動幅度,可以減少由環境溫度變化對樣品溶液實際消耗鹽酸溶液的體積引入的不確定度;此外,在樣品處理前將其充分混勻可以減少由于取樣不均勻對結果重復性產生的影響.從上述幾方面努力實施改進,可以使測量結果的不確定度水平降低,從而提升實驗室的檢測能力.