電化學法測定玉米油酸價的不確定度評定

張春娥，薛文通

（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083；2.寧夏糧油產品質量檢測中心，寧夏銀川750002）

電化學法測定玉米油酸價的不確定度評定

張春娥1，2，薛文通1，*

（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083；2.寧夏糧油產品質量檢測中心，寧夏銀川750002）

根據JJF1059-1999《測量不確定度評定與表達》方法，分析電化學測定植物油酸價的不確定度來源：電子天平稱量引入的不確定度μ1，玻璃量器引入的不確定度μ2，信噪比引入的不確定度μ3，標準工作液重復測定產生的不確定度μ4，樣品平行測定產生的不確定度μ5，標準曲線線性擬合產生的不確定度μ6，方法回收率產生的不確定度μ7。計算電化學法檢測植物油中游離脂肪酸（以油酸計）酸價的相對擴展標準不確定度，結果表明，電化學法檢測玉米油酸價為0.52mg KOH/g油樣，相對標準不確定度為0.068mg/g，相對擴展不確定度為26.2%。

電化學法，酸價，玉米油，不確定度評定

一切測量結果都不可避免地具有不確定度。測量不確定度是表征合理地賦予被測量值的分散性，是與測量結果相聯系的參數[1]。測量不確定度是說明測量質量及其重要的指標，由于其應用的廣泛性和實用性，所以對測量不確定度的評定變得尤為重要[2]。本實驗采用聚吡咯膜修飾鉑電極分析游離脂肪酸濃度與響應峰電流關系，構建測定植物油酸價的數學模型，依據“不確定度評定與表示”的有關標準[3]對電化學法測定玉米油酸價的測量不確定度進行了評定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米油 購于北京市超市；油酸（OA） TCI；吡咯、四丁基高氯酸胺（TBAP）、1，4萘醌 國藥集團化學試劑有限公司；高氯酸鋰 天津市津科精細化工研究所；所用試劑 均為分析純，購于北京化工廠；實驗用水 去離子水。

CHI650C電化學工作站 上海辰華儀器公司；電化學實驗用三電極體系 裸電極（Pt電極）或自制的化學修飾電極Ppy/ClO4-/Pt為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，鉑絲電極為對電極。

1.2 實驗方法

1.2.1 待測油樣的制備 本實驗所用植物油樣品無需任何預處理程序，根據其酸價來估計確定樣品用量大小，一般為1.0g左右，稱取1.72g玉米油于25mL具塞刻度試管中，加入6mL 1，2二氯乙烷搖勻，然后用乙醇和1，2二氯乙烷（3∶1，V/V）的混合溶液定容至刻度線。

1.2.2 油酸標準液的制備及其濃度的稀釋 吸取1mL油酸標準工作液于10mL的刻度管，用乙醇分別定容至10、8、6、5、4mL；使油酸溶液呈不同濃度，取不同濃度的油酸溶液各1mL于10mL的刻度管，依次用乙醇稀釋至濃度達10-8。

1.2.3 電解液的制備 含有0.1mol/L LiClO4和6mmol/L 1，4萘醌的乙醇-1，2二氯乙烷（1∶3，v/v）的混合溶液。

1.2.4 分析方法 在空白電解液中用循環伏安法和線性掃描技術掃描至峰電流穩定后，取10mL油酸溶液和15mL電解液混合后加入電解池，用線性掃描技術測定油酸標準液的還原峰電流。每個濃度平行測定3次，以油酸的不同濃度為橫坐標，還原峰電流為縱坐標，制作標準曲線。實際玉米油樣品分析同標準油酸溶液一致，酸價測定數學模型如下：

式中：A—樣品油的還原峰電流；B—加標后樣品油的還原峰電流；V—加入電解池的樣品油試液和電解液的混合體積；W—所測樣品油的質量；18—換算系數[4-5]。1.2.5 不確定度來源分析 油樣質量稱量、油樣和標準液體積定容、標準液濃度稀釋、平行測定、信噪比、標準曲線線性擬合和方法回收率引入的不確定度分析。

2 結果與分析

2.1 電子天平稱量引入的不確定度μ1

待測玉米油和化學試劑的稱量過程引入的不確定度由電子天平的標準不確定度造成。天平檢定證書給出的電子天平的最大允許誤差為±0.1mg，按均勻分布，標準不確定度為0.1/30.5=0.058mg。稱取樣品需2次，一次毛重，一次空盤，計算得天平校準的不確定度為（0.0580.5×2）0.5=0.082mg。因此稱取1.72g油樣的相對標準不確定度為0.082/1.72=0.0477。同理，稱取8g四丁基高氯酸鋰和0.3g 1，4萘醌的相對標準不確定度分別為0.01和0.27。因此稱量過程電子天平引入的不確定度μ1=[（0.0477）2+（0.01）2+（0.27）2]0.5=0.0753。

2.2 玻璃量器引入的不確定度μ2

在電解液的配制、待測樣品油的定容、標準油酸工作液的定容及濃度稀釋過程中均會引入不確定度。25mL刻度試管容量允許誤差[6]為±0.25mL，按均勻分布換算成標準偏差為0.25/30.5=0.144，1mL單標線吸管容量允許誤差為±0.007mL，按均勻分布換算成標準偏差為0.007/30.5=0.00404，則相對標準不確定度分別為0.00576和0.00404。油酸標準工作液定容過程亦產生不確定度。本實驗在室溫下測定，溫度變幅較小，且所用溶劑乙醇-1，2二氯乙烷化學性質穩定，因此溶劑體系膨脹帶來的不確定度忽略不計。所以標準工作液定容至25mL容量瓶所引起的不確定度分兩部分：第一，容量瓶體積的不確定度，根據JJG196-1990《常用玻璃量器檢定規程》，25mL A級單線容量瓶的容量允差為±0.03mL，按均勻分布，標準偏差為0.03/30.5=0.0173；第二，充滿液體至容量瓶刻度的估讀誤差為（0.005×25）/30.5=0.07217；相對不確定度U= [（0.01732+0.072172）0.5]/25=0.003。A級100mL量筒的容量允許差±0.50mL，按均勻分布換算成標準偏差為0.50/30.5=0.289，則相對標準不確定度為0.0289；A級250mL單線容量瓶的容量允許誤差±0.15mL，按均勻分布換算成標準偏差為0.15/30.5=0.087，則相對標準不確定度為0.0003；容量瓶定容體積讀數時也會引起不確定度，250mL單線容量瓶充滿液體至容量瓶刻度的估讀誤差估計為（0.005×250）/30.5=0.7217（均勻分布），則相對不確定度為0.0028。A級500mL容量瓶的容量允許差±0.25mL，按均勻分布換算成標準偏差為0.25/30.5=0.144，則相對標準不確定度為0.0002；定容引起的相對標準不確定度為0.0028。因此玻璃量器引入的不確定度μ2=[（0.0289）2+（0.0003）2+（2×0.0028）2+（0.00576）2+（0.00404）2+（0.0002）2+（0.003）2]0.5=0.0304。

2.3 信噪比引入的不確定度μ3

背景噪聲影響電化學法測定植物油酸價的準確度，電化學工作站自身電子電路噪聲是產生背景噪聲的原因之一。噪聲的主要考核指標是信噪比（SNR），它一般被定義為信號能量與噪聲能量的比值。本實驗中以修飾電極在不含樣品油的電解液中產生的背景峰電流為噪聲，分別制備10支相同電極，考察這10支電極在不含樣品油的電解液中的電化學行為，所得峰電流結果如下：38.29、38.06、37.81、36.52、42.92、38.75、37.16、38.80、36.12、37.24μA。經計算：平均值Im=38.17μA，標準偏差S=1.893，不確定度μm=S/ 100.5=0.599，相對不確定度μ3=μm/Im=0.0157。

2.4 標準工作液重復測定產生的不確定度μ4

為驗證化學修飾電極的穩定性和重現性，檢測油酸標準工作液和樣品油時，同時制備7支相同電極檢測同一濃度的待測液。分析重復測定引入的不確定度，本實驗對同一濃度的油酸標準工作液平行測定7次，結果如表1。

表1 同一濃度標準工作液重復測定的響應峰電流Table 1 Response peak electric current determined by standard curve of the same concentration

重復測定產生的不確定度為S/n0.5=0.4319/70.5= 0.1632。

相對標準不確定度為μ4=0.1712/37.64=0.0043。

2.5 樣品平行測定產生的不確定度μ5

按照測試過程檢測同一種樣品油中的油酸濃度，待測樣品平行制備8份，相對應的峰電流值如下：27.43、27.18、27.23、28.99、28.59、28.20、28.06、28.84μA，平均值Ip=28.07μA，標準差S（I）=0.7205，則樣品平行測定導致的標準不確定度和相對標準不確定度分別為：

Ui=S（I）/n0.5=S（I）/80.5=0.2548；μ5=Ui/Ip=0.2548/ 28.07=0.0091。

2.6 標準曲線線性擬合產生的不確定度μ6

電極法檢測植物油酸價模型構建過程中，游離脂肪酸濃度（以油酸標記）與還原峰電流的線性關系為：y=0.0978x+9.0394，R2=0.9966，其中y表示響應電流值，x表示為油酸濃度。為評定線性擬合引起的不確定度，選用以下7個標準液濃度，每個濃度做3個平行，三個平行的平均實驗結果如表2所示。

表2 油酸標準溶液濃度平均值與相應峰電流值Table 2 The average value of concentration and response peak electric current of oleic acid standard solution

對同一濃度的樣品液測定8次，將所得的響應峰電流值取平均值，由線性方程y=0.0978x+9.0394求得該樣品中的油酸平均濃度為C0=212.03mmol/L，則C0的標準不確定度為μ（C0）=Sy×[1/p+1/n+（C0+C1）2/Sc]/b= 20.92mmol/L

式中：p=3（每個標準液濃度的平行測定次數）；n=7（實驗處理次數的平均數），b=9.0394。

經計算，C1=36.26mmol/L，Sy=53.56mmol/L，Sc= 5140.79mmol/L。

因此，μ6=μ（C0）/C0=0.099。

2.7 方法回收率產生的不確定度μ7

按1.2.4方法所示，檢測4種植物油的酸價。向待測植物油中添加濃度為320mmol/L的油酸標準液進行添加回收率實驗，每個添加濃度重復3次，結果如表3所示。

表3 加標回收率實驗Table 3 Recoveries of the measured results

經計算，四種植物油的平均回收率R=102%，標準偏差為S=4.19%，標準不確定度=S/40.5=0.021。

相對不確定度μ7=0.021/102%=0.0206。

2.8 合成相對標準不確定度

綜合以上分析可知，本實驗的不確定度來源如表4所示，則整個實驗過程的相對標準不確定度U為各個不確定度的合成，即U=[μ12+μ22+μ32+μ42+μ52+ μ62+μ72]0.5=0.131。擴展不確定度：在沒有特殊要求的情況下，按國際慣例，測量結果的擴展不確定度包含因子K取2，則相對擴展不確定度[8]為：

μr=KU=2×0.131=0.262=26.2%

表4 分析過程引入的相對標準不確定度分量表Table 4 The relative standard uncertainty during analysis procedure

3 討論

由以上各個不確定度分量可知，標準曲線線性擬合產生的不確定度對本實驗結果影響最大，電子天平稱量引入的不確定度的影響效果次之，可見標準曲線的擬合對電化學法測定植物油酸價具有重要意義。可以通過增加平行測定次數，增大所測標準液濃度降低μ6。文剛[9]對傳統滴定法檢測食用植物油酸價引起的不確定度評定表明：重復性引起的不確定度是酸堿滴定法的最大不確定度來源，滴定消耗的堿液體積過少也是引起不確定度的主要原因之一，降低不確定度的方法之一就是增加檢測試樣油質量。電化學法檢測植物油酸價的優點之一就是所耗費待測樣品油質量小并且檢測速度快。電化學法測定植物油酸價的不確定度可通過減少稱量、定容、移液引起的誤差而減少。

4 結論

本例試樣酸價測定平均值AV=0.52（mg KOH/g油樣），則結果的不確定度Uj=0.52×0.131=0.068mg/g，擴展不確定度為Uk=0.068×2=0.14mg/g。故被檢樣品油玉米油酸價的測定分析結果報告為：（0.52±0.14）mg KOH/g油樣。

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Uncertainty evaluation of determination of acid value in corn oil using electrochemical detection

ZHANG Chun-e1，2，XUE Wen-tong1，*
（1.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China；2.Ningxia Oil Products Quality Inspection Center，Yinchuan 750002,China）

According to JJF 1059-1999 ‘Evaluation and Expression of Measurement Uncertainty’，analyzed the source of uncertainty for electrochemical detection，calculated relative expanded standard uncertainty of corn oil acid value.The uncertainty was caused by many factors，such as electronic weighing scales μ1，glass container μ2，SNR μ3，repeatability of measurement result for standard solution μ4，sample measurement μ5，standard curve μ6 and recovery rate μ7.The results showed that the acid value obtained by electrochemical detection was 0.52mg KOH/g oil and relative value was 0.068mg/g，relative expanded standard uncertainty was 26.2%.

electrochemical detection；acid value；corn oil；uncertainty evaluation

TS227

A

1002-0306（2012）01-0329-03

2010－11－30 *通訊聯系人

張春娥（1987-），女，碩士，研究方向：食品安全檢測。

公益性行業科研專項（200910034）；國家自然基金（20876165）。