氣相色譜法測定葡萄酒中甲醇含量不確定度評定

曹小彥 張 燕 黃雄偉 鄒劍蘭 馮 敏

（1．湖南省食品和工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可審查中心，湖南 長沙 410111；2．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南 長沙 410128；3．湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計量學(xué)國家重點實驗室，湖南 長沙 410128）

在化學(xué)測試工作中，由于種種原因，分析結(jié)果往往帶有誤差，而不能得到真值。為評價測定結(jié)果的質(zhì)量，需要進(jìn)行不確定度的評定。不確定度愈小，結(jié)果與真值愈近，數(shù)據(jù)愈準(zhǔn)確。文章根據(jù)GB／T 15038－2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》的檢測方法［1］，對使用氣相色譜法測定葡萄酒中甲醇含量測量的不確定度進(jìn)行了評定［2］，從而保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 試驗方法

1．1 儀器

氣相色譜儀：Agilent 6890N 型，帶有FID 檢測器（HP－INNOwax柱），安捷倫科技有限公司。

1．2 標(biāo)準(zhǔn)品

甲醇標(biāo)準(zhǔn)：色譜純，濃度為99%，不確定度為1%，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1．3 測定方法

采用氣相色譜法詳見GB／T 15038－2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。

其測量過程示意圖見圖1。

圖1 樣品測試流程Figure1 Sample testing process

2 數(shù)學(xué)模型

式中：

X′—— 樣品中甲醇的含量，mg／100mL；

X—— 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測得樣品中甲醇的濃度，mg／L。

3 不確定度來源

從測量過程和數(shù)學(xué)模型來看，氣相色譜法測定葡萄酒樣中甲醇含量的不確定度主要來源：標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程引入的不確定度、酒樣在蒸餾過程中引入的不確定度（包括取樣體積和定容體積引入的不確定度）以及儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)引入的不確定度（包括有儀器測定峰面積的不確定度，最小二乘法擬合校準(zhǔn)曲線的不確定度和樣品GC 測定重復(fù)性不確定度）等。

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

4．1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程引入的不確定度

4．1．1 標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制引入的不確定度 99%色譜純甲醇配制成500mg／100 mL 甲醇標(biāo)準(zhǔn)儲備液，不確定度主要由電子天平、100mL容量瓶、標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度及實驗室溫度與校準(zhǔn)溫度不一致引起的。

（1）甲醇的純度引入的不確定度：標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度為1%，甲醇純度為矩形分布，則相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱量時引入的不確定度［3］：查稱量的電子天平檢定證書，最大允許誤差±0．1mg，按正態(tài)分布考慮，則包含因子k ＝3（其置信水平p＝99%），標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

稱標(biāo)樣量為0．500 00 g，則其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（3）標(biāo)準(zhǔn)儲備液定容時引入的不確定度：此過程使用了100mL容量瓶定容，按照常用玻璃量器檢定規(guī)程JJG 196－2006 的要求［4］，均有相應(yīng)的最大容量允差，歐洲分析化學(xué)中心（EURACHEM）認(rèn)為其服從三角分布，則區(qū)間半寬度為0．1mL，包含因子k ＝槡6。由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

故，標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制過程引入的不確定度：

4．1．2 用標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋成標(biāo)準(zhǔn)系列工作液引入的不確定度［4，5］用1mL移液管分別取0．10，0．20，0．50，1．0mL甲醇儲備液于4個10mL容量瓶中，以60% 乙醇作為溶劑，配制成濃度分別為5，10，25，50 mg／100 mL 的標(biāo)準(zhǔn)工作液，此過程引入的不確定度如下：

（1）10mL 容量瓶的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源：①容量瓶體積的不確定度，按檢定證書最大允許誤差為±0．020mL，采用矩形分 布 則K ＝槡3，換 算 成 標(biāo) 準(zhǔn) 偏 差 為0．020／槡3 ＝0．011 5mL；②溫度變化的不確定度，實驗室的溫度波動范圍一般為±3 ℃，玻璃膨脹系數(shù)為2．5×10－5℃－1，水體積膨脹系數(shù)為2．1×10–4℃－1，由容量瓶校準(zhǔn)溫度與使用溫度不同引起的體積變化值△V ＝V1－V2＝（α水－α玻璃）×V10×（T1－T2）＝（2．1×10－4－2．5×10－5）×10×（25－22）＝0．005 55mL，取K ＝槡3，換 算 成 標(biāo) 準(zhǔn) 偏 差 為；③容量瓶刻度的變動性，通過重復(fù)測定進(jìn)行統(tǒng)計，重復(fù)10次其標(biāo)準(zhǔn)偏差為0．012mL。

以上3項合成得出：

（2）1mL 分度移液管（A 級）的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源：①容量瓶體積的不確定度，按檢定證書給定為±0．008mL，按照矩形分布K ＝槡3（按均勻分布），換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差為②溫度變化的不確定度，實驗室的溫度波動范圍一般為±3 ℃，玻璃膨脹系數(shù)為2．5×10–5℃－1，水體積膨脹系數(shù)為2．1×10－4℃－1，由容量瓶校準(zhǔn)溫度與使用溫度不同引起的體積變化值△V ＝V1－V2＝（α水－α玻璃）×V20×（T1－T2）＝（2．1×10－4－2．5×10－5）×10×（25－22）＝0．005 55mL，取K ＝槡3（按均勻分布），換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差為△V／K ＝0．005 55／槡3 ＝0．003 2mL；③容量瓶刻度的變動性，通過重復(fù)測定進(jìn)行統(tǒng)計，重復(fù)10 次其標(biāo)準(zhǔn)偏差為0．010mL。

以上3項合成得出：

由此合成用甲醇標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋為標(biāo)準(zhǔn)工作液時的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

因此，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程共引入的不確定度：

4．2 蒸餾葡萄酒樣時引入的不確定度

4．2．1 取樣體積引入的不確定度 此過程采用100mL容量瓶取樣，按照常用玻璃量器檢定規(guī)程JJG 196－2006 的要求，100mL容量瓶的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源及計算同4．1．1（3），其值為U1＝0．000 408。

4．2．2 定容體積帶入的不確定度 此過程使用了100mL容量瓶定容，同4．1．1（3），其不確定度為U2＝0．000 408，因此，蒸餾葡萄酒過程總共引入的不確定度：

4．3 儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)引入的不確定度

4．3．1 儀器測定峰面積的不確定度評定［6］依據(jù)儀器及積分儀的一般性能指標(biāo)分析，目前用于氣相色譜儀峰面積積分處理的最大誤差為0．2%～1%，屬B類評定，如取1%，按均勻分布考慮，則此項峰面積的相對不確定度分量為u ＝1%／槡3 ＝5．77×10－3；對于數(shù)學(xué)模型中峰面積比Ax／A0來說，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4．3．2 最小二乘法擬合校準(zhǔn)曲線的不確定度評定（A 類評定）［7］用最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度－峰面積曲線校準(zhǔn)，包含了曲線擬合相關(guān)性的不確定度和峰面積重復(fù)測量產(chǎn)生的不確定度。

用氣相色譜儀分別測定4種不同濃度甲醇標(biāo)準(zhǔn)液5，10，25，50mg／100mL，每種濃度分別測3次，得到相應(yīng)的峰面積A，測定結(jié)果見表1。

表1 最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度－峰面積結(jié)果Table1 Least squares fitting of standard solution concentration－Peak area results

試驗數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行擬合，得到直線方程：

式中：

a—— 截距；

b—— 斜率。

標(biāo)準(zhǔn)溶液平均濃度：s擬合曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差：

式中：

n—— 標(biāo)準(zhǔn)系列的點數(shù)，n ＝4；

m—— 每個標(biāo)準(zhǔn)點的測定次數(shù)，m ＝3。

用該曲線對被測酒樣進(jìn)行測量，測量次數(shù)p ＝2，測得酒樣中甲醇的估計值為X0＝7．695 1mg／100mL。

由最小二乘法擬合曲線求得X0時所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

因此相對不確定度：

4．3．3 酒樣中甲醇的含量重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（A 類評定）［3］對測定酒樣作6次重復(fù)測量，測量數(shù)據(jù)見表2。

表2 酒樣中甲醇含量的測量值Table2 Measurement of methanol contentin wine values ／（10－2 mg·mL－1 ）

測量重復(fù)性的不確定度屬A 類評定方法，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度

因此，儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4．4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由上述各相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成酒樣中甲醇含量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4．5 擴(kuò)展不確定度

因此，該酒樣中甲醇含量測定的相對擴(kuò)展不確定度：

U95rel＝kp×Ucrel（X）＝2×0．044 0＝0．088（k≈2，置信概率p＝95%）

由試驗數(shù)據(jù)的平均值計算得該酒樣中甲醇含量的最佳估計值：

X ＝7．695 1mg／100mL＝76．951mg／L

故其擴(kuò)展 不確定度為U95＝76．951 mg／L×0．088 ≈6．772mg／L

該葡萄酒樣中甲醇含量的測量不確定度報告：

X ＝（76．951±6．772）mg／L（包含因子k ＝2，具有95%的置信概率）。

5 結(jié)論

通過對測定酒樣中甲醇各不確定度分量測量的研究，分析各測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度對總測量不確定度的相對貢獻(xiàn)，可知被測葡萄酒樣中甲醇測定的測量不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和測量重復(fù)性。因此通過選擇合理的試驗方案及穩(wěn)定性好的儀器，規(guī)范試驗操作并增加試驗次數(shù)，就可以減少不確定度，得到準(zhǔn)確性較高的測量結(jié)果。

1 中國國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會．GB／T 15038－2006 葡萄酒、果酒通用分析方法［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007．

2 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局．測量不確定度評定與表示［M］．北京，中國計量出版社，1999．

3 劉燕，陳利國，彭新凱，等．測定果凍中環(huán)己基氨基磺酸鈉（甜蜜素）結(jié)果不確定度評定［J］．食品與機(jī)械，2008，24（2）：110～113．

4 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局．JJG196－2006 常用玻璃量器檢定規(guī)程［S］．北京：中國計量出版社，2007．

5 陳利國，曹小彥，譚舸，等．氣相色譜法測定醬腌菜中甲胺磷農(nóng)藥殘留量的不確定度評定［J］．食品與機(jī)械，2007，23（1）：112～114．

6 汪輝，曹小彥，彭新凱，等．HPLC測定原料乳與乳制品中三聚氰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不確定度評定［J］．中國乳品工業(yè)，2010，38（3）：58～60．

7 潘振球，馮家力，王春娥，等．氣相色譜法測定結(jié)果不確定有關(guān)問題的分析［J］．中國衛(wèi)生檢驗雜志，2003，13（6）：771～772．