葡萄干水分測量不確定度的評定

郝明明，馬媛，王霞

（新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆烏魯木齊 830011）

測量不確定度是表征合理地賦予被測量值的分散性，與測量結果相聯系的參數，也是衡量測試結果準確性和可靠性的重要參數[1]。新疆是全國葡萄的重要產地，也是葡萄干產品的聚集地，因此對于葡萄干儲存及產品質量控制具有重要意義。葡萄干的水分含量會直接影響其感官和儲存，因此葡萄干的一項重要品質指標就是水分。只有準確測量其含水率，才能合理評定葡萄干的品質，因此評定葡萄干水分測量方法的不確定度具有實際意義。目前，測定水分含量的方法有直接干燥法、甲苯蒸餾法、鹵素快速水分測定儀法、近紅外光譜法等，這些方法各有其優缺點。本文依據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[2]，按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的直接干燥法（第一法）步驟進行測定，并對測定步驟和方法進行不確定度評定，為正確評價和使用檢測方法提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試樣為新疆市售無核白葡萄干。

1.2 儀器

電子天平（感量為0.1 mg），MS304S，Mettler Toledo；電熱恒溫干燥箱，DHG-9246A，上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 檢測步驟

（1）恒定鋁盒質量

取潔凈扁形鋁盒置于101～105 ℃電熱干燥箱中，瓶蓋斜支于盒邊，加熱1 h，蓋好瓶蓋取出，于干燥器內冷卻0.5 h，稱取質量；重復干燥，至前后兩次質量差不超過2 mg，即為恒定質量m3[3]。

（2）恒定盛有樣品鋁盒的質量

將試樣混合均勻，并盡可能切碎，稱取5.0 g 試樣，放入恒定質量的鋁盒中并加蓋，厚度不超過5 mm，稱量質量m1，置于101～105 ℃電熱干燥箱中，瓶蓋斜支于盒邊，干燥4 h 后，蓋好瓶蓋取出，放入干燥器內冷卻0.5 h 后稱取質量。然后再放入101～105 ℃電熱干燥箱中1 h，取出，放入干燥器內冷卻0.5 h 后再稱量。并重復以上操作，直至前后兩次質量差不超過2 mg，即為恒定質量m2。

2 不確定度分量的主要來源及其分析

2.1 數學模型

水分含量的計算公式見式（1）[4]。

式中：X-試樣中水分含量，%；m1-鋁盒和試樣質量，g；m2-鋁盒和試樣干燥后質量，g；m3-鋁盒質量，g；100-單位換算系數。

2.2 測量不確定度的來源

根據公式（1），葡萄干中的水分含量X通過恒重法確定，由3 個輸入量m1、m2和m3，所以指向該結果有3個因素，即水分含量是否準確取決于是否達到恒質量[5]。

綜上分析：水分測量的不確定度的來源于以下幾方面：（1）重復性測量；（2）鋁盒的質量（m3）；（3）鋁盒和試樣的質量（m1）；（4）鋁盒和試樣干燥后的質量（m2）。

3 不確定度分量的評定

不確定度分量的分析計算依據JJF1059.1—2012、JJF1135—2005[6]和GB/T27418—2017[7]進行。葡萄干水分測定的各不確定度分量見表1。

表1 不確定度分量表Table 1 The list of uncertainty components

3.1 重復性測量引起的標準不確定度u(rep)

為獲得重復性測量的不確定度，考慮到稱量過程中的變動性[8]，對樣品進行獨立重復測量10 次，測量結果見表2。用A 類評定測量重復性的標準不確定度。

表2 測量重復性的結果Table 2 Results of measurement repeatabilit

3.2 鋁盒質量的不確定度u(m3)

鋁盒質量的不確定度主要是由電子天平的校準和恒定質量引起的。電子天平檢定證書中給出天平的最大允許誤差為±0.1 mg（即可能值區間的半寬度α=0.000 1 g），可視為矩形分布，故由天平校準引起的B類標準不確定度：

國家標準中要求需將鋁盒烘至前后兩次質量差不超過2 mg，按照矩形分布，則恒定質量引起的B 類標準不確定度為：

因為電子天平的校準和恒定質量之間無相關性，故可按照JJF1059.1—2012 中4.4.2.1 計算鋁盒質量m3的合成標準不確定度：

3.3 鋁盒和試樣的質量的不確定度u(m1)

與處理鋁盒的質量m3的方法相同，但因為鋁盒和試樣的質量m1不需要考慮恒定質量的影響，因此僅考慮電子天平校準引入的標準不確定度，即：

3.4 鋁盒和試樣干燥后質量的不確定度u(m2)

與處理鋁盒質量m3的方法相同，即：

3.5 水分測量的B 類合成標準不確定度uc(B)

因數據模型（1）中分量間彼此獨立，即相關系數為0，為方便運算，令a=m1-m2，b=m1-m3，則數據模型變為：

按照JJF1059.1—2012 中4.4.2.2 計算兩個分量的合成標準不確定度。

按照JJF1059.1—2012 中4.4.2.3 計算B 類合成標準不確定度：

3.6 葡萄干水分測量的合成標準不確定度

葡萄干水分測量結果的合成標準不確定度主要是相互獨立的A 類標準不確定度和B 類標準不確定度共同貢獻的結果，故采用JJF1059.1—2012 中4.4.2 進行計算：

4 水分測量的擴展不確定度

葡萄干水分的測定取包含因子k=2，置信概率P=95%[9]，得到葡萄干水分的擴展不確定度為：

故該葡萄干水分含量的不確定度測量結果為：X=（12.60±0.052 0）%，k=2，P=95%。

5 結語

綜上可知，在葡萄干水分測量中，鋁盒質量、鋁盒和試樣干燥后質量引入的不確定度分量是最大的，這主要是在恒定質量過程中引起的。因此，測定葡萄干水分含量時恒定質量是關鍵步驟，對減小誤差的效果最為明顯。故在日常檢測工作中，應加強對恒質量環節的控制，嚴格按照相應標準進行操作。