連續(xù)流動法測定煙草中淀粉的不確定度評定

張海燕 熊 巍 胡瑜寧 靳冬梅 陶曉秋 龐 夙 韶濟民

(四川省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站，成都 610041)

1 引言

煙草中的淀粉是較易水解的糖類，在熱解、蒸餾和燃燒的條件下，能分解生成許許多多的新生化合物，從而影響煙草的吸食品質(zhì)[1，2]。因此，測定煙葉中淀粉含量對于監(jiān)控煙葉化學成分、提高煙葉品質(zhì)具有重要指導(dǎo)意義[3，4]。連續(xù)流動分析法能快速檢測煙草中淀粉含量，目前已在廣泛應(yīng)用于煙草行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量檢測。

測量不確定度對測量結(jié)果可信性、可比性和可接受性都有著重要影響，國際上對測量不確定度的關(guān)注越來越高[5，6]。中國合格評定國家認可委員會(CNAS)要求檢測實驗室應(yīng)評定每一項有數(shù)值表示的測量結(jié)果的測量不確定度。目前，關(guān)于煙草中水溶性糖、總植物堿、總氮、氯、鉀等常規(guī)化學成分的測量不確定度已有評定指南[7-11]，但關(guān)于連續(xù)流動法測定煙草中淀粉的不確定度鮮有報道。因此本文依據(jù)YC /T 216-2013《煙草及煙草制品 淀粉的測定 連續(xù)流動法》和JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，系統(tǒng)分析檢測過程中影響檢測結(jié)果分散性的主要因素，建立不確定度評定的測量模型，對連續(xù)流動法測定煙草中淀粉的測量不確定度進行評定。

2 材料與方法

2.1 主要儀器與試劑

氯化鈉，無水乙醇，氫氧化鈉，碘化鉀，碘(以上試劑均為分析純,廣東光華科技股份公司)；烤煙煙末(國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心提供)；直鏈淀粉、支鏈淀粉(美國Sigma 公司)；聚乙氧基月桂醚(Brij 35；22%，德國Seal Analytical 公司)；高氯酸(AR,天津鑫源化工有限公司)。

G3燒結(jié)玻璃漏斗(50mL)；燒杯(400mL)；容量瓶(50ml、100ml、250ml和 500m)；三角瓶(50mL)；定量加液器(1～25mL,德國Brand Dispensette Organic)；HY-5型振蕩器(金壇市富華儀器有限公司)；AE260 電子天平(精度：0.0001g，瑞士Mettler 公司)；超純水儀(美國PALL)；連續(xù)流動分析儀(配570 nm 濾光片，法國Skalar 公司)。

2.2 實驗原理和步驟

檢測原理：按照檢測標準YC/T 216-2013《煙草及煙草制品 淀粉的測定 連續(xù)流動法》[12]，用80%乙醇-飽和氯化鈉溶液超聲去除煙草樣品中干擾物質(zhì)，直接過濾后用40% 高氯酸超聲提取煙草中的淀粉，然后淀粉在酸性的條件下與碘發(fā)生顯色反應(yīng)，在570nm進行比色測定。

檢測步驟[12]：將煙草樣品置于40℃下烘2 h，然后粉碎過40目篩。在G3玻璃漏斗中，稱取0.25g樣品，再加入25mL 80%乙醇-氯化鈉飽和溶液，室溫時超聲萃取30 min棄去濾液，在玻璃漏斗中加入15 mL 40%高氯酸溶液，室溫時超聲萃取10min，再加入15 mL純水，過濾，濾液用50 mL三角瓶接收，然后再移取5mL提取溶液于50mL容量瓶中，純水定容搖勻，即可得到待測液，進行連續(xù)流動測定。煙草淀粉的測定流程圖見圖1。

圖1 煙草中淀粉測量流程圖

2.3 煙草中淀粉含量的計算

煙草樣品中的淀粉含量[12]，數(shù)值以 % 表示，由式(1)計算：

(1)

式中：C：樣品溶液中淀粉的含量，mg/mL；

V：待測液的體積，mL；

m：煙草樣品的質(zhì)量，g。

Ω：樣品的水分含量，%；

3 結(jié)果與討論

3.1 測量不確定度分量的來源分析

從測量流程(圖1)和結(jié)果計算(公式1)分析可知，煙草中淀粉測定的不確定度來源主要包括樣品的質(zhì)量、樣品的水分、萃取、定容、樣品濃度測量和測量重復(fù)性等，通過對這些不確定度來源進行分析，得到煙草中淀粉測定的不確定度因果關(guān)系圖，如圖2 所示。

圖2 煙草中淀粉測量的不確定度來源因果圖

3.2 淀粉測量不確定度的數(shù)學模型

根據(jù)圖2中的因果關(guān)系，影響煙草中淀粉含量測量結(jié)果的不確定度分量包括樣品質(zhì)量urel(m)，樣品水分urel(W)，萃取液體積urel(V)，待測液體積urel(S)，樣品濃度urel(C)，測量重復(fù)性urel(rep)。由各分量合成的測量不確定度數(shù)學模型可用下列公式表示：

(2)

式中：u(STA)—煙草中淀粉測量的合成不確定度；

RSTA—淀粉的測量值；

3.3 質(zhì)量測量引入的相對不確定度分量urel(m)

影響該分量的因素有：天平分辨率(由儀器說明書獲得)和天平校準(由計量證書獲得)。

3.3.1天平分辨率引入的標準不確定度

3.3.2天平檢定引入的標準不確定度

3.3.3合成標準不確定度分量

質(zhì)量測量引入的不確定度分量按下式計算：

3.3.4質(zhì)量測量的相對不確定度分量

由于稱重為250 mg[12]，質(zhì)量測量引入的相對不確定度分量為：

3.4 樣品水分測量引入的相對不確定度分量urel(W)

跟據(jù)YC /T 31-1996《煙草及煙草制品 試樣的制備和水分測定 烘箱法》[13]中的要求，水分測定平行樣品的極差應(yīng)小于0. 1%。引用JJF 1059中的規(guī)定，由水分測試引入標準不確定度為：

本實驗室測得煙草樣品中水分的平均值為6.68%，因此，水分測量引入的相對不確定度分量為：

urel(w)=0.06258/6.68=0.009

3.5 萃取液移取體積引入的相對不確定度分量urel(V)

3.5.1定量加液器校準引入的標準不確定度

3.5.2萃取液移取體積的相對不確定度：

80%乙醇-氯化鈉飽和溶液移取體積為25mL，40%高氯酸溶液移取體積為15mL，純水移取體積為15mL；其各自的相對不確定為u(v1) =0.08165/25=0.0033，u(v2) =0.08165/15=0.0054，u(v3) =0. 08165/15=0.0054。

因此，萃取液移取體積的相對不確定度分量

3.6 待測液體積測量引入的相對不確定度分量urel(S)

3.6.1容量瓶體積校準的不確定度us1

3.6.2溫度效應(yīng)引入的標準不確定度us2

3.6.3待測液體積測量合成標準不確定度：

對待測液體積測量引入的標準不確定度合成可得：

3.6.4待測液體積測量相對不確定度分量

萃取液的體積為50mL，待測液體積測量引入的相對不確定度分量為：

3.7 樣品濃度(C 值)測量引入的相對不確定度分量urel(C)

3.7.1由標準物質(zhì)質(zhì)量測量引入的相對不確定度分量urel(S.m)

影響該分量的因素為天平分辨率和天平校準。天平分辨率引入的不確定度的計算可參考3.3.1 。天平校準引入的不確定度的計算可參考3.3.2 。合成標準不確定度計算可參考3.3.3 。

因為標準物質(zhì)直鏈淀粉稱取質(zhì)量[12]為m1=150mg，支鏈淀粉稱取質(zhì)量為m2=600 mg，標準物質(zhì)質(zhì)量測量引入的相對不確定度urel(S.m)為：

3.7.2儲備液定容的容量瓶引入的相對不確定度分量[urel(S.V)]

儲備液體積測量標準不確定度合成為：

500mL儲備液定容體積引入的相對不確定度分量由下式計算：

urel(S.V)=0.3655/500=0.00073

3.7.3由標準物質(zhì)純度引入的相對不確定度分量，記作urel(S.P)

3.7.4標準溶液配制引入的相對不確定度分量urel(S.D)

配制標準溶液過程中使用25mL 移液管，其最大允差為± 0. 05mL，則單次使用移液管引入的不確定度：

=0.02542mL

按照平均移取溶液體積為8.4mL，標準溶液配制引入的相對不確定度，由下式計算

3.7.5工作曲線引入的相對不確定度分量urel(C.S)

配制濃度為0.009mg/mL, 0.0018 mg/mL，0.036mg/mL，0.054 mg/mL，0.072 mg/mL的標準工作溶液，準備兩份平行樣品，進行重復(fù)性實驗3次，檢測結(jié)果可見表1。跟據(jù)最小二乘法，對標準溶液濃度xi(mg/mL)與儀器響應(yīng)的峰高yi(DU)進行線性擬合，可得回歸方程y=ax+b，其中a為斜率，b為截距。

表1 標準工作曲線的重復(fù)性試驗結(jié)果

擬合可得a=1418246.8，b=724.51，標準工作曲線為y=1418246.8x+724.51(r=0.9997)。

按貝塞爾公式計算回歸方程的標準差：

樣品濃度x=0.0325mg/mL的標準不確定度：

線性擬合引入的相對不確定度由下式計算：

3.7.6合成樣品濃度的相對不確定度分量

合成樣品濃度測量引入的相對不確定度分量按下式計算：

3.8 重復(fù)性測量的相對不確定度分量urel(rep)

采用A類不確定度評定方法，對樣品進行6 次重復(fù)性檢測，檢測結(jié)果如表2。

表2 樣品測量重復(fù)性結(jié)果(n=6)

對于經(jīng)過均勻性檢驗的樣品，6次重復(fù)性測量的平均值為3.90%，標準偏差S=0.008944,樣品重復(fù)性引入的不確定度

因此，測量重復(fù)性引入的相對不確定度分量

3.9 煙草中淀粉測量的合成不確定度

連續(xù)流動法測定煙草中淀粉的合成不確定度按下式計算

式中：

RSTA：淀粉的測量值；

3.10 煙草中淀粉測量的擴展不確定度

根據(jù)文獻[5，6]，選擇包含因子k=2,則測量結(jié)果的擴展不確定度為：

U(STA)=k×u(STA)=0.10%

4 結(jié)論

通過對連續(xù)流動法煙草中淀粉測量過程的分析研究，得到了淀粉的數(shù)學模型和因果關(guān)系圖。系統(tǒng)分析檢測過程中影響檢測結(jié)果分散性的主要因素，對連續(xù)流動法測定煙草中淀粉的測量不確定度進行評定，結(jié)果可得：連續(xù)流動法檢測煙草中淀粉的合成不確定度為0.05%，在 95%包含概率下其擴展不確定度分別為 0.1%。其不確定度的主要影響因素為樣品的水分測量、萃取液體積測量和樣品的濃度測量。為了加強實驗室的內(nèi)部質(zhì)量控制，應(yīng)定期對測量水分的烘箱、定量加液器、連續(xù)流動分析儀進行校準，以提高檢測結(jié)果的準確性和一致性。