電化學(xué)法測(cè)定玉米油酸價(jià)的不確定度評(píng)定

張春娥，薛文通

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083；2.寧夏糧油產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心，寧夏銀川750002）

電化學(xué)法測(cè)定玉米油酸價(jià)的不確定度評(píng)定

張春娥1，2，薛文通1，*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083；2.寧夏糧油產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心，寧夏銀川750002）

根據(jù)JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表達(dá)》方法，分析電化學(xué)測(cè)定植物油酸價(jià)的不確定度來(lái)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(biāo)準(zhǔn)工作液重復(fù)測(cè)定產(chǎn)生的不確定度μ4，樣品平行測(cè)定產(chǎn)生的不確定度μ5，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性擬合產(chǎn)生的不確定度μ6，方法回收率產(chǎn)生的不確定度μ7。計(jì)算電化學(xué)法檢測(cè)植物油中游離脂肪酸（以油酸計(jì)）酸價(jià)的相對(duì)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度，結(jié)果表明，電化學(xué)法檢測(cè)玉米油酸價(jià)為0.52mg KOH/g油樣，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.068mg/g，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為26.2%。

電化學(xué)法，酸價(jià)，玉米油，不確定度評(píng)定

一切測(cè)量結(jié)果都不可避免地具有不確定度。測(cè)量不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性，是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)[1]。測(cè)量不確定度是說(shuō)明測(cè)量質(zhì)量及其重要的指標(biāo)，由于其應(yīng)用的廣泛性和實(shí)用性，所以對(duì)測(cè)量不確定度的評(píng)定變得尤為重要[2]。本實(shí)驗(yàn)采用聚吡咯膜修飾鉑電極分析游離脂肪酸濃度與響應(yīng)峰電流關(guān)系，構(gòu)建測(cè)定植物油酸價(jià)的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)“不確定度評(píng)定與表示”的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]對(duì)電化學(xué)法測(cè)定玉米油酸價(jià)的測(cè)量不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米油 購(gòu)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(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；高氯酸鋰 天津市津科精細(xì)化工研究所；所用試劑 均為分析純，購(gòu)于北京化工廠；實(shí)驗(yàn)用水 去離子水。

CHI650C電化學(xué)工作站 上海辰華儀器公司；電化學(xué)實(shí)驗(yàn)用三電極體系 裸電極（Pt電極）或自制的化學(xué)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(duì)電極。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 待測(cè)油樣的制備 本實(shí)驗(yàn)所用植物油樣品無(wú)需任何預(yù)處理程序，根據(jù)其酸價(jià)來(lái)估計(jì)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(biāo)準(zhǔn)液的制備及其濃度的稀釋 吸取1mL油酸標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(huán)伏安法和線性掃描技術(shù)掃描至峰電流穩(wěn)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(shù)測(cè)定油酸標(biāo)準(zhǔn)液的還原峰電流。每個(gè)濃度平行測(cè)定3次，以油酸的不同濃度為橫坐標(biāo)，還原峰電流為縱坐標(biāo)，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。實(shí)際玉米油樣品分析同標(biāo)準(zhǔn)油酸溶液一致，酸價(jià)測(cè)定數(shù)學(xué)模型如下：

式中：A—樣品油的還原峰電流；B—加標(biāo)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(cè)樣品油的質(zhì)量；18—換算系數(shù)[4-5]。1.2.5 不確定度來(lái)源分析 油樣質(zhì)量稱量、油樣和標(biāo)準(zhǔn)液體積定容、標(biāo)準(zhǔn)液濃度稀釋、平行測(cè)定、信噪比、標(biāo)準(zhǔn)曲線線性擬合和方法回收率引入的不確定度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子天平稱量引入的不確定度μ1

待測(cè)玉米油和化學(xué)試劑的稱量過(guò)程引入的不確定度由電子天平的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算得天平校準(zhǔn)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.01和0.27。因此稱量過(guò)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(cè)樣品油的定容、標(biāo)準(zhǔn)油酸工作液的定容及濃度稀釋過(guò)程中均會(huì)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(biāo)準(zhǔn)偏差為0.25/30.5=0.144，1mL單標(biāo)線吸管容量允許誤差為±0.007mL，按均勻分布換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.007/30.5=0.00404，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.00576和0.00404。油酸標(biāo)準(zhǔn)工作液定容過(guò)程亦產(chǎn)生不確定度。本實(shí)驗(yàn)在室溫下測(cè)定，溫度變幅較小，且所用溶劑乙醇-1，2二氯乙烷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此溶劑體系膨脹帶來(lái)的不確定度忽略不計(jì)。所以標(biāo)準(zhǔn)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(jù)JJG196-1990《常用玻璃量器檢定規(guī)程》，25mL A級(jí)單線容量瓶的容量允差為±0.03mL，按均勻分布，標(biāo)準(zhǔn)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(duì)不確定度U= [（0.01732+0.072172）0.5]/25=0.003。A級(jí)100mL量筒的容量允許差±0.50mL，按均勻分布換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.50/30.5=0.289，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0289；A級(jí)250mL單線容量瓶的容量允許誤差±0.15mL，按均勻分布換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.15/30.5=0.087，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0003；容量瓶定容體積讀數(shù)時(shí)也會(huì)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(jì)為（0.005×250）/30.5=0.7217（均勻分布），則相對(duì)不確定度為0.0028。A級(jí)500mL容量瓶的容量允許差±0.25mL，按均勻分布換算成標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.25/30.5=0.144，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0002；定容引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)法測(cè)定植物油酸價(jià)的準(zhǔn)確度，電化學(xué)工作站自身電子電路噪聲是產(chǎn)生背景噪聲的原因之一。噪聲的主要考核指標(biāo)是信噪比（SNR），它一般被定義為信號(hào)能量與噪聲能量的比值。本實(shí)驗(yàn)中以修飾電極在不含樣品油的電解液中產(chǎn)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(xué)行為，所得峰電流結(jié)果如下：38.29、38.06、37.81、36.52、42.92、38.75、37.16、38.80、36.12、37.24μA。經(jīng)計(jì)算：平均值Im=38.17μA，標(biāo)準(zhǔn)偏差S=1.893，不確定度μm=S/ 100.5=0.599，相對(duì)不確定度μ3=μm/Im=0.0157。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)工作液重復(fù)測(cè)定產(chǎn)生的不確定度μ4

為驗(yàn)證化學(xué)修飾電極的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，檢測(cè)油酸標(biāo)準(zhǔn)工作液和樣品油時(shí)，同時(shí)制備7支相同電極檢測(cè)同一濃度的待測(cè)液。分析重復(fù)測(cè)定引入的不確定度，本實(shí)驗(yàn)對(duì)同一濃度的油酸標(biāo)準(zhǔn)工作液平行測(cè)定7次，結(jié)果如表1。

表1 同一濃度標(biāo)準(zhǔn)工作液重復(fù)測(cè)定的響應(yīng)峰電流Table 1 Response peak electric current determined by standard curve of the same concentration

重復(fù)測(cè)定產(chǎn)生的不確定度為S/n0.5=0.4319/70.5= 0.1632。

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為μ4=0.1712/37.64=0.0043。

2.5 樣品平行測(cè)定產(chǎn)生的不確定度μ5

按照測(cè)試過(guò)程檢測(cè)同一種樣品油中的油酸濃度，待測(cè)樣品平行制備8份，相對(duì)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)差S（I）=0.7205，則樣品平行測(cè)定導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲線線性擬合產(chǎn)生的不確定度μ6

電極法檢測(cè)植物油酸價(jià)模型構(gòu)建過(guò)程中，游離脂肪酸濃度（以油酸標(biāo)記）與還原峰電流的線性關(guān)系為：y=0.0978x+9.0394，R2=0.9966，其中y表示響應(yīng)電流值，x表示為油酸濃度。為評(píng)定線性擬合引起的不確定度，選用以下7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)液濃度，每個(gè)濃度做3個(gè)平行，三個(gè)平行的平均實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 油酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度平均值與相應(yīng)峰電流值Table 2 The average value of concentration and response peak electric current of oleic acid standard solution

對(duì)同一濃度的樣品液測(cè)定8次，將所得的響應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)液濃度的平行測(cè)定次數(shù)）；n=7（實(shí)驗(yàn)處理次數(shù)的平均數(shù)），b=9.0394。

經(jīng)計(jì)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(chǎn)生的不確定度μ7

按1.2.4方法所示，檢測(cè)4種植物油的酸價(jià)。向待測(cè)植物油中添加濃度為320mmol/L的油酸標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行添加回收率實(shí)驗(yàn)，每個(gè)添加濃度重復(fù)3次，結(jié)果如表3所示。

表3 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)Table 3 Recoveries of the measured results

經(jīng)計(jì)算，四種植物油的平均回收率R=102%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為S=4.19%，標(biāo)準(zhǔn)不確定度=S/40.5=0.021。

相對(duì)不確定度μ7=0.021/102%=0.0206。

2.8 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

綜合以上分析可知，本實(shí)驗(yàn)的不確定度來(lái)源如表4所示，則整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度U為各個(gè)不確定度的合成，即U=[μ12+μ22+μ32+μ42+μ52+ μ62+μ72]0.5=0.131。擴(kuò)展不確定度：在沒(méi)有特殊要求的情況下，按國(guó)際慣例，測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度包含因子K取2，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度[8]為：

μr=KU=2×0.131=0.262=26.2%

表4 分析過(guò)程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表Table 4 The relative standard uncertainty during analysis procedure

3 討論

由以上各個(gè)不確定度分量可知，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性擬合產(chǎn)生的不確定度對(duì)本實(shí)驗(yàn)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合對(duì)電化學(xué)法測(cè)定植物油酸價(jià)具有重要意義。可以通過(guò)增加平行測(cè)定次數(shù)，增大所測(cè)標(biāo)準(zhǔn)液濃度降低μ6。文剛[9]對(duì)傳統(tǒng)滴定法檢測(cè)食用植物油酸價(jià)引起的不確定度評(píng)定表明：重復(fù)性引起的不確定度是酸堿滴定法的最大不確定度來(lái)源，滴定消耗的堿液體積過(guò)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(cè)試樣油質(zhì)量。電化學(xué)法檢測(cè)植物油酸價(jià)的優(yōu)點(diǎn)之一就是所耗費(fèi)待測(cè)樣品油質(zhì)量小并且檢測(cè)速度快。電化學(xué)法測(cè)定植物油酸價(jià)的不確定度可通過(guò)減少稱量、定容、移液引起的誤差而減少。

4 結(jié)論

本例試樣酸價(jià)測(cè)定平均值A(chǔ)V=0.52（mg KOH/g油樣），則結(jié)果的不確定度Uj=0.52×0.131=0.068mg/g，擴(kuò)展不確定度為Uk=0.068×2=0.14mg/g。故被檢樣品油玉米油酸價(jià)的測(cè)定分析結(jié)果報(bào)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(lián)系人

張春娥（1987-），女，碩士，研究方向：食品安全檢測(cè)。

公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（200910034）；國(guó)家自然基金（20876165）。