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．湖南省食品和工業產品生產許可審查中心，湖南 長沙 410111；2．湖南農業大學食品科技學院，湖南 長沙 410128；3．湖南大學化學生物傳感與計量學國家重點實驗室，湖南 長沙 410128）

在化學測試工作中，由于種種原因，分析結果往往帶有誤差，而不能得到真值。為評價測定結果的質量，需要進行不確定度的評定。不確定度愈小，結果與真值愈近，數據愈準確。文章根據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行了評定［2］，從而保證分析結果的準確性。

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 標準品

甲醇標準：色譜純，濃度為99%，不確定度為1%，國家標準物質中心。

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 數學模型

式中：

X′—— 樣品中甲醇的含量，mg／100mL；

X—— 根據標準曲線測得樣品中甲醇的濃度，mg／L。

3 不確定度來源

從測量過程和數學模型來看，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：標準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）以及儀器數據處理系統引入的不確定度（包括有儀器測定峰面積的不確定度，最小二乘法擬合校準曲線的不確定度和樣品GC 測定重復性不確定度）等。

4 標準不確定度的評定

4．1 標準溶液配制過程引入的不確定度

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

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

（2）標準物質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，按正態分布考慮，則包含因子k ＝3（其置信水平p＝99%），標準不確定度：

稱標樣量為0．500 00 g，則其相對標準不確定度：

（3）標準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程JJG 196－2006 的要求［4］，均有相應的最大容量允差，歐洲分析化學中心（EURACHEM）認為其服從三角分布，則區間半寬度為0．1mL，包含因子k ＝槡6。由此引起的標準不確定度：

其相對標準不確定度：

故，標準儲備液配制過程引入的不確定度：

4．1．2 用標準儲備液稀釋成標準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 的標準工作液，此過程引入的不確定度如下：

（1）10mL 容量瓶的標準不確定度來源：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 準 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 ℃，玻璃膨脹系數為2．5×10－5℃－1，水體積膨脹系數為2．1×10–4℃－1，由容量瓶校準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 準 偏 差 為；③容量瓶刻度的變動性，通過重復測定進行統計，重復10次其標準偏差為0．012mL。

以上3項合成得出：

（2）1mL 分度移液管（A 級）的標準不確定度來源：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），換算成標準偏差為②溫度變化的不確定度，實驗室的溫度波動范圍一般為±3 ℃，玻璃膨脹系數為2．5×10–5℃－1，水體積膨脹系數為2．1×10－4℃－1，由容量瓶校準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），換算成標準偏差為△V／K ＝0．005 55／槡3 ＝0．003 2mL；③容量瓶刻度的變動性，通過重復測定進行統計，重復10 次其標準偏差為0．010mL。

以上3項合成得出：

由此合成用甲醇標準儲備液稀釋為標準工作液時的相對標準不確定度：

因此，標準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程JJG 196－2006 的要求，100mL容量瓶的標準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 儀器數據處理系統引入的不確定度

4．3．1 儀器測定峰面積的不確定度評定［6］依據儀器及積分儀的一般性能指標分析，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；對于數學模型中峰面積比Ax／A0來說，其相對標準不確定度：

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

用氣相色譜儀分別測定4種不同濃度甲醇標準液5，10，25，50mg／100mL，每種濃度分別測3次，得到相應的峰面積A，測定結果見表1。

表1 最小二乘法擬合標準溶液濃度－峰面積結果Table1 Least squares fitting of standard solution concentration－Peak area results

試驗數據用最小二乘法進行擬合，得到直線方程：

式中：

a—— 截距；

b—— 斜率。

標準溶液平均濃度：s擬合曲線的標準偏差：

式中：

n—— 標準系列的點數，n ＝4；

m—— 每個標準點的測定次數，m ＝3。

用該曲線對被測酒樣進行測量，測量次數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時所引起的標準不確定度：

因此相對不確定度：

4．3．3 酒樣中甲醇的含量重復性的標準不確定度（A 類評定）［3］對測定酒樣作6次重復測量，測量數據見表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 ）

測量重復性的不確定度屬A 類評定方法，其標準不確定度

因此，儀器數據處理系統引入的相對標準不確定度：

4．4 合成標準不確定度

由上述各相對標準不確定度合成酒樣中甲醇含量的相對標準不確定度：

4．5 擴展不確定度

因此，該酒樣中甲醇含量測定的相對擴展不確定度：

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

由試驗數據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，分析各測量標準不確定度對總測量不確定度的相對貢獻，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準曲線擬合和測量重復性。因此通過選擇合理的試驗方案及穩定性好的儀器，規范試驗操作并增加試驗次數，就可以減少不確定度，得到準確性較高的測量結果。

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

2 國家質量監督檢驗檢疫總局．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．測定果凍中環己基氨基磺酸鈉（甜蜜素）結果不確定度評定［J］．食品與機械，2008，24（2）：110～113．

4 國家質量監督檢驗檢疫總局．JJG196－2006 常用玻璃量器檢定規程［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藥殘留量的不確定度評定［J］．食品與機械，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量分數的不確定度評定［J］．中國乳品工業，2010，38（3）：58～60．

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