白砂糖蔗糖分檢測的不確定度評定

曾史俊，高裕鋒*，鐘宏星，余構彬，郭劍雄，李海喬

(1廣州甘蔗糖業研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州510316；2國家糖業質量監督檢驗中心，廣東廣州510316)

白砂糖蔗糖分檢測的不確定度評定

曾史俊1,2，高裕鋒1,2*，鐘宏星1,2，余構彬1,2，郭劍雄1,2，李海喬1,2

(1廣州甘蔗糖業研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州510316；2國家糖業質量監督檢驗中心，廣東廣州510316)

分析旋光法測定白砂糖中蔗糖分的不確定度來源，對不確定度的各個分量進行評估和合成。結果表明，影響蔗糖分測定不確定度的主要原因是定容體積和旋光儀精度引入的不確定度分量。當白砂糖中蔗糖分的測定值為99.71％時，擴展不確定度為0.02％，測定結果表示為99.71％±0.02％，k=2，P=95％。關鍵詞：白砂糖；蔗糖分；旋光法；不確定度

0　前言

蔗糖分是衡量白砂糖品質的重要指標之一，尤其是白砂糖質量分級的重要指標，因此蔗糖分測量值的準確性顯得尤為重要[1]。由于白砂糖的純度較高，蔗糖分含量達到99.5％以上，且每相差0.1％就會有一個質量級別的差異，因此，對蔗糖分檢驗過程的誤差控制要求較高。為了檢查分析結果質量、度量分析結果可信性，對白砂糖蔗糖分進行不確定度評定十分必要[2-3]。通過不確定度評定，可以有效地分析檢驗過程各種影響結果準確性的因素，提出避免引入測量誤差或不確定性的方法，指導實驗室質量管理。

本文根據國家標準GB 317-2006《白砂糖》的規定，利用旋光法對白砂糖樣品的蔗糖分進行檢測。根據國家計量技術規范 JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》的要求對測量結果的不確定度進行評定[4-5]，通過建立數學模型對各個不確定度分量進行計算，找出影響蔗糖分檢測準確性的主要因素。

1　材料與方法

1.1儀器與設備

旋光儀(精度0.015 oZ，德國Polatronic公司)；旋光觀測管(長度200 mm)；電子天平(精度0.0001 g，日本AND公司)；容量瓶(100 mL，A級)。

1.2測定方法

稱取樣品26.0000 g于干凈的小燒杯中，加蒸餾水40～50 mL，攪拌使其完全溶解。移入100 mL的容量瓶中，用少量蒸餾水沖洗燒杯及玻璃棒，不少于3次，搖勻瓶內溶液，加蒸餾水至容量瓶標線附近。至少放置10 min達到室溫，然后加蒸餾水至容量瓶標線下約1 mm處，有氣泡時，可用乙醚或乙醇消除。加蒸餾水至標線，充分搖勻。如發現溶液混濁，用濾紙過濾，漏斗上需加蓋表面皿，將最初10 mL濾液棄去，收集后面的濾液50～60 mL。用待測溶液將旋光觀測管至少沖洗2次，裝滿旋光觀測管，注意旋光觀測管內不能夾帶氣泡。將旋光觀測管置于旋光儀中，測定5次，測定旋光讀數后，立即測定旋光觀測管內溶液的溫度，精確至0.1℃。

2　建立數學模型

蔗糖分數值主要由旋光儀讀數與標準值進行比較得出，計算公式見式(1)。

式中：X—蔗糖分(％)；αi—樣品溶液的旋光值讀數(o)；n—重復實驗次數；34.626—在黃色納光波長下，相當于100 oZ的旋光度；Pi—樣品溶液的糖度值(oZ)。

由于稱樣量、定容體積、旋光儀精度、旋光管長度和溫度對結果都有一定的影響，為了考慮附加影響量，公式中需加入各自對結果的修正因子f，公式擴大為式(2)。

3　測量白砂糖蔗糖分的不確定度來源分析

測量不確定度是與測量結果相關聯的參數，它合理地賦予被測值的分散性。該分散性主要涉及 A類不確定度、B類不確定度和合成標準不確定度[2]。

根據數學模型和測量過程，白砂糖蔗糖分的不確定度來源包括(如圖 1所示)：①稱樣過程引入的不確定度 urel(m)，來源于電子天平的精度；②定容過程引入的不確定度 urel(V)，包括定容容器的體積誤差、讀數誤差、環境溫度的影響；③重復測量引入的不確定度 urel(ci)；④旋光儀精度的不確定度urel(p)；⑤旋光管長度的不確定度 urel(l)；⑥環境溫度對旋光檢測值影響產生的不確定度urel(t)。

圖1　白砂糖蔗糖分的不確定度來源

4　不確定度分量評定

4.1稱樣的不確定度urel(m)

樣品質量m引入的不確定度主要來自稱量時使用的天平自身存在的系統誤差，屬于B類不確定度。由檢定證書得知最大允許誤差為±0.0002 g，按均勻分布考慮，則有標準不確定度為樣品質量平均值為26.0002 g，因此其相對標準不確定度為：urel(m)=1.15×10-4/26.0002=4.42×10-6·········(3)

4.2樣品定容引入的不確定度urel(V)

體積V引入的不確定度主要來源于定容使用的100 mL容量瓶。該不確定度分量主要包括3個部分：①容量瓶體積：使用A級容量瓶，由檢定證書得知實驗使用的容量瓶精度為(100±0.007) mL，按均勻分布計算，其標準不確定度為mL。②校準溫度與實驗室溫度不同產生的不確定度：儀器的校準溫度為20℃，而當時實驗室的溫度為20.5℃，在95％置信概率下，按正態分布計算，體積變化的不確定度為 2.1×10-4×0.5×100/2= 5.25×10-3mL。③定容時的估讀誤差±0.005 mL，引起的不確定度為

合成以上3項標準不確定度如式(4)所示。

因此，計算其相對標準不確定度為：4.3 重復測量引入的不確定度urel(ci)對同一白砂糖樣品重復測定8次，結果見表l。

表1　樣品蔗糖分測定結果

由貝塞爾公式求得單次測量標準差s(ci)為：

由測量重復性導致的標準不確定度u(c)為：

因此，重復測定的相對標準不確定度為：

4.4 旋光儀精度的不確定度urel(P)

儀器檢定證書給出儀器的精度為±0.015 oZ，樣品的蔗糖分平均值為99.71％，假設為均勻分布，其相對標準不確定度為：

4.5旋光管長度的不確定度urel(l)

由儀器檢定證書得，此旋光測定管(200 mm)的校準誤差為0.008 mm，假設為均勻分布，換算成相對標準不確定度為：

4.6環境溫度對旋光檢測值影響的不確定度urel(t)

檢測標準中測定溫度允許±0.2℃偏差，假設為均勻分布，其標準不確定度為 ℃，并且溫度變化系數為0.00019[1]，因此，溫度對結果影響所造成的不確定度為：

4.7計算合成相對標準不確定度

各個不確定度分量計算值如表2所示，旋光儀精度和樣品定容引入的不確定度是主要來源。

合成相對標準不確定度如式(12)所示。

表2　白砂糖蔗糖分測定相對不確定分量評定結果

4.8 擴展不確定度

白砂糖中蔗糖分平均值為：99.71％，其合成標準不確定度為u=0.000119×99.71×100％=0.012％，在 95％置信水平下，包含因子取 k=2，擴展不確定度為：U=ku=0.02％，實際白砂糖樣品的測定結果可表示為：99.71％±0.02％。

5　結論

采用旋光法測定白砂糖蔗糖分的過程中，影響蔗糖分測定的不確定度主要來源是旋光儀精度和樣品定容過程引入的不確定度分量。在現有的實驗室條件下，測定結果的標準不確定度為0.012％，在95％置信水平下，包含因子取 k=2，擴展不確定度為0.02％，白砂糖樣品中的蔗糖分測定結果可表示為99.71％±0.02％，滿足蔗糖分檢測的標準要求。

[1] 中國輕工業聯合會.白砂糖：GB 317-2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2] 國家質量技術監督局計量司.測量不確定度的評定與表示指南[M].北京：中國計量出版社，2000.

[3] 高裕鋒，甄振鵬，郭劍雄，等.高效液相色譜串聯質譜法測定甘蔗中速滅威結果不確定度評定[J].甘蔗糖業，2013(4)：59-62.

[4] 國家質量技術監督局.測量不確定度評定與表示：JJF1059-1999 [M].北京：中國計量出版社，1999.

[5] 中國實驗室國家認可委員會.化學分析中不確定度的評估指南[M].北京：中國計量出版社，2002.

（本篇責任編校：李金玉）

Uncertainty Evaluation Determination of Sucrose in White Granulated Sugar

ZENG Shi-jun1,2, GAO Yu-feng1,2, ZHONG Hong-xing1,2, YU Gou-bin1,2, GUO Jian-xiong1,2, LI Hai-qiao1,2
(1Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316;2China Sugar Inspection Center, Guangzhou 510316)

The uncertainty determination of sucrose in white granulated sugar by polarimetry was evaluated.The results showed that main uncertainty components arose from constant volume process and precision of polarimeter.When the sucrose value was 99.71％, the expanded uncertainty value was 0.02％, results could be expressed as 99.71％±0.02％, k=2, P=95％.

Sugar; Sucrose; Polarimetry; Uncertainty

TS247

A

1005-9695(2016)03-0055-04

2016-06-13；

2016-06-20

廣東省科技計劃項目(2013B040400003、2013B061800023、2013B061800007、2014B040404054、2016A040403066)作者簡介：曾史俊(1984-)，男，助理工程師，主要從事食品檢測；Email：316058022@qq.com

高裕鋒(1983-)，男，博士，高級工程師，主要從事食品檢測、標準化研究；Email：gyuf2001@163.com

曾史俊，高裕鋒，鐘宏星，等.白砂糖蔗糖分檢測的不確定度評定[J].甘蔗糖業，2016(3)：55-58.