Nafion-石墨烯修飾電極測(cè)定香蘭素的不確定度評(píng)定

彭吉

（大同市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試所，山西大同037006）

Nafion-石墨烯修飾電極測(cè)定香蘭素的不確定度評(píng)定

彭吉

（大同市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試所，山西大同037006）

不確定度是表征合理賦予被測(cè)量值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。我們根據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的規(guī)定,通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型,對(duì)Nafion-石墨烯修飾電極差分脈沖溶出伏安法測(cè)定巧克力中乙基香蘭素含量的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，當(dāng)乙基香蘭素的含量為150.66mg/kg時(shí)，擴(kuò)展不確定度為4.374 0mg/kg（k=2），所檢測(cè)樣品的測(cè)定分析結(jié)果報(bào)告為150.66±4.37mg/kg。

差分脈沖溶出伏安法；乙基香蘭素；不確定度評(píng)定

乙基香蘭素化學(xué)名是3-乙氧基-4-羥基苯甲醛，是一種人工合成的香料。由于它具有留香持久的優(yōu)點(diǎn)，可用作食用香精，廣泛用于巧克力、軟飲料、調(diào)味品、奶粉、糖果、酒類飲料、烘焙食品及糖果中。但人體大量攝入含有乙基香蘭素的食品會(huì)感到惡心、嘔吐、頭暈等，甚至還會(huì)影響肝臟、腎臟的功能[1]。因此準(zhǔn)確測(cè)定食品中的乙基香蘭素具有重要的意義。

但是一切測(cè)定結(jié)論都具有不確定度。不確定度是對(duì)測(cè)定結(jié)果可能誤差的度量[2]。對(duì)食品的分析法利用不確定度對(duì)測(cè)定值進(jìn)行監(jiān)控，以保障食品安全已經(jīng)成為不確定評(píng)定的主要功能。筆者按照J(rèn)JF1059.1-2012的規(guī)定，對(duì)Nafion-石墨烯修飾電極溶出伏安法測(cè)定巧克力中乙基香蘭素含量不確定度的來(lái)源進(jìn)行分析，建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)每個(gè)分量不確定度評(píng)估，給出了該方法測(cè)定本實(shí)驗(yàn)樣品的不確定度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電化學(xué)工作站（CHI660E，上海辰華儀器有限公司），pH計(jì)（pHSJ-4A上海精密科學(xué)儀器有限公司），電子天平（FA1104，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）。

pH=1.98 B-R緩沖溶液，99.50%乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)品，購(gòu)自梯希愛(ài)（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱量乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)品0.100 1 g于小燒杯中，再移取5.00mL無(wú)水乙醇溶液，使其溶解，加適量蒸餾水，攪拌均勻，定容至50mL棕色容量瓶中，搖勻，于25℃下避光保存待用。

1.2.2 樣品處理

將巧克力樣品粉碎，稱取30.0008g于三角瓶中，加入50mL無(wú)水乙醇，在攪拌器上攪拌2 h之后，進(jìn)行減壓抽濾，收集濾液定容到100mL的容量瓶中。

1.2.3 測(cè)定方法

移取乙基香蘭素樣品溶液5.00mL并且加入5.00mLpH1.98的B-R緩沖溶液，混合均勻，定容至50mL棕色容量瓶中，作為被測(cè)液備用。

移取被測(cè)液10.00mL于電解池中，以Nafion-石墨烯修飾電極為工作電極，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極，用差分脈沖溶出伏安法于0.83V處富集60s后，測(cè)定記錄相應(yīng)的電流數(shù)據(jù)。

1.2.4 Nafion-石墨烯修飾電極的制備

向5mL帶塞塑料管中加入0.50mL Nafion溶液，再加入0.75mL石墨烯，置于超聲清洗器中超聲混合30min。用微量移液管移取20μL復(fù)合物，并均勻滴加至活化的工作電極表面。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得Nafion與石墨烯2者的用量比為1∶1.5時(shí)峰形好、峰電流大。

2 數(shù)學(xué)模型

巧克力樣品中乙基香蘭素的含量計(jì)算按下列公式計(jì)算：

式中：ω為巧克力樣品中乙基香蘭素的含量,單位是mg/kg；Cx為巧克力溶液的質(zhì)量濃度，單位是μg/mL；Vx為被測(cè)巧克力溶液樣品的體積10mL；V100-容量瓶的體積100mL；m樣為巧克力樣品的質(zhì)量30.0008g；V5-移取巧克力樣品溶液的體積5mL；V50-容量瓶的體積50mL。

3 不確定度來(lái)源

經(jīng)分析乙基香蘭素含量測(cè)定結(jié)果的不確定度來(lái)源于以下幾方面：①標(biāo)準(zhǔn)曲線線性擬合產(chǎn)生的不確定度；②標(biāo)準(zhǔn)溶液配制產(chǎn)生的不確定度；③巧克力樣品溶液配制產(chǎn)生的不確定度；④修飾劑的厚度產(chǎn)生的不確定度；⑤巧克力樣品平行測(cè)定產(chǎn)生的不確定度。

4 不確定度評(píng)定

4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性擬合引入的不確定度μ1

配制13份不同濃度的乙基香蘭素溶液于100mL容量瓶中，濃度梯度為0.4μg/mL。通過(guò)測(cè)定結(jié)果得到：當(dāng)樣品濃度范圍在2.4～8.2μg/mL時(shí)，峰電流與濃度成正比例關(guān)系，即峰電流隨濃度的增大而增大，線性關(guān)系為：I=2.800 0 C+64.500 0，以3.8μg/mL乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)定15次，測(cè)定結(jié)果平均值為3.670 0±0.010 2μg/mL，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為μ1=u/3.670 0=0.002 8。

4.2 乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定μ2

4.2.1 稱取乙基香蘭素引入的不確定度μ乙m

乙基香蘭素的不確定度主要由乙基香蘭素的純度和在稱取過(guò)程中電子天平產(chǎn)生的不確定度造成。

供應(yīng)商給出乙基香蘭素的純度為99.50%±0.2%，按均勻分布考慮（），不確定度為：u=；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u1= 0.12%/99.50%=0.001 2

據(jù)查證電子天平的最大允許誤差為±0.1mg，按均勻分布估計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.1/=0.058mg。所以稱取0.100 0 g乙基香蘭素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2=0.058×10-3/0.100 0=0.058%。

所以稱量過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2.2 定容乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度μ乙V1

1）容量瓶的體積產(chǎn)生的不確定度：乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液定容至50mL容量瓶中，而50mL容量瓶（B級(jí)允許誤差：±0.05mL），按均勻分布（k=），故容量瓶的體積產(chǎn)生的不確定度為u1=0.05/

2）定容時(shí)的估讀誤差為±0.005mL（最后修飾數(shù)據(jù)的一半），按均勻分布計(jì)算，估讀引入的不確定度為

3）標(biāo)準(zhǔn)溶液定容時(shí)體積溫度變化產(chǎn)生的不確定度：實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)范圍為D=4℃，水的膨脹體積系數(shù)為0.000 21mL/℃[23]，則由此引入的不確定度為：

所以乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液定容過(guò)程產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2.3 移取乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度μ乙V2

1）移取1.00mL液體時(shí)，用1.00mL大肚移液管（A級(jí)允許誤差為±0.006mL），按均勻分布估計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2）移液管吸取時(shí)的估讀誤差±0.005mL，估讀引入的不確定度：

3）1.00mL大肚管和溶液的溫度與校正時(shí)的存在差異則由此引入的不確定度為：u3=

移取乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的不確定度為：

所以乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3 巧克力樣品溶液配制引入的不確定度μ3

4.3.1 稱量巧克力樣品引入的不確定度μ巧m

4.3.2 移取巧克力樣品溶液引入的不確定度μ巧V1

1）移取5.00mL液體時(shí)，用5.00mL大肚移液管（A級(jí)允許誤差為：±0.015mL），按均勻分布估計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2）移液管吸取時(shí)的估讀誤差，估計(jì)為0.005mL，估讀引入的不確定度為9mL

3）移液管和溶液的溫度與校正時(shí)的溫度不同，由此引入的不確定度為0.002 4mL

所以移取巧克力樣品溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3.3 巧克力樣品溶液定容時(shí)引入的不確定度μ巧V2

1）巧克力樣品溶液測(cè)樣前定容至50mL容量瓶中，而50mL容量瓶（B級(jí)允許差±0.05mL），按均勻分布，故容量瓶的體積引入的不確定度為u1=

2）定容時(shí)的估讀誤差為0.005mL，估讀引入的不確定度為

3）巧克力樣品溶液定容時(shí)，定容體積溫度變化引入的不確定為

所以巧克力溶液測(cè)樣前定容過(guò)程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

所以巧克力溶液配制過(guò)程中導(dǎo)致的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4 修飾劑厚度引入的不確定度μ4

實(shí)驗(yàn)室的背景噪聲會(huì)影響測(cè)定的結(jié)果，在本實(shí)驗(yàn)中溶液轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出的聲音是產(chǎn)生背景噪聲的主要原因之一。本實(shí)驗(yàn)中用修飾劑厚度不同的5個(gè)電極：制備5支VNafion/V石墨烯不同的電極，當(dāng)Nafion的體積和石墨烯的體積比例從1/1逐漸變?yōu)?/1時(shí)，曲線呈現(xiàn)先上升后下降形狀，當(dāng)比例為1/1.5時(shí)，曲線達(dá)到最高點(diǎn)，修飾電極在pH=1.98的B-R緩沖溶液中中產(chǎn)生的峰電流結(jié)果是78.917 8、78.580 5、78.810 9、79.406 8、78.485 3μA。計(jì)算所得平均值為Iˉ=78.840 3μA。

利用極差法：當(dāng)測(cè)定次數(shù)n=5查表[3]可知c= 2.33，R=0.921 5

標(biāo)準(zhǔn)偏差s=R/c=0.921 5/2.33=0.395 5μA

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.5 巧克力樣品平行測(cè)定產(chǎn)生的不確定度μ5

按照標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)試過(guò)程檢測(cè)巧克力樣品溶液中乙基香蘭素的濃度，每份待測(cè)樣品平行測(cè)定3次，則測(cè)定相應(yīng)的峰電流分別是77.596 5×10-6、76.779 7×10-6、77.127 4×10-6A，峰電流平均值為77.127 4×10-6。

按測(cè)定次數(shù)n=3，查表可知 c=1.69，R= 77.596 5－76.779 7=0.816 8

標(biāo)準(zhǔn)偏差s=R/c=0.816 8/1.69=0.483 3μA

不確定度為：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.6 合成相對(duì)不確定度U

見(jiàn)表1。

于是，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度U為各個(gè)不確定度分量的合成值，即：

4.7 擴(kuò)展不確定度及結(jié)果表示

按國(guó)際慣例取擴(kuò)展因子k=2，置信概率為95%，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度為:

5 結(jié)論

根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算：巧克力中乙基香蘭素含量的平均值為150.66mg/kg,則測(cè)定結(jié)果的不確定度u=150.66×0.001452mg/kg=2.1870mg/kg。擴(kuò)展不確定度uk=2.1870mg/kg×2=4.3740mg/kg，所測(cè)定樣品的分析結(jié)果報(bào)告為150.66±4.37mg/kg。

表1 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

綜上所述，從測(cè)量結(jié)果的不確定度可看出乙基香蘭素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和巧克力樣品溶液的測(cè)定引入的不確定度對(duì)結(jié)果影響最大。巧克力樣品平行測(cè)定對(duì)結(jié)果的影響次之，Nafion-石墨烯修飾劑厚度對(duì)結(jié)果的影響比較小。可見(jiàn)Nafion-石墨烯修飾電極差分脈沖溶出伏安法測(cè)定巧克力中乙基香蘭素含量不確定度的評(píng)定對(duì)提高檢測(cè)結(jié)果的可信度具有重要意義。

[1]呂昱,杜海軍,紀(jì)少凡,等.香蘭素在電活化玻碳電極上的電化學(xué)行為及其伏安法測(cè)定[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)2013,29(4):543-546．

[2]康焱,張爽,王佳.化學(xué)分析中測(cè)量結(jié)果的不確定度研究[J].硅谷,2010,30(10):365-370.

Uncertainty Evaluation of Content of Ethyl Vanillin Using Nafion-graphene Modified Electrode Stripping Voltammetry

PENG Ji
(Datong Quality Technical Supervision and Inspection Institute，Datong Shanxi,037006)

The uncertainty is a quantitative characterization of measurement results，This paper builds a mathematical model of Nafion-graphene modified electrode by differential pulse stripping determination of ethyl vanillin content in chocolate uncertainty was evaluated by voltammetric method according to the regulations of JJF1059.1-2012.Main sources of determination uncertainty was measured,such as standard curve fitting,the configuration of the standard solution and sample solution,and the thickness of modifier,the parallel determination,methods of sample recovery etc.Each component of uncertainty was evaluated and calculated.Expanded uncertainty was 4.37mg/kg(k=2）with chocolate content of 150.66mg/kg.The result of the content is(150.66±4.37)mg/kg.

differential pulse stripping voltammetry;ethyl vanillin;uncertainty evaluaton

TQ655

A

〔責(zé)任編輯 楊德兵〕

1674-0874(2017)04-0035-04

2017-05-22

彭吉（1964-），男，山西大同人，高級(jí)工程師，研究方向：質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)測(cè)試。

更正：本刊2017年第3期第67～69頁(yè)刊發(fā)的《火電機(jī)組一次調(diào)頻的優(yōu)化》一文，第一作者李國(guó)慶的單位更改為“國(guó)電電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司，山西大同037043”，特此說(shuō)明。