連續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

(四川省煙草質量監督檢測站，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[1，2]。因此，測定煙葉中淀粉含量對于監控煙葉化學成分、提高煙葉品質具有重要指導意義[3，4]。連續流動分析法能快速檢測煙草中淀粉含量，目前已在廣泛應用于煙草行業的產品質量檢測。

測量不確定度對測量結果可信性、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)要求檢測實驗室應評定每一項有數值表示的測量結果的測量不確定度。目前，關于煙草中水溶性糖、總植物堿、總氮、氯、鉀等常規化學成分的測量不確定度已有評定指南[7-11]，但關于連續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YC /T 216-2013《煙草及煙草制品 淀粉的測定 連續流動法》和JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，系統分析檢測過程中影響檢測結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(國家煙草質量監督檢驗中心提供)；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，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生顯色反應，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：煙草樣品的質量，g。

Ω：樣品的水分含量，%；

3 結果與討論

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量、樣品的水分、萃取、定容、樣品濃度測量和測量重復性等，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學模型

根據圖2中的因果關系，影響煙草中淀粉含量測量結果的不確定度分量包括樣品質量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)，測量重復性urel(rep)。由各分量合成的測量不確定度數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

質量測量引入的不確定度分量按下式計算：

3.3.4質量測量的相對不確定度分量

由于稱重為250 mg[12]，質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小于0. 1%。引用JJF 1059中的規定，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由標準物質質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 。

因為標準物質直鏈淀粉稱取質量[12]為m1=150mg，支鏈淀粉稱取質量為m2=600 mg，標準物質質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，進行重復性實驗3次，檢測結果可見表1。跟據最小二乘法，對標準溶液濃度xi(mg/mL)與儀器響應的峰高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性試驗結果

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 次重復性檢測，檢測結果如表2。

表2 樣品測量重復性結果(n=6)

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

因此，測量重復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

根據文獻[5，6]，選擇包含因子k=2,則測量結果的擴展不確定度為：

U(STA)=k×u(STA)=0.10%

4 結論

通過對連續流動法煙草中淀粉測量過程的分析研究，得到了淀粉的數學模型和因果關系圖。系統分析檢測過程中影響檢測結果分散性的主要因素，對連續流動法測定煙草中淀粉的測量不確定度進行評定，結果可得：連續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部質量控制，應定期對測量水分的烘箱、定量加液器、連續流動分析儀進行校準，以提高檢測結果的準確性和一致性。