氣相色譜法測定白酒中正丙醇的不確定度評定

全國芬

（貴州茅臺酒股份有限公司質量部，貴州仁懷56450）

中國白酒是以糧谷為原料，以大曲、小曲或麩曲以及酒母等為糖化發酵劑，經蒸煮、糖化、發酵、蒸餾而制成的蒸餾酒[1]。白酒中的微量成分，是決定白酒香氣、口感、風格和質量的關鍵，這些風味物質也是構成白酒典型特征的物質基礎[2]，其中高級醇是傳統白酒的芳香組分之一，是含3個碳以上的一元醇類物質的總稱，包括異丁醇、正丙醇、異戊醇等，適量的高級醇使酒體醇甜，呈味突出[3]，能夠襯托酒體酯類香氣，但含量過高又會引起酒體辛辣，使人上頭易醉[4]。正丙醇作為高級醇的重要組成部分，其含量已成為我國酒精類食品檢測的一項重要指標[5-6]。

檢驗工作需要復雜的測量程序，實驗過程中會受到諸多不確定因素的影響，使得檢測結果與真實值之間出現一定的誤差[7]。測量不確定度評定是實驗室認可和質量控制的重要內容之一，測量不確定度是根據所用到的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負參數[8]。測量不確定度反映測量結果的可信性，為測定結果的判定提供參考依據[9]。根據CNAS-CL01-G003：2019《測量不確定度的要求》[10]：實驗室應評定和應用測量不確定度，并建立維護測量不確定度有效性的機制；實驗室應有具備能力的人員，正確評定、報告和應用測量不確定度。

根據GB 5009.266—2016《食品安全國家標準食品中甲醇的測定》和GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[11-12]，并結合對實際操作條件的分析，采用氣相色譜外標法測定白酒中正丙醇的含量，由于正丙醇的測量不確定度來源發生了變化，為確保測試結果的準確性和可靠性，需對新方法檢測過程中各因素進行分析，通過評估各項不確定度分量大小，有針對性的控制各影響因素，從而提高測量結果的準確性[13-15]，以期找到影響測量結果可靠性的主要因素，從而對實驗過程進行有效監控，保證檢測數據的準確性和可靠性。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：醬香型白酒樣品。

試劑：乙醇(色譜純)，純度≥99.9%；正丙醇(有證標準物質)，純度≥99.8%，叔戊醇，純度≥99.8%，超純水：由Milli-Q academic超純水系統制備。

儀器設備：7890A氣相色譜儀，配氫火焰離子化檢測器(FID)，美國安捷倫公司；XP205電子天平，梅特勒-托利多公司；Milli-Q Academic超純水系統，密理博中國有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液的配制

乙醇溶液(40%體積分數)：量取40 mL乙醇，用水定容至100 mL，混勻。正丙醇標準儲備液(62500 mg/L)：準確稱取3 g(精確至 0.001 g)正丙醇至50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容至刻度，混勻，0～4℃低溫冰箱密封保存。叔戊醇內標溶液(1200 mg/L)：準確稱取0.6 g(精確至0.001 g)叔戊醇至50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容，混勻，0～4℃低溫冰箱密封保存。分別吸取0.2 mL、0.4 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL正丙醇標準儲備液于5個50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容至刻度，依次配制成正丙醇含量為250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L、4000 mg/L的系列標準溶液，現配現用。

1.2.2 樣品處理

按照GB 5009.266—2016《食品安全國家標準食品中甲醇的測定》中方法，取5 mL酒樣于試管中，加入0.10 mL內標叔戊醇溶液，將制備的試樣溶液注入氣相色譜儀中檢測。直接進氣相色譜，保留時間定性，記錄正丙醇和叔戊醇色譜峰面積比值，根據標準曲線計算酒樣中正丙醇濃度。

1.2.3 色譜條件

色譜柱：毛細管柱DB-WAXUI，30 m×0.25 mm×0.25 μm；色譜柱溫度：初溫40 ℃，保持6 min，以5℃/min升到100℃，以10℃/min升到200℃，保持10 min；檢測器溫度：230℃；進樣口溫度：230 ℃；載氣流量：1.0 mL/min；進樣量：1.0 μL；分流比：30∶1。

1.2.4 數學模型

將制備的試樣溶液注入氣相色譜儀中，以保留時間定性，同時記錄正丙醇和叔戊醇色譜峰面積的比值，根據標準曲線得到待測液中正丙醇的濃度。樣品中正丙醇的計算公式如下：

式中：X—樣品中正丙醇的含量，mg/L；

ci—從標準曲線得到待測液中正丙醇的含量，mg/L。

上述計算公式是根據正丙醇的測量原理給出，沒有考慮檢測過程中各種隨機因素對不確定度的影響。因此，引入反映隨機影響的重復性系數frep。樣品不需稀釋處理，在此評定不確定度的數學模型可寫為：

標準工作曲線由最小二乘法進行線性擬合而成，外標法定量，并根據標準工作曲線以峰面積計算得到待測組分的含量。

1.2.5 不確定度來源分析

對正丙醇的測量過程描述可識別出測量不確定度的主要來源：①標準儲備液配制引入；②標準使用液配制引入；③工作曲線擬合；④樣品測試過程引入；⑤儀器自身影響。不確定度來源見因果圖1。

圖1 不確定度因果關系

2 各分量標準不確定度的計算

2.1 標準儲備液配制引入的相對標準不確定度

正丙醇標準溶液配制：稱取3.1250 g正丙醇標準物質于50 mL容量瓶中，用40%乙醇溶液定容，配制成62500 mg/L正丙醇儲備液。

2.1.1 正丙醇標準物質純度引起的測量不確定度

2.1.2 標準物質稱量時引入的不確定度

稱取3.1250 g標準物質引入的相對標準不確定度合成不確定度：

2.1.3 標準儲備液體積引入的不確定度

配制50 mL標準品溶液體積引入的不確定度由容量瓶校準引入的不確定度和溫度引入的不確定度兩部分構成。

a.容量瓶校準引入的不確定度根據JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規程》[16]，50 mL容量瓶（A）級容量允差為±0.05mL，按均勻分布，容量瓶校準引入相對不確定度為：

b.容量瓶已在20℃校準，當實驗室溫度在20℃±5℃時，與校正時該容量瓶溫度不同引起的標準不確定度，溫度引起的液體膨脹體積明顯大于容量瓶的體積膨脹，故只考慮液體膨脹。水的膨脹系數為2.1×10-4/℃，按均勻分布k取3，得到溫度引起的相對標準不確定度：

標準儲備液體積引入的相對標準不確定度：

標準儲備液配制引入的相對標準不確定度：

2.2 標準使用液配制引入的相對標準不確定度

配制標準使用溶液引入的不確定度主要包括移液管校準引入、容量瓶校準引入以及溫度，與2.1.3計算同理，溫度引入的相對不確定度為urel(Vt1)=0.00061，移液管校準引入的不確定度和容量瓶校準引入的不確定度如表1所示。配制正丙醇5個系列標準工作溶液用的5個50 mLA級單標線容量瓶和0.2 mL、0.5 mL、1 mL、2 mL、5 mLA級分度吸量管各1次，配制正丙醇標準工作溶液引入的測量不確定度：

表1 移液管和容量瓶校準引入的不確定度

2.3 工作曲線擬合的相對標準不確定度

通過對標準工作溶液進行測定，得到標準曲線擬合的不確定度，正丙醇含量為250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L、4000 mg/L的系列標準溶液分別進樣，每一個濃度點重復測定6次，以正丙醇濃度為橫坐標，正丙醇峰面積和內標峰面積的比值為縱坐標，具體見表2，可知標準曲線方程為y=0.0018x+0.0505，R2=0.9986。對樣品進行10次重復實驗，c為酒樣中利用校準曲線得到的正丙醇濃度平均值946.1 mg/L。

表2 正丙醇外標法標準曲線的數據

則由標準曲線線形回歸引起的標準不確定度u(p)按下述公式計算：

式中s為工作曲線的標準偏差：

式中：ρi為建立標曲的標準系列溶液中正丙醇的濃度；Ai為正丙醇標準系列濃度對應的峰面積比值；a為校準曲線的截距，a=0.0505；b為校準曲線斜率，b=0.0018；p為樣品平行測量次數10；N為標準溶液測量總次數30；c為酒樣中利用校準曲線得到的正丙醇濃度平均值，c=946.1 mg/L，為標準系列溶液中正丙醇平均濃度；為正丙醇標準系列溶液濃度的差方和，則工作曲線的標準偏差s=0.095。

2.4 樣品測試過程引入的不確定度

對樣品均勻性的考慮可包含在重復性實驗內，樣品測試過程中引入的不確定度主要考慮樣品吸取、重復性實驗。

2.4.1 樣品重復性實驗引入的相對標準不確定度樣品重復性實驗引入的不確定度，受操作人員的熟練程度和儀器本身性能等因素的影響，該不確定屬A類評定，重復性不確定度包含其他不確定度分量的重復性不確定度，故其他分量不再評定。對樣品進行10次重復實驗，測試結果如表3所示，按A類評定進行計算。

表3 正丙醇含量10次平行測量結果

由貝塞爾公式單個測得值xk的實驗標準偏差為：

樣品重復性引入的相對標準不確定度為：

2.4.2 吸取樣品引入的相對不確定度

吸取樣品引入的不確定度主要包括5 mL單標線吸量管（A級）和0.1 mL微量移液器，不確定度的來源包括容量允差和溫度影響，與2.1.3計算同理，溫度引入的相對不確定度為urel(Vt1)=0.00061，urel(V5)=0.00173，urel(V0.1)=0.00173，具體見表1，吸取樣品引入的相對不確定度：

樣品測試過程中引入的不確定度：

2.5 儀器自身影響引入的不確定度評定

由檢定證書可知，安捷倫氣相色譜儀的定量重復性u=1.5%，則相對標準不確定度urel(B)=1.5%/=0.0061。

3 合成標準不確定度

酒樣中正丙醇測定過程中相對標準不確定度來源及分量見表4。

表4 相對標準不確定度分量一覽表

各不確定分量相互獨立，因此相對合成標準不確定度為：

擴展不確定度報告：取95%包含概率，包含因子k=2，則相對擴展不確定度Urel=k×urel(c)=2×0.027=0.054。酒樣正丙醇濃度平均值946.1 mg/L，擴展不確定度U=946.1×0.054=51.1 mg/L。

本方法測得的樣品中正丙醇結果為：X=（946.1±51.1）mg/L；k=2。

4 結論

對外標法測定白酒中正丙醇濃度的不確定度各分量的量化，可知不確定度主要來源于標準曲線的擬合和標準溶液的配制。在檢測過程中，首先實驗人員應規范標準溶液配制過程，盡量做到每個標準溶液點多次平行進樣，可在較大程度上減少標準曲線擬合引入的不確定度。其次，在配制標準溶液前，操作人員應確保使用量器進行了定期檢定，比如天平和移液管的檢定等，嚴格按照操作指導書進行操作，減少誤差。再次，定期有效開展質控活動，通過質控圖、儀器比對、能力驗證等方式確保檢測的精密度和準確性，以減少不確定因素的影響。