燃油微生物污染測定的不確定度評定

(中國石油獨山子石化分公司質量檢驗中心，獨山子 833699)

近年來，由于燃油產品的更新換代，品種增多，各種添加劑的頻繁使用，不斷有燃油因為微生物的存在，導致燃油性質改變，從而可能造成堵塞輸油管路、過濾器、發動機等現象，給生產生活帶來嚴重的后果[1-3]。一般微生物優先利用C10～C18碳鏈的烴類作為生長所需的碳源，所以柴油和航空燃油更容易受到微生物的污染[4]。因此嚴格控制燃油中微生污染物的量，才能確保燃油性質的穩定性和安全性。

測量不確定度是評定測量水平的指標，是判定測量結果的依據。因此正確評定測量不確定度對客觀分析測量結果有重要意義。本文對燃油中微生物污染測定過程進行分析，給出了不確定度的評定過程。

1 試驗過程

1.1 試驗方法

根據JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》的規定，按照ASTM D7463-2008進行試驗研究。

1.2 方法概述

本方法是根據生物體所產生的光量與樣品中三磷酸腺苷(ATP)的濃度成比例的方法，來測定三磷酸腺苷的含量，測量結果以相對光單位給出。該測試方法是用來估計活微生物量，旨在評估抗菌殺蟲劑的功效、監控燃料儲存和分配系統中微生物的污染。方法用來測量樣品中ATP的濃度,它是所有活細胞的一個組分，它包括細菌和真菌。因此，ATP的出現是燃料系統中微生物污染的可靠指征。ATP與非生物起源物質無關。

1.3 儀器、材料與試劑[5]

微生物測試筆：使用環境溫度為5℃～35℃，存儲環境溫度為2～8℃，在室溫下存儲不得超過3周，否則測試筆中的酶試劑將會失效，嚴禁使用過期微生物測試筆，具體見圖1。

微生物測定儀：用以測定燃油和水中三磷酸腺苷總量，HY-LITE 2或同類型儀器。

圖1 燃料測試筆和無ATP測試筆

專用測試瓶：用以測定過程中樣品和專用試劑的混合。材料為高密度聚乙烯或等效材料，洗滌干凈后可以重復使用，容量為250mL、500mL、1000mL，裝樣時應留有10%空間便于樣品混合和震蕩。

微生物ATP測試套裝：由ATP測試筆和巴氏殺菌吸管組成。

1.4 取樣要求

取樣容器：使用耐油透明容器，要具有良好的密閉性，潔凈、無塵，使用時禁止接觸取樣容器內部。必要時進行消毒處理(使用75%乙醇沖洗并吹干)。

取樣量：如果采取樣品體積小于500mL，可直接加入干凈的樣品瓶；如果大于500mL，當檢測對象是油層時，將上層的500mL注入干凈的樣品瓶；當檢測對象是水層時，應棄去上層部分油層，直至剩余體積小于500mL后全部注入干凈的樣品瓶。

樣品要求：為防止微生物死亡和繁殖，樣品應在取回后盡快測定，最長不應超過24小時。樣品不能結冰和加熱。若已收集的樣品需在4小時后再進行測試，那么測試前應將其冰存或在0℃～5℃條件下冷藏。避免樣品結冰。測試前樣品應恢復至室溫。

2 分析步驟

按照1.1所述分析方法操作。

3 建立測量數學模型

(1)樣品水含量小于等于0.5%(v/v)時，按公式(1)計算每升樣品的RLU值。

(1)

式中：RLU——儀器顯示發光值

V——實際(燃料)樣品容積，毫升，

D——稀釋系數

b——試劑平均基礎讀數(如果試劑基礎讀數測不到，這個值設為20)。

(2)樣品中可見水含量大于0.5%(v/v)時，不需要修正測定結果，結果按照RLU報出，如果樣品被稀釋，則按照公式(2)計算。

RLU=(RLU實際-b)×D+b

(2)

(3)報告結果精確到個位。

4 不確定度來源確定和分析

RLU值表示的是燃油微生污染物受螢光素酶作用后的發光值，該值直接體現出燃油中微生污染物的數量，是一個樣品點的數據，一般要多測幾個求平均值，才能反映整體水平。

本試驗選取同一批次的樣品制備15 份均勻樣品,進行重復性測試,檢測步驟主要包括樣品量取、反應、靜置、震蕩及測定等。

不確定度來源因果圖如圖2 所示。由圖2可見,該試驗不確定度主要來源于樣品的均勻性、樣品的量取、靜置條件等,以及重復性檢測。

因本試驗規定了在相同條件下(包括在一定的靜置溫度、靜置時間、同一種測試筆等)反應、靜置，我們只對量取、靜置和反應及重復性檢測所引起的不確定度進行分析量化,故燃油中微生污染物的不確定度主要來源于以下幾個分量:

(1)重復性檢驗的不確定度；

(2)量取樣品體積不確定度；

(3)靜置和反應條件不確定度；

(4)萃取液吸取的不確定度。

圖2 燃油微生污染物總數不確定度來源因果圖

5 測量不確定度分量的計算

5.1 樣品重復測量時,重復性引起的的不確定度U(n) (A類評定)

本試驗選取同一批次的樣品制備15 份均勻樣品,由同一人員嚴格按ASTM D7463-2008進行燃油微生物污染重復性測試,得出一組數據,檢測結果見表1 。

表1 同一批次燃油15個樣的微生污染物測定結果 RLU/L

表1具體計算過程如下:

(1)共測量15 個樣品,每個樣品測量兩次,樣品的兩次測量結果為x1j和x2j(表1中第2 列和第3列)。

(2)對測量結果x1j和x2j取對數,分別得到lgx1j,lgx2j以及兩者的平均值(表1中第4、5、6列)。

(3 )對每一個樣品分別計算其殘差的平方和(表1 中第7 列)。

=(2.7738-2.7586)2+(2.7435-2.7586)2

=0.01522+(-0.0151)2

=0.00046

(4)由各樣品的殘差平方和,計算15 個樣品的合并樣本標準差，得到：

=0.0168

(5 )每一個樣品測量兩次,故樣品微生物污染度的標準不確定度為:

5.2 量取體積引起的不確定度U(v)

本試驗量取樣品體積時需用250 mL 量筒。該體積有兩個主要的影響因素:量筒校準和溫度影響。

5.2.1校準引入的不確定度

由250mL 量筒引入的允許誤差為±1.0 mL ,量筒的校準不確定度為：

5.2.2溫度引入的不確定度

由于量筒和溶液實際溫度與校準溫度不同,規定出廠校準溫度20 ℃,而量取試樣平均溫度為 15℃,溫度對體積的不確定度的影響應由溫度變化和體積膨脹系數來計算,由于玻璃的體積膨脹系數相比試樣的體積膨脹系數較少,可忽略不計,在此僅考慮燃油的體積膨脹系數為13×10-4/℃。

U(vb)=250mL×15×13×10-4=4.875mL

則:將以上兩個分量合成:

=4.909mL

5.2.3相對標準不確定度

按《燃油微生物污染測定法》要求,樣品實際量取體積為250mL ,引起的相對標準不確定度為：

5.3 藍色萃取液吸取移液體積量的標準不確定度U(l)

本實驗吸取藍色萃取液量用一次性吸量管吸取1 mL左右。溫度對其影響極小,可以忽略不計。一次性吸量管吸取1 mL允許誤差為±0.008 mL,故一次性吸量管吸取1 mL按均勻分布引起的不確定度：

則引起的相對標準不確定度為:

6 合成標準不確定度計算

由于各分量的不確定度來源彼此獨立不相關,采用相對標準不確定度合成得：

=0.0234

7 擴展不確定

根據置信概率p=0.95 和自由度v=14,由t分布表得到包含因子k=2.14。于是擴展不確定為：

U95=k·Urel(r)=2.14×0.0234 =0.050

(1)根據表1 可知樣品lg xj的取值范圍,當樣品的微生物污染度的lg值以區間的形式表示:

lgxj-0.050≤lgxj≤lgxj+0.050

取反對數,可知其微生物污染度結果分布的區間。

(2)測量不確定度結果報告對于第一個樣品,從表1中可知

則它的取值范圍為

2.7086≤lgx1≤2.8086

取反對數可知其微生物污染度結果可估算為：

(511～644)RLU/L 之間。

其它樣品按同樣方法計算。

8 結論

從以上計算結果可知，本文通過對燃油微生物污染度檢驗測定結果的測量不確定度來源進行分析和評估，可見由微生物污染度檢驗量取體積引起的不確定度U(v)是最大的，是本方法測量不確定度的主要來源，占不確定度的主要部分；其次為重復性引起的的不確定度U(n)，最后藍色萃取液吸取移液體積量的標準不確定度U(l)也有影響,是不能忽略的。

基于以上分析結果,對于燃油微生物污染度檢驗測定引起的不確定度，可作如下思考：

(1)對于樣品量取體積引起的不確定度，它主要由人員、環境及操作重復性產生，因此在燃油微生物污染度檢驗測定引入不確定度可以提高檢測結果的有效性、科學性、公正性和可靠性，從而提高燃油微生物污染度的檢驗工作質量。

(2)由于燃油微生物污染度檢驗結果較大，直接計算其標準偏差不方便、不直觀，且計算量大，容易出錯，故取對數后進行計算。

(3)由于現目前的燃料油中加入了多種調合劑，極有可能影響燃料油的穩定性，在儲存和運輸過程中，導致微生物繁殖。由于以前發生發動機堵塞的情況很少，且檢驗部門對燃油微生物污染度檢驗不夠重視，導致分析操作人員操作不夠嚴謹。但近幾年出現柴油發動機堵塞，導致車輛無法啟動的問題越來越頻繁，嚴重影響了人們的生活，而且，根據目前的檢驗發現，導致這種現象產生的最大可能原因就是燃油中微生污染物的存在，因此，要求各生產檢測部門對燃油微生物污染度的測定引起足夠的重視，所以要求檢測人員熟練掌握各項操作技能，并嚴格按照規定的檢測條件進行測定。