以乙醇檢測為例分析溶液溫度對空氣置換式移液器移液量的影響

劉國軍，宋慶芳，夏 炎，蔣 萍，黃敏怡，梁國鉅

(廣東至信司法鑒定所，廣東 東莞 523000)

空氣置換式移液器(下文簡稱“移液器”)的工作原理為：移液器吸頭接觸液體液面使吸頭和移液器內部形成封閉腔體，通過收縮活塞使腔體內形成負壓，在負壓的作用下將液體吸入腔體[1]。移液器的移液準確性受很多因素影響，羅志東發現使用不同規格的移液器吸頭時移液量會有差異[2]，柯婷婷等人發現不同大氣壓環境下的移液量也會有差異[3]，費榮等人發現環境溫度變化會對移液量產生影響[4]。本文作者在參照GA/T 842-2019《血液酒精含量的檢驗方法》[5](以下簡稱《GA/T 842》)使用內標-校準曲線法定量分析乙醇含量的實際工作中發現冰箱冷藏(4 ℃)和室溫保存(24 ℃)兩種溫度下的叔丁醇內標工作液(下文簡稱“內標工作液”)用于頂空氣相色譜分析時乙醇含量檢測值會產生差異，進而研究了使用移液器移取不同溫度的內標工作液時移取量的區別，并分析了潤槍環節、溶液密度、溶液粘度對該差異的貢獻。

1 實 驗

1.1 實驗材料

(1)乙醇空白添加樣

蒸餾水中添加無水乙醇，制成濃度為80 mg/100 mL的乙醇空白添加樣。無水乙醇(色譜純)來源于永華化學科技(江蘇)有限公司；蒸餾水，市售工業蒸餾水(一級)。

(2)叔丁醇內標工作液

蒸餾水中添加叔丁醇，制成濃度為4 mg/100 mL的內標工作溶液。叔丁醇(色譜純) 來源于天津市科密歐化學試劑有限公司；蒸餾水，市售工業蒸餾水(一級)。

(3)器材與設備

移液器A，量程100～1000 μL，Transferpette公司；移液器B，量程20～200 μL，Genex Beta公司；上海佑科FA1004N電子天平(感量0.1 mg)；島津Nexis GC-2030氣相色譜儀，搭載HS-20NX自動頂空進樣器。

(4)統計學分析使用SPSS軟件，來自IBM公司。

1.2 研究方法

1.2.1 不同溫度叔丁醇內標工作液檢測乙醇含量

將內標工作液分別置于兩種溫度下保存，A組置于4 ℃冰箱冷藏，B組置于室溫放置。參照《GA/T 842》的前處理方法，分別移取兩組溶液各7份，每份0.50 mL，置于頂空瓶內，每份加入0.10 mL乙醇空白添加樣(80 mg/100 mL)，加蓋密封，輕緩搖勻后，放入自動頂空進樣器進樣檢測。使用移液器移取溶液時，均按日常工作習慣使用所移取的溶液潤洗3次移液器吸頭。

1.2.2 移液器在不同情況下移取溶液的質量測定

按照表1中分組，分別用不同的潤槍方式移取不同溫度的內標工作液0.50 mL加入燒杯，使用電子天平準確稱量每份工作液的質量。

表1 稱量分組情況

1.2.3 統計分析

使用SPSS軟件對各試驗組結果分別進行獨立樣本T檢驗，判斷不同溫度的內標工作液用于乙醇檢測時檢測值是否存在差異，以及分析移液器在不同情況下移取不同溫度的內標工作液的移取量是否存在差異。

2 結果與討論

(1)按照1.2.1分A組(低溫內標組)和B組(室溫內標組)分別進行前處理、GC檢測乙醇空白添加樣，檢測結果見表2。

表2 A組、B組測定乙醇空白添加樣結果

比較A組和B組的結果，經統計分析，低溫內標工作液和室溫內標工作液用于乙醇檢測時的檢測結果差異有統計學意義(p<0.01，平均差值為3.1 mg/100 mL，Cohen’s d值為4.785)，A組和B組試驗過程中添加乙醇空白添加樣的操作并無差別，理論上乙醇含量并無區別，因此推測兩組乙醇檢測值的差異來源于移液器移取不同溫度內標工作液時移取量的不同。

(2)用不同的潤槍方式移取不同溫度內標工作液0.50 mL，稱量結果見表3，對比不同實驗組的差別，分析差異產生的環節。

表3 用不同的潤槍方式移取不同溫度叔丁醇工作液稱量結果

①比較C組和D組的結果，經統計分析，差異有統計學意義(p<0.01，平均差值為0.012 g，Cohen’s d值為8.618)，證實了2.1中A、B兩組試驗的結果差異來源于移取內標工作液的量的差別。

②比較C組和E組，差異有統計學意義(p<0.01，平均差值為0.015 g，Cohen’s d值為24.908)，且D組和F組的差異也有統計學意義(p<0.01，平均差值為0.016 g，Cohen’s d值為32.444)，說明用不同溫度的溶液潤槍會導致移液器移取的液體量產生差異。低溫氣體的密度通常更大，在1個標準大氣壓下，標準溫度為280 K的空氣密度約為1.245 kg/m3，300 K的空氣密度約為1.161 kg/m3[6]，用低溫溶液潤洗移液器吸頭后，可能會導致移液器吸頭和腔體內的空氣在短時間內溫度降低、密度增大、氣體總量增大，從而導致移液器移取液體時產生的吸力減小、移取液體的量減少。

③比較C組和F組的結果，差異有統計學意義(p<0.01，平均差值為0.004 g，Cohen’s d值為5.712)，且D組和E組的差異也有統計學意義(p<0.01，平均差值為0.003 g，Cohen’s d值為7.729)。C組和F組、D組和E組的潤槍過程相同，而相同的潤槍過程可大幅降低溶液粘度(運動粘性系數)對移取量差異的的貢獻，因此推測除潤槍環節、溶液粘度的影響外，不同溫度內標工作液本身的密度也會導致移取量產生差異。低溫液體的密度通常更大，標準溫度為280 K的水密度約為999.91 kg/m3，標準溫度為300 K的水密度約為996.56 kg/m3[7]，因此，在潤槍環節相同的條件下，移液器移取低溫溶液的量要稍大于室溫溶液。

C組、F組以及D組、E組的平均差值和Cohen’s d值遠小于2.2.2中潤槍環節的對應值，可以推斷溶液密度差異對于溶液移取量總體差異的貢獻要遠小于潤槍環節，其原因為溫度變化對于氣體密度的改變程度要遠大于對液體密度的改變程度。

④比較D組和H組的結果，差異有統計學意義(平均差值為0.001 g，Cohen’s d值為3.417)。用室溫溶液潤洗移液器吸頭理論上不會改變移液器吸頭和腔體內空氣的溫度，因此，在比較D組和H組的差異時，可以忽略移液器吸頭和腔體內空氣溫度的改變，且溶液密度相同，則此時該兩組的結果差異主要來源于溶液粘度。由于在研究液體粘度的同時很難排除液體密度的干擾，故本文未對低溫溶液和高溫溶液粘性差異對移取液體量的影響作更深入的研究。

D組、H組平均差值和Cohen’s d值小于2.2.3中溶液密度因素，可以推斷溶液粘度對于溶液移取量總體差異的貢獻要小于溶液密度。

⑤G組和H組并沒有潤槍環節，其差異來源于溶液密度和粘度兩方面，比較G組、H組的平均差值(0.005 g)和Cohen’s d值(14.616)和C組、E組(平均差值為0.015 g，Cohen’s d值為24.908)以及D組、F組(平均差值為0.016 g，Cohen’s d值為32.444)，發現G組、H組的差異遠小于后者，可以推斷溶液密度和粘度差異對于溶液移取量總體差異的貢獻之和也要遠小于潤槍環節，其原因也是溫度對于氣體密度的改變程度要遠大于對液體密度、粘度的改變程度。

3 結 論

在乙醇含量檢測(頂空氣相色譜儀、內標-校準曲線法)工作中，使用不同溫度的內標工作液會導致檢測結果產生差異，在同等操作方法的前提下，使用低溫內標溶液的乙醇檢測值要高于使用室溫內標溶液時。該現象的原因為使用空氣置換式移液器移取不同溫度內標溶液時移取量會產生差異，該差異可能來源于3個因素，按照貢獻程度由高到低依次是：潤槍環節中低溫內標工作液對移液器吸頭和腔體內空氣密度的改變從而導致移取液體時產生的吸力減小、低溫內標工作液本身的密度、低溫內標工作液本身的粘度。

在使用空氣置換式移液器移取密度、粘度與叔丁醇溶液相似的其他溶液進行定量分析時，上述結論亦有參考意義。因此，在使用空氣置換式移液器進行內標-校準曲線法定量分析時，應注意待測樣品前處理過程中所使用的工作液溫度與校準曲線的前處理保持一致。