原子吸收分光光度法測定葡萄酒中銅的不確定度評定

王 喬，湯海青，歐昌榮*，殷居易，顧曉俊

（1.寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.寧波出入境檢驗檢疫局技術(shù)中心,浙江 寧波 315012）

銅是影響葡萄酒穩(wěn)定性的主要金屬元素之一，其含量大于1.0mg/L時易引起銅破敗病，使白葡萄酒的顏色和光澤發(fā)生改變，產(chǎn)生渾濁、沉淀等現(xiàn)象[1-2]。過量的銅離子來自于葡萄酒生產(chǎn)、加工和運輸?shù)冗^程受到的污染，如泥土、灰塵、含銅農(nóng)藥，以及含銅容器、管道和設(shè)備等[3-5]。近年來，在工商和質(zhì)檢等部門組織的針對葡萄酒的多次監(jiān)督抽查中，銅超標一直是存在的主要問題之一[6-7]。

為了對檢測結(jié)果進行準確表達和有效評價，如實反映銅含量測量的置信度和準確度，實驗采用GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》（原子吸收分光光度法）[8]，對銅含量在GB 15037—2006《葡萄酒》允許檢出的最高限量值1.0mg/L附近的樣品進行測定[9]。并根據(jù)JJF 1059—1999《測量不確定度評定與表示》和CNAS-GL06《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》中的具體要求[10-11]，利用實驗室內(nèi)部確認的數(shù)據(jù)和相關(guān)資料計算不確定度。對葡萄酒中銅的限量值結(jié)果的不確定度進行分析，為評定測量結(jié)果提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)[12]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1000 μg/mL銅標準溶液（批號13031912）：國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；其余試劑均為優(yōu)級純；所用水符合二級水規(guī)格[13]。

1.2 儀器與設(shè)備

240 AADUO原子吸收光譜儀：美國安捷倫公司；Milli-Q Direct超純水系統(tǒng)：美國密理博公司；JULABO SW22振蕩水浴搖床：德國優(yōu)萊博公司。

1.3 方法

1.3.1 銅標準使用液的配制

將銅標準品溶液在（20±4）℃放置10min。搖勻后用單標線吸量管準確吸取2.00mL銅標準貯備溶液至100mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容，得到濃度為20mg/L銅標準中間液。用移液器分別準確吸取1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL至50mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容，混勻后為0.4mg/L、0.8mg/L、1.2mg/L、1.6mg/L、2.0mg/L標準使用液。

1.3.2樣品前處理

試樣搖勻。如超過標準溶液線性范圍，對樣品稀釋處理。

1.3.3 試樣測定

按原子吸收分光光度計操作規(guī)程規(guī)定的程序開機平衡系統(tǒng)，調(diào)波長至324.7nm。待基線穩(wěn)定后，吸入空白、標準及待測樣品，由吸光度值根據(jù)校準曲線計算待測樣品的質(zhì)量濃度。

1.4 數(shù)學(xué)模型

試樣中銅含量的計算公式：

X=C×F

式中：X為葡萄酒中銅的含量，mg/L；C為試樣中銅的含量，mg/L；F為稀釋倍數(shù)。

上述計算公式是根據(jù)銅的測量原理給出的，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(fù)性系數(shù)frep，其數(shù)值等于1。樣品不需稀釋處理，在此評定不確定度的數(shù)學(xué)模型可寫為：

X=C×frep

式中：X為葡萄酒中銅的含量，mg/L；C為試樣中銅的含量，mg/L；frep為重復(fù)性系數(shù)。

可見，不確定度的主要來源為平行試驗重復(fù)性產(chǎn)生的相對標準不確定度u（frep）；溶液濃度引起的相對不確定度u（C）。相對標準不確定度計算公式：

式中：u（X）為合成相對標準不確定度；u（frep）為平行試驗重復(fù)性產(chǎn)生的相對標準不確定度；u（C）為溶液濃度引起的相對不確定度。

2 各分量標準不確定度的計算

2.1 測量重復(fù)性產(chǎn)生的標準不確定度

在相同測定條件下，對葡萄酒樣品中銅含量進行8次重復(fù)測量，測定結(jié)果見表1。

表1 銅含量8次平行測量結(jié)果Table 1 Results of copper content determination of eight times parallel tests

單次測量的實驗標準偏差計算公式：

式中：s（X）為標準偏差；xi為各次測量值，i＝1～n；為平均值；n為測量次數(shù)。

在日常檢測中，平行測定兩次報告平均值，故相對標準不確定度計算公式：

式中：u（frep）為平行試驗重復(fù)性產(chǎn)生的相對標準不確定度；s（X）為標準偏差；為平均值。

該測量重復(fù)性相對標準不確定度是所有隨機影響的合成，因此在隨后各分量的評定中不再考慮隨機影響。

2.2 溶液濃度產(chǎn)生的相對標準不確定度

2.2.1 由標準品溶液產(chǎn)生的不確定度

依據(jù)相應(yīng)的銅標準物質(zhì)證書，該銅溶液標準物質(zhì)的標準值為1000μg/mL，擴展不確定度為4μg/mL（包含因子k=2），計算得到其相對標準不確定度u1（C）=0.002。

2.2.2 由銅標準品溶液稀釋配制工作液產(chǎn)生的相對標準不確定度u2（C）

用2mL A級單標線移液管吸取1000μg/mL銅標準貯備溶液2.00mL，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶。用移液器吸取標準中間液至50mL容量瓶，配制銅標準工作液。此過程產(chǎn)生的不確定度計算公式：

式中：u2（C）為配制標準工作液產(chǎn)生的相對標準不確定度；u（V1）為使用2mL單標線移液管吸取體積產(chǎn)生的相對標準不確定度；u（V2）為使用100mL容量瓶定容產(chǎn)生的相對不確定度；u（V3）為使用移液器吸取體積產(chǎn)生的相對不確定度；u（V4）為使用50mL容量瓶定容產(chǎn)生的相對不確定度。

用2mLA級單標線移液管吸取樣品，按JJG196-2006[14]，該等級移液管的最大容量允差為0.010mL。按矩形分布考慮，引入相對標準不確定度為0.010/2.0/=0.0020mL；實驗環(huán)境溫度在±4℃之間變動，考慮溶液溫度以及校正時溫度差引起的體積不確定度。假設(shè)溫度變化時按矩形分布考慮，產(chǎn)生的體積變化引起的相對不確定度為4×2.1×10-4/=0.00048，其中水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃。合成得到吸取體積的相對標準不確定度：

用100mL A級容量瓶定容標準品中間液，該等級容量瓶的最大容量允差為±0.10mL[14]。按三角形分布考慮，引入的相對標準不確定度為0.10/100.0/=0.00041；另外由溶液溫度與校正時溫度差引起的體積不確定度（按矩形分布考慮）為4×2.1×10-4/=0.00048。兩者合成得到標準品定容體積的相對標準不確定度：0.00063。

微量可調(diào)移液器允差為±0.6%，按矩形分布，由移液器引入的相對標準不確定度為u（V）3=0.006/1/=0.0035標準使用液定容體積為50mL，使用50mL A級容量瓶定容，該等級容量瓶的最大容量允差為±0.05mL[14]。按三角形分布考慮，由此引入的相對標準不確定度為0.05/50.0/=0.00041mL；另外，由溶液溫度與校正時溫度差引起的體積不確定度（按矩形分布考慮）為4×2.1×10-4=0.00048。合成得到標準使用液定容體積的相對標準不確定度：u（V）=

2.2.3 溶液濃度預(yù)估值的標準不確定度u3（C）

制備5個銅標準溶液ci，每個濃度測定3次，得到5×3對吸光度—濃度值（cij，Aij），標準曲線的測定結(jié)果見表2。

上述不確定度互不相關(guān)，合成得：

表2 銅標準溶液校準曲線Table 2 Calibration curve of copper standard solution

用最小二乘法擬合曲線，得到截距a=0.1372，斜率b=0.0044，因此標準曲線公式可寫為Aij=0.1372×cij+0.0044。

實際測定中，對待測樣液平行測定2次，響應(yīng)值分別為0.1347和0.1343，代入公式，求得濃度預(yù)估值c=0.948mg/L。擬合標準曲線不確定度s（Cp）計算公式：

式中：s（Cp）為擬合標準曲線不確定度，mg/L；s（y）為標準偏差，%；p為試樣平行測定次數(shù)；n為擬合曲線的數(shù)據(jù)對總數(shù)；y為試樣測量響應(yīng)值（p個）的平均值，mg/L；yˉ為繪制擬合曲線響應(yīng)值（n個）的平均值，mg/L；Ci為試樣測量預(yù)估值，mg/L；Cˉ為繪制擬合曲線輸入值C（n個）的總平均值，mg/L；b為斜率。

其相對標準不確定度為u3（C）=s（Cp）/c=0.019。

2.2.4 原子吸收分光光度計產(chǎn)生的相對標準不確定度u（AA）

由校準證書上可知，原子吸收分光光度計的定量重復(fù)性為0.8%，則其相對擴展不確定度為0.8%，按均勻分布計算，則原子吸收分光光度計的相對標準不確定度計算公式：

2.2.5 樣液濃度的相對標準不確定度

合成上述各不確定度分量，得到溶液濃度的相對標準不確定度計算公式：

式中：u（C）為合成相對標準不確定度；u1（C）為標準品溶液產(chǎn)生的不確定度；u2（C）為配制標準工作液產(chǎn)生的相對標準不確定度；u3（C）為溶液濃度預(yù)估值的相對標準不確定度；u（AA）為原子吸收分光光度計產(chǎn)生的相對標準不確定度。

frep為平行試驗重復(fù)性，相對標準不確定度為0.0018；C為溶液濃度，相對標準確定度為0.035。

2.3 不確定度的合成

平行試驗重復(fù)性和溶液濃度對應(yīng)的不確定度分量互相獨立，葡萄酒樣品中銅含量的相對合成標準不確定度：

2.4 擴展不確定度及結(jié)果

取包含因子k=2，置信水平（1-α）約為95%，計算得到擴展不確定度u（X）=0.020×2=0.04mg/L，不確定度數(shù)值保留一位有效數(shù)字。按GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中規(guī)定的條件測定葡萄酒樣品中的銅，測量結(jié)果及其不確定度為（0.95±0.04）mg/L（k=2，1-α=95%）。

3 結(jié)論

對測定葡萄酒銅含量過程中產(chǎn)生的不確定度進行量化，分別得到各不確定度分量的具體數(shù)值。根據(jù)合格評定國家認可委員會CNAS-GL27《聲明檢測和校準結(jié)果及與規(guī)范符合性指南》[15]中的說明，當(dāng)測試結(jié)果（0.95mg/L）低于上限（1.0mg/L），且向上延伸擴展不確定度（0.04mg/L）后，測得值仍低于上限，則產(chǎn)品符合規(guī)范，因此對該產(chǎn)品可做合格判定。

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