頂空氣相色譜法測定血中乙醇含量不確定度分析

何文芬，金廣慶

（肇慶市公安局刑警支隊(duì)，廣東 肇慶 526060）

頂空氣相色譜法測定血中乙醇含量不確定度分析

何文芬，金廣慶*

（肇慶市公安局刑警支隊(duì)，廣東 肇慶 526060）

目的 對使用頂空氣相色譜法測定血液中乙醇含量的方法進(jìn)行不確定度分析。方法 使用頂空氣相色譜法測定血液中乙醇的濃度，依據(jù)不確定度評定的相關(guān)文件，分析該方法不確定度的來源，量化各不確定度分量，評定合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和計(jì)算擴(kuò)展不確定度。結(jié)果 根據(jù)使用頂空氣相色譜法測定血液中乙醇含量方法的不確定度包括測試過程隨機(jī)效應(yīng)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U1（7.892×10-3），天平帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2（1.053×10-4），標(biāo)準(zhǔn)品純度帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U3（1.290×10-3），容量瓶帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U4（1.290×10-4），移液槍管帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U5（2.887×10-3），標(biāo)準(zhǔn)曲線帶來的不確定度U6（7.069×10-3），可以得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc=0.0111，擴(kuò)展不確定度Ur=0.0222。結(jié)論 使用頂空氣相色譜法測定血液中乙醇含量結(jié)果的不確定度主要來源于樣品的平行測定誤差和標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度。

不確定度；血液；乙醇；頂空氣相色譜

不確定度是指由于測量誤差的存在，對被測量值不能肯定的程度，它是測量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。不確定度愈小，所述結(jié)果與被測量的真值愈接近，質(zhì)量越高，其使用價(jià)值越高。測量不確定度是目前對于誤差分析中的最新理解和闡述，是實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可評審的重要內(nèi)容。依據(jù)中國合格評定委員會(huì)（China National Accreditation Service for Conformity Assessment，CNAS）的要求和不確定度評定指導(dǎo)性文件［1］，本文參照GA/T842-2009所述方法［2］，使用頂空氣相色譜（headspace gas chromatography coupled with flame ionization detector，HS-GC-FID）測定血液中乙醇的質(zhì)量濃度，探討檢測結(jié)果不確定度的評估過程，通過評估檢測結(jié)果的不確定度，使檢測結(jié)果的表達(dá)更科學(xué)，并依據(jù)各不確定度分量的大小，針對性地控制產(chǎn)生這些分量的要素，以獲得更準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

Agilent 7694E頂空進(jìn)樣器（美國Agilent公司）；Agilent6890N氣相色譜儀（美國Agilent公司）；Sarto tius BSA224S電子天平（德國Sartotius公司）。

1.2 檢測方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取8.008 g無水乙醇（含量不小于99.9%），置于100 mL容量瓶中，添加重蒸餾水至刻度，混勻，得8000 mg/100mL的乙醇儲(chǔ)備液。將儲(chǔ)備液依次稀釋為4000、2000、1000 mg/100mL的乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液；內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取1.010 g正丁醇（含量不小于99.7%），置于500 mL容量瓶中，添加重蒸餾水至刻度，混勻，得200 mg/100mL正丁醇標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

吸取0.49 mL空白血液3份，分別添加10 μ L濃度為1000、2000、4000 mg/100mL的乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，得乙醇濃度為20、40、80 mg/100mL的血液樣品，再分別添加0.10 mL正丁醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，用專用瓶蓋密封，混勻，置頂空進(jìn)樣器中加熱10 min，進(jìn)樣測定。

1.2.3 檢材的測定

吸取0.50 mL待測全血2份，分別加入樣品瓶內(nèi)，各加入0.10 mL正丁醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，用專用瓶蓋密封，混勻，置頂空進(jìn)樣器中加熱10 min，進(jìn)樣測定。

1.2.4 儀器參數(shù)

頂空自動(dòng)進(jìn)樣器：加熱溫度65℃；傳輸溫度105℃；樣品瓶加熱平衡時(shí)間10 min；氣相色譜儀：進(jìn)樣口溫度：150℃； 色 譜 柱：HP-INNOWAX POLYETHYLENE GLYCOL 30.0m×320μ m×0.50μ m；柱溫：初始溫度80℃，保持1 min，升溫速率15℃/min，至140℃，運(yùn)行5 min；檢測器：火焰離子化檢測器（flame ionization detector，F(xiàn)ID）。

2 結(jié)果與討論

2.1 不確定度評定方法

不確定度的評定方法主要分A類評定和B類評定［3］。A類評定是指用對觀測列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析方法來評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度，表征A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的估計(jì)方差u2是由一系列重復(fù)觀測值計(jì)算得到。B類評定指用不同于對觀測列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的估計(jì)方差是根據(jù)有關(guān)信息來評定。

2.2 不確定度來源分析

依據(jù)檢測過程和計(jì)算公式構(gòu)建乙醇含量檢驗(yàn)不確定度的來源（見表1）。

表1 不確定度的來源Table1 Source of the uncertainty

2.3 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量計(jì)算

2.3.1 測定重復(fù)性引起標(biāo)準(zhǔn)不確定度U1計(jì)算

樣品均勻性，測定重復(fù)性不確定度屬于A類不確定度評定。由于血液樣品中乙醇含量不均勻引入的校正因子f無法估計(jì)，檢測時(shí)通過樣品添加抗凝劑，重復(fù)振搖等方法，確保血液中乙醇分布均勻，因此在計(jì)算中將此項(xiàng)忽略。而針對測定重復(fù)性引起的不確定度則依據(jù)JJF1059-1999測量不確定度評定與表示所述方法［3］，在規(guī)范化常規(guī)檢測中，在重復(fù)性條件下對待檢測樣品進(jìn)行了2次獨(dú)立檢測，以算術(shù)平均值作為檢測結(jié)果，從過去檢測數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取20組進(jìn)行A類不確定度評定，數(shù)據(jù)見表2。

在規(guī)范化的常規(guī)檢測中，對被檢測樣品都在重復(fù)條件下進(jìn)行2次檢測，則n=2，隨機(jī)選取20組檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行A類不確定度評定，則m=20，因此測定重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其中 xij為第j組第i次檢測的結(jié)果為i次檢測的平均值；m為檢測數(shù)據(jù)組；n是重現(xiàn)性條件下的測量次數(shù)。

2.3.2 天平的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2計(jì)算

天平可讀性的不確定度：天平生產(chǎn)廠家給出的可讀精度為0.1 mg，按矩形分布進(jìn)行估計(jì)，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

天平重復(fù)性的不確定度：天平生產(chǎn)廠家給出的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.1 mg，按正態(tài)分布進(jìn)行計(jì)算，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表2 樣品的檢測數(shù)據(jù)及其平均值Table2 Measurement data and the average value of the samples

天平的線性不確定度：天平生產(chǎn)廠家給出的線性分量為±0.2 mg，采用三角形分布計(jì)算，則其不確定度為：

天平的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2為：

2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)品純度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U3計(jì)算

檢測過程中使用的無水乙醇的純度為（99.9± 0.1）%，按照三角形分布處理，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

使用的正丁醇的純度為（99.7±0.3）%，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

標(biāo)準(zhǔn)品純度帶來的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.4 容量瓶的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U4計(jì)算

100 mL容量瓶檢定容量為（100±0.03）mL，500 mL容量瓶檢定容量為（500±0.05）mL，按三角形分布，容量誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

容量瓶帶來的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.5 移液槍管的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U5計(jì)算

吸取血液樣本使用1000 μL移液槍，其吸取500 μL樣本的系統(tǒng)誤差為±5 μL，按三角形分布計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

吸取100μL正丁醇標(biāo)準(zhǔn)溶液使用移液槍的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

移液槍管帶來的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度U6計(jì)算

實(shí)驗(yàn)得到標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y=0.5795X-0.0165，相關(guān)系數(shù)為0.9996，其中X為乙醇的濃度，Y為乙醇和正丁醇峰面積的比值。Y為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合值，殘差為測定值（Y）和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合值（Y）之差的絕對值（|Y-Y|）。標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度來源于測定值和擬合值之間殘差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線殘差計(jì)算結(jié)果Table3 Residual deviation of the standard curve

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得待測物質(zhì)平均含量，由最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)不確定度，得到：

2.3.7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定如表4所示，血液中乙醇含量測定結(jié)果的不確定度主要由平行測定誤差和標(biāo)準(zhǔn)曲線帶來，而天平帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U2、容量瓶帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U4與其相比較小，根據(jù)等數(shù)量級原則，計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)可忽略不計(jì)。因此，

2.3.8 擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

擴(kuò)展不確定度是確定測量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測量之值分布的大部分可望含于此區(qū)間。它是將相對擴(kuò)展不確定度Ur乘以平均含量得到的，而相對擴(kuò)展不確定Ur是在相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度擴(kuò)展了k倍得到的，即Ur=kUc， k稱為包含因子。k值一般取2～3，在大多數(shù)情況下取k=2（置信概率為95%）。即Ur=0.0111×2=0.0222。

表4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量Table4 Components of the standard uncertainty

3 結(jié) 論

本文參照GA/T842-2009［2］所述方法用頂空氣相色譜法測定血中乙醇含量，其不確定度主要來源于平行測定誤差和標(biāo)準(zhǔn)曲線，天平和容量瓶帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度相對較小。因此，在日常檢驗(yàn)過程中應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)，以減少實(shí)驗(yàn)操作對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的不確定影響。除了嚴(yán)格按照檢驗(yàn)程序進(jìn)行操作外，還應(yīng)加強(qiáng)對標(biāo)準(zhǔn)溶液購買和使用的管理，保證標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量，減少標(biāo)準(zhǔn)溶液帶來的不確定度。

［1］ 中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會(huì).化學(xué)分析中不確定度的評估指南［M］.北京:中國計(jì)量出版社， 2002.

［2］ GA/T842-2009， 血液酒精含量的檢測方法［S］.中華人民共和國公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 2009-12-01.

［3］ JJF1059-1999，測量不確定度評定與表示［S］.國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局， 1999-05-01.

［4］ 王威，倪春芳，張潤生，等.頂空氣相色譜內(nèi)標(biāo)法測定人血中乙醇含量的不確定度評定［J］.刑事技術(shù)， 2009（3）:24-27.

［5］ 伊魁宇，王猛.標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量檢測的不確定度來源分析［J］.廣州化工， 2012， 40（9）:143-144.

引用本文格式：何文芬， 金廣慶.頂空氣相色譜法測定血中乙醇含量不確定度分析 ［J］.刑事技術(shù)， 2015，40（5）:392-395.

Evaluation of Uncertainty in Measurement of Ethanol in Blood by HS-GC-FID

HE Wenfen， JIN Guangqing*
（Criminal Investigation Detachment， Zhaoqing Public Security Bureau， Guangdong Zhaoqing 526060， China）

Objective To establish a method for evaluation of uncertainty in determination of ethanol in blood by headspace gas chromatography coupled with fl ame ionization detector （HS-GC-FID）.Methods The concentration of ethanol in blood sample was analyzed by HS-GC-FID.According to the relevant documents for uncertainty evaluation， sources of uncertainty were analyzed， followed by calculation of component factors， combined standard uncertainty （Uc） and expanded uncertainty （Ur）.Results The standard uncertainties caused by random effects， balance， purity of the standard， fl ask， pipet and used standard curves were respective as 7.892×10-3（U1）， 1.053×10-4（U2）， 1.290×10-3（U3）， 1.290×10-4（U4）， 2.887×10-3（U5） and 7.069×10-3（U6）.On the basis of the data of U1～U6， the combined standard uncertainty （Uc=0.0111） and expanded uncertainty （Ur=0.0222） were obtained.Conclusions The uncertainty in the measurement of ethanol in blood derives mainly from parallel measuring error and importation of standard curves.

uncertainty； blood； ethanol； headspace gas chromatography coupled with fl ame ionization detector

DF795.1

A

1008-3650（2015）05-0392-04

10.16467/j.1008-3650.2015.05.011

何文芬（1983—），女，廣東肇慶人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)槔砘治黾夹g(shù)。 E-mail: 34154195@qq.com

金廣慶，男，碩士，研究方向?yàn)槔砘治黾夹g(shù)。 E-mail: 12340555@qq.com

2014-11-26