濾袋法測定棉籽粕中粗纖維含量的不確定度評定

毛艷貞， 羅彬月， 侯國軍， 周秀梅， 宋 軍， 劉耀敏， 張鳳枰

（通威股份有限公司，四川成都 610041）

測量不確定度是指根據(jù)所獲信息表征賦予被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)。通過對測量不確定度的評定，不僅能夠給出測量結(jié)果的可信程度，而且還可以對測量結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行定量評定，使測量結(jié)果可以在國際和國內(nèi)不同檢測機(jī)構(gòu)間進(jìn)行量值比對和實(shí)驗(yàn)室間數(shù)據(jù)共享。棉籽粕是優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)飼料資源，營養(yǎng)豐富，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在飼料加工企業(yè)。粗纖維含量是評定飼料營養(yǎng)價(jià)值的重要手段。目前測定飼料中粗纖維含量的方法有過濾法、半自動(dòng)纖維儀法、全自動(dòng)纖維儀法、濾袋法、光譜法等，其中過濾法、半自動(dòng)纖維儀法測定粗纖維含量的不確定度的相關(guān)報(bào)道較多，而有關(guān)用濾袋法測定棉籽粕中粗纖維含量的研究鮮見報(bào)道。

本試驗(yàn)以濾袋法測定棉籽粕中粗纖維含量為例，按照《CNAS-GL05：2011測量不確定度要求的實(shí)施指南》《CNAS-GL06：2006化學(xué)分析中不確定度的評估指南》《JJF 1059.1—2012測量不確定度評定與表示》建立測定過程中各分量的數(shù)學(xué)模型，對測定過程中各分量不確定度來源進(jìn)行分析，首次對該檢測方法中重復(fù)測定引入的不確定度進(jìn)行分析評定，在對各分量進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上，合成得到了測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，旨在為采用該方法測定棉籽粕中粗纖維含量的質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器和試劑 棉籽粕：由通威股份有限公司檢測中心提供。

AN- 01012000i型全自動(dòng)纖維分析儀，美國ANKOM 公司；干燥箱，溫度控制在（103±2）℃，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；濾袋F57，30 μm空隙三維結(jié)構(gòu)，美國ANKOM儀器公司；馬弗爐，上海實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器廠；CP224S電子分析天平，德國Sartorius公司。

硫酸、氫氧化鈉、丙酮，均為分析純，四川西隴化工有限公司；水為Milli-Q Gradient去離子水（電阻18 MΩ以上）。

1.2 測定方法

1.2.1 試樣的制備 取具有代表性的樣品，用四分法縮減成200 g左右，粉碎至20目（0.850 mm），充分混勻，裝入樣品袋中備用。

1.2.2 溶液的制備 硫酸溶液濃度為 （0.130±0.005）mol/L。 氫氧化鈉溶液濃度為（0.313±0.005）mol/L。

1.2.3 儀器條件設(shè)定 0.1275 mol/L硫酸溶液2000 mL，消煮溫度100℃，消煮時(shí)間 45 min；清洗的去離子水體積2000 mL，清洗溫度90～100℃，沖洗濾袋5 min，重復(fù)3次；0.3130 mol/L氫氧化鈉溶液2000mL，消煮溫度100℃，消煮時(shí)間45 min；清洗的去離子水體積2000 mL，清洗溫度90～100℃，沖洗濾袋5 min，重復(fù)3次。

1.2.4 測定步驟 根據(jù)ANKOM 2000i全自動(dòng)纖維分析儀操作說明進(jìn)行檢測。將1 g左右的樣品（m2）裝入已知重量（m1）的 F57 濾袋中，用封口機(jī)封口，并用耐酸堿記號筆在濾袋上編號，同時(shí)準(zhǔn)確稱量一個(gè)空白濾袋。將濾袋按首尾相接的方式，放置于濾袋架上的各層，每批最多放24個(gè)濾袋，分8層，每層放3個(gè)濾袋。將放好濾袋的樣品架置于纖維分析儀的消煮容器中，放入重錐，確?？罩木艑油斜P可浸入液面下。按照ANKOM全自動(dòng)纖維分析儀的操作要求開機(jī)消煮。當(dāng)粗纖維分析及洗滌過程結(jié)束，打開蓋子取出樣品濾袋，輕壓樣品濾袋使水?dāng)D出，再把樣品濾袋放入250 mL燒杯中，加入足量丙酮覆蓋濾袋浸泡3～5 min。取出，攤放于白瓷盤中，在通風(fēng)櫥中使丙酮揮發(fā)干凈。濾袋轉(zhuǎn)移放入（103±2）℃條件下干燥 2～4 h，冷卻稱重（m3）。將稱重后的濾袋放入已經(jīng)恒重后的坩堝（m4）中，在電爐上炭化至無煙。然后轉(zhuǎn)移到高溫電爐中（600±15）℃炭化 2 h，冷卻，稱重（m5）。

2 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)ANKOM濾袋法測定粗纖維的原理建立數(shù)學(xué)模型。棉籽粕中粗纖維的含量用X表示：

式中：m1為恒重后的濾袋質(zhì)量，g；m2為樣品質(zhì)量，g；m3為103℃干燥后的煮制樣品和濾袋質(zhì)量，g；m4為恒重后空坩堝質(zhì)量，g；m5為 600 ℃灰化后的樣品殘?jiān)?、濾袋殘?jiān)哇釄遒|(zhì)量，g；c為空白濾袋灰分因素。

3 不確定度來源分析

本試驗(yàn)采用濾袋法測定棉籽粕中粗纖維含量，測定不確定度受樣品制備、濾袋質(zhì)量、環(huán)境溫度、檢測過程和重復(fù)性等因素影響。試驗(yàn)所用樣品為統(tǒng)一制備，經(jīng)過了高速粉碎機(jī)處理，可以認(rèn)為樣品是均勻的，具有代表性，樣品的均勻性引入的不確定度可忽略不計(jì)。檢測過程中，所有操作的環(huán)境溫度基本保持一致，所以樣品制備、環(huán)境溫度引入的不確定度可以忽略不計(jì)。檢測過程中，干燥和灰化過程中，溫度始終保持一致，且有恒重過程，因此該過程中溫度引入的不確定度也可以忽略不計(jì)（樊霞和肖志明，2014）。

按照測量模型和測量方法，分析其不確定度來源有：樣品重復(fù)測定產(chǎn)生的不確定度、空白濾袋校正系數(shù)產(chǎn)生的不確定度、纖維素稱量產(chǎn)生的測量不確定度、試樣稱量產(chǎn)生的不確定度等因素。

3.1 樣品重復(fù)測定產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（）（測量不確定度A類評定） 棉籽粕8次測定所得粗纖維含量如表1所示。從表1可以得出，棉籽粕8次測定所得粗纖維含量的平均值為：

表1 棉籽粕粗纖維含量測定結(jié)果

樣品重復(fù)性測定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.2 空白濾袋灰分因素產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（c）（測量不確定度A類評定） 考慮到濾袋的質(zhì)量和灰化程度的差異，可能會(huì)成為影響不確定度的一個(gè)因素。為了評估濾袋對測量的影響，在濾袋法測定纖維時(shí)，每批次試驗(yàn)帶一個(gè)濾袋空白，在最終計(jì)算公式中增加空白濾袋校正系數(shù)。隨機(jī)抽取12個(gè)F57濾袋做空白試驗(yàn)，空白濾袋校正系數(shù)測定結(jié)果見表2。

表2 空白濾袋校正系數(shù)測定結(jié)果

從表2可以看出，空白濾袋12次測定所得校正系數(shù)的平均值為：

3.3 纖維素稱量產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（m0）（測量不確定度B類評定） 將1 g左右的樣品裝入已知重量（m1）的F57濾袋中，經(jīng)過硫酸溶液消煮，熱水洗滌，再經(jīng)過氫氧化鈉溶液消煮，熱水洗滌后，濾袋轉(zhuǎn)移放入（103±2）℃條件下干燥（2～4 h），冷卻稱重（m3）。 將稱重后的濾袋放入已經(jīng)恒重 （m4）的坩堝中，炭化，在高溫電爐中（600±15）℃灰化 2 h，冷卻，稱重（m5）。即得到棉籽粕中纖維素的量，即 m3-（m5-m4）-m1。

纖維素測定的過程中，有4次稱量及恒重的過程。由于用同一臺(tái)天平稱量、同一個(gè)坩堝，稱量過程中的系統(tǒng)誤差可前后抵消，所以稱量的線性誤差引入的不確定度可忽略不計(jì)，可把測定公式分子中纖維素稱量過程產(chǎn)生的不確定度作為一個(gè)整體來評定，可設(shè)定為：

m0=m3-（m5-m4）-m1。

3.3.1 天平校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度u1（m0） 根據(jù)使用CP224S電子分析天平說明書和檢定證書，其檢定證書上給出的最大允許誤差為±0.1 mg，按均勻分布則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.3.2 天平重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度u2（m0） 天平重復(fù)性可根據(jù)《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》附錄G（不確定度的常見來源和數(shù)值）中給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。對于萬分之一天平，d=0.1 mg，天平重復(fù)性帶來的不確定度即為半寬度。

3.3.3 恒重稱量引起的不確定度u3（m0） 本方法要求恒重為連續(xù)兩次稱量的差值不超過0.5 mg，即質(zhì)量最大允許差值為±1.0 mg，按均勻分布計(jì)算則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

據(jù)表2，以本次測量纖維稱量均值0.1245 g計(jì)算，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.4 試樣稱量產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（m2）（測量不確定度B類評定） 試樣稱量過程的相對不確定度主要由天平示值、天平校準(zhǔn)、天平變動(dòng)性（稱量重復(fù)性）引入的不確定度組成。其中，天平示值的不確定度通過稱重時(shí)歸零處理已被消除，故僅考慮天平校準(zhǔn)和天平重復(fù)性的不確定度。

3.4.1 天平校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度u1（m2） 根據(jù)CP224S電子分析天平使用說明書和檢定證書，其檢定證書上給出的最大允許誤差為±0.1 mg，按均勻分布則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.4.2 天平重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度u2（m2） 天平重復(fù)性可根據(jù)《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》附錄G（不確定度的常見來源和數(shù)值）中給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。對于萬分之一天平，d=0.1 mg，天平重復(fù)性帶來的不確定度即為半寬度。

以本次樣品稱量平均為1.0678 g計(jì)算，因此樣品稱量產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴(kuò)展不確定度計(jì)算及測量不確定度報(bào)告

根據(jù)上述分量計(jì)算結(jié)果，各不確定度的分量信息如表3所示。

表3 不確定度分量匯總

4.1 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 對各不確定度分量進(jìn)行分析，由于各分量彼此獨(dú)立無關(guān)，則對表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2 計(jì)算擴(kuò)展不確定度 根據(jù)不確定度的合成以標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式進(jìn)行，參考《測量不確定度評定與表示》中的規(guī)定，在置信概率P=95%時(shí)，取包含因子k=2，則棉籽粕樣品結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

4.3 測量不確定報(bào)告 棉籽粕中的粗纖維含量測定結(jié)果為：

5 討論和結(jié)論

將各不確定度分量值按比例繪成圖1，從圖1可以看出，重復(fù)性測定引入的不確定度分量對總不確定度的貢獻(xiàn)最大。纖維素稱量帶來的不確定度分量也不容忽視，在整個(gè)纖維素測定的過程中，有4次稱量及恒重的過程，在試驗(yàn)過程中，注意通過保持恒重環(huán)境的一致性程，提高操作一致性，可降低相關(guān)不確定度分量。試樣稱量對總不確定度的貢獻(xiàn)最小，說明使用分度值為0.0001 g的天平，完全能夠滿足本試驗(yàn)的要求。

圖1 測量不確定度分量分布圖

本試驗(yàn)根據(jù)ANKOM濾袋法測定粗纖維的原理，對棉籽粕中的粗纖維進(jìn)行了測定，通過建立測定過程中各分量的數(shù)學(xué)模型，分析、識(shí)別了不確定度來源，并對檢測結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評定。通過分析計(jì)算和逐一評定，可以看出：棉籽粕中粗纖維測定過程中重復(fù)測定產(chǎn)生的不確定度對總的測量不確定度貢獻(xiàn)最大，其次是纖維素稱量的恒重過程引入的不確定度，空白濾袋校正系數(shù)、試樣稱量帶來的不確定度分量也不容忽視；當(dāng)棉籽粕中粗纖維含量為11.67%時(shí)，得到其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度分別為0.11%和0.22%。因此，在檢測過程中，分析人員應(yīng)尤其注意多進(jìn)行重復(fù)測定并保持恒重條件的一致性，盡量選擇在相同的條件下測定，以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確度。

[1]樊霞，肖志明.過濾法測定飼料中粗纖維的不確定度評定[J].中國飼料，2014，20：32～35.

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].

[3]王宇，張爽，王瑩，等.食用菌中粗纖維測定結(jié)果的不確定度評定[J].吉林蔬菜，2013，9：34～35.

[4]中國合格評定國家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL05：2011測量不確定度要求的實(shí)施指南[S].

[5]中國合格評定國家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL06：2006化學(xué)分析中不確定度的評估指南[S].