白砂糖蔗糖分檢測(cè)的不確定度評(píng)定

曾史俊，高裕鋒*，鐘宏星，余構(gòu)彬，郭劍雄，李海喬

(1廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316；2國(guó)家糖業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，廣東廣州510316)

白砂糖蔗糖分檢測(cè)的不確定度評(píng)定

曾史俊1,2，高裕鋒1,2*，鐘宏星1,2，余構(gòu)彬1,2，郭劍雄1,2，李海喬1,2

(1廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316；2國(guó)家糖業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，廣東廣州510316)

分析旋光法測(cè)定白砂糖中蔗糖分的不確定度來(lái)源，對(duì)不確定度的各個(gè)分量進(jìn)行評(píng)估和合成。結(jié)果表明，影響蔗糖分測(cè)定不確定度的主要原因是定容體積和旋光儀精度引入的不確定度分量。當(dāng)白砂糖中蔗糖分的測(cè)定值為99.71％時(shí)，擴(kuò)展不確定度為0.02％，測(cè)定結(jié)果表示為99.71％±0.02％，k=2，P=95％。關(guān)鍵詞：白砂糖；蔗糖分；旋光法；不確定度

0　前言

蔗糖分是衡量白砂糖品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，尤其是白砂糖質(zhì)量分級(jí)的重要指標(biāo)，因此蔗糖分測(cè)量值的準(zhǔn)確性顯得尤為重要[1]。由于白砂糖的純度較高，蔗糖分含量達(dá)到99.5％以上，且每相差0.1％就會(huì)有一個(gè)質(zhì)量級(jí)別的差異，因此，對(duì)蔗糖分檢驗(yàn)過(guò)程的誤差控制要求較高。為了檢查分析結(jié)果質(zhì)量、度量分析結(jié)果可信性，對(duì)白砂糖蔗糖分進(jìn)行不確定度評(píng)定十分必要[2-3]。通過(guò)不確定度評(píng)定，可以有效地分析檢驗(yàn)過(guò)程各種影響結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，提出避免引入測(cè)量誤差或不確定性的方法，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理。

本文根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 317-2006《白砂糖》的規(guī)定，利用旋光法對(duì)白砂糖樣品的蔗糖分進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范 JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定[4-5]，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)各個(gè)不確定度分量進(jìn)行計(jì)算，找出影響蔗糖分檢測(cè)準(zhǔn)確性的主要因素。

1　材料與方法

1.1儀器與設(shè)備

旋光儀(精度0.015 oZ，德國(guó)Polatronic公司)；旋光觀測(cè)管(長(zhǎng)度200 mm)；電子天平(精度0.0001 g，日本AND公司)；容量瓶(100 mL，A級(jí))。

1.2測(cè)定方法

稱取樣品26.0000 g于干凈的小燒杯中，加蒸餾水40～50 mL，攪拌使其完全溶解。移入100 mL的容量瓶中，用少量蒸餾水沖洗燒杯及玻璃棒，不少于3次，搖勻瓶?jī)?nèi)溶液，加蒸餾水至容量瓶標(biāo)線附近。至少放置10 min達(dá)到室溫，然后加蒸餾水至容量瓶標(biāo)線下約1 mm處，有氣泡時(shí)，可用乙醚或乙醇消除。加蒸餾水至標(biāo)線，充分搖勻。如發(fā)現(xiàn)溶液混濁，用濾紙過(guò)濾，漏斗上需加蓋表面皿，將最初10 mL濾液棄去，收集后面的濾液50～60 mL。用待測(cè)溶液將旋光觀測(cè)管至少?zèng)_洗2次，裝滿旋光觀測(cè)管，注意旋光觀測(cè)管內(nèi)不能夾帶氣泡。將旋光觀測(cè)管置于旋光儀中，測(cè)定5次，測(cè)定旋光讀數(shù)后，立即測(cè)定旋光觀測(cè)管內(nèi)溶液的溫度，精確至0.1℃。

2　建立數(shù)學(xué)模型

蔗糖分?jǐn)?shù)值主要由旋光儀讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較得出，計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

式中：X—蔗糖分(％)；αi—樣品溶液的旋光值讀數(shù)(o)；n—重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)；34.626—在黃色納光波長(zhǎng)下，相當(dāng)于100 oZ的旋光度；Pi—樣品溶液的糖度值(oZ)。

由于稱樣量、定容體積、旋光儀精度、旋光管長(zhǎng)度和溫度對(duì)結(jié)果都有一定的影響，為了考慮附加影響量，公式中需加入各自對(duì)結(jié)果的修正因子f，公式擴(kuò)大為式(2)。

3　測(cè)量白砂糖蔗糖分的不確定度來(lái)源分析

測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，它合理地賦予被測(cè)值的分散性。該分散性主要涉及 A類不確定度、B類不確定度和合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度[2]。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型和測(cè)量過(guò)程，白砂糖蔗糖分的不確定度來(lái)源包括(如圖 1所示)：①稱樣過(guò)程引入的不確定度 urel(m)，來(lái)源于電子天平的精度；②定容過(guò)程引入的不確定度 urel(V)，包括定容容器的體積誤差、讀數(shù)誤差、環(huán)境溫度的影響；③重復(fù)測(cè)量引入的不確定度 urel(ci)；④旋光儀精度的不確定度urel(p)；⑤旋光管長(zhǎng)度的不確定度 urel(l)；⑥環(huán)境溫度對(duì)旋光檢測(cè)值影響產(chǎn)生的不確定度urel(t)。

圖1　白砂糖蔗糖分的不確定度來(lái)源

4　不確定度分量評(píng)定

4.1稱樣的不確定度urel(m)

樣品質(zhì)量m引入的不確定度主要來(lái)自稱量時(shí)使用的天平自身存在的系統(tǒng)誤差，屬于B類不確定度。由檢定證書(shū)得知最大允許誤差為±0.0002 g，按均勻分布考慮，則有標(biāo)準(zhǔn)不確定度為樣品質(zhì)量平均值為26.0002 g，因此其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel(m)=1.15×10-4/26.0002=4.42×10-6·········(3)

4.2樣品定容引入的不確定度urel(V)

體積V引入的不確定度主要來(lái)源于定容使用的100 mL容量瓶。該不確定度分量主要包括3個(gè)部分：①容量瓶體積：使用A級(jí)容量瓶，由檢定證書(shū)得知實(shí)驗(yàn)使用的容量瓶精度為(100±0.007) mL，按均勻分布計(jì)算，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為mL。②校準(zhǔn)溫度與實(shí)驗(yàn)室溫度不同產(chǎn)生的不確定度：儀器的校準(zhǔn)溫度為20℃，而當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的溫度為20.5℃，在95％置信概率下，按正態(tài)分布計(jì)算，體積變化的不確定度為 2.1×10-4×0.5×100/2= 5.25×10-3mL。③定容時(shí)的估讀誤差±0.005 mL，引起的不確定度為

合成以上3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式(4)所示。

因此，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：4.3 重復(fù)測(cè)量引入的不確定度urel(ci)對(duì)同一白砂糖樣品重復(fù)測(cè)定8次，結(jié)果見(jiàn)表l。

表1　樣品蔗糖分測(cè)定結(jié)果

由貝塞爾公式求得單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差s(ci)為：

由測(cè)量重復(fù)性導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(c)為：

因此，重復(fù)測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4 旋光儀精度的不確定度urel(P)

儀器檢定證書(shū)給出儀器的精度為±0.015 oZ，樣品的蔗糖分平均值為99.71％，假設(shè)為均勻分布，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.5旋光管長(zhǎng)度的不確定度urel(l)

由儀器檢定證書(shū)得，此旋光測(cè)定管(200 mm)的校準(zhǔn)誤差為0.008 mm，假設(shè)為均勻分布，換算成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.6環(huán)境溫度對(duì)旋光檢測(cè)值影響的不確定度urel(t)

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)定溫度允許±0.2℃偏差，假設(shè)為均勻分布，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 ℃，并且溫度變化系數(shù)為0.00019[1]，因此，溫度對(duì)結(jié)果影響所造成的不確定度為：

4.7計(jì)算合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各個(gè)不確定度分量計(jì)算值如表2所示，旋光儀精度和樣品定容引入的不確定度是主要來(lái)源。

合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式(12)所示。

表2　白砂糖蔗糖分測(cè)定相對(duì)不確定分量評(píng)定結(jié)果

4.8 擴(kuò)展不確定度

白砂糖中蔗糖分平均值為：99.71％，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u=0.000119×99.71×100％=0.012％，在 95％置信水平下，包含因子取 k=2，擴(kuò)展不確定度為：U=ku=0.02％，實(shí)際白砂糖樣品的測(cè)定結(jié)果可表示為：99.71％±0.02％。

5　結(jié)論

采用旋光法測(cè)定白砂糖蔗糖分的過(guò)程中，影響蔗糖分測(cè)定的不確定度主要來(lái)源是旋光儀精度和樣品定容過(guò)程引入的不確定度分量。在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件下，測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.012％，在95％置信水平下，包含因子取 k=2，擴(kuò)展不確定度為0.02％，白砂糖樣品中的蔗糖分測(cè)定結(jié)果可表示為99.71％±0.02％，滿足蔗糖分檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1] 中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì).白砂糖：GB 317-2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司.測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示指南[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000.

[3] 高裕鋒，甄振鵬，郭劍雄，等.高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定甘蔗中速滅威結(jié)果不確定度評(píng)定[J].甘蔗糖業(yè)，2013(4)：59-62.

[4] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF1059-1999 [M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999.

[5] 中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2002.

（本篇責(zé)任編校：李金玉）

Uncertainty Evaluation Determination of Sucrose in White Granulated Sugar

ZENG Shi-jun1,2, GAO Yu-feng1,2, ZHONG Hong-xing1,2, YU Gou-bin1,2, GUO Jian-xiong1,2, LI Hai-qiao1,2
(1Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316;2China Sugar Inspection Center, Guangzhou 510316)

The uncertainty determination of sucrose in white granulated sugar by polarimetry was evaluated.The results showed that main uncertainty components arose from constant volume process and precision of polarimeter.When the sucrose value was 99.71％, the expanded uncertainty value was 0.02％, results could be expressed as 99.71％±0.02％, k=2, P=95％.

Sugar; Sucrose; Polarimetry; Uncertainty

TS247

A

1005-9695(2016)03-0055-04

2016-06-13；

2016-06-20

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B040400003、2013B061800023、2013B061800007、2014B040404054、2016A040403066)作者簡(jiǎn)介：曾史俊(1984-)，男，助理工程師，主要從事食品檢測(cè)；Email：316058022@qq.com

高裕鋒(1983-)，男，博士，高級(jí)工程師，主要從事食品檢測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)化研究；Email：gyuf2001@163.com

曾史俊，高裕鋒，鐘宏星，等.白砂糖蔗糖分檢測(cè)的不確定度評(píng)定[J].甘蔗糖業(yè)，2016(3)：55-58.