火焰光度法測定烤煙煙葉中鉀的不確定度評定

代順冬，韋樹谷，黃玲，賴佳，盛玉珍，張騫方，張敏，葉鵬盛

（四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物育種栽培研究所，成都 610300）

鉀含量對煙葉的燃燒性、吸食品質(zhì)及卷煙制品的安全性均有重要影響［1］，不同部位煙葉鉀含量不同［2-3］。不確定度是與測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，表征合理地賦予被測量值的分散性［4］，一個完整測量結(jié)果的表述必須同時包含被測量值及與該值相關(guān)的測量不確定度［5-7］。不確定度評定可為正確評價測定結(jié)果提供科學(xué)依據(jù)［8］，對提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度具有重要意義［9］。根據(jù)JJF 1059.1-2012 《測量不確定度評定與表示》［10］，以YC／T 173-2003 《煙草及煙草制品 鉀的測定 火焰光度法》［11］測定全國主栽品種云煙87 上部煙葉（B2F）、中部煙葉（C3F）和下部煙葉（X1F）中鉀為例，評定火焰光度法測定烤煙煙葉中鉀的不確定度，確定影響煙葉中鉀測定的關(guān)鍵因素，以提高檢測準(zhǔn)確性和可靠性。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

火焰光度計：Sherwood 410 型，鉀檢測靈敏度小于0.5×10-6，英國SHERWOOD 公司。

電子天平：T-214 型，感量為0.000 1 g，美國丹佛儀器公司。

分度吸量管：1、2、5、10 mL，A 級，天津市天玻玻璃儀器有限公司。

容量瓶：100、1 000 mL，A 級，天津市天玻玻璃儀器有限公司。

氯化鉀：優(yōu)級純，含量不小于99.8%，北京國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

乙酸溶液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，上海德榜化工有限公司。

1.2 溶液的配制

鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取烘干至恒重的0.190 7 g 氯化鉀，用水溶解并轉(zhuǎn)移至1 000 mL 容量瓶中定容，配制成100 mg／L 鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液。

鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：分別吸取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，加水定容至標(biāo)線，混勻，得鉀質(zhì)量濃度分別為1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mg／L 系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的建立

按照儀器說明書進(jìn)行測定，以鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，儀器顯示讀數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.4 樣品處理

稱取0.25 g 試樣（精確至0.000 1 g）于150 mL三角瓶中，加入乙酸溶液［ω(C2H4O2)=5%］，在振蕩器上振蕩30 min，過濾，將濾液定容至100 mL（V1）。同時做空白試驗。吸取10 mL（V2）的樣品溶液，稀釋至100 mL（V3），待測。

1.5 測定

在火焰光度計上按照儀器說明書進(jìn)行測定，分別記錄樣品測定液的儀器顯示讀數(shù)(A)和空白測定液儀器顯示讀數(shù)(A0)。

1.6 結(jié)果計算

在濃度-吸收值曲線上查得吸收值為A-A0的鉀的濃度ρ。試樣中鉀(以K2O 計)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照式(1)進(jìn)行計算：

式中：ω——試樣中鉀（以K2O 計）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

ρ——在濃度-吸收值曲線上試驗樣品儀器顯 示讀數(shù)(A)減去空白儀器顯示讀數(shù)(A0) 所對應(yīng)的濃度，mg／L；

V1——初始定容體積，mL；

V3——測試液定容體積，mL；

1.204 6——由鉀換算成氧化鉀的系數(shù)；

m——試驗樣品的質(zhì)量，g；

V2——分取體積，mL；

ωH2O——試驗樣品的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

按照式(2)建立試驗樣品的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)模型：

式中：ωH2O——試驗樣品水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

m1——烘干前稱量皿與試驗樣品質(zhì)量，g；

m2——烘干后稱量皿與試驗樣品質(zhì)量，g；

m0——稱量皿質(zhì)量，g。

1.7 測量不確定度來源分析

2 結(jié)果與討論

2.1 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

以中部煙葉為例，對水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評定。

2.1.1 重復(fù)性引入不確定度

中部煙葉干燥失重，共進(jìn)行6 次平行試驗，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 中部煙葉烘干失重相關(guān)數(shù)據(jù)

由表1 可知，失重平均值為17.585 3%。由重復(fù)性引入的不確定度為A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

A 類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.2 稱量皿與試樣稱量引入的不確定度

由T-214 型感量為萬分之一的電子天平校準(zhǔn)證書（四川復(fù)現(xiàn)技術(shù)檢測服務(wù)有限公司校準(zhǔn)）確認(rèn)，在0～50 g 稱量范圍內(nèi)的最大允許誤差（MPE）為±0.000 5 g(k=3)。

樣品稱重過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.3 稱量皿稱量及烘干至恒重引入不確定度

稱量皿稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u1(m0) = u(m1) = 2.89×10-4g

烘干至恒重要求前后兩次稱量相差不超過0.002 g，其引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2(m0)為矩形分布，屬于B 類不確定度：

因此，稱量皿稱量及烘干至恒重引入的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.4 稱量皿、試樣稱量及烘干至恒重引入的不確 定度

稱量皿與試樣稱量及烘干至恒重引入的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(m2) = u(m0) = 1.19×10-3g。

2.1.5 m1-m0引入不確定度

根據(jù)不確定度傳遞規(guī)律可知，m1-m0引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

m1-m0的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.6 m1-m2引入的不確定度

根據(jù)不確定度傳遞規(guī)則可知，m1-m2的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

m1-m2的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.7 水分測定引入的B 類不確定度

烤煙中部煙葉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定引入的B 類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.8 水分測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由不確定度合成規(guī)律，烤煙中部煙葉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.1.9 上部和下部煙葉水分測定引入不確定度

與2.1.8 同理，烤煙上部煙葉和下部煙葉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定分別為1.72×10-3和2.17×10-3。

2.2 稱量0.250 0 g 試樣引入不確定度

由2.1.2 可知，u(m) = u(m1) = 2.89×10-4g，采用萬分之一電子天平稱量0.250 0 g 試樣引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.3 定容引入不確定度

定容過程引入的不確定度主要來源于標(biāo)線誤差和溫度變動。容量瓶允差參考JJG 196-2006 《中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程 常用玻璃量器》［12］A 級容量瓶允差值。校準(zhǔn)溫度為20 ℃，測試溫度為（20±4） ℃。定容至100 mL 和1 000 mL容量瓶引入不確定度見表2。

表2 定容引入不確定度

由表2 可知，樣品制備液定容引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V1)=7.55×10-4，待測液定容引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V3)=7.55×10-4。

2.4 分液引入不確定度

分液過程引入的不確定度主要來源于標(biāo)線誤差和溫度變動。A 級分度吸量管允差參考JJG 196-2006 《中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程 常用玻璃量器》［12］。校準(zhǔn)溫度設(shè)定為20 ℃，測試溫度設(shè)定為（20±4） ℃。采用A 級分度吸量管分取1、2、3、4、5、6、10 mL 液體引入不確定度見表3。

表3 分液引入不確定度

由表3 可知，分取10 mL 樣品制備液引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：urel(V2) = 2.93×10-3。

2.5 鉀標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液配制引入的不確定度

2.5.1 氯化鉀純度引入的不確定度

鉀標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液用優(yōu)級純氯化鉀配制，純度不低于99.8%，按矩形分布估算相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，氯化鉀純度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.5.2 稱量0.190 7 g 氯化鉀引入不確定度

由2.1.2 可知，u(m3) = u(m1) = 2.89×10-4g，采用電子天平稱量0.190 7 g 氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)品引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

urel(m3) = 2.89×10-4/0.190 7=1.52×10-3

2.5.3 將氯化鉀溶解定容至1 L 引入不確定度

由表2 可知，將氯化鉀溶解定容至1 L 引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V ) = 5.38×10-4。

由不確定度合成規(guī)律可知，鉀標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.6 鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制引入的不確定度

用A 級分度吸量管分別移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL 鉀標(biāo)準(zhǔn)儲備液于6 個100 mL 容量瓶中，配制成鉀質(zhì)量濃度分別為1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6 mg／L 系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。由表2 和表3可知，系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：urel(ρ2) = 1.03×10-2。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合過程引入不確定度

用配制系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的純水對火焰光度計調(diào)零，對鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液各測定3 次，共測定18 次，測定的吸光度（A）結(jié)果見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液測定結(jié)果

以鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度（c）為橫坐標(biāo)，儀器顯示讀數(shù)（A）為縱坐標(biāo)，應(yīng)用最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程A = a + bc。斜率b = 301.53，截距a = -4.86，相關(guān)系數(shù)r = 0.999 4，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差s = 19.20。

分別對上、中、下部煙葉待測樣品溶液測定3 次（p=3），測定結(jié)果見表5。

表5 樣品溶液測定結(jié)果 mg／L

曲線擬合過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別按公式(1)、(2)進(jìn)行計算：

式中：u3(ρ)——曲線擬合過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

s——工作曲線標(biāo)準(zhǔn)偏差，s=19.20；

b——擬合工作曲線的斜率，b=301.53；

p——C0的重復(fù)測定次數(shù)，p=3；

n——擬合直線的數(shù)據(jù)對總數(shù)，n=6×3=18；

sxx——標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度殘差的平方和， sxx=52.50；

u3rel(ρ)——曲線擬合過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確 定度。

曲線擬合過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度結(jié)果見表6。

表6 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

2.8 加標(biāo)回收率引入不確定度

對上、中、下部煙葉各進(jìn)行6 次加標(biāo)回收測試，分別計算標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，結(jié)果見表7。

表7 加標(biāo)回收率引入的不確定度

2.9 測定重復(fù)性引入不確定度

對上、中、下部煙葉分別進(jìn)行6 次獨(dú)立測試，計算測定重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，結(jié)果見表8。

表8 樣品中鉀含量的測定結(jié)果

2.10 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量及合成

烤煙上、中、下部煙葉鉀測定的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度結(jié)果見表9。

2.11 評定結(jié)果

表9 樣品中鉀含量測定的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量及合成值

表10 不確定度評定結(jié)果

2.12 討論

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、加標(biāo)回收率和測定重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度權(quán)重均較大，說明火焰光度法測定烤煙煙葉中鉀的不確定度主要由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、加標(biāo)回收率和測定重復(fù)性引入。

宋迎春等［13］和閆順華等［14］的研究結(jié)果表明，系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合為不確定度的主要來源，本研究在測定烤煙上、中、下部煙葉中鉀的過程中，由鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制及標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量權(quán)重之和分別為52.77%、52.44%、53.58%，均大于50%，與上述文獻(xiàn)相關(guān)研究基本一致。

由鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制引入的不確定度來源可知，選用量程適宜且精密度高的量器，保證實驗室溫度適宜且恒定，可有效降低鉀系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入不確定度計算公式可知，增加標(biāo)準(zhǔn)樣品個數(shù)和測定次數(shù)，及配制適宜濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，可有效減小標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

加標(biāo)回收及測定重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度均較大，說明應(yīng)提高檢測人員的操作規(guī)范性和熟練程度，加強(qiáng)火焰光度計的維護(hù)和保養(yǎng)，保證操作的一致性及定量設(shè)備的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

火焰光度法測定烤煙煙葉中鉀的不確定度主要由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、加標(biāo)回收率和測定重復(fù)性引入。應(yīng)選用量程適宜且精密度高的量器，保證實驗室溫度適宜且恒定，增加標(biāo)準(zhǔn)樣品個數(shù)和測定次數(shù)，配制適宜濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，提高檢測人員的操作規(guī)范性和熟練程度，加強(qiáng)火焰光度計的維護(hù)和保養(yǎng)，保證操作的一致性及定量設(shè)備的準(zhǔn)確性，以保障火焰光度法測定烤煙煙葉中鉀的檢測準(zhǔn)確性和可靠性。