氣相色譜法測(cè)定白酒中正丙醇的不確定度評(píng)定

全國(guó)芬

（貴州茅臺(tái)酒股份有限公司質(zhì)量部，貴州仁懷56450）

中國(guó)白酒是以糧谷為原料，以大曲、小曲或麩曲以及酒母等為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾而制成的蒸餾酒[1]。白酒中的微量成分，是決定白酒香氣、口感、風(fēng)格和質(zhì)量的關(guān)鍵，這些風(fēng)味物質(zhì)也是構(gòu)成白酒典型特征的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]，其中高級(jí)醇是傳統(tǒng)白酒的芳香組分之一，是含3個(gè)碳以上的一元醇類(lèi)物質(zhì)的總稱(chēng)，包括異丁醇、正丙醇、異戊醇等，適量的高級(jí)醇使酒體醇甜，呈味突出[3]，能夠襯托酒體酯類(lèi)香氣，但含量過(guò)高又會(huì)引起酒體辛辣，使人上頭易醉[4]。正丙醇作為高級(jí)醇的重要組成部分，其含量已成為我國(guó)酒精類(lèi)食品檢測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[5-6]。

檢驗(yàn)工作需要復(fù)雜的測(cè)量程序，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)受到諸多不確定因素的影響，使得檢測(cè)結(jié)果與真實(shí)值之間出現(xiàn)一定的誤差[7]。測(cè)量不確定度評(píng)定是實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可和質(zhì)量控制的重要內(nèi)容之一，測(cè)量不確定度是根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量量值分散性的非負(fù)參數(shù)[8]。測(cè)量不確定度反映測(cè)量結(jié)果的可信性，為測(cè)定結(jié)果的判定提供參考依據(jù)[9]。根據(jù)CNAS-CL01-G003：2019《測(cè)量不確定度的要求》[10]：實(shí)驗(yàn)室應(yīng)評(píng)定和應(yīng)用測(cè)量不確定度，并建立維護(hù)測(cè)量不確定度有效性的機(jī)制；實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有具備能力的人員，正確評(píng)定、報(bào)告和應(yīng)用測(cè)量不確定度。

根據(jù)GB 5009.266—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中甲醇的測(cè)定》和GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[11-12]，并結(jié)合對(duì)實(shí)際操作條件的分析，采用氣相色譜外標(biāo)法測(cè)定白酒中正丙醇的含量，由于正丙醇的測(cè)量不確定度來(lái)源發(fā)生了變化，為確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需對(duì)新方法檢測(cè)過(guò)程中各因素進(jìn)行分析，通過(guò)評(píng)估各項(xiàng)不確定度分量大小，有針對(duì)性的控制各影響因素，從而提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[13-15]，以期找到影響測(cè)量結(jié)果可靠性的主要因素，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)控，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：醬香型白酒樣品。

試劑：乙醇(色譜純)，純度≥99.9%；正丙醇(有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))，純度≥99.8%，叔戊醇，純度≥99.8%，超純水：由Milli-Q academic超純水系統(tǒng)制備。

儀器設(shè)備：7890A氣相色譜儀，配氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)，美國(guó)安捷倫公司；XP205電子天平，梅特勒-托利多公司；Milli-Q Academic超純水系統(tǒng)，密理博中國(guó)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

乙醇溶液(40%體積分?jǐn)?shù))：量取40 mL乙醇，用水定容至100 mL，混勻。正丙醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(62500 mg/L)：準(zhǔn)確稱(chēng)取3 g(精確至 0.001 g)正丙醇至50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容至刻度，混勻，0～4℃低溫冰箱密封保存。叔戊醇內(nèi)標(biāo)溶液(1200 mg/L)：準(zhǔn)確稱(chēng)取0.6 g(精確至0.001 g)叔戊醇至50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容，混勻，0～4℃低溫冰箱密封保存。分別吸取0.2 mL、0.4 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL正丙醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于5個(gè)50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容至刻度，依次配制成正丙醇含量為250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L、4000 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.2.2 樣品處理

按照GB 5009.266—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中甲醇的測(cè)定》中方法，取5 mL酒樣于試管中，加入0.10 mL內(nèi)標(biāo)叔戊醇溶液，將制備的試樣溶液注入氣相色譜儀中檢測(cè)。直接進(jìn)氣相色譜，保留時(shí)間定性，記錄正丙醇和叔戊醇色譜峰面積比值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算酒樣中正丙醇濃度。

1.2.3 色譜條件

色譜柱：毛細(xì)管柱DB-WAXUI，30 m×0.25 mm×0.25 μm；色譜柱溫度：初溫40 ℃，保持6 min，以5℃/min升到100℃，以10℃/min升到200℃，保持10 min；檢測(cè)器溫度：230℃；進(jìn)樣口溫度：230 ℃；載氣流量：1.0 mL/min；進(jìn)樣量：1.0 μL；分流比：30∶1。

1.2.4 數(shù)學(xué)模型

將制備的試樣溶液注入氣相色譜儀中，以保留時(shí)間定性，同時(shí)記錄正丙醇和叔戊醇色譜峰面積的比值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到待測(cè)液中正丙醇的濃度。樣品中正丙醇的計(jì)算公式如下：

式中：X—樣品中正丙醇的含量，mg/L；

ci—從標(biāo)準(zhǔn)曲線得到待測(cè)液中正丙醇的含量，mg/L。

上述計(jì)算公式是根據(jù)正丙醇的測(cè)量原理給出，沒(méi)有考慮檢測(cè)過(guò)程中各種隨機(jī)因素對(duì)不確定度的影響。因此，引入反映隨機(jī)影響的重復(fù)性系數(shù)frep。樣品不需稀釋處理，在此評(píng)定不確定度的數(shù)學(xué)模型可寫(xiě)為：

標(biāo)準(zhǔn)工作曲線由最小二乘法進(jìn)行線性擬合而成，外標(biāo)法定量，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線以峰面積計(jì)算得到待測(cè)組分的含量。

1.2.5 不確定度來(lái)源分析

對(duì)正丙醇的測(cè)量過(guò)程描述可識(shí)別出測(cè)量不確定度的主要來(lái)源：①標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制引入；②標(biāo)準(zhǔn)使用液配制引入；③工作曲線擬合；④樣品測(cè)試過(guò)程引入；⑤儀器自身影響。不確定度來(lái)源見(jiàn)因果圖1。

圖1 不確定度因果關(guān)系

2 各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

2.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

正丙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：稱(chēng)取3.1250 g正丙醇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于50 mL容量瓶中，用40%乙醇溶液定容，配制成62500 mg/L正丙醇儲(chǔ)備液。

2.1.1 正丙醇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度引起的測(cè)量不確定度

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量時(shí)引入的不確定度

稱(chēng)取3.1250 g標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成不確定度：

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液體積引入的不確定度

配制50 mL標(biāo)準(zhǔn)品溶液體積引入的不確定度由容量瓶校準(zhǔn)引入的不確定度和溫度引入的不確定度兩部分構(gòu)成。

a.容量瓶校準(zhǔn)引入的不確定度根據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[16]，50 mL容量瓶（A）級(jí)容量允差為±0.05mL，按均勻分布，容量瓶校準(zhǔn)引入相對(duì)不確定度為：

b.容量瓶已在20℃校準(zhǔn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室溫度在20℃±5℃時(shí)，與校正時(shí)該容量瓶溫度不同引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，溫度引起的液體膨脹體積明顯大于容量瓶的體積膨脹，故只考慮液體膨脹。水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，按均勻分布k取3，得到溫度引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.2 標(biāo)準(zhǔn)使用液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

配制標(biāo)準(zhǔn)使用溶液引入的不確定度主要包括移液管校準(zhǔn)引入、容量瓶校準(zhǔn)引入以及溫度，與2.1.3計(jì)算同理，溫度引入的相對(duì)不確定度為urel(Vt1)=0.00061，移液管校準(zhǔn)引入的不確定度和容量瓶校準(zhǔn)引入的不確定度如表1所示。配制正丙醇5個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液用的5個(gè)50 mLA級(jí)單標(biāo)線容量瓶和0.2 mL、0.5 mL、1 mL、2 mL、5 mLA級(jí)分度吸量管各1次，配制正丙醇標(biāo)準(zhǔn)工作溶液引入的測(cè)量不確定度：

表1 移液管和容量瓶校準(zhǔn)引入的不確定度

2.3 工作曲線擬合的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的不確定度，正丙醇含量為250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L、4000 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液分別進(jìn)樣，每一個(gè)濃度點(diǎn)重復(fù)測(cè)定6次，以正丙醇濃度為橫坐標(biāo)，正丙醇峰面積和內(nèi)標(biāo)峰面積的比值為縱坐標(biāo)，具體見(jiàn)表2，可知標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.0018x+0.0505，R2=0.9986。對(duì)樣品進(jìn)行10次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，c為酒樣中利用校準(zhǔn)曲線得到的正丙醇濃度平均值946.1 mg/L。

表2 正丙醇外標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)曲線的數(shù)據(jù)

則由標(biāo)準(zhǔn)曲線線形回歸引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(p)按下述公式計(jì)算：

式中s為工作曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差：

式中：ρi為建立標(biāo)曲的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中正丙醇的濃度；Ai為正丙醇標(biāo)準(zhǔn)系列濃度對(duì)應(yīng)的峰面積比值；a為校準(zhǔn)曲線的截距，a=0.0505；b為校準(zhǔn)曲線斜率，b=0.0018；p為樣品平行測(cè)量次數(shù)10；N為標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量總次數(shù)30；c為酒樣中利用校準(zhǔn)曲線得到的正丙醇濃度平均值，c=946.1 mg/L，為標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中正丙醇平均濃度；為正丙醇標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度的差方和，則工作曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.095。

2.4 樣品測(cè)試過(guò)程引入的不確定度

對(duì)樣品均勻性的考慮可包含在重復(fù)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)，樣品測(cè)試過(guò)程中引入的不確定度主要考慮樣品吸取、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。

2.4.1 樣品重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度樣品重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引入的不確定度，受操作人員的熟練程度和儀器本身性能等因素的影響，該不確定屬A類(lèi)評(píng)定，重復(fù)性不確定度包含其他不確定度分量的重復(fù)性不確定度，故其他分量不再評(píng)定。對(duì)樣品進(jìn)行10次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表3所示，按A類(lèi)評(píng)定進(jìn)行計(jì)算。

表3 正丙醇含量10次平行測(cè)量結(jié)果

由貝塞爾公式單個(gè)測(cè)得值xk的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

樣品重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4.2 吸取樣品引入的相對(duì)不確定度

吸取樣品引入的不確定度主要包括5 mL單標(biāo)線吸量管（A級(jí)）和0.1 mL微量移液器，不確定度的來(lái)源包括容量允差和溫度影響，與2.1.3計(jì)算同理，溫度引入的相對(duì)不確定度為urel(Vt1)=0.00061，urel(V5)=0.00173，urel(V0.1)=0.00173，具體見(jiàn)表1，吸取樣品引入的相對(duì)不確定度：

樣品測(cè)試過(guò)程中引入的不確定度：

2.5 儀器自身影響引入的不確定度評(píng)定

由檢定證書(shū)可知，安捷倫氣相色譜儀的定量重復(fù)性u(píng)=1.5%，則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(B)=1.5%/=0.0061。

3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

酒樣中正丙醇測(cè)定過(guò)程中相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源及分量見(jiàn)表4。

表4 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

各不確定分量相互獨(dú)立，因此相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

擴(kuò)展不確定度報(bào)告：取95%包含概率，包含因子k=2，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel=k×urel(c)=2×0.027=0.054。酒樣正丙醇濃度平均值946.1 mg/L，擴(kuò)展不確定度U=946.1×0.054=51.1 mg/L。

本方法測(cè)得的樣品中正丙醇結(jié)果為：X=（946.1±51.1）mg/L；k=2。

4 結(jié)論

對(duì)外標(biāo)法測(cè)定白酒中正丙醇濃度的不確定度各分量的量化，可知不確定度主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合和標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。在檢測(cè)過(guò)程中，首先實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程，盡量做到每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液點(diǎn)多次平行進(jìn)樣，可在較大程度上減少標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度。其次，在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液前，操作人員應(yīng)確保使用量器進(jìn)行了定期檢定，比如天平和移液管的檢定等，嚴(yán)格按照操作指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行操作，減少誤差。再次，定期有效開(kāi)展質(zhì)控活動(dòng)，通過(guò)質(zhì)控圖、儀器比對(duì)、能力驗(yàn)證等方式確保檢測(cè)的精密度和準(zhǔn)確性，以減少不確定因素的影響。