銅還原碘量法測定竹筍中可溶性糖含量的不確定度評定

◎ 袁燕村，葉偉國，陸衛(wèi)紅，徐富群，黃霄航，孫云杰，沈 莉，袁新躍

（杭州市富陽區(qū)食品安全檢驗(yàn)檢測中心，浙江 杭州 311400）

測量不確定度是表征賦予被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)[1]，是與測量結(jié)果準(zhǔn)確性相聯(lián)系的重要參數(shù)[2]，是衡量檢測水平高低的重要指標(biāo)，一個(gè)完整的定量分析結(jié)果應(yīng)該包括測量值和測量不確定度兩個(gè)指標(biāo)。開展測定不確定評定有利于對檢測結(jié)果邊緣值進(jìn)行合格與否的判定，確認(rèn)檢測結(jié)果的可信度。滴定法是化學(xué)分析中一種常規(guī)、經(jīng)典的測量手段，在各個(gè)行業(yè)中的質(zhì)量檢測中應(yīng)用極其廣泛[3-6]。目前，已有大量的研究文獻(xiàn)對滴定法化學(xué)分析進(jìn)行了不確定度評定[7-13]。研究表明，影響樣品測量結(jié)果的不確定度的因素很多，包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、樣品稱量、定容體積、樣液吸取測試和測量重復(fù)性等，因各自引入的測量不確定的分量大小不同，對測量結(jié)果不確定度評定結(jié)果的貢獻(xiàn)也不同。本文以滴定法測定竹筍的可溶性糖含量為例，分析測量結(jié)果的不確定度來源，對測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評定，為有效降低銅還原碘量法測定竹筍中可溶性糖的結(jié)果誤差，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

AR5120 分析天平（0.01 g），美國Ohaus；XP205分析天平（0.000 1 g），MEttler Toledo；C020E食品粉碎機(jī)，山東九陽股份有限公司；25 mL 聚四氟乙烯滴定管，上海齒輪玻璃儀器；Samduk 移液管（5.0 mL），浙江諸暨明光機(jī)械有限公司；蜀牛01TX 容量瓶（100 mL）、蜀牛01TX容量瓶（50 mL）、蜀牛GC-17燒杯（100 mL），四川蜀玻（集團(tuán)）有限責(zé)任公司；葡萄糖（標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)號：GBW10062），中國計(jì)量科學(xué)院。

1.2 測定方法

稱取10 g 左右（準(zhǔn)確至0.01 g）竹筍樣品于100 mL燒杯中，用超純水洗入100 mL 容量瓶中，加入15%亞鐵氰化鉀溶液和30%硫酸鋅溶液各1 mL，搖勻后定容。靜置后過濾，吸取5 mL 濾液至50 mL 容量瓶，用超純水定容進(jìn)行稀釋。

分別吸取500 mg·L-1的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL 和5.0 mL 至200 mm×25 mm 試管，各加超純水至總體積為5.0 mL，同時(shí)吸取稀釋好的樣液5.0 mL 至200 mm×25 mm 試管，每一個(gè)試管加入堿性銅試劑5.0 mL，試管口上加蓋小漏斗，至沸水浴中加熱15 min。取出后置于冷水浴中冷卻至室溫，拿掉小漏斗。加入2 mL 硫酸-草酸混合液，搖動(dòng)，使氧化亞銅沉淀完全溶解。用0.005 mol·L-1硫代硫酸鈉溶液滴定至淺黃綠色，加入5 mg·mL-1淀粉指示劑0.5 mL，滴定至藍(lán)色消失為終點(diǎn)。以葡萄糖的含量（mg）為y，空白與樣液滴定差值為x，計(jì)算回歸方程y=bx+a，并計(jì)算出a值和b值。

1.3 數(shù)學(xué)模型

竹筍中可溶性糖含量計(jì)算表達(dá)式為

式中：ω為竹筍中可溶性糖的含量，%；a為回歸方程中的截距；b為回歸方程中的斜率；V0為空白溶液0.005 mol·L-1硫代硫酸鈉溶液滴定體積，mL；V1為竹筍樣品定容體積，mL；V2為竹筍樣液分取體積，mL；V3為樣液分取定容體積，mL；V4為測試溶液0.005 mol·L-1硫代硫酸鈉溶液滴定體積，mL；V5為測試溶液體積，mL；m為竹筍樣品稱樣量，g；1 000為由毫克換算為克系數(shù)。

1.4 不確定度來源

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《蔬菜及其制品中可溶性糖的測定 銅還原碘量法》（NY/T 1278—2007）[14]的要求，由測量過程和1.3 確定的數(shù)學(xué)模型，分析得出竹筍中可溶性糖含量的測量不確定度主要來源于以下幾方面。

（1）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度，包括葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度以及標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制引入的不確定度。

（2）測量樣品引入的不確定度，包括樣品制備的均勻性、取樣的代表性、分析天平的精度等級、定容容器精度等級及定容體積等。

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合及通過標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計(jì)算出樣品濃度時(shí)所引入的不確定度。

（4）重復(fù)性實(shí)驗(yàn)（隨機(jī)）變化包括天平重復(fù)性、不同的定容容器等。

（5）試劑空白。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度引入的不確定度

根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書信息可知，葡萄糖固體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度≥99.6%，純度的不確定度為0.20%，按標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)完全均一性考慮，由此引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度

采用十萬分之一的分析天平準(zhǔn)確稱取葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品0.055 00 g，用純水溶解并定容至100 mL A 級容量瓶中，容量瓶最大允差為±0.1 mL，按三角形分布估計(jì)，由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

實(shí)驗(yàn)室溫度控制在（20±3）℃，超純水的體積變化為±（100×3×0.000 21）=±0.063 mL，按均勻分布，引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

將以上兩項(xiàng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度合并得u(V)==0.054 7 mL，則標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)工作曲線采用一次線性擬合，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線為直線，工作標(biāo)準(zhǔn)曲線最小二乘法引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

式中：Se為殘差的標(biāo)準(zhǔn)差，為2.148×10-5；b為回歸方程中的斜率，為0.031；p為樣品測定次數(shù)，考慮到檢測平行性要求，樣品平行測量2 次；n為擬合工作曲線時(shí)測定次數(shù)，n=6；C為試樣溶液濃度，mg·mL-1；為溶液濃度的平均值，mg·mL-1；Sxx為可溶性糖濃度離差平方和。將數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算為

因此，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合計(jì)算樣品濃度過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3 樣品制備過程引入的不確定度

2.3.1 取樣引入的不確定度

本實(shí)驗(yàn)所用的竹筍測試樣品經(jīng)過均質(zhì)、混勻，可認(rèn)為樣品是均勻的、具有充分代表性的，稱樣時(shí)采用隨機(jī)取樣方式，由此所引入的相對測量不確定度較小，可忽略不計(jì)。

2.3.2 樣品稱量引入的不確定度

百分位天平的精確度為0.01 g，最大允差為±0.01 g，稱重2 次計(jì)入，假設(shè)為矩形分布，區(qū)間半寬度為a=0.01 g，則樣品稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為樣品質(zhì)量為10.00 g，則相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3.3 定容體積引入的不確定度

竹筍提取溶液定容至100 mL 容量瓶中，20 ℃時(shí)100 mL A 級容量瓶的允許誤差為±0.10 mL。依據(jù)三角分布計(jì)算，100 mL A 級容量瓶引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

前處理室溫度設(shè)為20 ℃，實(shí)際在±3 ℃波動(dòng)。純水在20 ℃時(shí)的膨脹系數(shù)為1.8×10-3/℃，依據(jù)矩形分布，取100 mL A 級容量瓶由溫度引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

竹筍液定容引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3.4 制備測試樣品引入的不確定度

所用5.0 mL 移液管，其最大允差為±0.025 mL，區(qū)間的半寬度為±0.015 mL，按三角形分布估計(jì)，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.4 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

在重復(fù)性條件下，對同一個(gè)竹筍樣品進(jìn)行了6 次（n=6）獨(dú)立測試，計(jì)算出6 次可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測量結(jié)果的平均值R和標(biāo)準(zhǔn)偏差s，得出竹筍中可溶性糖6 次測量結(jié)果的平均值和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，測量結(jié)果見表1。

表1 竹筍樣品重復(fù)測量結(jié)果表

由表1可得，單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）為0.007%，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

則由測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.5 試劑空白

本實(shí)驗(yàn)所用試劑為分析純以上，符合NY/T 1278—2007 可溶性糖測定前處理的要求，因測量過程中進(jìn)行了扣除試劑空白處理，故由試劑空白引入相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度影響很小，可忽略不計(jì)。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表

竹筍中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如表2所示。

表2 竹筍中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表

2.7 計(jì)算合成不確定度

根據(jù)測量過程不確定度分析可知，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、樣品稱量、樣品定容、樣品吸取測試及測量重復(fù)性這7 部分相互獨(dú)立不相關(guān)，因此由表2中各標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量合成竹筍中可溶性糖測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

由此可計(jì)算出竹筍中可溶性糖的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(SS)=1.423%×0.454 6%=0.006 5%。

2.8 擴(kuò)展不確定度的評定

取置信概率95%，k=2，得可溶性糖含量測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U(SS)=k×u(SS)=2×0.006 5%=0.013%。

2.9 測量不確定度報(bào)告與表示

銅還原碘量滴定法測定竹筍中可溶性糖的含量測定結(jié)果表示為W(SS)=1.423%±0.013%，k=2。

3 結(jié)論與討論

采用銅還原碘量法測定竹筍中可溶性糖含量，測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.006 5%，擴(kuò)展不確定度為0.013%。對竹筍中可溶性糖測量過程中的不確定度進(jìn)行評定，得出竹筍可溶性糖含量測量結(jié)果的最大不確定度分量是由樣品定容引入，其次是樣品溶液吸取體積和測量重復(fù)性引入，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合及標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制過程引入的不確定度相對于其他來源較小。要想獲得較小的不確定度，應(yīng)關(guān)注樣品定容、樣品溶液吸取體積和樣品的重復(fù)性測量。為最大限度保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用較高精度的容量瓶、移液管和分析天平，并確保其經(jīng)檢定合格后方可投入使用，并對其進(jìn)行定期檢定，以確保由容器、設(shè)備引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度降低到最低；應(yīng)加強(qiáng)檢測人員技能培訓(xùn)，確保測量人員重復(fù)操作的穩(wěn)定性；在標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制過程中嚴(yán)格要求工作溶液的配制工作，若偏差大，則需重新配制，按照標(biāo)準(zhǔn)要求確定標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的有效期，如發(fā)現(xiàn)過期則不得使用，從而減少引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。