三乙酸甘油酯濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制

牛佳佳，彭黔榮，蔣錦鋒，李陽(yáng)陽(yáng)，楊敬國(guó)，劉舒暢，劉娜，賀琛，陳宸，葉長(zhǎng)文，李棟*

1 鄭州煙草研究院，標(biāo)準(zhǔn)化研究中心，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001；

2 貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，技術(shù)中心，貴陽(yáng)市小河區(qū)開(kāi)發(fā)大道96 號(hào) 550009

基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究重要的一類(lèi)，它是一種具有實(shí)際樣品特性（如土壤、飲用水、金屬合金、血液等）的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可由生物、環(huán)境、工業(yè)等來(lái)源得到，也可將關(guān)心的成分添加至樣品基質(zhì)中制得?；w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)難度大于純度或溶液標(biāo)物物質(zhì)，不僅要求目標(biāo)成分具有一定的穩(wěn)定性，還要求此成分在樣品基質(zhì)中足夠穩(wěn)定且足夠均勻，近年來(lái)在實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量控制、測(cè)試方法掌握程度、測(cè)試水平的能力驗(yàn)證等若干方面已顯現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值[1-3]。煙草行業(yè)內(nèi)已發(fā)行的基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)主要有卷煙煙氣常規(guī)成分標(biāo)樣煙、煙草常規(guī)成分基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及農(nóng)殘基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等，這些基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研發(fā)和推出，解決了測(cè)試工作中的實(shí)際問(wèn)題，提升了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部測(cè)試水平和質(zhì)量。但目前基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研發(fā)仍跟不上煙草行業(yè)的發(fā)展，如卷煙企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量控制等方面有需求的一些個(gè)性化基體標(biāo)物仍有很大的空缺。因此，圍繞著產(chǎn)品需求，進(jìn)一步加強(qiáng)基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研發(fā)力度，解決生產(chǎn)、測(cè)試中的實(shí)際問(wèn)題仍然是煙草行業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

近年來(lái)，近紅外快速測(cè)定技術(shù)在煙草行業(yè)得到了快速發(fā)展[4-7]，如貴州中煙搭建了利用近紅外法快速測(cè)定濾棒中三乙酸甘油酯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的技術(shù)平臺(tái)，用于各個(gè)加工點(diǎn)以及技術(shù)中心日常濾棒的測(cè)試。但測(cè)試過(guò)程中存在2 個(gè)問(wèn)題：（1）需要1 個(gè)三乙酸甘油酯量值準(zhǔn)確的濾棒樣品對(duì)近紅外測(cè)試方法進(jìn)行賦值；（2）由于不同人員對(duì)操作規(guī)程掌握程度不同，以及斷電、開(kāi)關(guān)機(jī)等偶然事件的發(fā)生，整個(gè)測(cè)試過(guò)程有時(shí)會(huì)處于一種非正常的工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果與實(shí)際施加量偏離較大。鑒于此，亟需研制出一種三乙酸甘油酯濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在每日檢驗(yàn)前或一定周期內(nèi)對(duì)濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，從而監(jiān)控近紅外測(cè)試過(guò)程是否處于受控的工作狀態(tài)，確保近紅外分析數(shù)據(jù)可靠、可信。此外，該濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)也可用于近紅外、GC[8]等方法的實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證和測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

三乙酸甘油酯純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)082265，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%，相對(duì)不確定度0.2%，中國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化研究中心]；茴香腦（99.0%，德國(guó)MERCK 集團(tuán)）；無(wú)水乙醇（色譜純，德國(guó)MERCK 集團(tuán)），包裝盒（特百惠，0.5 L）。

6890N、7890A、7890B 氣相色譜儀（美國(guó)Agilent公司），色譜柱型號(hào)：DB-WAXETR（30 m×0.32 mm×1.0 μm）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法和條件

1.2.1 濾棒制作

選取貴陽(yáng)卷煙廠濾棒生產(chǎn)車(chē)間5#機(jī)臺(tái)制作，機(jī)型：ZL29 型濾咀棒成型機(jī)；機(jī)臺(tái)參數(shù)：V1/VkDF＝1.1～1.2，V2/V1＝1.35～1.45，搭口膠膠量17～21 mg/600 m，內(nèi)粘接線膠量17～21 mg/600 m，機(jī)速600 m/min；絲束規(guī)格：二醋酸纖維素絲束，類(lèi)型：3.0Y32000（mm）；三乙酸甘油酯規(guī)格：無(wú)色透明液體，無(wú)異味，純度≥99.0%。

待生產(chǎn)穩(wěn)定后，抽取樣品并檢測(cè)三乙酸甘油酯施加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），持續(xù)監(jiān)控一周，將濾棒三乙酸甘油酯施加量控制在（10±0.5）%的范圍內(nèi)。機(jī)臺(tái)制作10000 支濾棒，混合后均勻分裝至200 個(gè)包裝盒中，將盒樣品置于貴州中煙技術(shù)中心恒溫恒濕間[溫度（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±2）%]固化平衡一周。濾棒物理參數(shù)：圓周23.89 mm、圓度0.18 mm、長(zhǎng)度100.23 mm、吸阻2990 Pa。

1.2.2 均勻性檢驗(yàn)

根據(jù)JJF 1343—2012[9]均勻性檢驗(yàn)抽樣數(shù)量的要求（當(dāng)總體單元數(shù)N≤200 時(shí)，抽取單元數(shù)不少于11個(gè)），從制備的200 盒樣品中隨機(jī)抽取11 盒，進(jìn)行編號(hào)，從每盒中隨機(jī)抽取5 根濾棒為一組進(jìn)行測(cè)試，將5 根濾棒的測(cè)試平均值作為測(cè)試結(jié)果，每盒抽取3 組。為避免儀器系統(tǒng)誤差對(duì)結(jié)果的影響，對(duì)上機(jī)試樣進(jìn)行隨機(jī)排列。

1.2.3 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

隨機(jī)取樣，每次取2 盒。每盒隨機(jī)抽取5 根濾棒報(bào)告1 次測(cè)試值，以2 次測(cè)試值（共測(cè)10 根）的平均值作為盒樣品報(bào)告值。在間隔時(shí)間分別為0、1、2、3、4、5、6 月條件下，記錄2 盒的報(bào)告值。

1.2.4 定值

組織6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展聯(lián)合定值工作（表1），儀器條件參照YC/T 331—2010[8]。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室從制備的盒樣品中均隨機(jī)抽取5 盒，共30 盒待測(cè)樣品。

表1 聯(lián)合定值實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備Tab.1 Cooperative valuation laboratory and equipment

2 結(jié)果與討論

2.1 均勻性檢驗(yàn)

基于YC/T 331—2010 標(biāo)準(zhǔn)，將從每盒中隨機(jī)抽取的5 根濾棒作為一組，每盒抽取3 組，對(duì)組內(nèi)、組間樣品進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。按照ISO Guide 35—2017[10]要求，計(jì)算組內(nèi)及組間的方差、自由度等，結(jié)果見(jiàn)表3。其中，F(xiàn)實(shí)驗(yàn)值＜F臨界值，表明在95%置信概率下組內(nèi)、組間不存在顯著性差異，樣品的均勻性良好。

表2 均勻性檢驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定的三乙酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.2 Mass fraction of triacetin determined during the homogeneity test %

2.2 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

基于規(guī)范JJF 1343—2012，利用趨勢(shì)分析法對(duì)穩(wěn)定性檢驗(yàn)測(cè)試結(jié)果（表4）進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)樣品穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。選用線性模型作為三乙酸甘油酯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以x代表間隔時(shí)間，y代表濾棒中三乙酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的100 倍數(shù)值，得到的擬合直線方程為y=-0.0171x+8.5414，則斜率a=-0.0171，截距b=8.5414。直線上每點(diǎn)的方差S2[計(jì)算方法見(jiàn)公式（1）]為0.0028，斜率不確定度S（a）[計(jì)算方法見(jiàn)公式（2）]為0.0122。監(jiān)控次數(shù)n為7 次，自由度為n-2=5，p=0.95（95%置信區(qū)間），查t值表[9]，t為2.57。

表4 穩(wěn)定性檢驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定的三乙酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.4 Mass fraction of triacetin determined during the stability test %

式中：S2為直線上每點(diǎn)的方差；n為監(jiān)控次數(shù)（7次）；yi表示三乙酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的100 倍數(shù)值；xi表示間隔時(shí)間，月；a、b分別代表擬合直線方程的斜率和截距。

式中：S（a）為斜率不確定度；S為公式（1）中的S；n表示監(jiān)控次數(shù)（為7 次）；xi表示間隔時(shí)間，月；ˉx表示間隔時(shí)間的平均值，月。

結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果，可知|a|＜t·S（a），斜率不顯著，表明隨著時(shí)間的推移，濾棒中三乙酸甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不存在明顯變化，6 個(gè)月內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.3 定值

6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室從制備的盒樣品中均隨機(jī)抽取5 盒，共30 盒，測(cè)定的三乙酸甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表5。基于Grubbs 檢驗(yàn)[9]，將6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室的平均值數(shù)據(jù)由小到大排列，殘差與標(biāo)準(zhǔn)偏差的比值為Gi（最大的記作Gimax）。結(jié)果表明，Gimax小于G0.05(5)（查表為1.715），說(shuō)明各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的平均值測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)異常值。然后基于Dixon 檢驗(yàn)[11]，將6 個(gè)平均值數(shù)據(jù)由小到大排列，分別用X1，…，X6表示，r6=（X6－X5）/（X6－X1）=0.094、r1=（X2－X1）/（X6－X1）=0.132，查表得f(0.05,6)=0.628。r6＜r1＜f(0.05,6)，再次表明6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的平均值無(wú)異常值。

表5 6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的三乙酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.5 Mass fraction of triacetin measured by 6 laboratories %

將6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的30 個(gè)數(shù)據(jù)作為整體，基于Grubbs 檢驗(yàn)[9]驗(yàn)證整體數(shù)據(jù)是否存在異常值；將數(shù)據(jù)由小到大排列，殘差與標(biāo)準(zhǔn)偏差的比值記為Gi’（最大的記作Gimax’）。Gimax’=2.351＜G0.05(30)（查表為2.908），表明整體數(shù)據(jù)無(wú)異常值。

將6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的30 個(gè)數(shù)據(jù)作為整體，利用Origin 8.0 軟件中的柯?tīng)柲陕宸?斯米洛夫（Kolmogorov-Smirnov）[12]進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算出相對(duì)頻數(shù)D=0.1283、D(0.05, 30)= 0.6869，D＜D(0.05, 30)，表明6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的30 個(gè)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。

利用Cochran 檢驗(yàn)[13]驗(yàn)證6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的數(shù)據(jù)是否等精度，計(jì)算各實(shí)驗(yàn)室方差數(shù)據(jù)與方差之和的比值，用C表示最大值，可知C= 0.3675、C(0.05, 6, 5)=0.4447。C＜C(0.05, 6, 5)，通過(guò)了Cochran 檢驗(yàn)，表明各實(shí)驗(yàn)室間的數(shù)據(jù)是等精度的。

按照GB/T 15000.3—2008[14]的規(guī)定，取6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量數(shù)據(jù)的總平均值（8.50%）作為定值結(jié)果，即為三乙酸甘油酯濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.4 不確定度評(píng)定

經(jīng)分析，三乙酸甘油酯濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值結(jié)果的不確定度來(lái)源有：1）均勻性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur1，旨在體現(xiàn)樣品間的均勻性差異所引入的不確定度分量；2）長(zhǎng)期穩(wěn)定性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur2，旨在體現(xiàn)樣品在長(zhǎng)期存放過(guò)程中所引入的不確定度分量；3）合作定值引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur3，旨在體現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果差異性所引入的不確定度分量。

2.4.1 均勻性引入的不確定度

根據(jù)ISO GUIDE 35—2017[10]，計(jì)算出均勻性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.17%，具體計(jì)算方法見(jiàn)公式（3）、（4）。

式中：SH表示均勻性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；MS組間表示組間方差，MS組內(nèi)表示組內(nèi)方差；n表示測(cè)試組數(shù)（n=3），組。

式中：ur1表示均勻性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度；ˉx表示所檢驗(yàn)樣品的平均值。

2.4.2 長(zhǎng)期穩(wěn)定性引入的不確定度

長(zhǎng)期穩(wěn)定性引入的不確定度可根據(jù)斜率的不確定度評(píng)估，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.86%，計(jì)算方法見(jiàn)公式（5）。

式中：ur2表示長(zhǎng)期穩(wěn)定性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度；S（a）為公式（2）中的斜率不確定度；t表示時(shí)間，月；ˉx表示所檢驗(yàn)樣品的平均值。

2.4.3 不同實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合定值引入的不確定度

對(duì)于不同實(shí)驗(yàn)室之間結(jié)果的隨機(jī)性引入的不確定度，利用6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室定值結(jié)果中最大標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行評(píng)估。6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室定值結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表6?？芍?，6個(gè)實(shí)驗(yàn)室定值結(jié)果中最大標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)自Ⅲ實(shí)驗(yàn)室，則不同實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合定值引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur3=0.089 14/8.50=1.05%。

表6 6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室定值結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差Tab.6 Standard deviation of value determination results from six laboratories

2.4.4 合成不確定度

合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u為1.37%，計(jì)算方法見(jiàn)公式（6）。當(dāng)置信概率為95%時(shí)，取擴(kuò)展因子為2，即相對(duì)擴(kuò)展不確定度為2×1.37%=2.74%，擴(kuò)展不確定度UCRM=8.50%×2.74%≈0.24%。

式中：ur1表示均勻性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度；ur2表示長(zhǎng)期穩(wěn)定性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度；ur3表示不同實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合定值引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.5 標(biāo)物應(yīng)用

目前貴州中煙已建立近紅外測(cè)試濾棒中三乙酸甘油施加量的技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)近紅外云分析系統(tǒng)（Acould）在線監(jiān)控各家卷煙廠近紅外法測(cè)量濾棒中三乙酸甘油酯施加量的結(jié)果。為防止某天、某廠的整個(gè)測(cè)試過(guò)程處于一種非正常的工作狀態(tài)，將所研制三乙酸甘油酯濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)用于貴州中煙5 家卷煙廠（貴陽(yáng)卷煙廠、遵義卷煙廠、畢節(jié)卷煙廠、貴定卷煙廠和銅仁卷煙廠）的數(shù)據(jù)監(jiān)控，要求定期或不定期測(cè)試所研制標(biāo)物。

在5 家廠的日常監(jiān)控中偶然發(fā)現(xiàn)，卷煙廠4 的基體標(biāo)物近紅外檢測(cè)結(jié)果連續(xù)兩天偏離較大，并且對(duì)比其他4 家卷煙廠和技術(shù)中心都存在較大差異，因此車(chē)間緊急反饋至技術(shù)中心。技術(shù)中心相關(guān)人員通過(guò)對(duì)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)主要原因?yàn)榻t外儀器光源和儀器內(nèi)部干燥劑須更換，因此技術(shù)中心相關(guān)人員迅速更換光源并對(duì)干燥劑進(jìn)行重生，通過(guò)以上操作并對(duì)基體標(biāo)物重新復(fù)測(cè)，測(cè)試結(jié)果恢復(fù)正常值范圍（表7）。

表7 各家廠近紅外檢測(cè)結(jié)果及復(fù)測(cè)結(jié)果Tab.7 Near-infrared detection results and re-test results from various factories

通過(guò)上述測(cè)試，該基體標(biāo)物在實(shí)驗(yàn)室和車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了積極作用，不僅可以為近紅外法檢測(cè)濾棒中三乙酸甘油酯施加量的準(zhǔn)確性提供支撐，還能為整個(gè)測(cè)試是否處于正常狀態(tài)提供預(yù)警，保障濾棒生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

對(duì)制備的三乙酸甘油酯濾棒基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性、穩(wěn)定性良好，6個(gè)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合定值結(jié)果為8.50%。經(jīng)計(jì)算得到其不確定度為0.24%，符合國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)要求，可滿足近紅外法賦值和實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證、數(shù)據(jù)比對(duì)的需要。