连续流动法测定烟草中淀粉的不确定度评定

张海燕 熊 巍 胡瑜宁 靳冬梅 陶晓秋 庞 夙 韶济民

(四川省烟草质量监督检测站，成都 610041)

1 引言

烟草中的淀粉是较易水解的糖类，在热解、蒸馏和燃烧的条件下，能分解生成许许多多的新生化合物，从而影响烟草的吸食品质[1，2]。因此，测定烟叶中淀粉含量对于监控烟叶化学成分、提高烟叶品质具有重要指导意义[3，4]。连续流动分析法能快速检测烟草中淀粉含量，目前已在广泛应用于烟草行业的产品质量检测。

测量不确定度对测量结果可信性、可比性和可接受性都有着重要影响，国际上对测量不确定度的关注越来越高[5，6]。中国合格评定国家认可委员会(CNAS)要求检测实验室应评定每一项有数值表示的测量结果的测量不确定度。目前，关于烟草中水溶性糖、总植物碱、总氮、氯、钾等常规化学成分的测量不确定度已有评定指南[7-11]，但关于连续流动法测定烟草中淀粉的不确定度鲜有报道。因此本文依据YC /T 216-2013《烟草及烟草制品 淀粉的测定 连续流动法》和JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》，系统分析检测过程中影响检测结果分散性的主要因素，建立不确定度评定的测量模型，对连续流动法测定烟草中淀粉的测量不确定度进行评定。

2 材料与方法

2.1 主要仪器与试剂

氯化钠，无水乙醇，氢氧化钠，碘化钾，碘(以上试剂均为分析纯,广东光华科技股份公司)；烤烟烟末(国家烟草质量监督检验中心提供)；直链淀粉、支链淀粉(美国Sigma 公司)；聚乙氧基月桂醚(Brij 35；22%，德国Seal Analytical 公司)；高氯酸(AR,天津鑫源化工有限公司)。

G3烧结玻璃漏斗(50mL)；烧杯(400mL)；容量瓶(50ml、100ml、250ml和 500m)；三角瓶(50mL)；定量加液器(1～25mL,德国Brand Dispensette Organic)；HY-5型振荡器(金坛市富华仪器有限公司)；AE260 电子天平(精度：0.0001g，瑞士Mettler 公司)；超纯水仪(美国PALL)；连续流动分析仪(配570 nm 滤光片，法国Skalar 公司)。

2.2 实验原理和步骤

检测原理：按照检测标准YC/T 216-2013《烟草及烟草制品 淀粉的测定 连续流动法》[12]，用80%乙醇-饱和氯化钠溶液超声去除烟草样品中干扰物质，直接过滤后用40% 高氯酸超声提取烟草中的淀粉，然后淀粉在酸性的条件下与碘发生显色反应，在570nm进行比色测定。

检测步骤[12]：将烟草样品置于40℃下烘2 h，然后粉碎过40目筛。在G3玻璃漏斗中，称取0.25g样品，再加入25mL 80%乙醇-氯化钠饱和溶液，室温时超声萃取30 min弃去滤液，在玻璃漏斗中加入15 mL 40%高氯酸溶液，室温时超声萃取10min，再加入15 mL纯水，过滤，滤液用50 mL三角瓶接收，然后再移取5mL提取溶液于50mL容量瓶中，纯水定容摇匀，即可得到待测液，进行连续流动测定。烟草淀粉的测定流程图见图1。

图1 烟草中淀粉测量流程图

2.3 烟草中淀粉含量的计算

烟草样品中的淀粉含量[12]，数值以 % 表示，由式(1)计算：

(1)

式中：C：样品溶液中淀粉的含量，mg/mL；

V：待测液的体积，mL；

m：烟草样品的质量，g。

Ω：样品的水分含量，%；

3 结果与讨论

3.1 测量不确定度分量的来源分析

从测量流程(图1)和结果计算(公式1)分析可知，烟草中淀粉测定的不确定度来源主要包括样品的质量、样品的水分、萃取、定容、样品浓度测量和测量重复性等，通过对这些不确定度来源进行分析，得到烟草中淀粉测定的不确定度因果关系图，如图2 所示。

图2 烟草中淀粉测量的不确定度来源因果图

3.2 淀粉测量不确定度的数学模型

根据图2中的因果关系，影响烟草中淀粉含量测量结果的不确定度分量包括样品质量urel(m)，样品水分urel(W)，萃取液体积urel(V)，待测液体积urel(S)，样品浓度urel(C)，测量重复性urel(rep)。由各分量合成的测量不确定度数学模型可用下列公式表示：

(2)

式中：u(STA)—烟草中淀粉测量的合成不确定度；

RSTA—淀粉的测量值；

3.3 质量测量引入的相对不确定度分量urel(m)

影响该分量的因素有：天平分辨率(由仪器说明书获得)和天平校准(由计量证书获得)。

3.3.1天平分辨率引入的标准不确定度

3.3.2天平检定引入的标准不确定度

3.3.3合成标准不确定度分量

质量测量引入的不确定度分量按下式计算：

3.3.4质量测量的相对不确定度分量

由于称重为250 mg[12]，质量测量引入的相对不确定度分量为：

3.4 样品水分测量引入的相对不确定度分量urel(W)

跟据YC /T 31-1996《烟草及烟草制品 试样的制备和水分测定 烘箱法》[13]中的要求，水分测定平行样品的极差应小于0. 1%。引用JJF 1059中的规定，由水分测试引入标准不确定度为：

本实验室测得烟草样品中水分的平均值为6.68%，因此，水分测量引入的相对不确定度分量为：

urel(w)=0.06258/6.68=0.009

3.5 萃取液移取体积引入的相对不确定度分量urel(V)

3.5.1定量加液器校准引入的标准不确定度

3.5.2萃取液移取体积的相对不确定度：

80%乙醇-氯化钠饱和溶液移取体积为25mL，40%高氯酸溶液移取体积为15mL，纯水移取体积为15mL；其各自的相对不确定为u(v1) =0.08165/25=0.0033，u(v2) =0.08165/15=0.0054，u(v3) =0. 08165/15=0.0054。

因此，萃取液移取体积的相对不确定度分量

3.6 待测液体积测量引入的相对不确定度分量urel(S)

3.6.1容量瓶体积校准的不确定度us1

3.6.2温度效应引入的标准不确定度us2

3.6.3待测液体积测量合成标准不确定度：

对待测液体积测量引入的标准不确定度合成可得：

3.6.4待测液体积测量相对不确定度分量

萃取液的体积为50mL，待测液体积测量引入的相对不确定度分量为：

3.7 样品浓度(C 值)测量引入的相对不确定度分量urel(C)

3.7.1由标准物质质量测量引入的相对不确定度分量urel(S.m)

影响该分量的因素为天平分辨率和天平校准。天平分辨率引入的不确定度的计算可参考3.3.1 。天平校准引入的不确定度的计算可参考3.3.2 。合成标准不确定度计算可参考3.3.3 。

因为标准物质直链淀粉称取质量[12]为m1=150mg，支链淀粉称取质量为m2=600 mg，标准物质质量测量引入的相对不确定度urel(S.m)为：

3.7.2储备液定容的容量瓶引入的相对不确定度分量[urel(S.V)]

储备液体积测量标准不确定度合成为：

500mL储备液定容体积引入的相对不确定度分量由下式计算：

urel(S.V)=0.3655/500=0.00073

3.7.3由标准物质纯度引入的相对不确定度分量，记作urel(S.P)

3.7.4标准溶液配制引入的相对不确定度分量urel(S.D)

配制标准溶液过程中使用25mL 移液管，其最大允差为± 0. 05mL，则单次使用移液管引入的不确定度：

=0.02542mL

按照平均移取溶液体积为8.4mL，标准溶液配制引入的相对不确定度，由下式计算

3.7.5工作曲线引入的相对不确定度分量urel(C.S)

配制浓度为0.009mg/mL, 0.0018 mg/mL，0.036mg/mL，0.054 mg/mL，0.072 mg/mL的标准工作溶液，准备两份平行样品，进行重复性实验3次，检测结果可见表1。跟据最小二乘法，对标准溶液浓度xi(mg/mL)与仪器响应的峰高yi(DU)进行线性拟合，可得回归方程y=ax+b，其中a为斜率，b为截距。

表1 标准工作曲线的重复性试验结果

拟合可得a=1418246.8，b=724.51，标准工作曲线为y=1418246.8x+724.51(r=0.9997)。

按贝塞尔公式计算回归方程的标准差：

样品浓度x=0.0325mg/mL的标准不确定度：

线性拟合引入的相对不确定度由下式计算：

3.7.6合成样品浓度的相对不确定度分量

合成样品浓度测量引入的相对不确定度分量按下式计算：

3.8 重复性测量的相对不确定度分量urel(rep)

采用A类不确定度评定方法，对样品进行6 次重复性检测，检测结果如表2。

表2 样品测量重复性结果(n=6)

对于经过均匀性检验的样品，6次重复性测量的平均值为3.90%，标准偏差S=0.008944,样品重复性引入的不确定度

因此，测量重复性引入的相对不确定度分量

3.9 烟草中淀粉测量的合成不确定度

连续流动法测定烟草中淀粉的合成不确定度按下式计算

式中：

RSTA：淀粉的测量值；

3.10 烟草中淀粉测量的扩展不确定度

根据文献[5，6]，选择包含因子k=2,则测量结果的扩展不确定度为：

U(STA)=k×u(STA)=0.10%

4 结论

通过对连续流动法烟草中淀粉测量过程的分析研究，得到了淀粉的数学模型和因果关系图。系统分析检测过程中影响检测结果分散性的主要因素，对连续流动法测定烟草中淀粉的测量不确定度进行评定，结果可得：连续流动法检测烟草中淀粉的合成不确定度为0.05%，在 95%包含概率下其扩展不确定度分别为 0.1%。其不确定度的主要影响因素为样品的水分测量、萃取液体积测量和样品的浓度测量。为了加强实验室的内部质量控制，应定期对测量水分的烘箱、定量加液器、连续流动分析仪进行校准，以提高检测结果的准确性和一致性。