冻干校准品水分检测注意事项及不确定度评定

杨彦芳 屈晓丽 刘利晶 陈静 李彬 刘治欣 孙严雪 贾智慧 屈永威

（郑州安图生物工程股份有限公司 河南郑州 450016）

0 引言

卡尔费休容量滴定法是根据标定的滴定度与消耗卡尔费休试剂的体积计算待检样品水分含量的一种方法，具有测量准确度高、重复性好的特点，广泛应用于固体、液体及一些气体等化学试剂中的水分含量检测，是目前公认的一种准确测量样品水分含量的方法[1-2]。 由于卡尔费休水分测定仪本身用来检测样品中的水分含量，而空气中到处都是水分子，且没有绝对密封的容器，所以在检测过程中影响待检样品水分含量的因素非常多。 有研究报道环境湿度[3]、电极污染[4]、滴定度[5]、漂移值[6]、仪器密封性等均可对样品水分含量检测结果产生影响。 因此在样品水分含量检测过程中加强对影响因素的控制非常重要。

本文以冻干校准品为研究对象，详细阐述了冻干校准品水分含量检测过程中的注意事项，为减少试验误差以获得有效、 可靠的试验数据提供参考。此外，由于测量不确定度是检测和校准实验室不可缺少的一部分， 而冻干校准品水分含量检测不确定度评定尚未见报道。 本文旨在通过对冻干校准品水分含量检测不确定度进行量化分析， 找出影响其测量不确定度的主要因素， 帮助检测人员把握检测过程中关键环节的质量控制， 为冻干校准品水分含量检测结果的准确性与可靠性提供理论依据。

1 水分检测注意事项

1.1 试验前

（1）检查滴定池内部是否干净、干燥，若内部有污物，需要清洗干净并在烘箱中烘干，待恢复室温后重新使用。干燥剂的颜色为深蓝色，若变为浅蓝色或粉色， 需要将干燥剂在烘箱中110℃烘烤30 min 以上，当颜色变为深蓝色时停止烘烤。铂电极应处于干净状态，若电极表面有污物，需要将电极先在酒精中润洗，使其处于湿润状态，再用吸水纸将电极擦拭干净。剂量管中应无试剂残留，若存有上次检测剩余的试剂，应将其排空，并用新试剂冲洗管道1～2 次。

（2）检查仪器密封性是否完好，各试剂瓶的瓶盖及各细导管与滴定池瓶盖上接口处的密封圈是否放正。 倘若密封圈有磨损，要及时更换新的密封圈，保证密封性完好。 此外，在吸溶剂或排废液时，要保证试剂瓶或废液瓶中的正压或负压， 倘若无法吸溶剂或排废液， 需要检查试剂瓶或废液瓶各接口的密封性， 大多时候是由于密封圈未放正或密封圈磨损造成的。

（3）检查滴定池中转子是否能正常转动。需要提前检查磁力搅拌器与主显示器之间的线路接口是否松动，若松动拧紧即可，若线路老化需要更换新的连接线，确保转子可以正常转动。

1.2 试验中

（1）在测量样品前进行漂移测定时，漂移值不能太高。倘若第1 次测定漂移值特别高，而第2 次测定漂移值又下降很多， 说明此时滴定池内部环境不稳定， 需要继续漂移直到最后1 次与倒数第2 次漂移值相同为止，此时的漂移值最稳定，重复检测的结果也相对较稳定，数据更准确。

（2）在检测过程中，冻干品一旦开盖，应立即快速用玻璃棒充分研磨成粉并立即进行称量检测，防止因样品吸收空气中的水分而导致检测结果偏高。

（3）检测过程中环境湿度一般控制在≤80%，为减小测量误差，湿度不应超过45%[7]。 此外，滴定池中转子的转速不能过慢或过快， 过慢无法使粉状固体与溶液充分混匀；过快容易产生气泡，导致电流不稳定，影响检测结果的准确性；当滴定池中的溶液呈现小涡流时为最佳转子转速[8]。

（4）因为甲醇和卡尔费休试剂（含有二氧化硫、有机碱）属于危险化学品，均易挥发、有毒性，长期使用会对人体产生不同程度的危害[9]，所以在操作过程中检测人员必须佩戴活性炭口罩和护目镜， 或采取更高一级的防护措施， 以减少有毒试剂挥发对人体的危害。

2 水分检测不确定度评定

2.1 环境条件

温度为10℃～30℃，湿度为≤80%。

2.2 试剂与仪器

甲醇（太沧沪试试剂有限公司）；卡尔费休试剂（无吡啶，江苏维科特仪器仪表有限公司）；纯化水及冻干校准品 （郑州安图生物工程股份有限公司）；SQP 电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司）；WKTC9 卡尔费休水分测定仪（江苏维科特仪器仪表有限公司）；通风橱；玻璃棒等。

2.3 水分检测方法

按照国家药典委员会编制的《中华人民共和国药典》2020 年版[10]中的卡尔费休容量滴定法测定。

2.4 数学模型

根据公式（1）、（2）可计算待测样品水分含量：

滴定度：

样品水分含量：

式中，T——滴定度，mg/mL；m——标定时加入纯化水的质量，mg；V——标定时消耗卡尔费休试剂的体积，mL；M——待测样品的质量，mg；V1——测量样品时消耗卡尔费休试剂的体积，mL；W——待测样品水分含量，%。

2.5 不确定度来源

（1）卡尔费休水分测定仪校准引入的不确定度：称量校准物质纯化水质量引入的不确定度； 重复校准引入的不确定度。

（2）滴定度标定引入的不确定度：称量标准物质纯化水质量引入的不确定度； 重复测量引入的不确定度。

（3）待检样品称量引入的不确定度。

（4）待检样品重复测量引入的不确定度。

2.6 不确定度量化分析

2.6.1 卡尔费休水分测定仪校准引入的相对标准不确定度U1

2.6.1.1 称量校准物质纯化水质量引入的相对标准不确定度U1a

电子天平检定分度值e=1 mg，由《电子天平检定规程》JJG 1036-2008 可知[11]，

误差范围为±0.5 mg， 按照矩形分布， 取K=，则标准不确定度电子天平称量标准物质纯化水质量分别为9.97mg、9.93mg、9.94 mg，3 次重复称量标准偏差为0.02 mg， 则重复称量引入的标准不确定度由于采用差减法进行称量， 每次重复称量需要称量2次，因此天平称量标准物质纯化水质量引入的标准不确定度相对标准不确定度

2.6.1.2 重复性检测引入的相对标准不确定度U1b

3 次重复校准检测结果分别为：99.73%、98.56%、100.82%，平均值为99.73%，标准偏差为0.011，因此重复性检测引入的标准不确定度相对标准不确定度

2.6.1.3 校准引入的合成相对标准不确定度U1

校准引入的相对标准不确定度由U1a、U1b合成，即：

2.6.2 滴定度标定引入的相对标准不确定度U2

2.6.2.1 称量标准物质纯化水质量引入的相对标准不确定度U2a

电子天平称量标准物质纯化水质量引入的相对标准不确定度同2.6.1.1，即U2a=0.041。

2.6.2.2 重复性检测引入的相对标准不确定度U2b

3 次重复标定分别为3.334、3.346、3.346， 平均值为3.342，标准偏差为0.007，因此重复性检测引入的标准不确定度相对标准不确定度

2.6.2.3 标定引入的合成相对标准不确定度U2

标定引入的相对标准不确定度由U2a、U2b而合成，即

2.6.3 待检样品称量引入的相对标准不确定度U3

电子天平误差范围为±0.5 mg 引入的标准不确定度同2.6.1.1，即U3a=0.289 mg；电子天平称量样品重量分别为76.23 mg、76.47 mg、75.89 mg，3 次重复称重平均值为76.20 mg，标准偏差为0.291 mg，则重复称量引入的标准不确定度由于采用差减法进行称量， 每次重复称量需要称量2 次， 因此天平称量样品质量引入的标准不确定度相对标准不确定度

2.6.4 待检样品重复测量引入的相对标准不确定度U4

3 次重复检测样品水分含量分别为0.68%、0.65%、0.71%，平均值为0.68%，标准偏差为0.03%，因此重复性检测引入的标准不确定度0.02%，相对标准不确定度

2.7 合成不确定度Uc

合成相对标准不确定度Uc-1由相对标准不确定度U1、U2、U3、U4合成，即=6.51%；则合成不确定度Uc=6.51%×0.68%=0.04%。如表1 所示。

表1 不确定度评定结果Table 1 The results of uncertainty evaluation

2.8 扩展不确定度U

按照正态分布，置信概率取95%，相对应的置信因子k=2，则扩展不确定度U=kUc=2×0.04%=0.08%。如表1 所示。

2.9 测量不确定度报告

本批冻干校准品水分含量X=0.68%±0.08%，k=2，概率对称的95%包含区间为[0.60%，0.76%]。

3 结果与讨论

通过对本批冻干校准品水分含量检测的不确定度评定分析， 发现校准与标定时电子天平称重是测量不确定度的主要来源， 其次是待检样品的重复性检测引入的不确定度。 由于校准与标定时所用的校准物质为纯化水， 电子天平称重时纯化水质量约为10 mg，称重质量相对较小，导致不确定度偏高。 此外， 在样品水分含量检测的过程中增加样品重复检测次数，可以降低样品测量的不确定度。

综上所述， 因为卡尔费休水分测定仪本身用于检测样品中的水分含量，而空气中到处都是水分子，且没有绝对密封的容器， 所以在实际检测过程中一定要规范操作、注意细节，并对水分检测的不确定度做出合理、正确的评定。本研究为冻干校准品水分含量检测的规范性、 准确性与可靠性提供了参考与理论依据。