白砂糖蔗糖分检测的不确定度评定

曾史俊，高裕锋*，钟宏星，余构彬，郭剑雄，李海乔

(1广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州510316；2国家糖业质量监督检验中心，广东广州510316)

白砂糖蔗糖分检测的不确定度评定

曾史俊1,2，高裕锋1,2*，钟宏星1,2，余构彬1,2，郭剑雄1,2，李海乔1,2

(1广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州510316；2国家糖业质量监督检验中心，广东广州510316)

分析旋光法测定白砂糖中蔗糖分的不确定度来源，对不确定度的各个分量进行评估和合成。结果表明，影响蔗糖分测定不确定度的主要原因是定容体积和旋光仪精度引入的不确定度分量。当白砂糖中蔗糖分的测定值为99.71％时，扩展不确定度为0.02％，测定结果表示为99.71％±0.02％，k=2，P=95％。关键词：白砂糖；蔗糖分；旋光法；不确定度

0　前言

蔗糖分是衡量白砂糖品质的重要指标之一，尤其是白砂糖质量分级的重要指标，因此蔗糖分测量值的准确性显得尤为重要[1]。由于白砂糖的纯度较高，蔗糖分含量达到99.5％以上，且每相差0.1％就会有一个质量级别的差异，因此，对蔗糖分检验过程的误差控制要求较高。为了检查分析结果质量、度量分析结果可信性，对白砂糖蔗糖分进行不确定度评定十分必要[2-3]。通过不确定度评定，可以有效地分析检验过程各种影响结果准确性的因素，提出避免引入测量误差或不确定性的方法，指导实验室质量管理。

本文根据国家标准GB 317-2006《白砂糖》的规定，利用旋光法对白砂糖样品的蔗糖分进行检测。根据国家计量技术规范 JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的要求对测量结果的不确定度进行评定[4-5]，通过建立数学模型对各个不确定度分量进行计算，找出影响蔗糖分检测准确性的主要因素。

1　材料与方法

1.1仪器与设备

旋光仪(精度0.015 ºZ，德国Polatronic公司)；旋光观测管(长度200 mm)；电子天平(精度0.0001 g，日本AND公司)；容量瓶(100 mL，A级)。

1.2测定方法

称取样品26.0000 g于干净的小烧杯中，加蒸馏水40～50 mL，搅拌使其完全溶解。移入100 mL的容量瓶中，用少量蒸馏水冲洗烧杯及玻璃棒，不少于3次，摇匀瓶内溶液，加蒸馏水至容量瓶标线附近。至少放置10 min达到室温，然后加蒸馏水至容量瓶标线下约1 mm处，有气泡时，可用乙醚或乙醇消除。加蒸馏水至标线，充分摇匀。如发现溶液混浊，用滤纸过滤，漏斗上需加盖表面皿，将最初10 mL滤液弃去，收集后面的滤液50～60 mL。用待测溶液将旋光观测管至少冲洗2次，装满旋光观测管，注意旋光观测管内不能夹带气泡。将旋光观测管置于旋光仪中，测定5次，测定旋光读数后，立即测定旋光观测管内溶液的温度，精确至0.1℃。

2　建立数学模型

蔗糖分数值主要由旋光仪读数与标准值进行比较得出，计算公式见式(1)。

式中：X—蔗糖分(％)；αi—样品溶液的旋光值读数(º)；n—重复实验次数；34.626—在黄色纳光波长下，相当于100 ºZ的旋光度；Pi—样品溶液的糖度值(ºZ)。

由于称样量、定容体积、旋光仪精度、旋光管长度和温度对结果都有一定的影响，为了考虑附加影响量，公式中需加入各自对结果的修正因子f，公式扩大为式(2)。

3　测量白砂糖蔗糖分的不确定度来源分析

测量不确定度是与测量结果相关联的参数，它合理地赋予被测值的分散性。该分散性主要涉及 A类不确定度、B类不确定度和合成标准不确定度[2]。

根据数学模型和测量过程，白砂糖蔗糖分的不确定度来源包括(如图 1所示)：①称样过程引入的不确定度 urel(m)，来源于电子天平的精度；②定容过程引入的不确定度 urel(V)，包括定容容器的体积误差、读数误差、环境温度的影响；③重复测量引入的不确定度 urel(ci)；④旋光仪精度的不确定度urel(p)；⑤旋光管长度的不确定度 urel(l)；⑥环境温度对旋光检测值影响产生的不确定度urel(t)。

图1　白砂糖蔗糖分的不确定度来源

4　不确定度分量评定

4.1称样的不确定度urel(m)

样品质量m引入的不确定度主要来自称量时使用的天平自身存在的系统误差，属于B类不确定度。由检定证书得知最大允许误差为±0.0002 g，按均匀分布考虑，则有标准不确定度为样品质量平均值为26.0002 g，因此其相对标准不确定度为：urel(m)=1.15×10-4/26.0002=4.42×10-6·········(3)

4.2样品定容引入的不确定度urel(V)

体积V引入的不确定度主要来源于定容使用的100 mL容量瓶。该不确定度分量主要包括3个部分：①容量瓶体积：使用A级容量瓶，由检定证书得知实验使用的容量瓶精度为(100±0.007) mL，按均匀分布计算，其标准不确定度为mL。②校准温度与实验室温度不同产生的不确定度：仪器的校准温度为20℃，而当时实验室的温度为20.5℃，在95％置信概率下，按正态分布计算，体积变化的不确定度为 2.1×10-4×0.5×100/2= 5.25×10-3mL。③定容时的估读误差±0.005 mL，引起的不确定度为

合成以上3项标准不确定度如式(4)所示。

因此，计算其相对标准不确定度为：4.3 重复测量引入的不确定度urel(ci)对同一白砂糖样品重复测定8次，结果见表l。

表1　样品蔗糖分测定结果

由贝塞尔公式求得单次测量标准差s(ci)为：

由测量重复性导致的标准不确定度u(c)为：

因此，重复测定的相对标准不确定度为：

4.4 旋光仪精度的不确定度urel(P)

仪器检定证书给出仪器的精度为±0.015 ºZ，样品的蔗糖分平均值为99.71％，假设为均匀分布，其相对标准不确定度为：

4.5旋光管长度的不确定度urel(l)

由仪器检定证书得，此旋光测定管(200 mm)的校准误差为0.008 mm，假设为均匀分布，换算成相对标准不确定度为：

4.6环境温度对旋光检测值影响的不确定度urel(t)

检测标准中测定温度允许±0.2℃偏差，假设为均匀分布，其标准不确定度为 ℃，并且温度变化系数为0.00019[1]，因此，温度对结果影响所造成的不确定度为：

4.7计算合成相对标准不确定度

各个不确定度分量计算值如表2所示，旋光仪精度和样品定容引入的不确定度是主要来源。

合成相对标准不确定度如式(12)所示。

表2　白砂糖蔗糖分测定相对不确定分量评定结果

4.8 扩展不确定度

白砂糖中蔗糖分平均值为：99.71％，其合成标准不确定度为u=0.000119×99.71×100％=0.012％，在 95％置信水平下，包含因子取 k=2，扩展不确定度为：U=ku=0.02％，实际白砂糖样品的测定结果可表示为：99.71％±0.02％。

5　结论

采用旋光法测定白砂糖蔗糖分的过程中，影响蔗糖分测定的不确定度主要来源是旋光仪精度和样品定容过程引入的不确定度分量。在现有的实验室条件下，测定结果的标准不确定度为0.012％，在95％置信水平下，包含因子取 k=2，扩展不确定度为0.02％，白砂糖样品中的蔗糖分测定结果可表示为99.71％±0.02％，满足蔗糖分检测的标准要求。

[1] 中国轻工业联合会.白砂糖：GB 317-2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2] 国家质量技术监督局计量司.测量不确定度的评定与表示指南[M].北京：中国计量出版社，2000.

[3] 高裕锋，甄振鹏，郭剑雄，等.高效液相色谱串联质谱法测定甘蔗中速灭威结果不确定度评定[J].甘蔗糖业，2013(4)：59-62.

[4] 国家质量技术监督局.测量不确定度评定与表示：JJF1059-1999 [M].北京：中国计量出版社，1999.

[5] 中国实验室国家认可委员会.化学分析中不确定度的评估指南[M].北京：中国计量出版社，2002.

（本篇责任编校：李金玉）

Uncertainty Evaluation Determination of Sucrose in White Granulated Sugar

ZENG Shi-jun1,2, GAO Yu-feng1,2, ZHONG Hong-xing1,2, YU Gou-bin1,2, GUO Jian-xiong1,2, LI Hai-qiao1,2
(1Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316;2China Sugar Inspection Center, Guangzhou 510316)

The uncertainty determination of sucrose in white granulated sugar by polarimetry was evaluated.The results showed that main uncertainty components arose from constant volume process and precision of polarimeter.When the sucrose value was 99.71％, the expanded uncertainty value was 0.02％, results could be expressed as 99.71％±0.02％, k=2, P=95％.

Sugar; Sucrose; Polarimetry; Uncertainty

TS247

A

1005-9695(2016)03-0055-04

2016-06-13；

2016-06-20

广东省科技计划项目(2013B040400003、2013B061800023、2013B061800007、2014B040404054、2016A040403066)作者简介：曾史俊(1984-)，男，助理工程师，主要从事食品检测；Email：316058022@qq.com

高裕锋(1983-)，男，博士，高级工程师，主要从事食品检测、标准化研究；Email：gyuf2001@163.com

曾史俊，高裕锋，钟宏星，等.白砂糖蔗糖分检测的不确定度评定[J].甘蔗糖业，2016(3)：55-58.