火焰光度法测定烤烟烟叶中钾的不确定度评定

代顺冬，韦树谷，黄玲，赖佳，盛玉珍，张骞方，张敏，叶鹏盛

（四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所，成都 610300）

钾含量对烟叶的燃烧性、吸食品质及卷烟制品的安全性均有重要影响［1］，不同部位烟叶钾含量不同［2-3］。不确定度是与测量结果相关联的参数，表征合理地赋予被测量值的分散性［4］，一个完整测量结果的表述必须同时包含被测量值及与该值相关的测量不确定度［5-7］。不确定度评定可为正确评价测定结果提供科学依据［8］，对提高检测结果的准确度具有重要意义［9］。根据JJF 1059.1-2012 《测量不确定度评定与表示》［10］，以YC／T 173-2003 《烟草及烟草制品 钾的测定 火焰光度法》［11］测定全国主栽品种云烟87 上部烟叶（B2F）、中部烟叶（C3F）和下部烟叶（X1F）中钾为例，评定火焰光度法测定烤烟烟叶中钾的不确定度，确定影响烟叶中钾测定的关键因素，以提高检测准确性和可靠性。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

火焰光度计：Sherwood 410 型，钾检测灵敏度小于0.5×10-6，英国SHERWOOD 公司。

电子天平：T-214 型，感量为0.000 1 g，美国丹佛仪器公司。

分度吸量管：1、2、5、10 mL，A 级，天津市天玻玻璃仪器有限公司。

容量瓶：100、1 000 mL，A 级，天津市天玻玻璃仪器有限公司。

氯化钾：优级纯，含量不小于99.8%，北京国药集团化学试剂有限公司。

乙酸溶液：质量分数为5%，上海德榜化工有限公司。

1.2 溶液的配制

钾标准溶液：称取烘干至恒重的0.190 7 g 氯化钾，用水溶解并转移至1 000 mL 容量瓶中定容，配制成100 mg／L 钾标准溶液。

钾系列标准工作溶液：分别吸取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL钾标准溶液于100 mL容量瓶中，加水定容至标线，混匀，得钾质量浓度分别为1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mg／L 系列标准工作溶液。

1.3 标准工作曲线的建立

按照仪器说明书进行测定，以钾系列标准工作溶液质量浓度为横坐标，仪器显示读数为纵坐标，绘制标准工作曲线。

1.4 样品处理

称取0.25 g 试样（精确至0.000 1 g）于150 mL三角瓶中，加入乙酸溶液［ω(C2H4O2)=5%］，在振荡器上振荡30 min，过滤，将滤液定容至100 mL（V1）。同时做空白试验。吸取10 mL（V2）的样品溶液，稀释至100 mL（V3），待测。

1.5 测定

在火焰光度计上按照仪器说明书进行测定，分别记录样品测定液的仪器显示读数(A)和空白测定液仪器显示读数(A0)。

1.6 结果计算

在浓度-吸收值曲线上查得吸收值为A-A0的钾的浓度ρ。试样中钾(以K2O 计)的质量分数按照式(1)进行计算：

式中：ω——试样中钾（以K2O 计）的质量分数，%；

ρ——在浓度-吸收值曲线上试验样品仪器显 示读数(A)减去空白仪器显示读数(A0) 所对应的浓度，mg／L；

V1——初始定容体积，mL；

V3——测试液定容体积，mL；

1.204 6——由钾换算成氧化钾的系数；

m——试验样品的质量，g；

V2——分取体积，mL；

ωH2O——试验样品的水分质量分数，%。

按照式(2)建立试验样品的水分质量分数的数学模型：

式中：ωH2O——试验样品水分质量分数，%；

m1——烘干前称量皿与试验样品质量，g；

m2——烘干后称量皿与试验样品质量，g；

m0——称量皿质量，g。

1.7 测量不确定度来源分析

2 结果与讨论

2.1 水分质量分数引入的相对标准不确定度评定

以中部烟叶为例，对水分质量分数引入的相对标准不确定度进行评定。

2.1.1 重复性引入不确定度

中部烟叶干燥失重，共进行6 次平行试验，相关数据见表1。

表1 中部烟叶烘干失重相关数据

由表1 可知，失重平均值为17.585 3%。由重复性引入的不确定度为A 类标准不确定度：

A 类相对标准不确定度：

2.1.2 称量皿与试样称量引入的不确定度

由T-214 型感量为万分之一的电子天平校准证书（四川复现技术检测服务有限公司校准）确认，在0～50 g 称量范围内的最大允许误差（MPE）为±0.000 5 g(k=3)。

样品称重过程引入的标准不确定度：

2.1.3 称量皿称量及烘干至恒重引入不确定度

称量皿称量引入的标准不确定度：

u1(m0) = u(m1) = 2.89×10-4g

烘干至恒重要求前后两次称量相差不超过0.002 g，其引入标准不确定度u2(m0)为矩形分布，属于B 类不确定度：

因此，称量皿称量及烘干至恒重引入的合成标准不确定度：

2.1.4 称量皿、试样称量及烘干至恒重引入的不确 定度

称量皿与试样称量及烘干至恒重引入的合成标准不确定度u(m2) = u(m0) = 1.19×10-3g。

2.1.5 m1-m0引入不确定度

根据不确定度传递规律可知，m1-m0引入的标准不确定度：

m1-m0的相对标准不确定度：

2.1.6 m1-m2引入的不确定度

根据不确定度传递规则可知，m1-m2的标准不确定度：

m1-m2的相对标准不确定度：

2.1.7 水分测定引入的B 类不确定度

烤烟中部烟叶水分质量分数测定引入的B 类相对标准不确定度：

2.1.8 水分测定引入的相对标准不确定度

由不确定度合成规律，烤烟中部烟叶水分质量分数测定引入的相对标准不确定度：

2.1.9 上部和下部烟叶水分测定引入不确定度

与2.1.8 同理，烤烟上部烟叶和下部烟叶水分质量分数测定合成相对标准不确定分别为1.72×10-3和2.17×10-3。

2.2 称量0.250 0 g 试样引入不确定度

由2.1.2 可知，u(m) = u(m1) = 2.89×10-4g，采用万分之一电子天平称量0.250 0 g 试样引入的相对标准不确定度：

2.3 定容引入不确定度

定容过程引入的不确定度主要来源于标线误差和温度变动。容量瓶允差参考JJG 196-2006 《中华人民共和国国家计量检定规程 常用玻璃量器》［12］A 级容量瓶允差值。校准温度为20 ℃，测试温度为（20±4） ℃。定容至100 mL 和1 000 mL容量瓶引入不确定度见表2。

表2 定容引入不确定度

由表2 可知，样品制备液定容引入相对标准不确定度urel(V1)=7.55×10-4，待测液定容引入相对标准不确定度urel(V3)=7.55×10-4。

2.4 分液引入不确定度

分液过程引入的不确定度主要来源于标线误差和温度变动。A 级分度吸量管允差参考JJG 196-2006 《中华人民共和国国家计量检定规程 常用玻璃量器》［12］。校准温度设定为20 ℃，测试温度设定为（20±4） ℃。采用A 级分度吸量管分取1、2、3、4、5、6、10 mL 液体引入不确定度见表3。

表3 分液引入不确定度

由表3 可知，分取10 mL 样品制备液引入相对标准不确定度：urel(V2) = 2.93×10-3。

2.5 钾标准储备溶液配制引入的不确定度

2.5.1 氯化钾纯度引入的不确定度

钾标准储备溶液用优级纯氯化钾配制，纯度不低于99.8%，按矩形分布估算相对标准不确定度，氯化钾纯度引入的标准不确定度：

相对标准不确定度：

2.5.2 称量0.190 7 g 氯化钾引入不确定度

由2.1.2 可知，u(m3) = u(m1) = 2.89×10-4g，采用电子天平称量0.190 7 g 氯化钾标准品引入的相对标准不确定度：

urel(m3) = 2.89×10-4/0.190 7=1.52×10-3

2.5.3 将氯化钾溶解定容至1 L 引入不确定度

由表2 可知，将氯化钾溶解定容至1 L 引入相对标准不确定度urel(V ) = 5.38×10-4。

由不确定度合成规律可知，钾标准储备液配制引入相对标准不确定度：

2.6 钾系列标准工作溶液配制引入的不确定度

用A 级分度吸量管分别移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL 钾标准储备液于6 个100 mL 容量瓶中，配制成钾质量浓度分别为1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6 mg／L 系列标准工作溶液。由表2 和表3可知，系列标准工作溶液配制引入的相对标准不确定度：urel(ρ2) = 1.03×10-2。

2.7 标准曲线拟合过程引入不确定度

用配制系列标准工作溶液的纯水对火焰光度计调零，对钾系列标准工作溶液各测定3 次，共测定18 次，测定的吸光度（A）结果见表4。

表4 标准系列溶液测定结果

以钾系列标准工作溶液的质量浓度（c）为横坐标，仪器显示读数（A）为纵坐标，应用最小二乘法拟合标准曲线，得到回归方程A = a + bc。斜率b = 301.53，截距a = -4.86，相关系数r = 0.999 4，标准工作曲线的标准偏差s = 19.20。

分别对上、中、下部烟叶待测样品溶液测定3 次（p=3），测定结果见表5。

表5 样品溶液测定结果 mg／L

曲线拟合过程引入的标准不确定度和相对标准不确定度分别按公式(1)、(2)进行计算：

式中：u3(ρ)——曲线拟合过程引入的标准不确定度；

s——工作曲线标准偏差，s=19.20；

b——拟合工作曲线的斜率，b=301.53；

p——C0的重复测定次数，p=3；

n——拟合直线的数据对总数，n=6×3=18；

sxx——标准溶液质量浓度残差的平方和， sxx=52.50；

u3rel(ρ)——曲线拟合过程引入的相对标准不确 定度。

曲线拟合过程引入的标准不确定度和相对标准不确定度结果见表6。

表6 标准曲线拟合引入的不确定度

2.8 加标回收率引入不确定度

对上、中、下部烟叶各进行6 次加标回收测试，分别计算标准不确定度和相对标准不确定度，结果见表7。

表7 加标回收率引入的不确定度

2.9 测定重复性引入不确定度

对上、中、下部烟叶分别进行6 次独立测试，计算测定重复性引入的标准不确定度和相对标准不确定度，结果见表8。

表8 样品中钾含量的测定结果

2.10 相对标准不确定度分量及合成

烤烟上、中、下部烟叶钾测定的合成相对标准不确定度结果见表9。

2.11 评定结果

表9 样品中钾含量测定的相对标准不确定度分量及合成值

表10 不确定度评定结果

2.12 讨论

标准曲线拟合、标准溶液配制、加标回收率和测定重复性引入的相对标准不确定度权重均较大，说明火焰光度法测定烤烟烟叶中钾的不确定度主要由标准曲线拟合、标准溶液配制、加标回收率和测定重复性引入。

宋迎春等［13］和闫顺华等［14］的研究结果表明，系列标准工作溶液配制及标准曲线拟合为不确定度的主要来源，本研究在测定烤烟上、中、下部烟叶中钾的过程中，由钾系列标准工作溶液配制及标准曲线拟合引入的相对标准不确定度分量权重之和分别为52.77%、52.44%、53.58%，均大于50%，与上述文献相关研究基本一致。

由钾系列标准工作溶液配制引入的不确定度来源可知，选用量程适宜且精密度高的量器，保证实验室温度适宜且恒定，可有效降低钾系列标准工作溶液配制引入的相对标准不确定度。

由标准曲线拟合引入不确定度计算公式可知，增加标准样品个数和测定次数，及配制适宜浓度的系列标准工作溶液，可有效减小标准曲线拟合引入的相对标准不确定度。

加标回收及测定重复性引入的相对标准不确定度均较大，说明应提高检测人员的操作规范性和熟练程度，加强火焰光度计的维护和保养，保证操作的一致性及定量设备的准确性。

3 结语

火焰光度法测定烤烟烟叶中钾的不确定度主要由标准曲线拟合、标准溶液配制、加标回收率和测定重复性引入。应选用量程适宜且精密度高的量器，保证实验室温度适宜且恒定，增加标准样品个数和测定次数，配制适宜浓度的系列标准溶液，提高检测人员的操作规范性和熟练程度，加强火焰光度计的维护和保养，保证操作的一致性及定量设备的准确性，以保障火焰光度法测定烤烟烟叶中钾的检测准确性和可靠性。