气相色谱法测定白酒中正丙醇的不确定度评定

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（贵州茅台酒股份有限公司质量部，贵州仁怀56450）

中国白酒是以粮谷为原料，以大曲、小曲或麸曲以及酒母等为糖化发酵剂，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏而制成的蒸馏酒[1]。白酒中的微量成分，是决定白酒香气、口感、风格和质量的关键，这些风味物质也是构成白酒典型特征的物质基础[2]，其中高级醇是传统白酒的芳香组分之一，是含3个碳以上的一元醇类物质的总称，包括异丁醇、正丙醇、异戊醇等，适量的高级醇使酒体醇甜，呈味突出[3]，能够衬托酒体酯类香气，但含量过高又会引起酒体辛辣，使人上头易醉[4]。正丙醇作为高级醇的重要组成部分，其含量已成为我国酒精类食品检测的一项重要指标[5-6]。

检验工作需要复杂的测量程序，实验过程中会受到诸多不确定因素的影响，使得检测结果与真实值之间出现一定的误差[7]。测量不确定度评定是实验室认可和质量控制的重要内容之一，测量不确定度是根据所用到的信息，表征赋予被测量量值分散性的非负参数[8]。测量不确定度反映测量结果的可信性，为测定结果的判定提供参考依据[9]。根据CNAS-CL01-G003：2019《测量不确定度的要求》[10]：实验室应评定和应用测量不确定度，并建立维护测量不确定度有效性的机制；实验室应有具备能力的人员，正确评定、报告和应用测量不确定度。

根据GB 5009.266—2016《食品安全国家标准食品中甲醇的测定》和GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[11-12]，并结合对实际操作条件的分析，采用气相色谱外标法测定白酒中正丙醇的含量，由于正丙醇的测量不确定度来源发生了变化，为确保测试结果的准确性和可靠性，需对新方法检测过程中各因素进行分析，通过评估各项不确定度分量大小，有针对性的控制各影响因素，从而提高测量结果的准确性[13-15]，以期找到影响测量结果可靠性的主要因素，从而对实验过程进行有效监控，保证检测数据的准确性和可靠性。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样：酱香型白酒样品。

试剂：乙醇(色谱纯)，纯度≥99.9%；正丙醇(有证标准物质)，纯度≥99.8%，叔戊醇，纯度≥99.8%，超纯水：由Milli-Q academic超纯水系统制备。

仪器设备：7890A气相色谱仪，配氢火焰离子化检测器(FID)，美国安捷伦公司；XP205电子天平，梅特勒-托利多公司；Milli-Q Academic超纯水系统，密理博中国有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液的配制

乙醇溶液(40%体积分数)：量取40 mL乙醇，用水定容至100 mL，混匀。正丙醇标准储备液(62500 mg/L)：准确称取3 g(精确至 0.001 g)正丙醇至50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容至刻度，混匀，0～4℃低温冰箱密封保存。叔戊醇内标溶液(1200 mg/L)：准确称取0.6 g(精确至0.001 g)叔戊醇至50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容，混匀，0～4℃低温冰箱密封保存。分别吸取0.2 mL、0.4 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL正丙醇标准储备液于5个50 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容至刻度，依次配制成正丙醇含量为250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L、4000 mg/L的系列标准溶液，现配现用。

1.2.2 样品处理

按照GB 5009.266—2016《食品安全国家标准食品中甲醇的测定》中方法，取5 mL酒样于试管中，加入0.10 mL内标叔戊醇溶液，将制备的试样溶液注入气相色谱仪中检测。直接进气相色谱，保留时间定性，记录正丙醇和叔戊醇色谱峰面积比值，根据标准曲线计算酒样中正丙醇浓度。

1.2.3 色谱条件

色谱柱：毛细管柱DB-WAXUI，30 m×0.25 mm×0.25 μm；色谱柱温度：初温40 ℃，保持6 min，以5℃/min升到100℃，以10℃/min升到200℃，保持10 min；检测器温度：230℃；进样口温度：230 ℃；载气流量：1.0 mL/min；进样量：1.0 μL；分流比：30∶1。

1.2.4 数学模型

将制备的试样溶液注入气相色谱仪中，以保留时间定性，同时记录正丙醇和叔戊醇色谱峰面积的比值，根据标准曲线得到待测液中正丙醇的浓度。样品中正丙醇的计算公式如下：

式中：X—样品中正丙醇的含量，mg/L；

ci—从标准曲线得到待测液中正丙醇的含量，mg/L。

上述计算公式是根据正丙醇的测量原理给出，没有考虑检测过程中各种随机因素对不确定度的影响。因此，引入反映随机影响的重复性系数frep。样品不需稀释处理，在此评定不确定度的数学模型可写为：

标准工作曲线由最小二乘法进行线性拟合而成，外标法定量，并根据标准工作曲线以峰面积计算得到待测组分的含量。

1.2.5 不确定度来源分析

对正丙醇的测量过程描述可识别出测量不确定度的主要来源：①标准储备液配制引入；②标准使用液配制引入；③工作曲线拟合；④样品测试过程引入；⑤仪器自身影响。不确定度来源见因果图1。

图1 不确定度因果关系

2 各分量标准不确定度的计算

2.1 标准储备液配制引入的相对标准不确定度

正丙醇标准溶液配制：称取3.1250 g正丙醇标准物质于50 mL容量瓶中，用40%乙醇溶液定容，配制成62500 mg/L正丙醇储备液。

2.1.1 正丙醇标准物质纯度引起的测量不确定度

2.1.2 标准物质称量时引入的不确定度

称取3.1250 g标准物质引入的相对标准不确定度合成不确定度：

2.1.3 标准储备液体积引入的不确定度

配制50 mL标准品溶液体积引入的不确定度由容量瓶校准引入的不确定度和温度引入的不确定度两部分构成。

a.容量瓶校准引入的不确定度根据JJG 196—2006《常用玻璃量器检定规程》[16]，50 mL容量瓶（A）级容量允差为±0.05mL，按均匀分布，容量瓶校准引入相对不确定度为：

b.容量瓶已在20℃校准，当实验室温度在20℃±5℃时，与校正时该容量瓶温度不同引起的标准不确定度，温度引起的液体膨胀体积明显大于容量瓶的体积膨胀，故只考虑液体膨胀。水的膨胀系数为2.1×10-4/℃，按均匀分布k取3，得到温度引起的相对标准不确定度：

标准储备液体积引入的相对标准不确定度：

标准储备液配制引入的相对标准不确定度：

2.2 标准使用液配制引入的相对标准不确定度

配制标准使用溶液引入的不确定度主要包括移液管校准引入、容量瓶校准引入以及温度，与2.1.3计算同理，温度引入的相对不确定度为urel(Vt1)=0.00061，移液管校准引入的不确定度和容量瓶校准引入的不确定度如表1所示。配制正丙醇5个系列标准工作溶液用的5个50 mLA级单标线容量瓶和0.2 mL、0.5 mL、1 mL、2 mL、5 mLA级分度吸量管各1次，配制正丙醇标准工作溶液引入的测量不确定度：

表1 移液管和容量瓶校准引入的不确定度

2.3 工作曲线拟合的相对标准不确定度

通过对标准工作溶液进行测定，得到标准曲线拟合的不确定度，正丙醇含量为250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L、4000 mg/L的系列标准溶液分别进样，每一个浓度点重复测定6次，以正丙醇浓度为横坐标，正丙醇峰面积和内标峰面积的比值为纵坐标，具体见表2，可知标准曲线方程为y=0.0018x+0.0505，R2=0.9986。对样品进行10次重复实验，c为酒样中利用校准曲线得到的正丙醇浓度平均值946.1 mg/L。

表2 正丙醇外标法标准曲线的数据

则由标准曲线线形回归引起的标准不确定度u(p)按下述公式计算：

式中s为工作曲线的标准偏差：

式中：ρi为建立标曲的标准系列溶液中正丙醇的浓度；Ai为正丙醇标准系列浓度对应的峰面积比值；a为校准曲线的截距，a=0.0505；b为校准曲线斜率，b=0.0018；p为样品平行测量次数10；N为标准溶液测量总次数30；c为酒样中利用校准曲线得到的正丙醇浓度平均值，c=946.1 mg/L，为标准系列溶液中正丙醇平均浓度；为正丙醇标准系列溶液浓度的差方和，则工作曲线的标准偏差s=0.095。

2.4 样品测试过程引入的不确定度

对样品均匀性的考虑可包含在重复性实验内，样品测试过程中引入的不确定度主要考虑样品吸取、重复性实验。

2.4.1 样品重复性实验引入的相对标准不确定度样品重复性实验引入的不确定度，受操作人员的熟练程度和仪器本身性能等因素的影响，该不确定属A类评定，重复性不确定度包含其他不确定度分量的重复性不确定度，故其他分量不再评定。对样品进行10次重复实验，测试结果如表3所示，按A类评定进行计算。

表3 正丙醇含量10次平行测量结果

由贝塞尔公式单个测得值xk的实验标准偏差为：

样品重复性引入的相对标准不确定度为：

2.4.2 吸取样品引入的相对不确定度

吸取样品引入的不确定度主要包括5 mL单标线吸量管（A级）和0.1 mL微量移液器，不确定度的来源包括容量允差和温度影响，与2.1.3计算同理，温度引入的相对不确定度为urel(Vt1)=0.00061，urel(V5)=0.00173，urel(V0.1)=0.00173，具体见表1，吸取样品引入的相对不确定度：

样品测试过程中引入的不确定度：

2.5 仪器自身影响引入的不确定度评定

由检定证书可知，安捷伦气相色谱仪的定量重复性u=1.5%，则相对标准不确定度urel(B)=1.5%/=0.0061。

3 合成标准不确定度

酒样中正丙醇测定过程中相对标准不确定度来源及分量见表4。

表4 相对标准不确定度分量一览表

各不确定分量相互独立，因此相对合成标准不确定度为：

扩展不确定度报告：取95%包含概率，包含因子k=2，则相对扩展不确定度Urel=k×urel(c)=2×0.027=0.054。酒样正丙醇浓度平均值946.1 mg/L，扩展不确定度U=946.1×0.054=51.1 mg/L。

本方法测得的样品中正丙醇结果为：X=（946.1±51.1）mg/L；k=2。

4 结论

对外标法测定白酒中正丙醇浓度的不确定度各分量的量化，可知不确定度主要来源于标准曲线的拟合和标准溶液的配制。在检测过程中，首先实验人员应规范标准溶液配制过程，尽量做到每个标准溶液点多次平行进样，可在较大程度上减少标准曲线拟合引入的不确定度。其次，在配制标准溶液前，操作人员应确保使用量器进行了定期检定，比如天平和移液管的检定等，严格按照操作指导书进行操作，减少误差。再次，定期有效开展质控活动，通过质控图、仪器比对、能力验证等方式确保检测的精密度和准确性，以减少不确定因素的影响。