赤砂糖还原糖分测定结果的不确定度评定

黄 南，项睿洁，陈 双，王 辉，孟 奇，陈小丽，应杨铤

（浙江公正检验中心有限公司，浙江杭州 311500）

赤砂糖的质量分级中重要的指标之一为总糖分，而总糖分则是由蔗糖分与还原糖分组成，还原糖分测量值的准确性为重要的一环[1]，通过评定赤砂糖样品还原糖分测定的不确定度，能够清晰合理地评定出影响结果准确性的各种检验因素，从而保证检测结果的准确性、有效性和合理性。

1 测量方法简述

1.1 方法依据

测量方法参照QB/T 2343.2—2013 赤砂糖试验方法中的要求进行测定。

1.2 方法原理

按兰-艾农恒容法测定。用赤砂糖糖液滴定一定量的费林氏试剂，滴定前加入预测的水量以保持最终量恒定（75 mL）。根据所用赤砂糖样液的量，通过换算可得还原糖的含量。

1.3 试剂与仪器设备

AR224CN 型电子天平（精度值0.001 g），奥豪斯仪器（常州） 有限公司产品；50 mL 酸式滴定管（A 级），10 mL 单标线移液管（A 级）；200 mL 容量瓶[2]。

1.4 试验方法

1.4.1 样品处理

称取赤砂糖样品26 g（可视样品还原糖含量高低增减样品质量，精确至0.001 g） 于100 mL 烧杯中，加水适量溶解后移入200 mL 容量瓶中。于容量瓶中向每1 g 样品中添加50 g/L 的草酸钾溶液2.0 mL，充分摇匀后用超纯水定容至刻度，马上过滤[1]。

1.4.2 配置标准转化糖液

准确称取购买的标准物质蔗糖（纯度99.9%）23.75 g，用大约120 mL 超纯水溶解、然后转移至250 mL 的容量瓶中，再于通风柜中将9.0 mL 浓盐酸加入其中，摇匀，室温下静置8 d，再以超纯水定容至刻度。移取此溶液100～1000 mL 容量瓶中，不断振摇的同时加入浓度为1 mol/L 的NaOH 溶液，直至pH 值达3.0 为止，加入2 g 苯甲酸（可用较高温度的水溶解后再加入），使溶液均匀并恢复至室温后稀释定容至刻度。该溶液即为质量浓度10 g/L 的标准转化糖液。移取该标准转化糖液50～200 mL 的容量瓶中，加酚酞指示剂5 滴，不断振摇的同时滴入浓度为0.5 mol/L 的NaOH 溶液，直至出现浅红色且不褪色为止，加水定容至刻度，充分摇匀。该溶液即为质量浓度2.5 g/L 的标准转化糖液[3]。

1.4.3 标定费林氏溶液

费林氏乙液、甲液分别以10.0 mL 胖肚移液管移至250 mL 锥形瓶中，再将15 mL 超纯水加入其中，将39 mL 标准转化糖液（2.5 g/L） 从酸式滴定管中加入该锥形瓶中，晃动至均匀。置于电炉上加热煮沸2 min，再滴入2～3 滴亚甲基蓝指示液。糖液维持沸腾状态，此时仔细地继续滴加转化糖液，直到蓝色恰恰消失，则是终点，滴定的过程中溶液应一直置于电炉加热维持沸腾，而滴定的终点控制在指示剂加入后的1 min 以内。加入此次试验所配置费林氏溶液浓度结果较为准确，那么滴定消耗的标准转化糖液（2.5 g/L） 的体积刚好为40 mL[2]。

1.4.4 测定样品

（1） 预滴定。分别取2 支10 mL 胖肚移液管，首先移取费林乙液10 mL 于锥形瓶内，再移取甲液10 mL 于该乙液中，摇匀。滴定管装满样品溶液，调零，从滴定管中预加入约25 mL 样液于锥形瓶中，然后加入超纯水15 mL，摇匀，置于放有石棉网的电炉上进行加热，煮至沸腾并保持2 min。此时加入2～3 滴指示剂（亚甲基蓝），滴定至蓝色刚好消失，是为终点。将滴定所耗用的配制糖液体积V（mL）如实记录。加水量= 75 mL -（配制糖液的耗用量+20 mL） 式中20 mL 为费林氏溶液的量。

（2） 正式滴定。费林氏乙液、甲液各10 mL 按序移取至锥形瓶内，加入预滴定时所得的加水量，样液装满滴定管，调零，将比预滴定耗用量少大概1 mL 的样液从滴定管中放出，摇匀。与预滴定相同的滴定步骤，煮沸2 min，滴至终点。滴定时可以轻轻摇动锥形瓶，但是切不可离开电炉，使溶液持续沸腾，以避免锥形瓶中因为空气的进入而使亚甲基蓝被氧化，最终导致结果出现偏差。

1.5 测量模型的构建

式中：r——还原糖分，%；

f——校正系数（由G 查表2 得校正系数f）；

K——费林氏溶液浓度校正系数；

W2——每100 mL 配制糖液中含样品质量，g/100 mL；

V——滴定耗用配制糖液，mL。

2 结果与分析

赤砂糖中还原糖分含量测定的标准不确定度U（X）来源主要有以下几项：①样品称量引入的不确定度Ur（m）；②定容引入的不确定度Ur（200），其中有定容容器本身体积的误差、检验人员读数误差、实验室温度的影响；③标定费林氏溶液的不确定度Ur（F）；④10 mL 单标移液管引入的相对标准不确定度Ur（V10）；⑤滴定操作的不确定度Ur（V）。

2.1 赤砂糖的称样量m 不确定度评定

称样量m 不确定度主要来源如下：①重复性称量；②天平称量不准确；③天平的变动性。

2.1.1 重复性称量引入的标准不确定度分量Ur（m）

对称样量m 采取6 次重复称量。

样品赤砂糖6 次重复测量结果见表1。

表1 样品赤砂糖6 次重复测量结果

采用贝塞尔公式计算，重复性引入的标准不确定度分量为：

2.1.2 天平允差引入的标准不确定度分量UB1（m）

天平计量检定证书标明其称量的最大允差为±0.5 mg。假定为均匀分布，包含因子换算成标准不确定度为：

2.1.3 天平变动性引入的标准不确定度分量UB2（m）

由天平的检定证书可知其变动性为0.1 mg，区间半宽度a2（m）=0.1 mg，假定为均匀分布，包含因子，换算成标准不确定度为：

2.1.4 称样量m 的合成标准不确定度U（cm）

以上所述3 个分量互无关联，相互独立。所以合成标准不确定度可以表示为：

其相对不确定度为：

2.2 样品定容不确定度评定

容量瓶配置样品溶液，其不确定度主要来源于重复性、最大允差及试验温度的影响。

2.2.1 重复性引入的标准不确定度分量uA（200）

对容量瓶进行重复定容试验，从而计算出因为定容变动而产生的不确定度。

200 mL 容量瓶6 次定容测定结果见表2。

表2 200 mL 容量瓶6 次定容测定结果

采用贝塞尔公式计算，重复性引入的标准不确定度分量为：

2.2.2 容量瓶允差引入的标准不确定度分量UB1（200）

实验室所用200 mL 容量瓶为A 级，其允差为±0.15 mL[4]，假设服从三角分布，则包含因子k1（200）=。换算标准不确定度为：

2.2.3 温度系数引入的标准不确定度分量UB2（200）

一般在室温20℃时进行检定与校准，试验温度为20±4 ℃。因为玻璃的体积膨胀系数远远小于液体，因此计算液体就可以了。2.1×10-4/℃是水的体积膨胀系数[4]，因此体积上的变化为±（200×4×2.1×10-4） =±0.168 mL。设为均匀分布，其标准不确定度为：

2.2.4 样品定容的合成标准不确定度Uc（200）

其相对不确定度为：

2.3 标定费林氏溶液的不确定度评定

2.3.1 蔗糖含量P 引入的不确定度分量U（P）

采用的蔗糖含量为：

标准物质检定证书未对不确定度有其他说明，因此假设为均匀分布。其区间半宽度ap=0.0005，包含因子，所以标准不确定度为：

换算成相对标准不确定度则：

2.3.2 葡萄糖称样量引入的不确定度分量Ur（m蔗）

葡萄糖称样量的标准不确定度评定方法与评定称样量m 相同。因此，U（m蔗）=0.299 mg。

其相对不确定度为：

2.3.3 定容蔗糖引入的不确定度分量Ur（1000）

A 级1000 mL 容量瓶的允差为±0.40 mL，1000 mL容量瓶标准不确定度表示为：

该不确定度的合成标准不确定度Ur（1000）：

所以其相对不确定度为：

2.3.4 重复标定引入的不确定度分量Ur（标）

对费林氏溶液进行6 次标定的测定结果见表3。

表3 对费林氏溶液进行6 次标定的测定结果

采用贝塞尔公式计算，标准不确定度UA（标）为：

其相对不确定度为：

2.3.5 费林氏溶液标定的合成不确定度

2.4 10 mL 单标移液管引入的相对标准不确定度评定

取样体积引入的标准不确定度查JJG 196—2006《常用玻璃量器》得10.0 mL 移液管的允许误差为±0.020 mL[2]，按矩形分布处理，属于B 类评定[5]，则标准不确定度：

试验温度20±4 ℃。2.1×10-4/℃是水的体积膨胀系数，因此体积上的变化为±（10×4×2.1×10-4）=±0.0084 mL。设为均匀分布，，其标准不确定度为：

10 mL 单标移液管引入的相对标准不确定度Ur（V10）：

2.5 滴定操作过程的不确定度评定

以下3 个方面为滴定操作不确定度的主要来源：①重复性滴定；②酸式滴定管本身的不确定度；③滴定时的温度。

2.5.1 重复性引入的不确定度分量UA（V）

保持此次6 次重复滴定条件与日后实际情况一致，使用50 mL 酸式滴定管进行6 次重复滴定试验。

50 mL 酸式滴定管6 次滴定的测定结果见表4。

表4 50 mL 酸式滴定管6 次滴定的测定结果

采用贝塞尔公式计算，标准不确定度UA（V）为：

2.5.2 酸式滴定管允差引入的不确定度UB1（V）

此次试验选用50 mL 滴定管为A 级，允差为±0.05 mL[4]，假设其服从均匀分布，包含因子k1（V）=，因此标准不确定度为：

2.5.3 温度系数引入的标准不确定度分量UB2（V）

试验温度20±4 ℃，2.1×10-4/℃是水的体积膨胀系数，因此体积上的变化为±（50×4×2.1×10-4）=±0.042 mL。设为均匀分布，，其标准不确定度为：

2.5.4 滴定操作的合成标准不确定度Uc（V）

其相对不确定度为：

2.6 合成标准不确定度的评定

赤砂糖中还原糖分R 按下式计算，根据蔗糖分计算而得G 为3.0，由G 查兰- 艾农恒容法测定还原糖校正系数表可得下式f 为0.929。

各个不确定度分量互不关联，换算成相对合成标准不确定度为：

合成不确定度为：

取包含因子k=2，赤砂糖中还原糖分的扩展不确定度：

赤砂糖中还原糖分的含量R 为5.29%±0.036%。

3 结论

通过兰-艾农恒容法测定赤砂糖还原糖分的各不确定度分量来源逐一进行分析和量化，评定出测定结果的合成标准不确定度和扩展不确定度，为同类方法测量结果的不确定度评定提供一种参考模式。在此次试验情况下，测定结果的标准不确定度为0.018%，0.036%为最终所求的扩展不确定度，试验样本赤砂糖中还原糖分结果可以表示为5.29%±0.036%。影响兰-艾农恒容法测定还原糖分检测准确性的主要因素为滴定操作。