稻谷水分含量的测量不确定度评定

水分是衡量粮食质量的一项重要指标，是质量指标中的一项重要限制性项目，特别是在粮食的收购和销售环节，当粮食的水分含量高于或低于标准规定的水分指标时，通常要对粮食进行扣量、增量处理[1]。正常的粮食水分含量通常保持在一定的范围内，水分含量过高，粮食容易发热霉变，不利于储藏；水分含量过低，会影响其品质。水分含量的测定对于粮食的安全储藏、购销及调拨等方面都有着十分重要的意义[2]。

在化学分析中，度量分析结果可靠性的一个重要的参数是测量不确定度，通过不确定度的评定能比较清楚地了解检测质量好坏，测量值的可靠程度[3]。本文基于《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）中第一法直接干燥法[4]及《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）[5]，对稻谷水分含量测量过程的不确定度进行分析和评定，进而确定稻谷水分含量测量结果的扩展不确定度，找出在水分测量过程中不确定度的关键影响因素，有助于减少实验误差，增加检验结果的可信度。

1 材料与方法

1.1 实验样品

随机选取2022年检验样品稻谷1份。

1.2 仪器和设备

JSFM-11型粮食水分测试粉碎磨（中储粮成都粮食储藏科学研究所）；JJSD筛选器（上海嘉定粮油仪器有限公司）；DHG-9023A电热恒温鼓风干燥箱（上海培因实验仪器有限公司）；BS224S电子天平（德国塞多利斯股份公司）；铝盒：内径4.5 cm、高2.0 cm；干燥器：内含变色硅胶。

1.3 检测依据及评定方法

本文稻谷水分含量的测定按照国家标准方法《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）中的第一法暨仲裁法直接干燥法；各不确定度分量、合成不确定度及扩展不确定度的评定按照《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）的要求进行。

1.4 水分含量测定步骤

称量已恒重的加盖铝盒质量（前后两次称量质量之差≤0.002 g），铝盒质量记为M0，样品经过分样、筛选、除杂、粉碎后，称取3 g左右经过粉碎并充分混匀的稻谷，称量结果精确至0.000 1 g，放入已恒重的铝盒中，加铝盒盖称量，铝盒和样品质量记为M1。将其置于103 ℃电热恒温鼓风干燥箱中，铝盒盖斜支于盒边，干燥约3 h，盖好铝盒盖从干燥箱中取出，放入干燥器（带变色硅胶）内冷却30 min后称量。再放入103 ℃的干燥箱中，铝盒盖斜支于盒边，干燥约1 h后取出，放入干燥器内冷却30 min后再进行准确称量。并重复以上操作至前后两次称量质量之差不超过0.002 g，即达到恒重状态，记录最终质量，记为铝盒和样品干燥后的质量M2。

2 结果与分析

2.1 数学模型

根据测定过程建立数学模型为

式中：W为试样的水分含量，g/100 g；M0为空铝盒的质量，g；M1为烘前铝盒和样品质量，g；M2为铝盒和样品干燥后的质量，g；100为单位换算系数。

2.2 不确定度来源分析

本实验不确定度由A类标准不确定度和B类标准不确定度组成，其中在水分含量测量过程中的随机效应（包括实验人员操作、称量过程波动及仪器的波动、样品制备状态）均在测量的重复性上体现，是A类标准不确定度的主要来源；B类标准不确定度体现的是测量过程中的系统误差，主要包括由称量过程、恒重状态及实验环境条件等引入的不确定度[6-7]。但由于在检测过程中严格按照标准规定环境条件进行操作，实验环境的影响可以忽略不计。

2.3 不确定度评定

2.3.1 A类标准不确定度评定

重复性实验引入的不确定度属于A类标准不确定度评定，根据1.4水分含量测定步骤，对稻谷水分含量进行重复测定10次，计算结果见表1，根据计算结果进行A类标准不确定度的计算。

表1 稻谷水分含量测定结果表

标准偏差s的计算为

由于样品在实际测定过程中测定2次，即进行双平行实验，以2次独立测量值的算术平均值作为最终结果，故A类标准不确定度可计算为[8]

表1中对稻谷水分含量进行重复测定的结果按上述公式进行A类标准不确定度的评定，结果为

因此由多次独立重复测定稻谷水分含量而引入的相对标准不确定度为

2.3.2 B类标准不确定度评定

B类标准不确定度的评定计算公式为

式中：a为区间半宽度，可以通过有关信息或资料获得；k为包含因子，由被测值在区间内的概率分布确定[9]。

B类标准不确定度主要来源于称量过程及恒重状态引入的不确定度，通过对2.1数学模型的分析可知，B类标准确定度来源于M0、M1、M23个分量。

（1）铝盒质量M0引入的标准不确定度分量。根据电子天平（BS224S）的检定证书，当样品的称量为0～50 g时，电子天平称量的最大允许误差为±0.000 5 g，由于空铝盒在称量过程中需称量两次（一次去皮，一次称铝盒），按均匀分布计算其标准不确定度为

按照国家标准要求，铝盒质量应干燥至恒重状态，即铝盒前后两次称量质量之差≤0.002 g，则由恒重状态引入的B类标准不确定度，按均匀分布可计算为

由于在重复测定的过程中，电子天平称量结果的末位数存在明显差异，且天平的读数分辨力引入的不确定度分量已在A类标准不确定度中评定，因此在B类标准不确定度评定中不再重复计算。

铝盒质量M0引入的B类标准不确定度分量为

（2）试样和铝盒干燥前的质量M1引入的标准不确定度分量。干燥前试样和铝盒质量M1没有恒重的要求，天平在称量过程中的称量误差是其不确定度主要来源，即M1引入的B类标准不确定度分量为

（3）试样和铝盒干燥后质量M2引入的标准不确定度分量。试样和铝盒干燥后质量M2所引入的不确定度的评定与铝盒质量M0的评定相似，B类标准不确定度来源于电子天平称量过程中的称量误差和检测方法中恒重要求引入的误差，即M2引入的B类标准不确定度分量为

2.3.3 B类相对合成标准不确定度的计算

则B类相对合成标准不确定度为

2.3.4 合成标准不确定度的计算

将A类相对合成标准不确定度和B类相对合成标准不确定度进行合成，可计算得到稻谷水分含量的相对合成标准不确定度为

稻谷水分含量的合成标准不确定度可计算为

uC(w)=11.80×0.447%=0.05 g/100 g

2.3.5 扩展不确定度

扩展不确定度U=kuC(w)，其中k为包含概率约为95%时对应的包含因子，本次实验中取k=2[10]。稻谷水分含量扩展不确定度U=2×uC(w)=2×0.05=0.10 g/100 g。稻谷水分含量测定结果可表示为w=(11.80±0.10) g/100 g。

3 结论

评定分析稻谷水分含量的测定不确定度，结果表明影响测量不确定度的最主要因素是稻谷水分含量的重复测量，其次是恒重状态的判定，电子天平称量误差的影响最小。因此，在测量的过程中为确保结果的可靠性，要严格按照国家标准执行，减少重复性实验引入的不确定度的影响，减少试验的偶然性带来的实验误差。