气相色谱法测定白酒中乙酸含量的不确定度评定

2023-04-19殷辉莉施祖灏苑梅倩

食品安全导刊 2023年7期

殷辉莉，邓晶，施祖灏，苑梅倩

（谱尼测试集团江苏有限公司，江苏苏州 215000）

我国白酒历史源远流长。白酒主要由乙醇和水，还有微量的有机酸、酯类、高级醇和酚类等化合物构成。白酒中的微量成分虽少，但决定了白酒的香气和口味，构成了白酒的不同香型和风格[1]。其中，酸味是白酒的重要口味物质。白酒中的乙酸是酒曲在发酵过程中微生物利用糖转化而来，是清香型白酒的主要呈味物质。

目前乙酸的检测方法主要有气相色谱法、液相色谱法、分光光度法和离子色谱法[2]。本文依据《白酒分析方法》（GB/T 10345—2022 ）[3]，用气相色谱法对白酒中乙酸含量进行测定。按照《测量不确定度政策》（CNAL/AR11：2003）[4]的要求，参考《化学分析中不确定度的评估指南》（CNAS—GL006：2018）[5]，对气相色谱法测定白酒中乙酸含量的不确定度来源进行分析与评定，确定测试过程中不确定度的主要来源，计算出最终测试结果的扩展不确定度[6]。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

乙醇（HPLC级，纯度99.9%）：上海安谱实验科技股份有限公司；乙酸标准物质（Be Pure，纯度≥99.99%）：北京振翔科技有限公司。

气相色谱仪，配备氢火焰离子化检测器（Flame Ionization Detector，FID）：岛津GC-2010 Plus；色谱柱：DB-WAX UI（60 m×0.25 mm，0.25 μm），安捷伦科技（中国）有限公司；ME204/02分析天平：瑞士METTLER公司。

1.2 实验方法

依据《白酒分析方法》（GB/T 10345—2022 ）测定白酒中的乙酸含量。

1.2.1 样品处理

取适量样品于10.00 mL容量瓶中，加入0.1 mL 2-乙基丁酸内标溶液，使用同一样品定容，充分混匀，使用气相色谱仪检测分析。

1.2.2 仪器条件

柱温：初始35 ℃保持1 min，以5 ℃·min-1升温至70 ℃，再以4 ℃·min-1升温至180 ℃，再以15 ℃·min-1升到220 ℃保持6 min；载气：氮气；进样口温度：250 ℃；流速：0.94 mL·min-1；进样方式：分流进样，分流比40∶1，进样量1.0 μL；检测器温度：250 ℃。

1.2.3 标准溶液配制

（1）标准储备液。称取0.123 9 g乙酸标准物质于10.00 mL容量瓶中，用50%乙醇定容至刻度，摇匀。配制浓度为12 377.61 mg·L-1的乙酸标准储备液。避光0～4 ℃保存。

（2）标准中间液的配制。准确移取上述乙酸标准储备液各 0.05 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.40 mL、0.80 mL、1.00 mL于10.00 mL容量瓶中，并分别加入0.1 mL 2-乙基丁酸内标溶液，用50%乙醇溶液定容，混匀，得到浓度为 61.9 mg·L-1、123.8 mg·L-1、247.6 mg·L-1、495.1 mg·L-1、990.2 mg·L-1和 1 237.8 mg·L-1的乙酸标准工作溶液。

1.2.4 回收率测定

分别称10.0 mL白酒样品共6份，于10.00 mL容量瓶中，在白酒样品中添加乙酸标准溶液，使其乙酸含量为0.2 g·L-1。以下同1.2样品处理，并测定试样中乙酸的含量，计算方法的精密度和回收率。

1.2.5 数学模型的建立

试样中乙酸含量的计算公式为

式中：X为试样中乙酸的含量，mg·L-1；C为试样中乙酸浓度的曲线值，mg·L-1；V为样液的定容体积，mL；Rec为加标试验的回收率，%；r为是测量重复性影响因素的修正因子；1 000为换算系数。

2 不确定度来源分类与分析

乙酸含量测定的不确定度来源主要包括以下4个方面[7]：①样品定容体积引入的相对不确定度urel(V)；②标准物质引入的相对不确定度urel(P)[8]；③回收率引入的相对不确定度urel(Rec)；④测试重复性引入的相对不确定urel(r)。详见图1。合成相对不确定度公式为

图1 不确定度来源因果分析图

3 不确定度各分量的评定

3.1 样品定容体积引入的相对不确定度urel(V)

从实验用到的量具校准允许误差和实验室环境温度波动引起的定容体积偏差两个方面来评定样品定容体积引入的相对不确定度[9]。

（1）查《常用玻璃量器检定规程》（JJG 196—2006）标准可知单标线A级10.00 mL容量瓶的容量允差（aL）为±0.020 mL[10]，使用10.00 mL容量瓶（A级）1次，取液10.00 mL，计算量具允差引入的相对标准不确定度为

（2）根据容量瓶校准证书可知，其校准温度为20 ℃，校准实验室温度浮动范围在5 ℃内，乙醇的体积膨胀系数为0.75×10-3℃-1。实验室温度为（20±5）℃，使用10.00 mL容量瓶（A级）1次取液10.00 mL，则环境温度引起的相对不确定度按式（2）计算，计算得urel(VT)=0.002 2。

式中：aT为温度变化带来的体积偏差，等于波动的温度×溶剂膨胀系数×定容体积[11]；k按矩形分布，取V为定容体积，mL。

根据上述分量计算试样定容体积引入的相对不确定度为

3.2 标准物质引入的相对不确定度urel(P)

3.2.1 标准物质纯度引入的相对不确定度urel(Ph)

准确称取0.123 9 g（纯度为99.9%）乙酸固体标准物质于10.00 mL容量瓶中，用50%乙醇溶解并定容至刻度，配制成浓度为12 377.61 mg·L-1的乙酸储备液。

根据乙酸标准物质证书，乙酸的纯度误差为±0.30%（即99.9%±0.30%）。按照均匀分布计算，由乙酸标准物质纯度引入的标准不确定度和相对标准不确定分别为

3.2.2 标准溶液的配制过程引入的相对不确定度urel(Pp)

（1）标准物质称量引入的相对不确定度urel(Pm)。称量乙酸标准物质所用的是万分之一天平，通过天平的校准证书获得其扩展不确定度为0.2 mg（k=2），则去皮和称量2次天平的使用所产生的标准不确定度为

标准物质称取量为123.9 mg乙酸固体标准物质配制标准物质储备液，则

（2）标准物质溶液稀释定容引入的相对不确定度urel(PV)。标准溶液的稀释过程引入的不确定度，通过量具（玻璃量器、移液器）的校准误差和实验室温度波动引起的溶液体积偏差来评定。查《常用玻璃量器检定规程》（JJG 196—2006）和《移液器检定规程》（JJG 646—2006）[12]得知最大允许误差，通过公式（3）计算量具允差带来的相对标准不确定度urel(PL)，具体数据见表1。

式中：aL为玻璃器具校准引起的体积偏差；k按矩形分布，取V为使用体积，mL。

实验温度为（20±5）℃ 时，乙醇在 20 ℃的体积膨胀系数为 0.75×10-3℃-1，根据公式（4）计算环境温度引起的相对不确定度urel(PT)，具体数据见表1。

式中：aT为温度变化带来的体积偏差，等于波动的温度×溶剂膨胀系数×定容体积[11]；k按矩形分布，取[13]；V为定容体积，mL。

根据表1计算由配制标准溶液带来的标准不确定度为

表1 标准溶液配制所用量器及温度带入的不确定度

综上所述，标准溶液的配制过程引入的不确定度urel(Pp)为

3.2.3 最小二乘法拟合标准曲线校准的相对不确定度urel(Cn)

利用标准曲线计算白酒加标样品中乙酸的含量。依次配制成乙酸标准系列工作溶液：61.9 mg·L-1、123.8 mg·L-1、247.6 mg·L-1、495.1 mg·L-1、990.2 mg·L-1、1 237.8 mg·L-1，每个校准点分别上机分析3次，以标准系列溶液的浓度为横坐标，3次进样平均峰面积为纵坐标，采用最小二乘法拟合，得到线性回归方程Y=114.043 5X-1 992.661。

在白酒样品中加入乙酸标准物质进行6次测定，平均值为0.188 g·L-1，由校准曲线所带来的不确定度为

式中：u(C）为待测溶液浓度C（0.188 g·L-1）的测定不确定度；S为残差的标准偏差；C为样品加标后检测平均值，mg·L-1；为不同标准溶液浓度的平均值，为526.07 mg·L-1；B1为拟合曲线中的斜率；P为样品平行测定6次；n为标准溶液测定6次；Scc为离均差平方和；1 000为转换系数。

拟合标准曲线校准的相对不确定度urel(C)计算结果为

综上所述，标准物质引入的不确定度urel(P)为

3.3 回收率引入的不确定度urel(Rec)

在白酒样品中添加乙酸标准物质，使其乙酸含量为0.2 g·L-1。进行6次重复性测定，加标回收率及标准偏差见表3。

表3 乙酸加标回收率及其标准偏差

回收率引入的标准不确定度和相对标准不确定度分别为

用t检验对回收率进行显著性检验。计算公式为n=6，自由度为5，取P=0.95，查阅t值临界值分布表，t（0.05,5）=2.571，即当t值大于2.571时，则与100%有显著性差异，Rec必须在计算公式中采用以修正结果，否则R—与100%无显著性差异，不需要Rec修正结果。计算结果，乙酸的t值为1.066，因此乙酸回收率因子Rec无须在计算公式中采用。

3.4 测量重复性引入的不确定urel(r)

在白酒样品中添加乙酸标准物质，使其乙酸含量为0.2 g·L-1，进行6次重复性测定，测定结果分别为 0.196 g·L-1、0.178 g·L-1、0.185 g·L-1、0.174 g·L-1、0.204 g·L-1、0.191 g·L-1，平均值为 0.188 g·L-1，标准偏差S=0.02 g·L-1。

回收率引入的标准不确定度和相对标准不确定度分别为