曾史俊，高裕鋒*，鐘宏星，余構(gòu)彬，郭劍雄，李海喬

(1廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州510316；2國家糖業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，廣東廣州510316)

白砂糖蔗糖分檢測的不確定度評定

曾史俊1,2，高裕鋒1,2*，鐘宏星1,2，余構(gòu)彬1,2，郭劍雄1,2，李海喬1,2

(1廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州510316；2國家糖業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，廣東廣州510316)

分析旋光法測定白砂糖中蔗糖分的不確定度來源，對不確定度的各個分量進行評估和合成。結(jié)果表明，影響蔗糖分測定不確定度的主要原因是定容體積和旋光儀精度引入的不確定度分量。當(dāng)白砂糖中蔗糖分的測定值為99.71％時，擴展不確定度為0.02％，測定結(jié)果表示為99.71％±0.02％，k=2，P=95％。關(guān)鍵詞：白砂糖；蔗糖分；旋光法；不確定度

0　前言

蔗糖分是衡量白砂糖品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，尤其是白砂糖質(zhì)量分級的重要指標(biāo)，因此蔗糖分測量值的準(zhǔn)確性顯得尤為重要[1]。由于白砂糖的純度較高，蔗糖分含量達到99.5％以上，且每相差0.1％就會有一個質(zhì)量級別的差異，因此，對蔗糖分檢驗過程的誤差控制要求較高。為了檢查分析結(jié)果質(zhì)量、度量分析結(jié)果可信性，對白砂糖蔗糖分進行不確定度評定十分必要[2-3]。通過不確定度評定，可以有效地分析檢驗過程各種影響結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，提出避免引入測量誤差或不確定性的方法，指導(dǎo)實驗室質(zhì)量管理。

本文根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 317-2006《白砂糖》的規(guī)定，利用旋光法對白砂糖樣品的蔗糖分進行檢測。根據(jù)國家計量技術(shù)規(guī)范 JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》的要求對測量結(jié)果的不確定度進行評定[4-5]，通過建立數(shù)學(xué)模型對各個不確定度分量進行計算，找出影響蔗糖分檢測準(zhǔn)確性的主要因素。

1　材料與方法

1.1儀器與設(shè)備

旋光儀(精度0.015 oZ，德國Polatronic公司)；旋光觀測管(長度200 mm)；電子天平(精度0.0001 g，日本AND公司)；容量瓶(100 mL，A級)。

1.2測定方法

稱取樣品26.0000 g于干凈的小燒杯中，加蒸餾水40～50 mL，攪拌使其完全溶解。移入100 mL的容量瓶中，用少量蒸餾水沖洗燒杯及玻璃棒，不少于3次，搖勻瓶內(nèi)溶液，加蒸餾水至容量瓶標(biāo)線附近。至少放置10 min達到室溫，然后加蒸餾水至容量瓶標(biāo)線下約1 mm處，有氣泡時，可用乙醚或乙醇消除。加蒸餾水至標(biāo)線，充分搖勻。如發(fā)現(xiàn)溶液混濁，用濾紙過濾，漏斗上需加蓋表面皿，將最初10 mL濾液棄去，收集后面的濾液50～60 mL。用待測溶液將旋光觀測管至少沖洗2次，裝滿旋光觀測管，注意旋光觀測管內(nèi)不能夾帶氣泡。將旋光觀測管置于旋光儀中，測定5次，測定旋光讀數(shù)后，立即測定旋光觀測管內(nèi)溶液的溫度，精確至0.1℃。

2　建立數(shù)學(xué)模型

蔗糖分數(shù)值主要由旋光儀讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較得出，計算公式見式(1)。

式中：X—蔗糖分(％)；αi—樣品溶液的旋光值讀數(shù)(o)；n—重復(fù)實驗次數(shù)；34.626—在黃色納光波長下，相當(dāng)于100 oZ的旋光度；Pi—樣品溶液的糖度值(oZ)。

由于稱樣量、定容體積、旋光儀精度、旋光管長度和溫度對結(jié)果都有一定的影響，為了考慮附加影響量，公式中需加入各自對結(jié)果的修正因子f，公式擴大為式(2)。

3　測量白砂糖蔗糖分的不確定度來源分析

測量不確定度是與測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，它合理地賦予被測值的分散性。該分散性主要涉及 A類不確定度、B類不確定度和合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度[2]。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型和測量過程，白砂糖蔗糖分的不確定度來源包括(如圖 1所示)：①稱樣過程引入的不確定度 urel(m)，來源于電子天平的精度；②定容過程引入的不確定度 urel(V)，包括定容容器的體積誤差、讀數(shù)誤差、環(huán)境溫度的影響；③重復(fù)測量引入的不確定度 urel(ci)；④旋光儀精度的不確定度urel(p)；⑤旋光管長度的不確定度 urel(l)；⑥環(huán)境溫度對旋光檢測值影響產(chǎn)生的不確定度urel(t)。

圖1　白砂糖蔗糖分的不確定度來源

4　不確定度分量評定

4.1稱樣的不確定度urel(m)

樣品質(zhì)量m引入的不確定度主要來自稱量時使用的天平自身存在的系統(tǒng)誤差，屬于B類不確定度。由檢定證書得知最大允許誤差為±0.0002 g，按均勻分布考慮，則有標(biāo)準(zhǔn)不確定度為樣品質(zhì)量平均值為26.0002 g，因此其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：urel(m)=1.15×10-4/26.0002=4.42×10-6·········(3)

4.2樣品定容引入的不確定度urel(V)

體積V引入的不確定度主要來源于定容使用的100 mL容量瓶。該不確定度分量主要包括3個部分：①容量瓶體積：使用A級容量瓶，由檢定證書得知實驗使用的容量瓶精度為(100±0.007) mL，按均勻分布計算，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為mL。②校準(zhǔn)溫度與實驗室溫度不同產(chǎn)生的不確定度：儀器的校準(zhǔn)溫度為20℃，而當(dāng)時實驗室的溫度為20.5℃，在95％置信概率下，按正態(tài)分布計算，體積變化的不確定度為 2.1×10-4×0.5×100/2= 5.25×10-3mL。③定容時的估讀誤差±0.005 mL，引起的不確定度為

合成以上3項標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式(4)所示。

因此，計算其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：4.3 重復(fù)測量引入的不確定度urel(ci)對同一白砂糖樣品重復(fù)測定8次，結(jié)果見表l。

表1　樣品蔗糖分測定結(jié)果

由貝塞爾公式求得單次測量標(biāo)準(zhǔn)差s(ci)為：

由測量重復(fù)性導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(c)為：

因此，重復(fù)測定的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.4 旋光儀精度的不確定度urel(P)

儀器檢定證書給出儀器的精度為±0.015 oZ，樣品的蔗糖分平均值為99.71％，假設(shè)為均勻分布，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.5旋光管長度的不確定度urel(l)

由儀器檢定證書得，此旋光測定管(200 mm)的校準(zhǔn)誤差為0.008 mm，假設(shè)為均勻分布，換算成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.6環(huán)境溫度對旋光檢測值影響的不確定度urel(t)

檢測標(biāo)準(zhǔn)中測定溫度允許±0.2℃偏差，假設(shè)為均勻分布，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 ℃，并且溫度變化系數(shù)為0.00019[1]，因此，溫度對結(jié)果影響所造成的不確定度為：

4.7計算合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各個不確定度分量計算值如表2所示，旋光儀精度和樣品定容引入的不確定度是主要來源。

合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式(12)所示。

表2　白砂糖蔗糖分測定相對不確定分量評定結(jié)果

4.8 擴展不確定度

白砂糖中蔗糖分平均值為：99.71％，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u=0.000119×99.71×100％=0.012％，在 95％置信水平下，包含因子取 k=2，擴展不確定度為：U=ku=0.02％，實際白砂糖樣品的測定結(jié)果可表示為：99.71％±0.02％。

5　結(jié)論

采用旋光法測定白砂糖蔗糖分的過程中，影響蔗糖分測定的不確定度主要來源是旋光儀精度和樣品定容過程引入的不確定度分量。在現(xiàn)有的實驗室條件下，測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.012％，在95％置信水平下，包含因子取 k=2，擴展不確定度為0.02％，白砂糖樣品中的蔗糖分測定結(jié)果可表示為99.71％±0.02％，滿足蔗糖分檢測的標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1] 中國輕工業(yè)聯(lián)合會.白砂糖：GB 317-2006[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計量司.測量不確定度的評定與表示指南[M].北京：中國計量出版社，2000.

[3] 高裕鋒，甄振鵬，郭劍雄，等.高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定甘蔗中速滅威結(jié)果不確定度評定[J].甘蔗糖業(yè)，2013(4)：59-62.

[4] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.測量不確定度評定與表示：JJF1059-1999 [M].北京：中國計量出版社，1999.

[5] 中國實驗室國家認可委員會.化學(xué)分析中不確定度的評估指南[M].北京：中國計量出版社，2002.

（本篇責(zé)任編校：李金玉）

Uncertainty Evaluation Determination of Sucrose in White Granulated Sugar

ZENG Shi-jun1,2, GAO Yu-feng1,2, ZHONG Hong-xing1,2, YU Gou-bin1,2, GUO Jian-xiong1,2, LI Hai-qiao1,2
(1Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316;2China Sugar Inspection Center, Guangzhou 510316)

The uncertainty determination of sucrose in white granulated sugar by polarimetry was evaluated.The results showed that main uncertainty components arose from constant volume process and precision of polarimeter.When the sucrose value was 99.71％, the expanded uncertainty value was 0.02％, results could be expressed as 99.71％±0.02％, k=2, P=95％.

Sugar; Sucrose; Polarimetry; Uncertainty

TS247

A

1005-9695(2016)03-0055-04

2016-06-13；

2016-06-20

廣東省科技計劃項目(2013B040400003、2013B061800023、2013B061800007、2014B040404054、2016A040403066)作者簡介：曾史俊(1984-)，男，助理工程師，主要從事食品檢測；Email：316058022@qq.com

高裕鋒(1983-)，男，博士，高級工程師，主要從事食品檢測、標(biāo)準(zhǔn)化研究；Email：gyuf2001@163.com

曾史俊，高裕鋒，鐘宏星，等.白砂糖蔗糖分檢測的不確定度評定[J].甘蔗糖業(yè)，2016(3)：55-58.