戴寶峰

（河北省計量監(jiān)督檢測研究院，石家莊 050200）

示差掃描量熱(DSC)法是在程序控制溫度下，測量輸入到試樣和參比物的功率差與溫度差關(guān)系的一種技術(shù)［1］。示差掃描量熱計記錄的曲線稱為DSC 曲線，以樣品吸熱或放熱的速率，即熱流率dH／dt（mJ／s）為縱坐標，以溫度T或時間t為橫坐標，可以測定多種熱力學和動力學參數(shù)，例如比熱容、反應熱、轉(zhuǎn)變熱、相圖、反應速率、結(jié)晶速率、高聚物結(jié)晶度、樣品純度等［2–5］。

藥品研發(fā)與生產(chǎn)過程中必須對其物理化學性質(zhì)進行監(jiān)控，如純度、晶型、穩(wěn)定性和安全性，以確保藥物具有預期的效果。目前廣泛采用的測定方法有X 射線粉末衍射法［6］、拉曼光譜法［7］、近紅外法［8］、傅立葉紅外法［9］、熱分析法［10–11］和固體核磁共振法［12］等，其中在藥物多晶型的定量分析中采用最多的是X 射線粉末衍射法，但是這種方法對物質(zhì)多晶型定量的準確度不高，且難以獲得各種晶型的絕對含量。DSC 法使用溫度范圍寬（–175～725 ℃）、分辨率高、試樣用量少，可以在較短時間內(nèi)獲得所需要的各種信息，適用于無機物、有機化合物及藥物分析。目前美國藥典、英國藥典、歐洲藥典及日本藥局方等均已經(jīng)將包括DSC 法在內(nèi)的熱分析方法應用于藥品檢驗。我國也將DSC 法作為藥物質(zhì)量評價的方法之一。新藥申報審核資料必須附有相關(guān)的檢驗報告［13］，因此DSC 法具有廣闊的應用前景。隨著DSC 技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的靈敏度和精密度也得到不斷提高，其對數(shù)據(jù)處理的要求也進一步提升，JJG 936—2012 《示差掃描熱量計檢定規(guī)程》中并沒有明確規(guī)定示值誤差的測量不確定度評定方法，文獻[14–16]分別從儀器測量重復性、分辨率、軟件積分、標準物質(zhì)定值等方面對示值誤差的測量不確定度進行了評定，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，從實際校準工作角度出發(fā)，以熱分析標準物質(zhì)銦（In）和鋅（Zn）為例進行測量，分析示值誤差不確定度的主要來源，規(guī)范不確定度計算公式，計算各不確定度分量，最終合成標準不確定度和擴展不確定度，為計量校準報告的評估提供了技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

示差掃描熱量計：TGA／DSC1 型，瑞士梅特勒托利多公司。

分析天平：Cubis?Ⅱ型，感量為0.01 mg，德國賽多利斯公司。

秒表：HS–70W 型，U=0.01 s（k=2），日本卡西歐公司。

熱分析標準物質(zhì)（銦）：編號為GBW(E)130182，熔化溫度為156.52 ℃，U=0.26 ℃（k=2），熔化熱為28.53 J／g，U=0.30 J／g（k=2），中國計量科學研究院。

熱分析標準物質(zhì)鋅(鋅)：編號為GBW(E)130185，熔化溫度為420.67 ℃，U=0.60 ℃（k=2），熔化熱為107.6 J／g，U=1.3 J／g（k=2），中國計量科學研究院。

1.2 環(huán)境條件

環(huán)境溫度：15～30 ℃；相對濕度：不大于85%RH；電源：電壓為（220±22） V；頻率為（50±1）Hz；周圍通風良好，無強電磁干擾，無強烈震動，無熱輻射，無易燃、易爆物及腐蝕性氣體。

1.3 測量方法

1.3.1 溫度示值誤差

根據(jù)JJG 936—2012 《示差掃描熱量計檢定規(guī)程》中規(guī)定的檢定方法，準確稱取適量的熱分析標準物質(zhì)（銦和鋅），置于標準鋁坩堝中，設(shè)置氮氣流動速率為50 mL／min，升溫速率為10 ℃／min，選擇銦的程序升溫范圍為120～180 ℃，鋅的程序升溫范圍為390～450 ℃，在基線上選取左邊界點T1和右邊界點T2，得到標準物質(zhì)的熔化溫度范圍，如圖1所示。熔化溫度為外推起始溫度。依照上述步驟，更換樣品，重復測量一次，兩次測定結(jié)果的平均值與標準物質(zhì)的標示值之差為溫度示值誤差。

圖1 熔化溫度和熔化熱測量示意圖

1.3.2 熱量示值誤差

依據(jù)1.3.1 測量方法，測量熱分析標準物質(zhì)銦和鋅，通過對圖1 中左邊界點T1和右邊界點T2之間的熔化峰進行面積積分，即可得到熔化熱（以下簡稱熱量），兩次測定結(jié)果的平均值與標準物質(zhì)的標示值之差除以標準物質(zhì)的熱量標示值，即為熔化熱量示值誤差。

2 測量模型

2.1 溫度示值誤差測量模型

2.2 熱量示值誤差測量模型

ΔHs——標準物質(zhì)的標準值，J／g；

ΔH——儀器測得標準物質(zhì)的熱值，J／g；

Q——樣品吸收或放出的熱量，J；

m——樣品的質(zhì)量，mg；

ΔH1、ΔH2——第1、2 次儀器測得的標準物質(zhì)的熱量，J／g。

3 不確定度來源

4 不確定度評定

4.1 儀器測量重復性引入的標準不確定度

儀器測量重復性引入的不確定度主要來源于人員和儀器的重復測量。在相同實驗條件下，同一人員使用TGA／DSC1 示差掃描熱量計對有證標準物質(zhì)銦和鋅分別進行7 次獨立測定，按公式(3)計算標準偏差，結(jié)果見表1。

表1 熔化溫度與熔化熱測定結(jié)果

根據(jù)JJG 936—2012 《示差掃描熱量計檢定規(guī)程》，通常以2 次測量的平均值作為測量結(jié)果，則由儀器測量重復性引入的標準不確定度：

4.2 標準物質(zhì)引入的標準不確定度

標準物質(zhì)的標示值是由中國計量科學研究院給出的特性量值，屬B 類不確定度分量。熱分析標準物質(zhì)銦的熔化溫度為156.52 ℃，U=0.26 ℃（k=2），熔化熱為28.53 J／g，U=0.30 J／g（k=2）；熱分析標準物質(zhì)鋅的熔化溫度為420.67 ℃，U=0.60 ℃（k=2），熔化熱為107.6 J／g，U=1.3 J／g（k=2），則由標準物質(zhì)引入的標準不確定度：

4.3 稱樣質(zhì)量引入的標準不確定度

樣品質(zhì)量采用分度值為0.01 mg 的分析天平進行稱量，稱取銦6.61 mg，鋅2.83 mg。根據(jù)天平檢定證書，在1～500 mg 范圍內(nèi)其最大允許誤差MPE為±0.005 mg，按均勻分布計算，包含因子k= 3，則由天平稱量引入的標準不確定度：

4.4 儀器分辨力引入的標準不確定度

根據(jù)TGA／DSC1 示差掃描熱量計的性能，其溫度和熱量的分辨力分別為0.01 ℃和0.01 J／g，則溫度和熱量的區(qū)間半寬度分別為0.005 ℃和0.005 J／g。按均勻分布計算，包含因子k= 3，則由儀器分辨力引入的標準不確定度：

u(Tδ)=0.005／( 3 )=0.003（℃）

u(ΔHδ)=0.005／( 3 )=0.003（J／g）

從計算結(jié)果可知，儀器分辨力引入的標準不確定度遠小于測量重復性引入的標準不確定度，故儀器分辨力引入的標準不確定度可以忽略不計。

5 合成標準不確定度

5.1 溫度示值誤差合成標準不確定度

依據(jù)不確定度傳播定律，溫度示值誤差ΔT的合成標準不確定度按式(4)計算：成標準不確定度：

5.2 熱量示值誤差合成標準不確定度

依據(jù)不確定度傳播定律，熱量示值誤差的測量模型為相對誤差，其合成相對標準不確定度按式(5)計算：

其中：

5.3 擴展不確定度

取95%的置信概率，包含因子k=2，則溫度示值誤差擴展不確定度和熱量示值誤差的相對擴展不確定度：

6 結(jié)語

采用示差掃描量熱法測定熱分析標準物質(zhì)的熔化溫度和熔化熱，對示值誤差的測量不確定度進行評定。根據(jù)各不確定度分量，計算得熱分析標準物質(zhì)銦、鋅溫度示值誤差的擴展不確定度分別為0.34、0.62 ℃（k=2），熱量示值誤差的相對擴展不確定度分別為1.2%、1.2%（k=2）。測量結(jié)果的不確定度主要來源于測量重復性引入的不確定度。因此在日常檢測工作中，應調(diào)整儀器使其達到最佳狀態(tài)以減少重復測定誤差，從而提高樣品檢測的準確度。