中国白酒按照风味类型的不同,可分为清香型、浓香型、酱香型以及其他9种香型[1]。其中清香型白酒因味道自然清新,花香和果香味突出而深受消费者的喜爱[2-4]。清香型白酒是指以粮谷为原料,经传统固态法发酵、蒸馏、陈酿、勾兑而成,未添加食用酒精及非白酒发酵产生的呈香、呈味物质,具有以乙酸乙酯为主体复合香的白酒,其口味醇和、清香纯正、后味爽静[5-6]。
乙酸乙酯作为清香型白酒的主要香气成分,其含量是评定清香型白酒产品质量的重要指标之一,因此乙酸乙酯含量的准确测定在清香型白酒生产品质把控过程中至关重要,对白酒企业的生产具有重要意义[7-10]。不确定度的评定可有效反映检测过程中各步骤、处理方法对检测结果的影响情况,对于把控检测数据准确性具有重要指导意义[11-14]。在最新发布的GB/T 10345—2022《白酒分析方法》中对白酒中乙酸乙酯含量的测定方法进行了更新,需重新评定其检测过程中产生的不确定度[15]。目前已有的文献中张素娟等[16-18]均采用旧国标检测方法评定了白酒中乙酸乙酯含量测量不确定度,鲜有关于对更新后国标检测白酒中乙酸乙酯含量的方法不确定度进行评定的研究报道。
本研究依据测量不确定度评定准则[19-22],采用新国标方法对清香型白酒样品中乙酸乙酯含量进行测定,分析可能会引入不确定度的步骤,计算各步骤引入的不确定度,并评估其扩展不确定度。以期为提高检测数据准确度提供理论基础,为新国标方法乙酸乙酯含量的测量不确定度评定提供参考依据。
清香型白酒(酒精度为56.2%vol)样品:北京红星股份有限公司提供。
乙酸乙酯标准品、乙酸正戊酯标准品(均为色谱纯):天津市津科精细化工研究所。其他试剂均为国产分析纯。
LA230S电子分析天平:北京赛多利斯科学仪器有限公司;GC-2030气相色谱(gas chromatography,GC)仪:岛津企业管理(中国)有限公司;DB-WAX UI毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm):美国安捷伦科技有限公司。
1.3.1 标准溶液的配制
内标溶液的配制:按照GB/T 10345—2022《白酒分析方法》的方法精确称取乙酸正戊酯标准品4.00 g置于100 mL容量瓶中,以50%体积分数乙醇溶液定容至刻度,得到内标溶液。
系列标准工作液的配制:精确称取乙酸乙酯标准品2.50 g置于100 mL容量瓶中,以50%体积分数乙醇溶液定容至刻度,得到标准物质储备液;分别取0.1 mL、0.2 mL、0.4mL、0.6 mL、1.0 mL标准物质储备液于5个10 mL容量瓶,各加入0.1 mL内标溶液后以50%体积分数乙醇溶液定容至刻度,混匀后得到质量浓度分别为0.25mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L、2.50 mg/L的乙酸乙酯系列标准工作液。
1.3.2 样品前处理
取适量清香型白酒样品置于10mL容量瓶中,加入0.1mL内标溶液后以50%体积分数乙醇溶液定容至刻度,混匀后得到待测样品溶液。
1.3.3 乙酸乙酯含量
采用气相色谱法对清香型白酒中的乙酸乙酯含量进行测定。
GC条件:色谱柱为DB-WAX UI毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);进样量0.5 μL;进样口温度230 ℃;火焰离子化检测器(flame ionization detector,FID)检测器温度240 ℃;升温程序为初始温度5 ℃,保持4 min,以5 ℃/min的速率升至100 ℃,以10 ℃/min的速率升至230 ℃,保持11 min。
定性定量分析:以保留时间定性,以内标法定量。以系列标准工作液各浓度梯度样品乙酸乙酯和乙酸正戊酯色谱峰面积比值(y)为纵坐标,以乙酸乙酯和乙酸正戊酯浓度比(x)为横坐标建立标准曲线(设乙酸正戊酯浓度为1,则其浓度比等于乙酸乙酯浓度),采用最小二乘法处理后得到标准曲线回归方程为Y=aX+b,其计算公式如下:
式中:a为回归方程斜率;b为回归方程截距;x为待测样品中乙酸乙酯与乙酸正戊酯的浓度比,即等于乙酸乙酯浓度;A乙为待测样品乙酸乙酯色谱峰面积;A内为待测样品内标(乙酸正戊酯)色谱峰面积。
1.3.4 数据处理
以岛津LabSolutions进行数据采集与处理,所得检测结果通过Excel 2016进行不确定度计算。
1.3.5 不确定度来源分析
通过对检测过程和数学模型的分析,乙酸乙酯含量测量结果不确定度主要来源于以下几个方面[23-27]:①标准物质储备液配制过程引入的不确定度;②系列标准工作液配制过程引入的不确定度;③待测样品前处理引入的不确定度;④标准曲线拟合引入的相对标准不确定度;⑤仪器稳定性引入的不确定度;⑥样品测量重复性引入的不确定度。
按照信息来源分类,测量不确定度可分为A类评定和B类评定。A类评定:利用统计方法对多次测量的结果进行计算得到的不确定度,评定方法有贝塞尔公式法和极差法两种。使用贝塞尔公式估计的总体方差不会给测量结果的合成标准不确定度带来原理性误差;而极差法估计的总体方差偏大,导致最终测量结果的合成标准不确定度偏大。本研究A类评定选择贝塞尔公式法。B类评定选择非统计方法得到的不确定度。仪器稳定性、样品测量重复性测定属于A类评定;标准物质储备液和系列标准工作液的配制、药品称量等属于B类评定[28-29]。
2.1.1 仪器稳定性引入的不确定度
气相色谱仪经检定,查检定证书得其相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)=0.4%,则其相对标准不确定度:
2.1.2 测量重复性引入的不确定度
取清香型白酒样品重复测量6次,测定结果见表1。
表1 重复性试验检测结果
Table 1 Results of repeatability tests
质量浓度/(g·L-1)1 2 3 4 5 6化合物 标准偏差乙酸乙酯 1.077 7 1.080 8 1.080 1 1.079 6 1.082 3 1.082 4 0.001 77
表2 系列标准工作液稀释引入的不确定度
Table 2 Uncertainty introduced by dilution of series of standard working fluid
移取体积/mL 允差/% u/mL urel 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 1.5 1.0 1.0 1.0 0.000 816 0.001 220 0.001 630 0.002 450 0.004 080 0.008 160 0.006 100 0.004 080 0.004 080 0.004 080
利用贝塞尔公式计算试验结果标准偏差后,用平均值标准偏差表示重复性标准不确定度s(xk),则在同一条件下,前2次的乙酸乙酯质量浓度检测结果的平均值1.079 3 g/L,对应的标准不确定度为:
2.2.1 标准物质储备液配制过程引入的不确定度
(1)标准品纯度P引入的相对标准不确定度
(2)药品称量过程中天平引入的相对标准不确定度
(4)标准物质储备液配制过程引入的合成相对标准不确定度
综上,标准物质储备液配制过程中由标准品纯度、药品称量和标准储备液定容3个因素引入的合成相对标准不确定度为:
2.2.2 系列标准工作液配制过程引入的不确定度
(1)系列标准工作液梯度稀释过程引入的相对标准不确定度
配制系列标准工作液需分别取0.1 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、1.0 mL标准物质储备液于5个10 mL容量瓶中,过程中引入的不确定度主要来自于吸取体积和温度。
由此可得系列标准工作液梯度稀释过程中引入的合成相对标准不确定度为:
2.2.3 待测样品前处理引入的不确定度
样品前处理过程包括以10 mL移液管准确吸取10 mL待测样品置于容量瓶中,以0.5 mL移液管各加入0.1 mL内标溶液,平行检测2次,过程中引入的不确定度主要来自于定容体积、吸取体积和温度。
转化为相对标准不确定度:
2.2.4 标准曲线拟合引入的相对标准不确定度
用气相色谱仪对系列标准工作液进行测定(每个浓度平行测定2次),对所得数据进行拟合,得到形式为Y=aX+b的标准曲线回归方程,测量结果见表3。
表3 系列标准工作液测定结果
Table 3 Determination results of series of standard working fluid
梯度质量浓度/(g·L-1)面积比1 面积比2 浓度比1 浓度比2 0.250 36 0.500 72 1.001 44 1.502 16 2.503 60 0.900 3 1.867 4 3.641 3 5.487 0 8.767 3 0.889 2 1.842 2 3.656 8 5.519 0 8.676 8 0.224 3 0.502 4 1.012 6 1.543 4 2.486 9 0.221 1 0.495 2 1.017 1 1.552 6 2.460 8
表中面积比为乙酸乙酯与乙酸正戊酯色谱峰面积的比值,浓度比为乙酸乙酯与乙酸正戊酯标准溶液质量浓度的比值,由上述标准曲线数据经最小二乘法处理可得回归方程:Y=3.477 0x+0.120 4,相关系数R2=0.998 7。
将系列标准工作液的梯度质量浓度,代入线性回归方程,可计算得到峰面积比值的理论值yi,然后可计算出实测峰面积比值的残差y实测i-yi=y实测i-(axi+b),则标准曲线的剩余标准偏差ST为:
式中:ST为标准曲线的剩余标准偏差;y实测i为对应的实测峰面积比值;yi为将对应梯度浓度代入回归方程计算得出的理论峰面积比值;n为系列标准工作液测定次数,10次;a为回归方程斜率,3.477 0;b为回归方程截距(0.120 4);P为未知样品测量次数(2次);X为待测样品测得的平均质量浓度,即等于乙酸乙酯平均质量浓度(1.079 3 g/L);x¯为标准曲线上各点质量浓度比的平均值,即等于乙酸乙酯质量浓度的平均值(1.151 6 g/L);xi为标准曲线上各点的质量浓度比,即等于乙酸乙酯质量浓度。
由标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为:
2.3.1 清香型白酒中乙酸乙酯测量值的合成相对标准不确定度
上述测定酒样中乙酸乙酯含量的各不确定度分量相互独立,则白酒样品中乙酸乙酯含量测定结果的合成相对标准不确定度为:
2.3.2 清香型白酒中乙酸乙酯测量值的扩展不确定度
清香型白酒样品中乙酸乙酯浓度平均值X¯=1.079 3 g/L=1.08 g/L,取包含因子k=2,置信水平P=95%,则其扩展不确定度:
U=k×urel(X)×X¯=2×0.02 06×1.08=0.04 g/L
扩展不确定度为:X=(1.08±0.04)g/L,k=2
通过对气相色谱法测定白酒中乙酸乙酯含量的不确定度各个分量的分析与评定,测定结果的不确定度主要来源于标准物质储备液配制、系列标准工作液配制、待测样品前处理、标准曲线拟合、仪器稳定性和样品测量重复性等部分。系列标准工作液的配制和待测样品前处理过程对实验结果的不确定度贡献较大,其相对标准不确定度分别为0.018 8和0.009 22,经检测清香型白酒样品中乙酸乙酯含量为1.08 g/L,其扩展不确定度为0.04 g/L(k=2)。因此在检测过程中,应确保标准工作液的配制及样品前处理过程操作严谨规范,选取合适的移液器、容量瓶,以最大程度地降低测定结果的不确定度。本研究可为白酒中乳酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等其他酯类物质含量的测定以及不确定度评定提供参考。
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