張湘渠 吳磊 張雷雷 吳昊 張?zhí)m天 毛璉

（河北省食品安全重點實驗室&國家市場監(jiān)管重點實驗室（特殊食品監(jiān)管技術(shù)）&特殊食品安全與健康河北省工程研究中心&河北省食品檢驗研究院 河北石家莊 050227）

0 引言

測量不確定度是評估測量結(jié)果可靠程度的一個重要參數(shù)，是表達測量結(jié)果所必需的部分[1]，在實際測量過程中常常無法避免地引入隨機誤差與系統(tǒng)誤差，導致測量值與真值之間存在差異。通過對測量過程中產(chǎn)生的不確定度進行量化計算與整合，可以將被測量值的分散程度表征出來，作為評定檢測方法科學客觀性和檢測結(jié)果真實準確性的重要依據(jù)。

乙醇含量測定是葡萄酒、果酒及其相關(guān)產(chǎn)品的常規(guī)檢測項目，是生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量控制、混比及定義標簽過程中的重要參數(shù)。在食品安全國家標準GB 5009.225—2016《食品安全國家標準 酒中乙醇濃度的測定》[2]中，共有3 種方法可以選擇。其中，第一法即密度瓶法最為常用，其原理是以蒸餾法去除酒樣中的不揮發(fā)性物質(zhì)，收集餾出液，此餾出液為乙醇和水的混合液，在20℃時用密度瓶法測定試樣的密度，查表，即可得到葡萄酒的乙醇含量。

近紅外光譜法是根據(jù)近紅外光譜（near infrared reflectance spectroscopy）分析原理，在1 150～1 200 nm的高乙醇特征范圍內(nèi)測定乙醇含量。評估方法利用該范圍內(nèi)的重要乙醇峰值以及2 個與之非常接近的光譜點來定義基線。采用該評估方法得出的乙醇含量結(jié)果幾乎不受葡萄酒其他已知成分的影響，僅通過零點水和乙醇-水二元混合液即可進行儀器校正。因此，該方法具有高通量、快速簡便、重復性好的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于白酒、葡萄酒、啤酒等多種酒類的成分分析中[3-6]。

本文主要考察密度瓶法和近紅外光譜法測定乙醇含量過程中產(chǎn)生的各類不確定度分量，并進行量值分析，以期通過對比研究為葡萄酒乙醇含量測定提供更有效的手段。

1 材料與方法

1.1 密度瓶法

1.1.1 試劑與儀器

電子天平（MS204S/01）；制冷加熱型恒溫水浴（AP7LR-20AA2Y）；附溫比重瓶（50 mL）；容量瓶（100 mL）；全玻璃蒸餾器（500 mL）。

干紅葡萄酒（市售，酒精度標識值：12%vol）；去離子水。

1.1.2 測定方法

依據(jù)GB 5009.225—2016 《食品安全國家標準酒中乙醇濃度的測定》[2]密度瓶法進行測定。

1.1.3 數(shù)學模型

按式（1）和式（2）計算：

1.2 紅外光譜法

1.2.1 儀器與試劑

葡萄酒分析儀（Alcolyzer Wine）。

干紅葡萄酒（市售，酒精度標識值：12%vol）；去離子水。

1.2.2 測定方法

按儀器說明書操作，進行空氣密度檢查和標準水密度檢查；確保樣品溫度處于室溫，將樣品放入進樣瓶內(nèi)，置于進樣圓盤上，按“開始”進行測定；測定完成后，從屏幕讀取樣品數(shù)值（%vol）。

2 結(jié)果與分析

2.1 密度瓶法

2.1.1 識別不確定度來源

根據(jù)數(shù)學模型及測定過程，分析各不確定度分量的來源，按A 類或B 類方法對各個分量進行計算，最后得到標準不確定度和擴展不確定度[1]。結(jié)合相關(guān)文獻[7]，本方法不確定度的來源主要有：試樣量取、定容、稱量、密度瓶校準、結(jié)果修約、測量重復性5 個方面，如圖1 所示。

圖1 不確定度來源分析圖Fig.1 The chart for sources of the uncertainty analysis

2.1.2 不確定度分量計算2.1.2.1 容量瓶的使用u（V）

包括試樣量取u1（V）和蒸餾后定容u2（V）。根據(jù)JJG 196—2006 《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[8]，100 mL A 級容量瓶，容量允差為±0.10 mL，按三角分布，k=，B 類評定，

溫度波動：本實驗取樣和定容均在20℃超級恒溫水浴中進行，由于溫度造成的體積差異較小，由此產(chǎn)生的不確定度可忽略不計[9]。

2.1.2.2 密度瓶校準u（D）

測定純水（m1）和試樣密度（m2）時，密度瓶容量及溫度校準引入的不確定度um（V）、um（T）。

（1）密度瓶容量校準

根據(jù)校準證書，密度瓶的擴展不確定度U=0.20mL，k=2，標準不確定度um1（V）=um2（V）=0.10 mL；

（2）溫度計校準

溫度誤差也會影響純水和試樣的質(zhì)量[10]。已知水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，12%乙醇水溶液的體積膨脹系數(shù)約為2.4×10-4/℃，溫度計的示值誤差為0.5℃，均勻分布。則

0.998 2、0.982 4 為純水和12%酒精水溶液20℃時的密度，g/mL。

（3）密度瓶校準不確定度u（D）

2.1.2.3 天平校準引入的不確定度u（m）

此項不確定度主要由3 項分量組成：密度瓶質(zhì)量（m0）、密度瓶加水質(zhì)量（m1）、密度瓶加餾出液質(zhì)量（m2）。因此，天平校準引入的不確定度由3 項分量合成得到[1]。

萬分之一電子天平的最大允許誤差為±0.5 mg，按均勻分布，；m0、m1、m2質(zhì)量分別為43 g、98 g、97 g，相對不確定度urel（m0）

上述3 項合成：

2.1.2.4 數(shù)值修約引入的不確定度u（x1）

標準規(guī)定測量結(jié)果修約至1 位小數(shù)，本實驗結(jié)果為12.12%vol，結(jié)果修約為12.1，半寬區(qū)間為0.05，均勻分布[7]，則修約不確定度相對不確定度

2.1.2.5 測量重復性引入的不確定度u（x）

該項包括樣品均勻性、定容、取樣、讀數(shù)重復性等各方面的隨機影響。對同一樣品實驗6 次，結(jié)果見表1。

表1 乙醇含量測定結(jié)果Table 1 Measurement results ofethanolcontents

2.1.3 不確定度分量的合成

不確定度分量詳見表2。

表2 不確定度分量表Table 2 List of standard uncertainty components

由上述各因素可計算得到合成相對標準不確定度

2.1.4 計算擴展不確定度

取包含因子k=2，置信區(qū)間P=95%，則相對擴展不確定度為：

乙醇含量為12.12%vol，則擴展不確定度U=12.12×0.78%=0.10%vol。

2.1.5 結(jié)果表達

該葡萄酒中乙醇含量x=12.12%vol，U（x）=0.10%vol，k=2。

2.2 近紅外光譜法

2.2.1 不確定度來源識別

根據(jù)測定過程和儀器技術(shù)參數(shù)，不確定度主要包括以下2 個方面。

2.2.1.1 儀器測量引入的不確定度

根據(jù)葡萄酒分析儀校準證書，儀器測量結(jié)果的擴展不確定度U=0.05%vol，k=2，標準不確定度u=0.025%vol。按酒精度12%vol 計，相對不確定度為0.208%。

2.2.1.2 儀器控溫精度和溫度分辨率引入的不確定度

儀器采用帕爾控溫，控溫精度達到±0.02℃。此項不確定度可以忽略不計。

2.2.1.3 數(shù)值修約引入的確定度

同2.1.2.4，數(shù)值為0.238%。

2.2.1.4 測量重復性引入的不確定評定u（x）

方法同2.1.2.5，對樣品密度進6 次獨立重復測試，結(jié)果為（%vol）12.13、12.08、12.12、12.09、12.10 和12.12，平均值為12.11%vol。

采用貝賽爾公式計算，其標準差s=0.019 7%vol

2.2.2 不確定度的合成

方法同2.1.3。

2.2.3 結(jié)果表示

2.2.3.1 計算擴展不確定度

取包含因子k=2，置信區(qū)間P=95%，則相對擴展不確定度為：

乙醇含量為12.11%vol，則擴展不確定度U=12.11×65%=0.079%vol。

2.2.3.2 結(jié)果表達

近紅外光譜法測定該葡萄酒中乙醇含量x=12.11%vol，U（x）=0.079%vol，k=2。

3 結(jié)果與討論

本文從操作過程、儀器校準、數(shù)值修約、測量重復性等方面，對密度瓶法和近紅外光譜法測量葡萄酒中乙醇含量的不確定度進行分析，結(jié)果表明，密度瓶法涉及的步驟較多，不確定度分量也較多，采用該法時應(yīng)特別注意操作的規(guī)范性，應(yīng)使用經(jīng)校準過的密度瓶，并盡可能增加平行測定次數(shù)。近紅外光譜法無需對樣品進行前處理和稱量，操作簡便，檢測速度快，在修約要求不變的情況下，不確定度主要來源于儀器的測量誤差，檢測結(jié)果不易受人為誤差影響，可以滿足對品質(zhì)快速分析的需求。

當前，葡萄酒乙醇含量檢測的食品安全國家標準包括密度瓶法、密度計法和氣相色譜法，并未將紅外光譜法列入規(guī)定方法，因此，日常抽檢監(jiān)測工作中仍應(yīng)遵照食品安全國家標準進行?，F(xiàn)代近紅外光譜是一種新型的食品檢測技術(shù)，作為葡萄酒品質(zhì)分析和質(zhì)量控制的輔助手段，未來將會受到更多關(guān)注。