原子吸收分光光度法测定葡萄酒中铜的不确定度评定

王 乔，汤海青，欧昌荣*，殷居易，顾晓俊

（1.宁波大学 海洋学院，浙江 宁波 315211；2.宁波出入境检验检疫局技术中心,浙江 宁波 315012）

铜是影响葡萄酒稳定性的主要金属元素之一，其含量大于1.0mg/L时易引起铜破败病，使白葡萄酒的颜色和光泽发生改变，产生浑浊、沉淀等现象[1-2]。过量的铜离子来自于葡萄酒生产、加工和运输等过程受到的污染，如泥土、灰尘、含铜农药，以及含铜容器、管道和设备等[3-5]。近年来，在工商和质检等部门组织的针对葡萄酒的多次监督抽查中，铜超标一直是存在的主要问题之一[6-7]。

为了对检测结果进行准确表达和有效评价，如实反映铜含量测量的置信度和准确度，实验采用GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》（原子吸收分光光度法）[8]，对铜含量在GB 15037—2006《葡萄酒》允许检出的最高限量值1.0mg/L附近的样品进行测定[9]。并根据JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》和CNAS-GL06《化学分析中不确定度的评估指南》中的具体要求[10-11]，利用实验室内部确认的数据和相关资料计算不确定度。对葡萄酒中铜的限量值结果的不确定度进行分析，为评定测量结果提供科学依据和理论基础[12]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1000 μg/mL铜标准溶液（批号13031912）：国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院；其余试剂均为优级纯；所用水符合二级水规格[13]。

1.2 仪器与设备

240 AADUO原子吸收光谱仪：美国安捷伦公司；Milli-Q Direct超纯水系统：美国密理博公司；JULABO SW22振荡水浴摇床：德国优莱博公司。

1.3 方法

1.3.1 铜标准使用液的配制

将铜标准品溶液在（20±4）℃放置10min。摇匀后用单标线吸量管准确吸取2.00mL铜标准贮备溶液至100mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容，得到浓度为20mg/L铜标准中间液。用移液器分别准确吸取1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL至50mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容，混匀后为0.4mg/L、0.8mg/L、1.2mg/L、1.6mg/L、2.0mg/L标准使用液。

1.3.2样品前处理

试样摇匀。如超过标准溶液线性范围，对样品稀释处理。

1.3.3 试样测定

按原子吸收分光光度计操作规程规定的程序开机平衡系统，调波长至324.7nm。待基线稳定后，吸入空白、标准及待测样品，由吸光度值根据校准曲线计算待测样品的质量浓度。

1.4 数学模型

试样中铜含量的计算公式：

X=C×F

式中：X为葡萄酒中铜的含量，mg/L；C为试样中铜的含量，mg/L；F为稀释倍数。

上述计算公式是根据铜的测量原理给出的，没有考虑检测过程中各种随机因素对不确定度的影响。因此，引入反映随机影响的重复性系数frep，其数值等于1。样品不需稀释处理，在此评定不确定度的数学模型可写为：

X=C×frep

式中：X为葡萄酒中铜的含量，mg/L；C为试样中铜的含量，mg/L；frep为重复性系数。

可见，不确定度的主要来源为平行试验重复性产生的相对标准不确定度u（frep）；溶液浓度引起的相对不确定度u（C）。相对标准不确定度计算公式：

式中：u（X）为合成相对标准不确定度；u（frep）为平行试验重复性产生的相对标准不确定度；u（C）为溶液浓度引起的相对不确定度。

2 各分量标准不确定度的计算

2.1 测量重复性产生的标准不确定度

在相同测定条件下，对葡萄酒样品中铜含量进行8次重复测量，测定结果见表1。

表1 铜含量8次平行测量结果Table 1 Results of copper content determination of eight times parallel tests

单次测量的实验标准偏差计算公式：

式中：s（X）为标准偏差；xi为各次测量值，i＝1～n；为平均值；n为测量次数。

在日常检测中，平行测定两次报告平均值，故相对标准不确定度计算公式：

式中：u（frep）为平行试验重复性产生的相对标准不确定度；s（X）为标准偏差；为平均值。

该测量重复性相对标准不确定度是所有随机影响的合成，因此在随后各分量的评定中不再考虑随机影响。

2.2 溶液浓度产生的相对标准不确定度

2.2.1 由标准品溶液产生的不确定度

依据相应的铜标准物质证书，该铜溶液标准物质的标准值为1000μg/mL，扩展不确定度为4μg/mL（包含因子k=2），计算得到其相对标准不确定度u1（C）=0.002。

2.2.2 由铜标准品溶液稀释配制工作液产生的相对标准不确定度u2（C）

用2mL A级单标线移液管吸取1000μg/mL铜标准贮备溶液2.00mL，转移至100mL容量瓶。用移液器吸取标准中间液至50mL容量瓶，配制铜标准工作液。此过程产生的不确定度计算公式：

式中：u2（C）为配制标准工作液产生的相对标准不确定度；u（V1）为使用2mL单标线移液管吸取体积产生的相对标准不确定度；u（V2）为使用100mL容量瓶定容产生的相对不确定度；u（V3）为使用移液器吸取体积产生的相对不确定度；u（V4）为使用50mL容量瓶定容产生的相对不确定度。

用2mLA级单标线移液管吸取样品，按JJG196-2006[14]，该等级移液管的最大容量允差为0.010mL。按矩形分布考虑，引入相对标准不确定度为0.010/2.0/=0.0020mL；实验环境温度在±4℃之间变动，考虑溶液温度以及校正时温度差引起的体积不确定度。假设温度变化时按矩形分布考虑，产生的体积变化引起的相对不确定度为4×2.1×10-4/=0.00048，其中水的膨胀系数为2.1×10-4/℃。合成得到吸取体积的相对标准不确定度：

用100mL A级容量瓶定容标准品中间液，该等级容量瓶的最大容量允差为±0.10mL[14]。按三角形分布考虑，引入的相对标准不确定度为0.10/100.0/=0.00041；另外由溶液温度与校正时温度差引起的体积不确定度（按矩形分布考虑）为4×2.1×10-4/=0.00048。两者合成得到标准品定容体积的相对标准不确定度：0.00063。

微量可调移液器允差为±0.6%，按矩形分布，由移液器引入的相对标准不确定度为u（V）3=0.006/1/=0.0035标准使用液定容体积为50mL，使用50mL A级容量瓶定容，该等级容量瓶的最大容量允差为±0.05mL[14]。按三角形分布考虑，由此引入的相对标准不确定度为0.05/50.0/=0.00041mL；另外，由溶液温度与校正时温度差引起的体积不确定度（按矩形分布考虑）为4×2.1×10-4=0.00048。合成得到标准使用液定容体积的相对标准不确定度：u（V）=

2.2.3 溶液浓度预估值的标准不确定度u3（C）

制备5个铜标准溶液ci，每个浓度测定3次，得到5×3对吸光度—浓度值（cij，Aij），标准曲线的测定结果见表2。

上述不确定度互不相关，合成得：

表2 铜标准溶液校准曲线Table 2 Calibration curve of copper standard solution

用最小二乘法拟合曲线，得到截距a=0.1372，斜率b=0.0044，因此标准曲线公式可写为Aij=0.1372×cij+0.0044。

实际测定中，对待测样液平行测定2次，响应值分别为0.1347和0.1343，代入公式，求得浓度预估值c=0.948mg/L。拟合标准曲线不确定度s（Cp）计算公式：

式中：s（Cp）为拟合标准曲线不确定度，mg/L；s（y）为标准偏差，%；p为试样平行测定次数；n为拟合曲线的数据对总数；y为试样测量响应值（p个）的平均值，mg/L；y¯为绘制拟合曲线响应值（n个）的平均值，mg/L；Ci为试样测量预估值，mg/L；C¯为绘制拟合曲线输入值C（n个）的总平均值，mg/L；b为斜率。

其相对标准不确定度为u3（C）=s（Cp）/c=0.019。

2.2.4 原子吸收分光光度计产生的相对标准不确定度u（AA）

由校准证书上可知，原子吸收分光光度计的定量重复性为0.8%，则其相对扩展不确定度为0.8%，按均匀分布计算，则原子吸收分光光度计的相对标准不确定度计算公式：

2.2.5 样液浓度的相对标准不确定度

合成上述各不确定度分量，得到溶液浓度的相对标准不确定度计算公式：

式中：u（C）为合成相对标准不确定度；u1（C）为标准品溶液产生的不确定度；u2（C）为配制标准工作液产生的相对标准不确定度；u3（C）为溶液浓度预估值的相对标准不确定度；u（AA）为原子吸收分光光度计产生的相对标准不确定度。

frep为平行试验重复性，相对标准不确定度为0.0018；C为溶液浓度，相对标准确定度为0.035。

2.3 不确定度的合成

平行试验重复性和溶液浓度对应的不确定度分量互相独立，葡萄酒样品中铜含量的相对合成标准不确定度：

2.4 扩展不确定度及结果

取包含因子k=2，置信水平（1-α）约为95%，计算得到扩展不确定度u（X）=0.020×2=0.04mg/L，不确定度数值保留一位有效数字。按GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中规定的条件测定葡萄酒样品中的铜，测量结果及其不确定度为（0.95±0.04）mg/L（k=2，1-α=95%）。

3 结论

对测定葡萄酒铜含量过程中产生的不确定度进行量化，分别得到各不确定度分量的具体数值。根据合格评定国家认可委员会CNAS-GL27《声明检测和校准结果及与规范符合性指南》[15]中的说明，当测试结果（0.95mg/L）低于上限（1.0mg/L），且向上延伸扩展不确定度（0.04mg/L）后，测得值仍低于上限，则产品符合规范，因此对该产品可做合格判定。

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