羽绒耗氧量测试的不确定度评定

尹丽华，王晓丽

(国家纺织产品质量监督检验中心(江阴)，江苏 江阴 214434)

羽绒耗氧量测试的不确定度评定

尹丽华，王晓丽

(国家纺织产品质量监督检验中心(江阴)，江苏 江阴 214434)

文章在GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 和FZ/T 80001—2002 9 耗氧量测定的基础上，分析了羽绒耗氧量测定过程中的影响因素，对该方法的不确定度进行了系统评估，确认羽绒耗氧量测试不确定度的主要原因。

羽绒；耗氧量；不确定度；高锰酸钾溶液

1 前言

中国已经成为世界上最大的羽绒及制品生产国、消费国，也是最大的出口国，出口贸易量占据世界羽绒市场80%的份额，在世界羽绒市场上具有举足轻重的地位。羽绒耗氧量与微生物均是关键检测项目，耗氧量与微生物存在一定的关系，反映的是好氧性微生物由呼吸所消耗的水中溶解氧的量。国标GB/T 14272—2011《羽绒服装》[1]和GB/T 17685—2003《羽绒羽毛》[2]均规定当耗氧量指标超过10mg/100g 时，才进行微生物指标检测。羽绒耗氧量作为羽绒微生物的前置测试指标，测试的精确性显得尤为重要。现有的羽绒耗氧量测试方法存在测试精度低、数据波动性大等问题，目前国内羽绒耗氧量测试方法包括：GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7[1]、FZ/T 80001—2002《水洗羽毛羽绒试验方法》第9部分[3]、GB/T 10288—2003《羽毛羽绒检验方法》第6.5部分[4]。相较而言，GB/T 14272—2011和FZ/T 80001—2002应用0.02mol/L高锰酸钾溶液进行滴定，与日标JIS L 1903：2011《羽毛试验方法》[5]、国际羽绒羽毛局标准IDFB Testing Regulations(Version 2010)[6]、欧盟标准BS EN《羽毛羽绒测试方法》[7]一致，GB/T 10288—2003应用0.1mol/L高锰酸钾溶液进行滴定。为了掌握实验室在羽绒耗氧量测试上的精确度，本文在GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 和FZ/T 80001—2002 9 耗氧量测定的基础上，分析了羽毛羽绒耗氧量测定过程中各个影响因素，对该方法的不确定度进行了系统评估。

2 测量过程

2.1 测量依据

GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 耗氧量测定；FZ/T 80001—2002《水洗羽毛羽绒试验方法》9 耗氧量测定。

2.2 测量仪器

试验所用主要仪器包括：AB204—S型电子天平(最小分度值0.1 mg)：SHA—C型恒温震荡器；微量滴定仪(最小分度值0.01 ml)。

2.3 测量试样

80%白鸭绒，准备8个平行样品，每个称取(10.0000±0.0001)g。

2.4 测试过程

在天平上称取样品l0 g，放入3000 mL的三角烧瓶中，加入1000 mL三级水，将样品浸湿后，水平振荡，振荡次数为4500～5000次；振荡后用标准筛滤入大烧杯中待用，在过滤时不可压榨过滤物；在三角烧瓶中加100 mL三级水和3 mol/L硫酸2 mL，使之呈酸性，用微量滴定管滴入已标定的高锰酸钾溶液一滴，使之呈粉红色，此为对照用的空白试样，记录所耗高锰酸钾的毫升数;用移液管吸取100 mL滤液于三角烧瓶中，加入3 mol/L硫酸2 mL，用微量滴定管滴入已标定的0.02 mol/L高锰酸钾标准溶液并摇动直至溶液在1 min后呈对照样的粉红色，记录所耗高锰酸钾溶液的毫升数。

3 数学模型

ρ(02)=(VA-VB)×c×8×5×100×X1×X2

(1)

式中：ρ(02)—样品耗氧量测试结果,mg/100g；

VA—滴定100mL样液所消耗的高锰酸钾溶液的体积，mL；

VB—空白对照试验消耗的高锰酸钾溶液的体积，mL；

c—已标定的高锰酸钾溶液的浓度，mol/L；

8—氧的1/2摩尔质量，g/mol；

5—在强酸介质中高锰酸钾反应的电子转移数;

X1—重复测量的影响;

X2—数据修约的影响。

4 不确定度传播率

(2)

5 标准不确定度分量的评定

5.1 消耗的高锰酸钾溶液体积的相对标准不确定度ur(VA-VB)

ur(VA-VB)的展开式如下所示:

(3)

滴定100 mL样液所消耗的高锰酸钾溶液的体积VA与空白对照试验消耗的高锰酸钾溶液的体积VB所用的微量滴定管最小分度值都是0.01 mL，(VA-VB)的平均值见表1所示，因此相对标准不确定度ur(VA-VB)为：

5.2 高锰酸钾溶液浓度的相对标准不确定度ur(c)

在GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 和FZ/T 80001—2002 9 耗氧量测定部分，高锰酸钾溶液浓度c按下式(4)计算：

(4)

式中： c—标定的高锰酸钾溶液的浓度，mol/L；

V—高锰酸钾溶液的用量，mL；

m—草酸钠的质量，g；

0.0335—每毫克摩尔草酸钠的克数；

2—草酸钠的化合价；

5—在强酸介质中高锰酸钾反应的电子转移数。

因此，高锰酸钾溶液浓度的相对标准不确定度ur(c)：

(5)

5.2.1 草酸钠质量的相对标准不确定度ur(m)

实验室所用万分之一天平为梅特勒-托利多AB204-S型电子天平，最大载荷210g，实际分度值0.1mg，检定分度值1mg。

(1)天平校准产生的不确定度u1(m)

按照JJG1036—2008《电子天平检定规程》[8]，由该天平检定证书可知，天平偏载误差±1.0mg，重复性误差±1.0mg，示值误差±0.5mg(0≤m≤50g),±1.0mg(50g≤m≤200g),±1.5mg(200g≤m≤220g),按均匀分布考虑，天平校准产生的不确定度：

(2)天平分辨率产生的不确定度u2(m)

实验室所用万分之一天平为梅特勒-托利多 AB204-S型电子天平，实际分度值0.1mg，按均匀分布考虑，天平分辨率产生的不确定度：

(3)数值修约产生的不确定度u3(m)

GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 和FZ/T 80001—2002《水洗羽毛羽绒试验方法》第9部分耗氧量测定部分要求草酸钠称量准确至0.0001g，按平均分布考虑，数值修约产生的不确定度：

因此，称量草酸钠质量引入的相对标准不确定度ur(m)

5.2.2 高锰酸钾溶液用量的相对标准不确定度ur(V)

滴定高锰酸钾溶液的体积V所用的微量滴定管最小分度值0.01ml，因此相应的相对标准不确定度ur(V)：

5.2.3 高锰酸钾溶液浓度的相对标准不确定度ur(c)

5.3 重复测量的标准不确定度ur(X1)

80%的白鸭绒取8个样进行重复测试，测试结果见表1。

表1 80%白鸭绒重复测量数据

由表1可知，该试样耗氧量平均值为3.0 mg/100g，单次测量的标准偏差为0.71 mg/100g，GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 和FZ/T 80001—2002《水洗羽毛羽绒试验方法》第9部分耗氧量测定部分规定取单个试样进行试验，因此该方法重复测量导致的标准不确定度ur(X1):

5.4 数据修约的标准不确定度ur(X2)

GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 和FZ/T 80001—2002《水洗羽毛羽绒试验方法》第9部分耗氧量测定部分要求最终结果修约到一位小数，由修约导致的不确定度：

6 合成标准不确定度及扩展不确定度的评定

6.1 各不确定度分量汇总

表2所示为耗氧量测定的各不确定度分量汇总表：

表2 各不确定度分量汇总及计算表

6.2 相对合成标准不确定度ucr(ρ(02))

ucr(ρ(02))=

=0.259

6.3 扩展不确定度的简易评定

选取置信概率95%，取扩展因子k=2，相对扩展不确定度U95r(ρ(02))和扩展不确定度U95(ρ(02))：

U95r=k×ucr=2×0.259=0.518≈0.52

7 不确定度结果

对80%白鸭绒进行耗氧量测试，不确定度表示为：

(3.0±1.6 mg/100g)，k=2

8 方法改进的建议

由扩展不确定度的评定可知，GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录C.7 和FZ/T 80001—2002《水洗羽毛羽绒试验方法》第9部分耗氧量测定的相对扩展不确定度达到52%。

图1 羽绒耗氧量不确定度来源

图1所示为羽绒耗氧量测试不确定分量示意图，由此可知，在不确定度的来源中：

(1)重复测量产生的不确定度ur(X1)贡献最大(23.7%)，即在测量中由过程随机效应导致的不确定度是造成结果偏差的主要因素，可通过增加试验次数方法来降低相对扩展不确定度，日标羽绒耗氧量测试就采用了平行样测试；若方法中规定取两个平行试验平均值作为最终结果，则重复测量产生的相对不确定度变为：

则相应的方法相对合成标准不确定度ucr(ρ(02))由25.9%降低为19.8%：

ucr(ρ(02))=

≈0.198

扩展不确定度U95(ρ(02))由1.6 mg/100g降低为1.2mg/100g：

(2)消耗的高锰酸钾溶液体积的相对标准不确定度ur(VA～VB)贡献其次(10.3%)，可通过降低高锰酸钾溶液浓度来降低方法的相对扩展不确定度，若高锰酸钾溶液浓度由0.02mol/L降低至0.002mol/L，则消耗的高锰酸钾溶液体积增加10倍，(VA～VB)的平均值由0.04ml增加为0.4ml,相对标准不确定度ur(VA-VB)由10.3%变为1.03%。

9 结论

9.1 通过本文羽绒耗氧量不确定度评定，羽绒耗氧量测试的不确定度分量，按照影响大小分别是：重复性测试25.9%、消耗的高锰酸钾溶液体积10.3%，数据修约1.0%，高锰酸钾溶液浓度0.6%。

9.2 可通过增加试验次数和降低高锰酸钾溶液浓度的方法来降低羽绒耗氧量测试的不确定度。

[1] GB/T 14272—2011《羽绒服装》[S].

[2] GB/T 17685—2003《羽绒羽毛》[S].

[3] FZ/T 80001—2002《水洗羽毛羽绒试验方法》[S].

[4] GB/T 10288—2003《羽毛羽绒检验方法》[S].

[5] JIS L 1903：2011《羽毛试验方法》[S].

[6] IDFB Testing Regulations(Version 2010)[S].

[7] BS EN《羽毛羽绒测试方法》[S].

[8] JJG1036—2008《电子天平检定规程》[S].

Estimation on Uncertainty Degree of Down Feather Oxygen Consumption Test

YinLihua,WangXiaoli

〔National Textile Quality Supervision Testing Center (Jiangyin),Jiangyin 214434,China〕

Influence factors of down feather oxygen consumption was analyzed on the basis ofGB/T14272—2011 《downoutwear》appendixC.7 andFZ/T80001—2002 9oxygenconsumptiontest.Uncertainty degree of this method was estimated .Main reasons of affecting uncertainty degree were verified.

down feather;oxygen consumption;uncertainty degree;potassium permanganata solution

2016-01-21

尹丽华(1983—)，女，辽宁凌源人，工程师。

TS07

B

1009-3028(2016)02-0033-05