Nafion-石墨烯修饰电极测定香兰素的不确定度评定

彭吉

（大同市质量技术监督检验测试所，山西大同037006）

Nafion-石墨烯修饰电极测定香兰素的不确定度评定

彭吉

（大同市质量技术监督检验测试所，山西大同037006）

不确定度是表征合理赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数。我们根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的规定,通过建立数学模型,对Nafion-石墨烯修饰电极差分脉冲溶出伏安法测定巧克力中乙基香兰素含量的不确定度进行了评定，当乙基香兰素的含量为150.66mg/kg时，扩展不确定度为4.374 0mg/kg（k=2），所检测样品的测定分析结果报告为150.66±4.37mg/kg。

差分脉冲溶出伏安法；乙基香兰素；不确定度评定

乙基香兰素化学名是3-乙氧基-4-羟基苯甲醛，是一种人工合成的香料。由于它具有留香持久的优点，可用作食用香精，广泛用于巧克力、软饮料、调味品、奶粉、糖果、酒类饮料、烘焙食品及糖果中。但人体大量摄入含有乙基香兰素的食品会感到恶心、呕吐、头晕等，甚至还会影响肝脏、肾脏的功能[1]。因此准确测定食品中的乙基香兰素具有重要的意义。

但是一切测定结论都具有不确定度。不确定度是对测定结果可能误差的度量[2]。对食品的分析法利用不确定度对测定值进行监控，以保障食品安全已经成为不确定评定的主要功能。笔者按照JJF1059.1-2012的规定，对Nafion-石墨烯修饰电极溶出伏安法测定巧克力中乙基香兰素含量不确定度的来源进行分析，建立数学模型，对每个分量不确定度评估，给出了该方法测定本实验样品的不确定度。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电化学工作站（CHI660E，上海辰华仪器有限公司），pH计（pHSJ-4A上海精密科学仪器有限公司），电子天平（FA1104，上海舜宇恒平科学仪器有限公司）。

pH=1.98 B-R缓冲溶液，99.50%乙基香兰素标准品，购自梯希爱（上海）化成工业发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 乙基香兰素标准溶液的配制

称量乙基香兰素标准品0.100 1 g于小烧杯中，再移取5.00mL无水乙醇溶液，使其溶解，加适量蒸馏水，搅拌均匀，定容至50mL棕色容量瓶中，摇匀，于25℃下避光保存待用。

1.2.2 样品处理

将巧克力样品粉碎，称取30.0008g于三角瓶中，加入50mL无水乙醇，在搅拌器上搅拌2 h之后，进行减压抽滤，收集滤液定容到100mL的容量瓶中。

1.2.3 测定方法

移取乙基香兰素样品溶液5.00mL并且加入5.00mLpH1.98的B-R缓冲溶液，混合均匀，定容至50mL棕色容量瓶中，作为被测液备用。

移取被测液10.00mL于电解池中，以Nafion-石墨烯修饰电极为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，用差分脉冲溶出伏安法于0.83V处富集60s后，测定记录相应的电流数据。

1.2.4 Nafion-石墨烯修饰电极的制备

向5mL带塞塑料管中加入0.50mL Nafion溶液，再加入0.75mL石墨烯，置于超声清洗器中超声混合30min。用微量移液管移取20μL复合物，并均匀滴加至活化的工作电极表面。

通过实验测得Nafion与石墨烯2者的用量比为1∶1.5时峰形好、峰电流大。

2 数学模型

巧克力样品中乙基香兰素的含量计算按下列公式计算：

式中：ω为巧克力样品中乙基香兰素的含量,单位是mg/kg；Cx为巧克力溶液的质量浓度，单位是μg/mL；Vx为被测巧克力溶液样品的体积10mL；V100-容量瓶的体积100mL；m样为巧克力样品的质量30.0008g；V5-移取巧克力样品溶液的体积5mL；V50-容量瓶的体积50mL。

3 不确定度来源

经分析乙基香兰素含量测定结果的不确定度来源于以下几方面：①标准曲线线性拟合产生的不确定度；②标准溶液配制产生的不确定度；③巧克力样品溶液配制产生的不确定度；④修饰剂的厚度产生的不确定度；⑤巧克力样品平行测定产生的不确定度。

4 不确定度评定

4.1 标准曲线线性拟合引入的不确定度μ1

配制13份不同浓度的乙基香兰素溶液于100mL容量瓶中，浓度梯度为0.4μg/mL。通过测定结果得到：当样品浓度范围在2.4～8.2μg/mL时，峰电流与浓度成正比例关系，即峰电流随浓度的增大而增大，线性关系为：I=2.800 0 C+64.500 0，以3.8μg/mL乙基香兰素标准溶液，平行测定15次，测定结果平均值为3.670 0±0.010 2μg/mL，相对标准不确定度为μ1=u/3.670 0=0.002 8。

4.2 乙基香兰素标准溶液配制引入的不确定μ2

4.2.1 称取乙基香兰素引入的不确定度μ乙m

乙基香兰素的不确定度主要由乙基香兰素的纯度和在称取过程中电子天平产生的不确定度造成。

供应商给出乙基香兰素的纯度为99.50%±0.2%，按均匀分布考虑（），不确定度为：u=；相对标准不确定度：u1= 0.12%/99.50%=0.001 2

据查证电子天平的最大允许误差为±0.1mg，按均匀分布估计，标准不确定度为0.1/=0.058mg。所以称取0.100 0 g乙基香兰素的相对标准不确定度u2=0.058×10-3/0.100 0=0.058%。

所以称量过程中产生的相对标准不确定度为：

4.2.2 定容乙基香兰素标准溶液引入的不确定度μ乙V1

1）容量瓶的体积产生的不确定度：乙基香兰素标准溶液定容至50mL容量瓶中，而50mL容量瓶（B级允许误差：±0.05mL），按均匀分布（k=），故容量瓶的体积产生的不确定度为u1=0.05/

2）定容时的估读误差为±0.005mL（最后修饰数据的一半），按均匀分布计算，估读引入的不确定度为

3）标准溶液定容时体积温度变化产生的不确定度：实验室温度波动范围为D=4℃，水的膨胀体积系数为0.000 21mL/℃[23]，则由此引入的不确定度为：

所以乙基香兰素标准溶液定容过程产生的相对标准不确定度为：

4.2.3 移取乙基香兰素标准溶液引入的不确定度μ乙V2

1）移取1.00mL液体时，用1.00mL大肚移液管（A级允许误差为±0.006mL），按均匀分布估计，标准不确定度为：

2）移液管吸取时的估读误差±0.005mL，估读引入的不确定度：

3）1.00mL大肚管和溶液的温度与校正时的存在差异则由此引入的不确定度为：u3=

移取乙基香兰素标准溶液产生相对标准的不确定度为：

所以乙基香兰素标准溶液配制过程中引入的相对标准不确定度为：

4.3 巧克力样品溶液配制引入的不确定度μ3

4.3.1 称量巧克力样品引入的不确定度μ巧m

4.3.2 移取巧克力样品溶液引入的不确定度μ巧V1

1）移取5.00mL液体时，用5.00mL大肚移液管（A级允许误差为：±0.015mL），按均匀分布估计，标准不确定度为

2）移液管吸取时的估读误差，估计为0.005mL，估读引入的不确定度为9mL

3）移液管和溶液的温度与校正时的温度不同，由此引入的不确定度为0.002 4mL

所以移取巧克力样品溶液引入的相对标准不确定度为：

4.3.3 巧克力样品溶液定容时引入的不确定度μ巧V2

1）巧克力样品溶液测样前定容至50mL容量瓶中，而50mL容量瓶（B级允许差±0.05mL），按均匀分布，故容量瓶的体积引入的不确定度为u1=

2）定容时的估读误差为0.005mL，估读引入的不确定度为

3）巧克力样品溶液定容时，定容体积温度变化引入的不确定为

所以巧克力溶液测样前定容过程引入的相对标准不确定度为：

所以巧克力溶液配制过程中导致的相对标准不确定度为：

4.4 修饰剂厚度引入的不确定度μ4

实验室的背景噪声会影响测定的结果，在本实验中溶液转动发出的声音是产生背景噪声的主要原因之一。本实验中用修饰剂厚度不同的5个电极：制备5支VNafion/V石墨烯不同的电极，当Nafion的体积和石墨烯的体积比例从1/1逐渐变为2/1时，曲线呈现先上升后下降形状，当比例为1/1.5时，曲线达到最高点，修饰电极在pH=1.98的B-R缓冲溶液中中产生的峰电流结果是78.917 8、78.580 5、78.810 9、79.406 8、78.485 3μA。计算所得平均值为Iˉ=78.840 3μA。

利用极差法：当测定次数n=5查表[3]可知c= 2.33，R=0.921 5

标准偏差s=R/c=0.921 5/2.33=0.395 5μA

相对标准不确定度为：

4.5 巧克力样品平行测定产生的不确定度μ5

按照标准液测试过程检测巧克力样品溶液中乙基香兰素的浓度，每份待测样品平行测定3次，则测定相应的峰电流分别是77.596 5×10-6、76.779 7×10-6、77.127 4×10-6A，峰电流平均值为77.127 4×10-6。

按测定次数n=3，查表可知 c=1.69，R= 77.596 5－76.779 7=0.816 8

标准偏差s=R/c=0.816 8/1.69=0.483 3μA

不确定度为：

相对标准不确定度为：

4.6 合成相对不确定度U

见表1。

于是，整个实验过程引入的相对标准不确定度U为各个不确定度分量的合成值，即：

4.7 扩展不确定度及结果表示

按国际惯例取扩展因子k=2，置信概率为95%，则相对扩展不确定度为:

5 结论

根据数学模型计算：巧克力中乙基香兰素含量的平均值为150.66mg/kg,则测定结果的不确定度u=150.66×0.001452mg/kg=2.1870mg/kg。扩展不确定度uk=2.1870mg/kg×2=4.3740mg/kg，所测定样品的分析结果报告为150.66±4.37mg/kg。

表1 相对标准不确定度

综上所述，从测量结果的不确定度可看出乙基香兰素标准溶液配制和巧克力样品溶液的测定引入的不确定度对结果影响最大。巧克力样品平行测定对结果的影响次之，Nafion-石墨烯修饰剂厚度对结果的影响比较小。可见Nafion-石墨烯修饰电极差分脉冲溶出伏安法测定巧克力中乙基香兰素含量不确定度的评定对提高检测结果的可信度具有重要意义。

[1]吕昱,杜海军,纪少凡,等.香兰素在电活化玻碳电极上的电化学行为及其伏安法测定[J].分析科学学报2013,29(4):543-546．

[2]康焱,张爽,王佳.化学分析中测量结果的不确定度研究[J].硅谷,2010,30(10):365-370.

Uncertainty Evaluation of Content of Ethyl Vanillin Using Nafion-graphene Modified Electrode Stripping Voltammetry

PENG Ji
(Datong Quality Technical Supervision and Inspection Institute，Datong Shanxi,037006)

The uncertainty is a quantitative characterization of measurement results，This paper builds a mathematical model of Nafion-graphene modified electrode by differential pulse stripping determination of ethyl vanillin content in chocolate uncertainty was evaluated by voltammetric method according to the regulations of JJF1059.1-2012.Main sources of determination uncertainty was measured,such as standard curve fitting,the configuration of the standard solution and sample solution,and the thickness of modifier,the parallel determination,methods of sample recovery etc.Each component of uncertainty was evaluated and calculated.Expanded uncertainty was 4.37mg/kg(k=2）with chocolate content of 150.66mg/kg.The result of the content is(150.66±4.37)mg/kg.

differential pulse stripping voltammetry;ethyl vanillin;uncertainty evaluaton

TQ655

A

〔责任编辑 杨德兵〕

1674-0874(2017)04-0035-04

2017-05-22

彭吉（1964-），男，山西大同人，高级工程师，研究方向：质量技术检验测试。

更正：本刊2017年第3期第67～69页刊发的《火电机组一次调频的优化》一文，第一作者李国庆的单位更改为“国电电力大同发电有限责任公司，山西大同037043”，特此说明。