气相色谱法测定电子烟烟液中烟碱、丙二醇和丙三醇的不确定度评定

杨文武，况利平，彭玉峰

（深圳市吉迩科技有限公司喜马拉雅实验室，广东深圳 518000）

国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会发布的GB 41700—2022《电子烟》强制性国家标准 于2022 年10 月1 日 正 式 实 施[1]。GB/T 41701—2022《电子烟烟液 烟碱、丙二醇和丙三醇的测定气相色谱法》作为配套推荐标准[2]，与上述强制标准同时实施，将对产品的技术评审起到方法指引作用。

电子烟烟液中烟碱、丙二醇和丙三醇含量是电子烟烟液质量控制和评价的重要指标[3-4]。气相色谱法在传统烟草定量检测中应用广泛[5-7]，测量不确定度是测量结果可疑程度的一种定量表述，是反映实验室测量结果水平的尺度，可用于保持检测能力和保证实验室检测水平[8-9]。目前不确定度评定在电子烟领域应用较少[10-12]，气相色谱法测定电子烟烟液中烟碱、丙二醇和丙三醇含量的不确定度评定尚未报道。对气相色谱法测定电子烟烟液中烟碱、丙二醇和丙三醇含量的不确定度进行评定，根据测量标准不确定度分布情况，可有针对性的改进测量过程，以保证测定结果准确、可靠。

笔者参考GB/T 41701—2022 的标准方法和CNAS-GL006：2019《化学分析中不确定度的评估指南》等相关要求[13-16]，对气相色谱法测定电子烟烟液中烟碱、丙二醇和丙三醇含量的不确定度进行评定，根据测定过程分析不确定度的来源，量化了各不确定度分量，并计算出合成不确定度和扩展不确定度。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪：Nexis GC-2030 型，日本岛津仪器有限公司。

电子天平：ATY224型，感量为0.1 mg，日本岛津仪器有限公司。

烟碱：质量分数为99.9%，广州佳途科技股份有限公司。

2-甲基喹啉：质量分数为99.07%，上海安谱实验科技股份有限公司。

1，3-丁二醇：质量分数为99.7%，上海安谱实验科技股份有限公司。

丙二醇：质量分数为99.9%，上海安谱实验科技股份有限公司。

丙三醇：质量分数为99.42%，德国Dr.Ehrenstorfer公司。

异丙醇：色谱纯，上海安谱实验科技股份有限公司。

电子烟烟液样品：烟草风味，烟碱标识质量分数为18 mg/g，东莞市吉纯生物技术有限公司。

1.2 仪器工作条件

色谱柱：MEGA-ALC1 型毛细管柱(30 m×0.32 mm，1.80 µm，意大利MEGA公司)；柱温：程序升温，初始温度为100 ℃，保持1 min，以15 ℃/min速率升至130 ℃，然后以20 ℃/min 速率升至220 ℃，保持10 min；检测器：FID检测器；检测器温度：275 ℃；进样口温度：250 ℃；进样模式：分流进样；进样体积：1µL；分流比：25∶1；载气：氮气，流量为1.8 mL/min；氢气流量：40 mL/min；空气流量：450 mL/min。

1.3 溶液配制

内标溶液：分别精密称取2-甲基喹啉0.2 g、1，3-丁二醇1 g至1 000 mL容量瓶中，加入异丙醇溶解，并定容至标线，摇匀。

混合标准储备液：分别精密称取烟碱0.05 g、丙二醇1.0 g、丙三醇1.0 g 至同一只50 mL 容量瓶中，加入内标溶液溶解，并定容至标线，摇匀。其中烟碱的质量浓度为1 mg/mL，丙二醇、丙三醇的质量浓度均为20 mg/mL。

系列混合标准工作溶液：精密移取0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0 mL混合标准储备液至6只10 mL容量瓶中，加入内标溶液溶解，并稀释至标线，摇匀，配制成系列混合标准工作溶液，其中烟碱的质量浓度分别为0.005、0.01、0.05、0.1、0.2、0.5 mg/mL；丙二醇、丙三醇的质量浓度均分别为0.1、0.2、1、2、4、10 mg/mL。

样品溶液：精密称取电子烟烟液样品0.1 g，精确至0.000 1 g，至50 mL 具塞锥形瓶中，加入10 mL内标溶液，采用振荡器振荡20 min，取1 mL 进样分析。

1.4 样品测定

按照1.2 仪器工作条件，将系列混合标准工作溶液和样品溶液分别注入气相色谱仪进行测定，以烟碱、丙二醇和丙三醇的质量浓度与内标质量浓度的比值为横坐标，以烟碱、丙二醇和丙三醇的色谱峰面积与内标色谱峰面积的比值为纵坐标，分别建立烟碱、丙二醇和丙三醇的标准工作曲线，计算线性方程和相关系数。根据样品溶液中烟碱、丙二醇、丙三醇的色谱峰面积与内标色谱峰面积比值，以内标法计算样品溶液中各组分的质量浓度。烟碱的定量采用2-甲基喹啉作为内标，丙二醇和丙三醇的定量采用1，3-丁二醇作为内标。

2 不确定度来源

2.1 测定不确定度数学模型

电子烟烟液中烟碱、丙二醇、丙三醇含量计算的数学模型如式(1)：

式中：w——电子烟烟液样品中的目标物质量分数，mg/g；

ρ——利用标准曲线得到的目标物质量浓度，mg/mL；

V——稀释液体积，mL；

2.2 测量不确定度分量

从测量方法和数学模型可以看出，测量不确定度分量主要包括样品重复性测量引入的相对标准不确定度urel(R)、标准溶液配制过程引入的相对标准不确定度urel(S)、标准工作曲线拟合引入的相对标准不确定度urel(L)、样品处理过程中引入的相对标准不确定度urel(P)。对于一些通过实验证明比较稳定的因素，如样品的均匀性，样品处理过程中的振荡时间等，评定测量不确定度时不予考虑。

3 不确定度评定

由于三个目标物不确定评定方法相同，笔者以烟碱为例介绍评定过程，丙二醇和丙三醇含量测定仅给出测定数据和评定结果。

3.1 样品重复测量引入的不确定度

对同一样品进行7 次独立重复测量，烟碱质量分数测定值分别为17.91、17.88、17.77、18.09、17.89、18.03、17.86 mg/g，平均值为17.92 mg/g，标准偏差s=0.11，重复性测量引入的标准不确定度：

相对标准不确定度：

3.2 标准溶液配制引入的不确定度

标准溶液配制引入的标准不确定度u(S)来源于4 个方面：(1) 标准物质称量引入的标准不确定度u1(S)；(2) 标准物质纯度引入的标准不确定度u2(S)；(3) 混合标准储备液定容体积引入的标准不确定度u3(S)；(4) 系列混合标准工作溶液配制引入的标准不确定度u4(S)。

3.2.1 标准物质称量引入的不确定度

天平称量过程中引入的不确定度主要来源于天平校准和称量环境两个因素。天平校准结果中给定的扩展不确定度为0.3 mg，k=2，则天平引入的标准不确定度：

(3)总体分析认为全省17市中除临沂、威海、济宁、枣庄4市外，其他市的元素含量分布较均匀，如聊城、德州、菏泽、青岛、滨州、烟台、泰安、日照等市除个别元素外变异系数均小于0.40;临沂市As，B，Br，C，Sr，CaO，Corg;威海市Br，I，CaO，MgO，Corg;枣庄市C，Sr，Na2O，Corg;济宁市C，Cl，CaO，Corg元素(指标)含量变化较大，变异系数均大于0.40。

称量过程中环境因素引入的不确定度通常极小，可忽略不计。方法中称取烟碱质量为0.05 g，故天平称量烟碱引入的相对标准不确定度：

3.2.2 标准物质纯度引入的不确定度

从标准物质证书查阅得到烟碱纯度(质量分数)为99.9%，扩展不确定度为2% (k=2)，则标准物质纯度引入的相对标准不确定度：

3.2.3 混合标准储备液定容体积引入的不确定度

将混合标准储备液定容于50 mL A级容量瓶中引入的不确定度主要来源于容量瓶校准和温度变化两个因素。查容量瓶的校准证书得知，其容量扩展不确定度为0.02 mL (k=2)，则容量瓶容量引入的标准不确定度：

实验室实际温度与校准温度相差约3 ℃，异丙醇的膨胀系数为0.001 07 ℃-1，假设分布类型为矩形分布，k= 3，则温度变化引入的标准不确定度：

混合标准储备液定容引入的标准不确定度由以上两项合成：

则混合标准储备液定容体积引入的相对标准不确定度：

3.2.4 系列混合标准工作溶液配制引入的不确定度

精密移取0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0 mL 混合标准储备液至6 只10 mL 容量瓶中，系列混合标准工作溶液配制引入的不确定度主要来源于混合标准储备液的移取体积和容量瓶定容。

配制系列混合标准溶液时，分别使用0.1、0.1、0.5、1、2、5 mL 移液管各1 次，查移液管的校准证书得知，所用移液管体积扩展不确定度分别为0.000 4、0.000 4、0.000 8、0.004、0.006、0.006 mL(k=2)，则移液管校准容量引入的的标准不确定度分别 为0.000 2、0.000 2、0.000 4、0.002、0.003、0.003 mL；移液温差引入的不确定度影响较小，可忽略不计。则使用以上移液管各移液1次引入的相对标准不确定度分别为0.40%、0.20%、0.08%、0.20%、0.15%、0.06%。将以上数据合成，得混合标准储备液移取引入的相对标准不确定度：

系列混合标准工作溶液定容使用10 mL 容量瓶，查容量瓶校准证书，并按照3.2.3方法计算，得其标准不确定度为0.003 mL，使用一次引入的相对标准不确定度为0.03%，配制系列混合标准工作溶液共使用6 次10 mL 容量瓶，故10 mL 容量瓶引入的合成相对标准不确定度：

系列混合标准工作溶液配制引入的相对标准不确定度：

则标准溶液配制引入的相对标准不确定度：

3.3 标准工作曲线拟合引入的不确定度

在1.2仪器工作条件下，对系列混合标准工作溶液进行测定，结果见表1。

表1 系列标准工作溶液测定结果

以目标物和内标物的质量浓度比为横坐标，目标物和内标物的色谱峰面积比为纵坐标，按照最小二乘法进行线性拟合，得标准工作曲线线性方程为Y=0.839 4X-0.000 8。标准工作曲线拟合引入的标准不确定度u(L)按式(2)、式(3)计算[17]：

式中：SR——标准工作曲线的标准差；

b——标准工作曲线的斜率；

p——样品溶液的测量次数，p=7；

n——标准工作曲线溶液的测量次数，n=6；

x——样品溶液与内标物的质量浓度比值；

a——标准工作曲线的截距。

样品平行测定7 次，样品溶液中烟碱质量浓度平均值为0.189 9 mg/mL。

将相关数据代入式(2)、式(3)，得标准工作曲线拟合引入的标准不确定度u(L)=0.004，则标准工作曲线拟合引入的相对标准不确定度：

3.4 样品处理引入的不确定度

3.4.1 样品称量引入的不确定度

电子天平经校准合格，校准的标准不确定度u1(P)=0.000 15 g，称量样品质量为0.1 g，则样品称量引入的相对标准不确定度：

3.4.2 样品溶液体积引入的不确定度

使用10 mL移液管移取萃取内标溶液与样品混合，移液管的扩展不确定度为0.01 mL (k=2)，则使用1次移液管所引入的相对标准不确定度：

将以上两项合成，得样品处理引入的相对标准不确定度：

3.5 合成标准不确定度及扩展不确定度

各相对标准不确定度分量汇总见表2。

表2 相对标准不确定度分量汇总

合成相对标准不确定度按式(4)计算：

将表2 数据代入式(4)，得烟碱、丙二醇、丙三纯含量测定结果的相对标准不确定度分别为1.29%、2.05%、2.11%。

取置信水平P=95%，包含因子k=2，烟碱、丙二醇、丙三纯含量测定结果的相对扩展不确定度按照Urel=k×urel计算，分别为2.58%、4.10%、4.22%。

该批次样品中烟碱、丙二醇、丙三醇含量测定平均值分别为17.92、657.37、282.18 mg/g，其扩展不确定度分别为0.47、26.96、11.91 mg/g。

3.6 结果表示

气相色谱法测定电子烟烟液中烟碱、丙二醇、丙三醇含量的测定结果可表示为(17.92±0.47) mg/g、(657.37±26.96) mg/g、(282.18±11.91) mg/g，k=2。

4 结语

依据GB/T 41701—2022中的气相色谱法，对电子烟烟液中烟碱、丙二醇和丙三醇含量进行测定，并进行测量不确定度评定。气相色谱法测定电子烟烟液中烟碱、丙二醇和丙三醇含量的不确定度主要来源于标准工作曲线拟合及标准工作溶液配制，因此在检测过程中应尽量提高拟合工作曲线的线性度，采用纯度符合要求或更高标准的标准物质，使用校准级别较高的玻璃量器，规范标准工作溶液的配制，以提高测量结果的准确性和可靠性。