三乙酸甘油酯滤棒基体标准物质的研制

牛佳佳，彭黔荣，蒋锦锋，李阳阳，杨敬国，刘舒畅，刘娜，贺琛，陈宸，叶长文，李栋*

1 郑州烟草研究院，标准化研究中心，郑州高新技术产业开发区枫杨街2 号 450001；

2 贵州中烟工业有限责任公司，技术中心，贵阳市小河区开发大道96 号 550009

基体标准物质是标准物质研究重要的一类，它是一种具有实际样品特性（如土壤、饮用水、金属合金、血液等）的标准物质，可由生物、环境、工业等来源得到，也可将关心的成分添加至样品基质中制得。基体标准物质研发难度大于纯度或溶液标物物质，不仅要求目标成分具有一定的稳定性，还要求此成分在样品基质中足够稳定且足够均匀，近年来在实验室的质量控制、测试方法掌握程度、测试水平的能力验证等若干方面已显现出极大的应用价值[1-3]。烟草行业内已发行的基体标准物质主要有卷烟烟气常规成分标样烟、烟草常规成分基体标准物质以及农残基体标准物质等，这些基体标准物质的研发和推出，解决了测试工作中的实际问题，提升了实验室内部测试水平和质量。但目前基体标准物质的研发仍跟不上烟草行业的发展，如卷烟企业在生产过程、质量控制等方面有需求的一些个性化基体标物仍有很大的空缺。因此，围绕着产品需求，进一步加强基体标准物质的研发力度，解决生产、测试中的实际问题仍然是烟草行业在标准物质研发领域的重点和难点。

近年来，近红外快速测定技术在烟草行业得到了快速发展[4-7]，如贵州中烟搭建了利用近红外法快速测定滤棒中三乙酸甘油酯含量（质量分数）的技术平台，用于各个加工点以及技术中心日常滤棒的测试。但测试过程中存在2 个问题：（1）需要1 个三乙酸甘油酯量值准确的滤棒样品对近红外测试方法进行赋值；（2）由于不同人员对操作规程掌握程度不同，以及断电、开关机等偶然事件的发生，整个测试过程有时会处于一种非正常的工作状态，从而导致测试结果与实际施加量偏离较大。鉴于此，亟需研制出一种三乙酸甘油酯滤棒基体标准物质，在每日检验前或一定周期内对滤棒基体标准物质进行测试，从而监控近红外测试过程是否处于受控的工作状态，确保近红外分析数据可靠、可信。此外，该滤棒基体标准物质也可用于近红外、GC[8]等方法的实验室能力验证和测试数据比对。

1 材料与方法

1.1 仪器、试剂与材料

三乙酸甘油酯纯度标准物质[国家二级标准物质GBW(E)082265，质量分数99.9%，相对不确定度0.2%，中国烟草标准化研究中心]；茴香脑（99.0%，德国MERCK 集团）；无水乙醇（色谱纯，德国MERCK 集团），包装盒（特百惠，0.5 L）。

6890N、7890A、7890B 气相色谱仪（美国Agilent公司），色谱柱型号：DB-WAXETR（30 m×0.32 mm×1.0 μm）。

1.2 实验方法和条件

1.2.1 滤棒制作

选取贵阳卷烟厂滤棒生产车间5#机台制作，机型：ZL29 型滤咀棒成型机；机台参数：V1/VkDF＝1.1～1.2，V2/V1＝1.35～1.45，搭口胶胶量17～21 mg/600 m，内粘接线胶量17～21 mg/600 m，机速600 m/min；丝束规格：二醋酸纤维素丝束，类型：3.0Y32000（mm）；三乙酸甘油酯规格：无色透明液体，无异味，纯度≥99.0%。

待生产稳定后，抽取样品并检测三乙酸甘油酯施加量（质量分数），持续监控一周，将滤棒三乙酸甘油酯施加量控制在（10±0.5）%的范围内。机台制作10000 支滤棒，混合后均匀分装至200 个包装盒中，将盒样品置于贵州中烟技术中心恒温恒湿间[温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%]固化平衡一周。滤棒物理参数：圆周23.89 mm、圆度0.18 mm、长度100.23 mm、吸阻2990 Pa。

1.2.2 均匀性检验

根据JJF 1343—2012[9]均匀性检验抽样数量的要求（当总体单元数N≤200 时，抽取单元数不少于11个），从制备的200 盒样品中随机抽取11 盒，进行编号，从每盒中随机抽取5 根滤棒为一组进行测试，将5 根滤棒的测试平均值作为测试结果，每盒抽取3 组。为避免仪器系统误差对结果的影响，对上机试样进行随机排列。

1.2.3 稳定性检验

随机取样，每次取2 盒。每盒随机抽取5 根滤棒报告1 次测试值，以2 次测试值（共测10 根）的平均值作为盒样品报告值。在间隔时间分别为0、1、2、3、4、5、6 月条件下，记录2 盒的报告值。

1.2.4 定值

组织6 个实验室开展联合定值工作（表1），仪器条件参照YC/T 331—2010[8]。每个实验室从制备的盒样品中均随机抽取5 盒，共30 盒待测样品。

表1 联合定值实验室及仪器设备Tab.1 Cooperative valuation laboratory and equipment

2 结果与讨论

2.1 均匀性检验

基于YC/T 331—2010 标准，将从每盒中随机抽取的5 根滤棒作为一组，每盒抽取3 组，对组内、组间样品进行测试，结果见表2。按照ISO Guide 35—2017[10]要求，计算组内及组间的方差、自由度等，结果见表3。其中，F实验值＜F临界值，表明在95%置信概率下组内、组间不存在显著性差异，样品的均匀性良好。

表2 均匀性检验过程中测定的三乙酸甘油酯质量分数Tab.2 Mass fraction of triacetin determined during the homogeneity test %

2.2 稳定性检验

基于规范JJF 1343—2012，利用趋势分析法对稳定性检验测试结果（表4）进行计算，并对样品稳定性进行评估。选用线性模型作为三乙酸甘油酯标准物质的经验模型，以x代表间隔时间，y代表滤棒中三乙酸甘油酯质量分数的100 倍数值，得到的拟合直线方程为y=-0.0171x+8.5414，则斜率a=-0.0171，截距b=8.5414。直线上每点的方差S2[计算方法见公式（1）]为0.0028，斜率不确定度S（a）[计算方法见公式（2）]为0.0122。监控次数n为7 次，自由度为n-2=5，p=0.95（95%置信区间），查t值表[9]，t为2.57。

表4 稳定性检验过程中测定的三乙酸甘油酯质量分数Tab.4 Mass fraction of triacetin determined during the stability test %

式中：S2为直线上每点的方差；n为监控次数（7次）；yi表示三乙酸甘油酯质量分数的100 倍数值；xi表示间隔时间，月；a、b分别代表拟合直线方程的斜率和截距。

式中：S（a）为斜率不确定度；S为公式（1）中的S；n表示监控次数（为7 次）；xi表示间隔时间，月；¯x表示间隔时间的平均值，月。

结合上述计算结果，可知|a|＜t·S（a），斜率不显著，表明随着时间的推移，滤棒中三乙酸甘油酯的质量分数不存在明显变化，6 个月内稳定性良好。

2.3 定值

6 个实验室从制备的盒样品中均随机抽取5 盒，共30 盒，测定的三乙酸甘油酯的质量分数见表5。基于Grubbs 检验[9]，将6 个实验室的平均值数据由小到大排列，残差与标准偏差的比值为Gi（最大的记作Gimax）。结果表明，Gimax小于G0.05(5)（查表为1.715），说明各个实验室的平均值测量数据无异常值。然后基于Dixon 检验[11]，将6 个平均值数据由小到大排列，分别用X1，…，X6表示，r6=（X6－X5）/（X6－X1）=0.094、r1=（X2－X1）/（X6－X1）=0.132，查表得f(0.05,6)=0.628。r6＜r1＜f(0.05,6)，再次表明6 个实验室测定的平均值无异常值。

表5 6 个实验室测定的三乙酸甘油酯质量分数Tab.5 Mass fraction of triacetin measured by 6 laboratories %

将6 个实验室测定的30 个数据作为整体，基于Grubbs 检验[9]验证整体数据是否存在异常值；将数据由小到大排列，残差与标准偏差的比值记为Gi’（最大的记作Gimax’）。Gimax’=2.351＜G0.05(30)（查表为2.908），表明整体数据无异常值。

将6 个实验室测定的30 个数据作为整体，利用Origin 8.0 软件中的柯尔莫可洛夫-斯米洛夫（Kolmogorov-Smirnov）[12]进行检验，计算出相对频数D=0.1283、D(0.05, 30)= 0.6869，D＜D(0.05, 30)，表明6 个实验室测得的30 个数据符合正态分布。

利用Cochran 检验[13]验证6 个实验室测定的数据是否等精度，计算各实验室方差数据与方差之和的比值，用C表示最大值，可知C= 0.3675、C(0.05, 6, 5)=0.4447。C＜C(0.05, 6, 5)，通过了Cochran 检验，表明各实验室间的数据是等精度的。

按照GB/T 15000.3—2008[14]的规定，取6 个实验室测量数据的总平均值（8.50%）作为定值结果，即为三乙酸甘油酯滤棒基体标准物质的标准值。

2.4 不确定度评定

经分析，三乙酸甘油酯滤棒基体标准物质定值结果的不确定度来源有：1）均匀性引入的相对标准不确定度ur1，旨在体现样品间的均匀性差异所引入的不确定度分量；2）长期稳定性引入的相对标准不确定度ur2，旨在体现样品在长期存放过程中所引入的不确定度分量；3）合作定值引入的相对标准不确定度ur3，旨在体现不同实验室测试结果差异性所引入的不确定度分量。

2.4.1 均匀性引入的不确定度

根据ISO GUIDE 35—2017[10]，计算出均匀性引入的相对标准不确定度为0.17%，具体计算方法见公式（3）、（4）。

式中：SH表示均匀性引入的标准不确定度；MS组间表示组间方差，MS组内表示组内方差；n表示测试组数（n=3），组。

式中：ur1表示均匀性引入的相对标准不确定度；¯x表示所检验样品的平均值。

2.4.2 长期稳定性引入的不确定度

长期稳定性引入的不确定度可根据斜率的不确定度评估，其相对标准不确定度为0.86%，计算方法见公式（5）。

式中：ur2表示长期稳定性引入的相对标准不确定度；S（a）为公式（2）中的斜率不确定度；t表示时间，月；¯x表示所检验样品的平均值。

2.4.3 不同实验室联合定值引入的不确定度

对于不同实验室之间结果的随机性引入的不确定度，利用6 个实验室定值结果中最大标准偏差进行评估。6 个实验室定值结果的标准偏差见表6。可知，6个实验室定值结果中最大标准偏差来自Ⅲ实验室，则不同实验室联合定值引入的相对标准不确定度ur3=0.089 14/8.50=1.05%。

表6 6 个实验室定值结果的标准偏差Tab.6 Standard deviation of value determination results from six laboratories

2.4.4 合成不确定度

合成相对标准不确定度u为1.37%，计算方法见公式（6）。当置信概率为95%时，取扩展因子为2，即相对扩展不确定度为2×1.37%=2.74%，扩展不确定度UCRM=8.50%×2.74%≈0.24%。

式中：ur1表示均匀性引入的相对标准不确定度；ur2表示长期稳定性引入的相对标准不确定度；ur3表示不同实验室联合定值引入的相对标准不确定度。

2.5 标物应用

目前贵州中烟已建立近红外测试滤棒中三乙酸甘油施加量的技术平台，通过近红外云分析系统（Acould）在线监控各家卷烟厂近红外法测量滤棒中三乙酸甘油酯施加量的结果。为防止某天、某厂的整个测试过程处于一种非正常的工作状态，将所研制三乙酸甘油酯滤棒基体标准物质应用于贵州中烟5 家卷烟厂（贵阳卷烟厂、遵义卷烟厂、毕节卷烟厂、贵定卷烟厂和铜仁卷烟厂）的数据监控，要求定期或不定期测试所研制标物。

在5 家厂的日常监控中偶然发现，卷烟厂4 的基体标物近红外检测结果连续两天偏离较大，并且对比其他4 家卷烟厂和技术中心都存在较大差异，因此车间紧急反馈至技术中心。技术中心相关人员通过对“人、机、料、法、环”的各个环节进行排查，发现主要原因为近红外仪器光源和仪器内部干燥剂须更换，因此技术中心相关人员迅速更换光源并对干燥剂进行重生，通过以上操作并对基体标物重新复测，测试结果恢复正常值范围（表7）。

表7 各家厂近红外检测结果及复测结果Tab.7 Near-infrared detection results and re-test results from various factories

通过上述测试，该基体标物在实验室和车间实际生产中发挥了积极作用，不仅可以为近红外法检测滤棒中三乙酸甘油酯施加量的准确性提供支撑，还能为整个测试是否处于正常状态提供预警，保障滤棒生产的稳定性。

3 结论

对制备的三乙酸甘油酯滤棒基体标准物质进行检验，结果表明，该标准物质均匀性、稳定性良好，6个实验室联合定值结果为8.50%。经计算得到其不确定度为0.24%，符合国家二级标准物质要求，可满足近红外法赋值和实验室能力验证、数据比对的需要。