葡萄干水分测量不确定度的评定

郝明明，马媛，王霞

（新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆乌鲁木齐 830011）

测量不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数，也是衡量测试结果准确性和可靠性的重要参数[1]。新疆是全国葡萄的重要产地，也是葡萄干产品的聚集地，因此对于葡萄干储存及产品质量控制具有重要意义。葡萄干的水分含量会直接影响其感官和储存，因此葡萄干的一项重要品质指标就是水分。只有准确测量其含水率，才能合理评定葡萄干的品质，因此评定葡萄干水分测量方法的不确定度具有实际意义。目前，测定水分含量的方法有直接干燥法、甲苯蒸馏法、卤素快速水分测定仪法、近红外光谱法等，这些方法各有其优缺点。本文依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》[2]，按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的直接干燥法（第一法）步骤进行测定，并对测定步骤和方法进行不确定度评定，为正确评价和使用检测方法提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试样为新疆市售无核白葡萄干。

1.2 仪器

电子天平（感量为0.1 mg），MS304S，Mettler Toledo；电热恒温干燥箱，DHG-9246A，上海精宏实验设备有限公司。

1.3 检测步骤

（1）恒定铝盒质量

取洁净扁形铝盒置于101～105 ℃电热干燥箱中，瓶盖斜支于盒边，加热1 h，盖好瓶盖取出，于干燥器内冷却0.5 h，称取质量；重复干燥，至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒定质量m3[3]。

（2）恒定盛有样品铝盒的质量

将试样混合均匀，并尽可能切碎，称取5.0 g 试样，放入恒定质量的铝盒中并加盖，厚度不超过5 mm，称量质量m1，置于101～105 ℃电热干燥箱中，瓶盖斜支于盒边，干燥4 h 后，盖好瓶盖取出，放入干燥器内冷却0.5 h 后称取质量。然后再放入101～105 ℃电热干燥箱中1 h，取出，放入干燥器内冷却0.5 h 后再称量。并重复以上操作，直至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒定质量m2。

2 不确定度分量的主要来源及其分析

2.1 数学模型

水分含量的计算公式见式（1）[4]。

式中：X-试样中水分含量，%；m1-铝盒和试样质量，g；m2-铝盒和试样干燥后质量，g；m3-铝盒质量，g；100-单位换算系数。

2.2 测量不确定度的来源

根据公式（1），葡萄干中的水分含量X通过恒重法确定，由3 个输入量m1、m2和m3，所以指向该结果有3个因素，即水分含量是否准确取决于是否达到恒质量[5]。

综上分析：水分测量的不确定度的来源于以下几方面：（1）重复性测量；（2）铝盒的质量（m3）；（3）铝盒和试样的质量（m1）；（4）铝盒和试样干燥后的质量（m2）。

3 不确定度分量的评定

不确定度分量的分析计算依据JJF1059.1—2012、JJF1135—2005[6]和GB/T27418—2017[7]进行。葡萄干水分测定的各不确定度分量见表1。

表1 不确定度分量表Table 1 The list of uncertainty components

3.1 重复性测量引起的标准不确定度u(rep)

为获得重复性测量的不确定度，考虑到称量过程中的变动性[8]，对样品进行独立重复测量10 次，测量结果见表2。用A 类评定测量重复性的标准不确定度。

表2 测量重复性的结果Table 2 Results of measurement repeatabilit

3.2 铝盒质量的不确定度u(m3)

铝盒质量的不确定度主要是由电子天平的校准和恒定质量引起的。电子天平检定证书中给出天平的最大允许误差为±0.1 mg（即可能值区间的半宽度α=0.000 1 g），可视为矩形分布，故由天平校准引起的B类标准不确定度：

国家标准中要求需将铝盒烘至前后两次质量差不超过2 mg，按照矩形分布，则恒定质量引起的B 类标准不确定度为：

因为电子天平的校准和恒定质量之间无相关性，故可按照JJF1059.1—2012 中4.4.2.1 计算铝盒质量m3的合成标准不确定度：

3.3 铝盒和试样的质量的不确定度u(m1)

与处理铝盒的质量m3的方法相同，但因为铝盒和试样的质量m1不需要考虑恒定质量的影响，因此仅考虑电子天平校准引入的标准不确定度，即：

3.4 铝盒和试样干燥后质量的不确定度u(m2)

与处理铝盒质量m3的方法相同，即：

3.5 水分测量的B 类合成标准不确定度uc(B)

因数据模型（1）中分量间彼此独立，即相关系数为0，为方便运算，令a=m1-m2，b=m1-m3，则数据模型变为：

按照JJF1059.1—2012 中4.4.2.2 计算两个分量的合成标准不确定度。

按照JJF1059.1—2012 中4.4.2.3 计算B 类合成标准不确定度：

3.6 葡萄干水分测量的合成标准不确定度

葡萄干水分测量结果的合成标准不确定度主要是相互独立的A 类标准不确定度和B 类标准不确定度共同贡献的结果，故采用JJF1059.1—2012 中4.4.2 进行计算：

4 水分测量的扩展不确定度

葡萄干水分的测定取包含因子k=2，置信概率P=95%[9]，得到葡萄干水分的扩展不确定度为：

故该葡萄干水分含量的不确定度测量结果为：X=（12.60±0.052 0）%，k=2，P=95%。

5 结语

综上可知，在葡萄干水分测量中，铝盒质量、铝盒和试样干燥后质量引入的不确定度分量是最大的，这主要是在恒定质量过程中引起的。因此，测定葡萄干水分含量时恒定质量是关键步骤，对减小误差的效果最为明显。故在日常检测工作中，应加强对恒质量环节的控制，严格按照相应标准进行操作。