密度瓶法测定葡萄酒中酒精体积分数的不确定度评定

密度瓶法测定葡萄酒中酒精体积分数的不确定度评定 密度瓶法测定葡萄酒中酒精体积分数的不 确定度评定 UNCERTAlNTYOFMEASUREMENT量丕枣 密度ltR:,i~imU定葡萄酒巾酒精傩积 -.『弋 刀数晌不确定度i平定 蒋益中 (宜兴市产品质量监督检验所,江苏宜兴214206) [摘要]根据GB/T15038--2006《葡萄酒,果酒通用方法》中密度瓶法测定 葡萄酒中酒精度的不确定度, 建立密度瓶法测定葡萄酒中酒精度的不确定度分析方法,以评定测定结果的质量, 找出主要影响因素. [关键词]密度瓶法;葡萄酒;酒精度;不确定度;评定 [中图分类号]TB9[文献标识码]B[文章编号]1002—1183(2011)05—0033—03 根据CNAS—CI_O1:2006《检测和校准实验室能 力认可准则》(ISO/EC17025:2005)中5.4.6.2条 款的规定"检测实验室应具有并应用评定不确定度的 程序"…,由此测量不确定度评定已成为通过中国实 验室国家认可委员会认可的必要条件之一.同时也要 求分析测试人员证明其测量结果的可靠性,这就引出 了测量不确定度的概念.通常测量结果应该包括两部 分:一部分是测量结果本身,另一部分就是测量结果 可置信的程度,即不确定度.只有包含了可置信的范 围,测量的最终结果才有意义J.随着全球市场经济 发展的需求,报告测量结果时,必须用不确定度 来确定测量结果的可信程度I.j.本文依据JJF 1059--1999《测量不确定度评定与示》对葡萄酒中 酒精度测定进行了不确定度的分析. 1实验部分J 1.1实验原理 以蒸馏法去除样品中的不挥发物质,用密度瓶法 测定馏出液的密度,根据馏出液(酒精水溶液)的密 度,查GB/T15038--2006《葡萄酒,果酒通用分析 方法》附录A,得20~C时乙醇的体积分数,即酒 精度. 1.2仪器及样品 (1)分析天平:感量0.0001g,生产商:梅特 勒,型号AR2140. (2)全玻璃蒸馏器:500ml (3)恒温水浴:分辨率0.1? (4)精密水银温度计:0,50?,分度值0.1? (5)附温度计密度瓶:25ml (6)容量瓶:lOOml (7)葡萄酒:12%(体积分数),干型,750ml/瓶. 1.3实验方法 (1)用一洁净的lOOml容量瓶准确量取100ml样 品(液温20?)于500ml蒸馏瓶中,用50ml水分三 次冲洗容量瓶,洗液全部并入蒸汽瓶中,再加几粒玻 璃珠,连接冷凝器,以取样用的原容量瓶作接收器 (外加冰浴).开启冷却水,缓慢加热蒸馏.收集馏出 液接近刻度,取下容量瓶,盖塞,于(20.0?0.1)? 水浴中保温30min,补加水至刻度,混匀,备用. (2)蒸馏水质量的测定 (a)将密度瓶洗净并干燥,带温度计和侧孔罩称 量.重复干燥和称量,直至恒重(m.). (b)取下温度计,将煮沸并冷却至15~C左右的 蒸馏水注满密度瓶,插上温度计,瓶中不得留有气 泡,将密度瓶浸入(20.0?0.1)oC的恒温水浴中,待 内容物温度达20~C,并保持10min不变后,用滤纸吸 去侧管溢出的液体,使侧管液面与侧管管口平齐,立 即盖好侧孔罩,取出密度瓶,用滤纸擦干瓶壁上的 水,立即称量(m). (3)试样质量的测量 将密度瓶子中的水倒出,用试样反复冲洗3至5 ,按1.3(2)b)同样操作,称量 次,然后装满 (m). 2数学模型 样品在20?时的密度按式(1)计算,空气浮力 校正值按式(2)计算. [收稿日期]2010—12—13;[修订日期]2011—01—12 [作者简介]蒋益中(1971一),男,江苏宜兴人,师,毕业于南京工业大学,从事检 验检测工作. 工业计量2011年第21卷第5期?33? f 测量不确定度 ‰?卜———————————一 UNCERTAINTYOFMEASUREMENT 20(m2一mo+A)X998.20g/L pz.——一 d一![r一 997.Og/L 式中:p,20,什口口在20~C时的密度,g/L;m.为密度瓶 的质量,g;m为20?时密度瓶与水的质量,g;m 为20?时密度瓶与试样的质量,g;P.为20~C时蒸馏 水的密度,998.20g/L;A为空气浮力校正值;P.为 干燥空气在20~C,1013.25hPa时的密度值(1.2g/ L);997.Og/L为在20?时蒸馏水与干燥空气密度 之差. 根据试样的密度P查GB/T15038--2006《葡 萄酒,果酒通用分析方法》附录A,得20~C时乙醇的 体积分数,即酒精度. 3不确定度来源 本实验不确定度来源主要来源于容量瓶体积,系 统效应引起的对质量的影响,恒温水浴温度,重复测 定等. 4不确定度分量及其计算 4.1体积的不确定度 试样取样及溶液定容于100mL容量瓶中,100mL A级容量瓶的允许差为?0.10rnL,按照均匀分布,故 ":0.10mLAf3=0.058ml;温度的变化使取样及定 容时产生体积误差,取样液温度为(20?1)?,样液 的膨胀系数近似水的膨胀系数,为2.1×10,/~C,则 体积变化(1OOmL×2.1×10/~C×1oC)为 0.021mL,95%置信水平下的标准偏差M:= 0.021mL/1.96=0.OlImL.蒸馏出来的酒精于lOOml 容量瓶中置于(20?0.1)水浴中恒温,溶液膨胀系 数近似水的膨胀系数,为2.1×10/?,则体积变化 (100mL×2.1X10,/~CX0.1oC)为0.0021mL,95% 置信水平下的标准偏差M:(0.0021mL/1.96)= 0.0011mL.因取样及蒸馏出来的酒精都定容到 100ml,则由容量瓶体积引起的标准不确定度为/Z= (2×0.058+0.011+0.0011)mL=0.0827mL,相 对标准不确定度为"=uv/100mL=0.0827mL/ 100mL=8.27×10. 4.2系统效应引起的对质量m的不确定度 电子分析天平的不确定度//,(rrb),采用B类方法 评定;电子分析天平分辨率所产生的不确定度 ",(/7/,),采用B类方法评定. (1)电子分析天平的不确定度u(,n) 电子分析天平的最大允许误差为?0.0002g,概 ? 4. 率分布均匀,取:,则不确定度"(m)= 0.0002g/]3:0.000115g. (2)电子分析天平分辨率产生的不确定度//,(m) 电子分析天平的分辨率为6:0.0001g,概率分 布均匀,取=,则(m)=0.0001(2X)= 0.000029g,天平校准引起的标准不确定度: M,(m)=?1(m)+u2(m): ~/(0.000115)+(0.000029)g= 0.00012g (3)空密度瓶称量时方法要求"恒重" 连续两次质量之差小于0.002g,即"恒重",这 就是质量的最大允许差值为?2rag,按矩形分布计算, 其标准不确定度为:"h(m0)=0.002g/?3:0.0012g, 由于天平校准与恒重产生的效应是彼此独立的,所以 空密度瓶m的合成标准不确定度为: (mo)=?(m)+(m0)= 而= 0.00120g (4)在测量试样时,与处理空密度瓶质量m.不 同的是,这里没有涉及恒重的影响,因此仅考虑校准 引入的标准不确定度,即/,t(m)=0.00012g,/1,(m2)= 0.00012g. (5)系统效应引起的质量的相对不确定度的计算 被测量计算公式(2)代入公式(1)中,公式 (1)可转化为 P=(m2+0.0012m1—1.0012mo)X998.20(L)/ (0m2+1.0012m1—1.O012mo)(3) 用口代替m2+0.0012ml一1.O012m0,用6代替 Om2+1.0012m1—1.0012mo,即P=998.20a/b,实际 测量中n和6这两个值都不是直接测得的,而是通过 测量m.,m和rn:得到的,因此n和b是相关的,所 以在计算质量合成相对不确定度时应考虑其相关性. 因为m.,rrb和m是独立测量的,所以 (a)=?(m2)+(,1)+(,no)= , /o.00012+0.00012+0.00120g= 0.00121g u(6)=,丽:~/—0.000122+—0.001202g= 0.00120g 又口=7n2+0.O012ml一1.O012m0,6=Om2+1.O012ml一 1.0012m0 其相关系数: r(0,b)=(1X0+0.0012X1.0012+1.0012X IndustrialMeasurement2011Vo1.21NO.5 UNCERTAINTYOFMEASUREMENT 10,,相对不确定度为M=It(x)/x:5.60×10-4o 5结果与讨论 5.1不确定度的合成 将以上各不确定度分量汇总,列入表2. 1.0012)/l(1+0.0012+1.0012)× (0+1.0012+1.0012)]= 0.5010.5 所以由系统效应引起的质量的相对不确定度为: Ul={["(a)/a]+[u(b)/b]+2×1×(一1)× [(a)/a]×[M(6)/6]×r(a,b)}1= {[0_oo121/(25.5998)]+[Q00120/(26.1248)]一 [Q00121/(25.5998)]×[Qoo120/(26.1248)]}= 4.66×10一 4.3水浴温度t的不确定度 水浴控温(20?0.1)oC,水浴温度用0—50~C,分 度值为0.1?的精密水银温度计测定,查其检定证书, 其扩展不确定度为0.04?(温度校准点20.O~C),置信 概率为95%,查表得k=1.96,则其标准不确定度为 = (0.04~C/k)=0.0204~C;数显恒温仪表控制水浴 温度的波动,数显仪表分辨率为=0.1oC,则由仪表 分辨率引出的标准不确定度为u=/(2×)= 0.1~C/(2×?3)=0.0288~C,所以因温度带来的标准不 确定度为M=~/(0.0204+0.0288)oC=0.0353~C,相 对不确定度为"r=0.0353/20=1.765×10,. 4.4重复测定的不确定度 重复测定6次,列入表1. 表1测定数据表 注:m0:空比重瓶质量;ml:空比重瓶+水质量;m2:空比重瓶+样 品质量;:查附录A得到(体积系数) 酒精度结果的相对标准偏差为s=0.0172,6次重 复测量平均值的标准不确定度为M()老7?02× 表2不确定度汇总表 上述各相对标准不确定合成该葡萄酒中酒精度结 果的相对不确定度为: 1=(1+1.m+l+2re1. )= 『(8.27×10一)+(4.66×10一)+ (1.76×10一.)+(5.60×10一)1= 2.024×10, 因此该葡萄酒酒精度测定的标准不确定度为: M=2.024×10一×12.55=0.0254 5.2扩展不确定度 取包含因子=2,则该葡萄酒中酒精度扩展不确 定度为: U=k×M=2×0.0254=0.05080.05 6结果表示 该葡萄酒中酒精度为12.554-0.05,其扩展不确 定度为O.05,包含因子k=2. [参考文献] [1]CNAS—CID1:2006,(ISO/EC17025:2005)检测和校 准实验室能力认可准则[S]. [2]JJF1059--1999,测量不确定度评定与表示[S]. [3]魏昊,化学分析中不确定度的评估指南[M].北京:中 国计量出版社,2002. [4]GB/T15038--2006,葡萄酒,果酒通用分析方法[S]. [编辑:薛敏] 展会时问变更说明:"第四届中国水,电,气,热?超越AMR国际研讨会暨创新技术展 示会"原定时间是2011年9月 20—22日.现因故推迟到2011年11月1—3日,地点仍在】【京国宾酒店. 工业计量2011年第21卷第5期?35?