刘慧玲 吴东坡 刘蓓蕾 康占省 倪旺 郗海东

刘慧玲 ¹ 吴东坡 ² 刘蓓蕾 ² 康占省 ² 倪 旺 ¹ 郗海东 ¹ *

摘 要 为提高实验室检测结果的准确性，本文以实验室饮料样品作为测试样品，采用气相色谱法对1,2-丙二醇进行测定，通过研究具体试验过程，确定不确定度来源，分析和评定标准溶液配制、标准曲线拟合、样品称量和测量重复性等因素。结果显示，配置标准工作溶液、标准曲线拟合、样品称量和测量重复性对不确定度都有贡献，其中，配置标准工作溶液和标准曲线拟合引入的不确定度贡献最大，贡献率为68.86%和30.80%，样品称量引入的不确定度可以忽略不计。气相色谱法测定1,2-丙二醇的关键控制点是标准工作溶液的配置过程，在日常检测过程中应采用规范标准溶液配制操作过程，尽量简化溶液配制步骤、使用校准玻璃容器等措施保证检测结果的准确性和科学性。研究结果有利于提升1,2-丙二醇的检测质量，为精准检测提供新思路。

关键词 气相色谱仪；不确定度；1,2-丙二醇

Critical Control Points of Gas Chromatography Method for the Determination of 1,2-propanediol Based on the Evaluation of Uncertainty

LIU Hui-Ling ¹ WU Dong-Po ² LIU Bei-Lei ² KANG Zhan-Sheng ² NI Wang ¹ XI Hai-Dong ¹ *

Abstract In order to improve the accuracy of laboratory test results, this paper took laboratory beverage samples as test samples, and used gas chromatography to determine 1,2-propylene glycol. By studying the specific test process, the source of uncertainty was determined, and factors such as the preparation of standard solution, standard curve fitting, sample weighing and measurement repeatability were analyzed and evaluated.The results showed that standard working solution configuration, standard curve fitting, sample weighing and measurement repeatability all contributed to the uncertainty, among which standard working solution configuration and standard curve fitting contributed the most, with the contribution rates being 68.86% and 30.80% respectively, and the uncertainty caused by sample weighing was negligible. The critical control point of the determination of 1,2-propylene glycol by gas chromatography was the configuration process of the standard working solution. In the daily testing process, the preparation operation process of the standard solution should be standardized, the steps of the solution preparation should be simplified as far as possible, and the calibration glass container should be used to ensure the accuracy and scientificity of the test results. The results can improve the detection quality of 1,2-propylene glycol and provide a new idea for accurate detection.

Keywords gas chromatography; uncertainty; 1,2-propanediol

第一作者：刘慧玲（1985—），女，汉族，河北石家庄人，硕士，副高级工程师，主要从事分析化学相关领域工作，E-mail: 441822472@qq.com

通信作者：郗海东（1990—），男，汉族，河北秦皇岛人，硕士，工程师，主要从事煤炭检测工作，E-mail: 24564206@qq.com

1. 秦皇岛海关煤炭检测技术中心 秦皇岛 066000

2. 石家庄海关技术中心 石家庄 050051

1. Coal Inspection Technology Center of Qinhuangdao Customs, Qinhuangdao 066000

2. Technology Center of Shijiazhuang Customs, Shijiazhuang 050051

由于1,2-丙二醇（1,2-Propanediol）无色、无味，同时还具有乳化性、黏稠性、稳定的吸水性、与水和乙醇等多种有机溶剂互溶等性质^[1-2]，因此常被用作食品添加剂、食品中调味品和色素的优良溶剂^[3-6]。气相色谱法在1,2-丙二醇定量检测中稳定性好，检测结果准确可靠，能够满足实验室检测要求，在实验室中被广泛应用。

为保证检测数据的准确性和稳定性，实验室会通过方法验证、实验室质量控制和不确定度评估等方式，确保测量可靠^[7]。其中，不确定度是实验室质控体系的重要组成部分。在实验室的检测过程当中，必然会存在一定的系统性误差，而这些误差的存在会导致检测结果并不是唯一的，而是在一定的概率范围内分布，这个分布范围的分散程度就是不确定度。不确定度是反映实验室测量结果水平的尺度，有利于提升实验室的检测质量和质控水平。本研究以实验室饮料样品为测试样品，用乙醇提取，离心机离心净化杂质，结合气相色谱仪-火焰离子化检测器（Gas Chromatography-Flame Ionization Detector，GC-FID）法进行1,2-丙二醇含量的测定，开展不确定度评估，详细探讨影响检测结果准确性的主要因素，为1,2-丙二醇精准检测的质量控制提供新思路。

1 材料与方法

1.1 试剂、材料和仪器

样品：实验室饮料样品

标准品：1,2-丙二醇（坛墨，LotNo.0511903，纯度：99.9%）；无水乙醇（色谱纯）（天津市大茂化学试剂厂）；0.22 μm有机相滤膜（上海安谱实验科技股份有限公司）。

气相色谱仪-FID（7890A）（美国安捷伦公司）；电子天平（瑞士METTLER TOLEDO公司）；旋涡混合器（美国vortex genie）；移液管（天津市天玻玻璃仪器有限公司）；容量瓶（天津市天玻玻璃仪器有限公司）；移液枪（德国艾本德公司）。

1.2 标准物质配置

标准储备液（10.0 mg/mL）：用万分之一天平称取1.0 g（精确到0.0001 g）1,2-丙二醇标准品，用无水乙醇溶解并定容至100 mL容量瓶中，摇匀，此溶液1,2-丙二醇质量浓度为10.00 mg/mL。

用2～20 μL量程范围的移液枪准确吸取2 μL、5 μL、10 μL、20 μL的10.00 mg/mL 1,2-丙二醇标准储备液；用10～100 μL量程范围的移液枪准确吸取50 μL的10.00 mg/mL 1,2-丙二醇标准储备液，分别置于100 mL玻璃容量瓶中，分别加入色谱纯级无水乙醇溶液，定容，摇匀。得到浓度为0.0 μg/mL、0.20 μg/mL、0.50 μg/mL、1.00 μg/mL、2.00 μg/mL、5.00 μg/mL的标准系列溶液。

1.3 样品前处理

用天平准确称取实验室饮料样品10.00 g（精确到0.01 g）于50.00 mL容器中，用无水乙醇（色谱纯）定容至50.00 mL，置于漩涡震荡器上，涡旋混匀2 min，静置1 h，以8000 r/min离心5 min，后用0.22 μm 有机相滤膜过滤，所得滤液进气相色谱仪分析。

1.4 色谱条件

色谱柱：VF-WAXms（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱温：80℃保持1 min，先以20℃/min程序升温至160℃保持2 min，再以15℃/min升温至220℃，保持10 min；进样方式：分流进样，分流比10∶1；进样口温度：230℃；检测器温度240℃；进样量：1 μl；载气：高纯氮；恒流模式，柱流速1.0 mL/min^[8]。

2 结果与分析

2.1 测量不确定度评估

在前处理过程中，实验室饮料样品中的1,2-丙二醇完全溶解在乙醇相中，能够被乙醇溶液充分提取。通过标准溶液线性可以获得提取液中1,2-丙二醇的浓度，从而计算出实验室饮料样品中1,2-丙二醇的残留量。计算公式推导如公式（1）：

X= (1)

式（1）中，X表示实验室饮料样品中1,2-丙二醇含量，单位：g/kg；C表示由标准曲线得出的样液中1,2-丙二醇的浓度，单位：μg/mL；V表示样液定容体积，为50 mL；M表示实验室饮料样品称样量，单位：g；1000为转换系数。

在仪器条件满足检测要求的前提下，目标物能够充分提取，实验室环境稳定，检测质量主要取决于前处理过程。根据JJF 1059. 1—2012《测量不确定度评定与表示》等有关规定^[9-11]进行各部分的不确定度评定。

2.1.1 配置标准溶液所引入的不确定度u_rel(ci)

分析本实验标准溶液的配置过程，可知不确定度主要来源为标准溶液的配置、稀释和标准工作曲线的配置、线性拟合等。

标准品称量所引入的不确定度u_{rel (m储备)}。标准品称量过程所带来的不确定度主要有两个方面：一方面是天平的不确定度，电子天平的最大允许误差（Maximum Permissible Error，MPE）为0.05 mg；视为矩形分布，（k =）则标准不确定度为：u _(m储备) = 0.0289 mg；另一方面是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。称重过程是两次称量（第一次为皮重，第二次为毛重），方法中称取标准品质量为1.00 g，故天平称量标准品引入的相对标准不确定度为：u_{rel (m储备)}= = 0.00408%。

（2）配置标准溶液所引入的相对标准不确定度u_{rel (储备)}。1,2-丙二醇溶液标准物质具有较小的不确定度，检测过程以纯度为99.9%的标准品为参考物质（相对扩展不确定度为1%），由此引入的相对不确定度为：u_{rel (储备1)} = 0.00578%。100 mLA级容量瓶20℃时容量允差为±0.10 mL，采用均匀布处理则其标准不确定度为= 0.05774 mL，考虑环境温度难以保证在20℃不变，因此设定室温有±2℃的波动。甲醇的体积膨胀系数为1.19×10^-3/℃，则定容过程中由于温度变化引入的标准不确定度为= 0.13741 mL。则由配置标准储备溶液定容过程引入的相对标准不确定度为：u_{rel (储备2)} = = 0.149%。因此，配置标准储备溶液所引入的相对标准不确定度为u_{rel (储备)} === 0.149%。

（3）配置标准溶液工作曲线所引入的相对标准不确定度u_{rel (工作)。}在本实验标准工作液的配标、稀释过程带来的不确定度主要来自各种移液器具的承载体积和实验室温度变化。本实验所用的容量瓶均为A级器具，其他移液器具均检定合格。由鉴定校准证书可知各移液器具的容量允差，重复测定10次获得重复性标准偏差，由各种体积引入的不确定度分量汇总于表1中。容量瓶体积带来的不确定度主要来源于温度变化对溶剂的影响。为减少不确定度的影响，本实验在配置标准工作溶液或者标准储备溶液时，选择室温变化较小的实验环境。通过用两种不同量程的移液器具，一步稀释将目标物质（10.00 mg/mL）稀释成不同浓度（0.0 μg/mL、0.20 μg/mL、0.50 μg/mL、1.00 μg/mL、2.00 μg/mL、5.00 μg/mL）的工作曲线，稀释过程引入的相对不确定度计算如下：

u_{rel (工作)} =

=

= 6.31%。

1,2-丙二醇标准工作溶液浓度引入的相对不确定度来自参考物质及其稀释过程，合成如下：

u_{rel (ci)} =

== 6.31%。

2.1.2 标准曲线拟合产生的不确定度u_rel (_c2)

取6种质量浓度的1,2-丙二醇标准系列溶液进行测定，见表2，以标准溶液浓度对标准溶液色谱峰面积平均值标峰面积比值作线性拟合得到回归方程Y = 2.542C－0.7746。取含1,2-丙二醇的实验室饮料样品，对1,2-丙二醇质量浓度C₀进行10次重复测定，其结果见表3，则由标准曲线拟合产生的不确定度如公式（2）所示：

u(_c2) == 0.2096 μg/mL (2)

式（2）中：S_R为标准溶液峰面积残差的标准差，计算方法为：S_R =；a为标准工作曲线的斜率；b为标准工作曲线的截距；n为测试次数，本实验中6个质量浓度重复测定2次，n = 6×2 = 12；P为对C₀的测定次数，p = 10；为标准溶液的平均质量浓度；C₀为进行10次重复测定浓度的平均值，4.97；故u_rel (_c2) = 4.22%。

表3 1,2-丙二醇阳性样品测量数据

Table 3 Measurement data for 1,2-propanediol positive samples

2.1.3 样品称样量引入的不确定度u_{rel (m)}

样品称量过程所带来的不确定度同2.1.1中（1），电子天平的MPE = 0.50 mg；视为矩形分布（k =），则标准不确定度为：u_m = 0.289 mg；样品称样量引入的相对不确定度为：u_rel (_m) = = 0.00409%

2.1.4 测量重复性的不确定度()

在不含1,2-丙二醇的实验室饮料样品中添加1,2-丙二醇标准溶液，按照1.3的步骤对加标试样平行测定10次，结果分别为0.102 mg/g、0.103 mg/g、0.099 mg/g、0.099 mg/g、0.100 mg/g、0.099 mg/g、0.098 mg/g、0.100 mg/g、0.100 mg/g和0.099 mg/g，可得s(_x)= == 0.00139；由本实验的重复性引入的相对标准不确定度() = u()/= s() = = 0.441%。

2.2 关键点控制分析

由分析可知，实验室饮料样品中1,2-丙二醇检测的不确定度主要有4个分量，其他因素的不确定度极小可以被忽略，检测结果的相对标准不确定度如下：

u_rel (a) =

==7.60%。

根据JJF 1059.1—2012 《测量不确定度的评定与表示》，取95%的置信概率，包含因子k = 2，U_rel = k×u_rel计算，为15.2%。1,2-丙二醇含量测定平均值为0.0999 mg/g，其扩展不确定度为0.0151848 mg/g。含量的测定结果可表示为（0.0999±0.0151848）mg/g。

由图1可知，各个不确定度分量的贡献率（每个分量的平方占所有分量平方和的百分比），其中配置标准溶液工作曲线和线性拟合所引入的相对标准不确定度贡献率分别为68.86%和30.80%，也是检测结果的主要不确定度来源。因此，标准工作曲线的配置是整个实验的关键控制点。由于容量误差、测量重复性、温度波动都可能引起体积偏差，影响检测结果。在标准工作曲线的配置过程中，用移液枪快速移取微量乙醇溶液，直接定容，但由于移取体积相对较小，且乙醇溶液易挥发，所以导致20  μL和50 μL移液枪移取标准溶液引入的不确定度偏大。实验前要对移液枪进行准确性校准，可以确保实验结果更接近真值。只要保证样品为均匀的基质，样品称量过程给实验所带来的不确定度几乎可以忽略不计，如图1所示。

u_rel (_c1)配置标准溶液工作曲线产生的不确定度贡献率; u_rel (_c2)标准曲线拟合产生的不确定度贡献率; u_rel (_m)样品称样量引入的不确定度贡献率; u_rel ()测量重复性的不确定度贡献率

图1 相对不确定度分量贡献图

Fig.1 Contribution of each component in the combined uncertainty

3 结论

本文根据GB 5009.251—2016《食品中1,2-丙二醇的测定》建立了1,2-丙二醇含量检测的测量不确定度评估模型。分析和评定发现影响本实验结果不确定度的首要因素是标准工作曲线的配置过程和标准曲线拟合过程，而样品称量和测量重复性所产生的不确定度对本实验影响很小。由此结论可知，标准工作溶液的准确配置是可靠结果的关键，应对标准溶液的配置过程予以重视。实验前要对移液枪进行准确性校准，可以尽量简化标准溶液的配置过程，选择合适的标准曲线浓度范围尽量减少由于标准曲线拟合所对实验结果造成影响。同时，实验室应重视检定校准工作，保证玻璃量器、天平、仪器等实验用品的稳定性和准确性，尽可能降低实验检测结果的不确定度。因此，应多方面、多角度思考影响实验不确定度的因素，通过各种科学合理方式减少影响实验的不确定因素，保证实验结果的科学性和准确性。

参考文献

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表1 各种体积引入的不确定度及其来源汇总

Table 1 Uncertainties caused by various volumes and sources

注: 室温变化(△T）为±5℃; 20℃时，乙醇的体积膨胀系数(β)为1.08×10^-3℃^-1.

表2 1,2-丙二醇标准曲线数据

Table 2 Standard curve data for 1,2-propanediol