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嘉峪檢測網 2024-08-15 20:55
摘 要： 建立茶多酚檢測儀的校準方法。采用光纖光譜儀、中性濾光片作為計量標準，測量茶多酚檢測儀在特定波長下的波長及透射比，給出茶多酚檢測儀的波長最大允許誤差、透射比示值誤差及重復性、穩(wěn)定性和通道間差異參考計量特性要求，波長最大允許誤差為±10.0 nm，透射比示值誤差為±2.0%，重復性不大于0.5%，10 min內吸光度變化為±0.01，通道間吸光度示值差異不大于0.05。分析測量過程不確定度來源，并進行不確定度評定。波長的擴展不確定度（k=2）為3.5 nm，透射比的擴展不確定度為0.3%（k=2）。該校準方法考慮了茶多酚檢測儀的發(fā)展現狀，使茶多酚檢測儀的校準有據可依，可用于茶多酚檢測儀的校準。
關鍵詞： 計量； 茶多酚檢測儀； 不確定度； 波長； 透射比； 穩(wěn)定性； 通道間差異
茶多酚具有抗氧化、抗炎、抗病毒等作用[1?5]，可添加到飲料、食品及保健品中。適當攝入對身體有一定的保健作用，但如果攝入過多，對身體有一定的危害[6]。GB 2760—2014《食品安全國家標準食品 添加劑使用標準》對茶多酚作為添加劑的用量做了嚴格的限定。茶多酚的檢測方法主要有高效液相色譜法[7]、近紅外光譜法[8]、紫外-可見分光光度計法[9]、熒光法[10]、電化學法[11]、流動注射分析技術等[12]；GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》中茶多酚的檢測采用分光光度法；GB/T 21733—2008《茶飲料》規(guī)定了茶飲料中茶多酚含量檢測方法是分光光度法。目前以分光光度法、光電比色法為基礎的快速檢測技術，由于其具有快速、操作方便、價格低等優(yōu)點，已在市場得到廣泛應用[13]。該類快速檢測儀主要基于朗伯-比爾定律，在一定濃度范圍內物質吸光度值與濃度成線性關系。通過測量吸光度值并將其換算成濃度值，進而獲得被檢測物質含量。快速檢測技術能在較短時間內提供檢測結果，并可為應急檢測及突擊檢查提供及時處理依據，因此在食品安全檢測中備受青睞[14?15]。2015年10月1日實施的《中華人民共和國食品安全法》規(guī)定了采用快速檢測方法對食用農產品進行抽查檢測，可見快速檢測技術在食品安全檢測中的重要性。近年來，由于食品安全問題頻發(fā)，公眾對食品安全的關注度越來越高[16]，如何增加公眾對食品安全監(jiān)督抽查的信任度成為了一個關鍵問題[17]。監(jiān)督抽查所使用的設備檢測數據的準確可靠是抽查結果可信的前提，解決檢測設備的溯源問題、使檢測設備能溯源到統(tǒng)一的量值，使檢測結果具有可比性具有重要意義。
茶多酚快速檢測儀主要用于快速測量茶葉及茶制品中茶多酚含量。然而，目前相關標準中缺乏對所使用儀器計量特性的相應要求和校準方法，使得儀器一直無法實現有效溯源，進而影響茶多酚含量檢測數據的準確性，食品安全檢測存在隱患。目前全國范圍內尚無針對茶多酚檢測儀的檢定規(guī)程或校準規(guī)范，為提出較為全面的校準方法和計量特性要求，促進茶多酚檢測儀技術指標的統(tǒng)一，向市場提供檢測校準依據，促進茶多酚檢測儀檢測技術的提高，筆者結合前人研究，在實驗基礎上建立了茶多酚檢測儀的校準方法。選擇不同型號的茶多酚檢測儀或具備茶多酚檢測項目的食品安全檢測儀，根據說明書及相關標準指標，測量不同型號儀器的波長、透射比等數據，給出較為全面的參考計量特性，并進行不確定度評定。目前已發(fā)布地方校準規(guī)范JJF (桂) 120—2023《茶多酚檢測儀校準規(guī)范》。
1、 實驗部分
1.1 主要儀器與試劑
光纖光譜儀：HR4000型，測量范圍為350～600 nm，波長最大允許誤差為±3.0 nm，美國海洋光學公司。
光譜中性濾光片：透射比標稱值為10%、20%、30%；相對擴展不確定度不大于1.0% (k=2)，國家標準物質研究中心。
重鉻酸鉀純度標準物質：質量分數為99.99%，中國計量科學研究院。
1.2 茶多酚檢測儀的工作原理
茶多酚檢測儀是用于測定樣品中茶多酚含量的儀器。其原理是依據亞鐵離子與樣品中多酚類物質形成藍紫色絡合物，然后利用光電比色原理，根據式(1)朗伯-比爾定律進行測量：
(1)
式中：A——物質的吸光度；
T——物質的透射比；
——物質的吸光系數；
b——光路長度；
c——物質的濃度。
茶多酚檢測儀主要由光源、樣品室、檢測器、顯示單元等組成。其結構如圖1所示。
圖1 茶多酚檢測儀結構圖
Fig. 1 Structure diagram of tea polyphenol tester
1.3 校準條件
環(huán)境溫度：15～35 ℃；相對濕度：≤85%。
1.4 校準范圍
本校準方法適用于酒石酸亞鐵比色法原理的茶多酚檢測儀的校準。
1.5 校準項目
校準包括波長最大允許誤差、透射比示值誤差、重復性、穩(wěn)定性和通道間差異共五個項目。校準項目依據地方校準規(guī)范JJF (桂)120—2023《茶多酚檢測儀校準規(guī)范》確定。
1.6 校準方法
1.6.1 波長
把光纖光譜儀的探頭依次置于樣品室的各個通道中，測量儀器的峰值波長λ，重復3次，按式(2)計算波長誤差，以所檢通道中最大差值作為儀器波長誤差：
(2)
式中：
——光纖光譜儀3次測量的平均值，nm；
——儀器波長標稱值，nm。
1.6.2 透射比示值誤差和重復性
用透射比標稱值約為10%、20%、30%的中性濾光片，依次放入樣品室每個通道中，重復測量透射比3次，按式(3)依次計算每個通道每塊透射比濾光片透射比示值誤差，以所檢通道中最大差值作為儀器透射比示值誤差。
(3)
式中：
——3次測量的平均值，%；
——透射比標準值，%。
按式(4)計算每個通道每塊透射比濾光片透射比重復性，以所檢通道中最大差值為儀器重復性：
(4)
式中：
——透射比重復性，%；
Tmax，Tmin——每塊濾光片透射比測量值最大值與最小值，％。
對僅有吸光度顯示的儀器，可根據朗伯-比爾定律A=-lgT將吸光度測量值換算成透射比，再進行計算。
1.6.3 穩(wěn)定性
以空氣為測量對象，調節(jié)零位，記錄初始值，每2 min讀取儀器顯示值。10 min 內吸光度相對初始值變化最大值與初始值之差即為儀器的穩(wěn)定性，按式(5)計算：
(5)
式中：
——穩(wěn)定性；
AH——10 min內吸光度相對初始值變化最大值；
A0——吸光度初始值。
1.6.4 通道間差異
配制100 mg/L的重鉻酸鉀溶液放入樣品室每個通道中，測量溶液吸光度。按式(6)計算全部通道中吸光度最大值與最小值之差：
(6)
式中：
A——通道間吸光度差異；
Amax——全部通道測得的最大吸光度；
Amin——全部通道測得的最小吸光度。
A0——吸光度初始值。
2、 結果與討論
選擇不同型號的茶多酚檢測儀進行試驗，不同型號茶多酚檢測儀校準結果見表1。由表1可知，進行實驗的8臺儀器，其中第2臺設備的波長超出了計量特性要求，另外7臺均符合要求。所測大部分產品波長最大允許誤差、透射比示值誤差、重復性、穩(wěn)定性和通道間差異在本校準方法提出的計量性能要求范圍內，表明所提出的要求較為合理。通過觀察所檢測的數據，波長誤差均較大，通道間差異也較為明顯，儀器可以從這兩方面進行改進。
表1 不同型號茶多酚檢測儀校準結果
Tab. 1 Calibration results of different types of tea polyphenol testers
3、 校準結果不確定度分析
儀器檢測的關鍵指標是波長和透射比，因此對波長誤差和透射比示值誤差開展不確定度分析。
3.1 波長誤差的不確定度來源
波長誤差的測量模型見式(2)，
為常量，
為標準器光纖光譜儀測量3次的平均值，測量結果的不確定度主要來源于測量重復性和標準器引入的不確定度分量，兩個變量之間不存在相互依賴的關系，二者不相關，因此合成標準不確定度計算公式見式(7)~（9）：
(7)
(8)
(9)
式中：
——測量重復性引入的不確定度分量；
——標準器引入的不確定度分量
c1，c2——靈敏系數，±1
因此，波長誤差的不確定度可用公式(10)計算：
(10)
3.2 波長誤差的不確定度分量的評定
3.2.1 測量重復性引入的標準不確定度
選一臺茶多酚檢測儀，將光纖光譜儀的探頭依次置于樣品室的各個通道中，測量儀器的峰值波長
。測量重復性引入的標準不確定度：
=
式中：s——標準偏差，nm。
以540 nm為例，測量值為545.21、545.36、545.15、545.32、545.32、545.31、545.32、545.25、545.12、545.30 nm。計算得到重復性引入的不確定分量為0.05 nm。測量過程中環(huán)境條件的變化、人員操作以及儀器分辨力引入的不確定度可以認為體現在測量的重復性中。
3.2.2 標準器引入的標準不確定度
根據校準規(guī)范的規(guī)定，儀器使用光纖光譜儀作為標準器測量波長。光纖光譜儀波長最大允許誤差為±3.0 nm，按照均勻分布，擴展因子k=
，則光纖光譜儀引入的標準不確定度：
不確定度分量匯總如表2所示。
表2 不確定度分量匯總
Tab. 2 Summary of uncertainty components
3.2.3 合成標準不確定度
算合成標準不確定度：
取k=2，波長誤差的擴展不確定度：
3.3 透射比示值誤差的不確定度來源
測量模型見式(3)，影響儀器示值誤差不確定度的因素來自測量重復性引入的不確定度分量
和中性濾光片引入的不確定度分量
。各輸入量不相關，因此合成標準不確定度計算公式如式(11)：
(11)
式中：
——測量重復性引入的不確定度分量；
——中性濾光片引入的不確定度分量；
c1，c2——靈敏系數，c1=c2±1
3.4 不確定度分量的評定
3.4.1 測量重復性引入的不確定度分量
按照規(guī)范要求，分別用透射比標稱值為10%，20%，30%濾光片對儀器進行測量，每塊重復3次，測量結果如表3所示。最大極差為0.2%，因此重復性引入的不確定度分量：
表3 透射比測量結果
Tab. 3 measurement results of transmittance
測量過程中環(huán)境條件的變化、人員操作及儀器分辨力引入的不確定度可體現在測量的重復性中。
3.4.2 中性濾光片標準器引入的不確定度u (Ts)
從濾光片的證書得到擴展不確定度U=0.16%，k=2。故：
u (Ts)=0.16%/2=0.08%
測量不確定度分量匯總如表4所示。
表4 測量不確定度分量匯總表
Tab. 4 Summary of measurement uncertainty components
3.4.3 合成標準不確定度及擴展不確定度
合成標準不確定度計算：
取k=2，透射比測量結果的擴展不確定度：
U=k×u (
)=0.3%。
4、 結語
建立茶多酚檢測儀的校準方法。規(guī)定了波長最大允許誤差、透射比示值誤差、重復性、穩(wěn)定性和通道間差異的校準方法，提出了波長最大允許誤差、透射比示值誤差、重復性、穩(wěn)定性和通道間差異的計量特性要求，開展測量不確定度的評定，為市場提供檢測校準依據，為日后茶多酚檢測儀國家檢定規(guī)程或校準規(guī)范的制定提供數據支持。
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來源：化學分析計量
