Quantifier l`incertitude de mesure des protéines du soja avec

Quantifier l’incertitude de
mesure des protéines du
soja avec le Kjeltec™ 2300
Si l’erreur de mesure se définit comme la différence entre la valeur mesurée et la valeur réelle (ou la meilleure estimation de cette dernière),
l’incertitude de mesure est une estimation de la variation résultant de
la mesure de concentration de l‘élément à analyser dans l’échantillon.
Dans de nombreux cas, un résultat peut être dépourvu de signification
sans son incertitude de mesure.
L’ISO 17025, norme internationale pour les prescriptions générales
concernant la compétence des laboratoires de mesure et d’essais, est
utilisée par la plupart des organismes d’accréditation. Cette norme définit des exigences spécifiques pour les laboratoires concernant la mesure
et l’enregistrement de l’incertitude de leurs mesures.
Deux approches sont possibles : l’approche dite descendante utilise
des données comme la reproductibilité et la répétabilité d’études collaboratives bien conduites comme indication de l’incertitude de mesure
qui peut être attendue de la méthode. L’approche ascendante, utilisée
dans la présente contribution, applique des estimations de l’incertitude
de mesure associées à chaque étape de la procédure analytique.
1. Principe de la Méthode
Les graines de soja sont broyées, puis minéralisées par l’acide sulfurique
concentré et un catalyseur. La protéine est convertie en sulfate d’ammonium. Après la digestion, une base est ajoutée et l’échantillon est distillé
à la vapeur, ce qui convertit l’ammonium en ammoniac, qui est fixé par
de l’acide borique dans la solution réceptrice. Le distillat est titré à la
solution acide titrante et la teneur en protéine est calculée en fonction de
la consommation d’acide titrant.
2. Description générale de la méthode
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Broyage
Distillation
Pesée
Titration
Minéralisation
RESULTAT
Après broyage, un échantillon de 0,2 g est pesé dans un tube à essai placé dans un minéralisateur Tecator™. L’échantillon minéralisé est inséré
dans l’analyseur Kjeltec™ 2300 FOSS, qui procède automatiquement
aux étapes suivantes : dilution à l’eau, addition de la base, distillation à
la vapeur et titration.
3. Identification et Analyse des Sources d’incertitude
Bien que d’une importance considérable, les étapes d’échantillonnage,
sous-échantillonnage, division et préparation des échantillons ne font
pas partie de cette évaluation. Sur la base de l’échantillon broyé et pesé,
les résultats sont calculés en appliquant la formule ci-dessous :
où :
X : Teneur en protéine, %
V : Volume de titration de l’échantillon, ml
V0 : Volume de titration du blanc, ml
m : Masse de l’échantillon en g
C : Concentration de l’acide titrant, CHCl mol/l
P : Facteur de conversion de l’azote en protéine (6,25 pour le soja)
Cette formule donne aussi les principaux composants pour calculer le
degré d’incertitude de la mesure, comme l’illustre la figure 1.
Le poids des échantillons est déterminé par pesée différentielle (mgross
- mtare). L’emploi d’une balance électronique calibrée permet d’appliquer les valeurs certifiées du fournisseur aux calculs d’incertitude.
Le volume d’acide titrant est fourni par une burette à piston, il est
affecté par la répétabilité du volume fourni, l’incertitude de la calibration de ce volume et l’incertitude résultant de la différence entre ce
laboratoire et celui où la burette à piston a été calibrée. Il faut en outre
tenir compte de l’incertitude de détection du point de virage (répétabilité et biais).
La normalité de l’acide titrant est affectée par la masse pesée de carbonate de sodium anhydre, utilisée pour titrer l’acide chlorhydrique,
Vol. 32, No 1, 2008
(pour une valeur moyenne de 38,52 % de protéine) peuvent alors être
calculées :
u (V - Vo) = 0.1 /3 = 0.0333
ur (V – V0) = 0.0333 / 38.52 = 0.000864
4.2 Incertitude de la concentration d’acide
Le carbonate de sodium anhydre est utilisé pour titrer l’acide chlorhydrique selon la norme chinoise GB/T 601-2002 (analogue à la méthode
AOAC 936.15) et la concentration de l’acide titrant est calculée comme
suit :
Fig. 1: Diagramme des causes et effets pour la détermination des
protéines
la pureté de ce réactif, l’incertitude de sa masse molaire et le volume
consommé pour neutraliser une certaine quantité d’acide chlorhydrique.
Tous les composants comportent des contributions à l’incertitude par
la répétabilité, qui sont généralement regroupées en une seule contribution pour toute l’expérience.
Les composants étant indépendants, l’incertitude standard peut être
calculée comme suit, incluant un terme pour la contribution globale de
répétabilité :
4. Quantification de l’incertitude de chaque composant
4.1 Incertitude des volumes titrés (erreur d’appareil)
La titration est réalisée automatiquement par le Kjeltec 2300, qui utilise la burette à piston et la détection photométrique du point de virage.
L’incertitude à cette étape a été spécifiée par le fabricant à 0,1 %. En
supposant une distribution normale et un intervalle de confiance de 99,7
% (k=3), l’incertitude standard u et l’incertitude standard relative ur
Vol. 32, No 1, 2008 où :
C : Concentration de l’acide de titration, CHCl mol/l
m : Masse de Na2CO3, mNa2CO3 en g
P : Pureté du Na2CO3, PNa2CO3 en %
V : Volume de titration du HCl, VHCL en ml
M : Masse molaire du Na2CO3, MNa2CO3 en g/mol
Si l’on inclut un terme pour la répétabilité, l’incertitude de la mesure de
concentration de l’acide titrant peut être calculée ainsi :
4.2.1 Incertitude de la masse pesée ur (mNa2CO3)
Une balance électronique est utilisée pour peser le Na2CO3. Voici l’information fournie avec le certificat de la balance :
Erreur max ± 0,2 mg, erreur carrée ± 0,1 mg, erreur de répétabilité ± 0,2
mg. En supposant une distribution normale et un intervalle de confiance
de 99,7 % (k=3), l’incertitude pour une masse pesée serait de
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4.2.2 Incertitude de la pureté ur (PNa2CO3)
La pureté est égale à (100 ± 0,5) %, selon les indications du fournisseur.
En supposant une distribution rectangulaire, k=√3, alors
4.2.3 Incertitude du volume titré ur (VHCl)
4.2.3.1 Influence de l’erreur de calibration de la burette
Une erreur de calibration de 0,05 ml est indiquée dans le certificat. En
supposant une distribution triangulaire, k=√6, alors
Le terme de répétabilité représente une contribution significative à l’incertitude de la concentration d’acide. Dans le calcul de l’incertitude
combinée de la mesure, ce terme peut être exclu, puisqu’il est inclus
dans le terme de répétabilité totale.
4.2.6 L’incertitude relative de la concentration d’acide est alors
4.2.3.2 Influence de la température
En supposant que la température change à ± 5° C, le facteur de gonflement est α = 2,1 × 10-4 / °C, le volume de titration est 40 ml.
En supposant une distribution rectangulaire, k=√3, alors
4.3 Incertitude résultant de la pesée des échantillons
Les échantillons sont pesés au moyen d’une balance électronique. Les
valeurs certifiées sont : Erreur max ± 0,3 mg, erreur carrée ± 0,4 mg,
erreur de répétabilité ± 0,2 mg. En supposant une distribution normale
(k=3) et une masse d’échantillon d’environ 0,2g, on obtient
et la contribution totale à l’incertitude du volume titré
4.2.4 Calcul de la masse molaire et de son incertitude ur (MNa2CO3)
La masse atomique et les incertitudes listées pour les éléments constitutifs du Na2CO3 se trouvent dans les tableaux IUPAC[5].
Elément
Calcul
Résultat
et sans le terme de répétabilité
Incertitude
standard
Na2
2×22.9898
45.9796
0.0000024
C
1×12.0107
12.0107
0.00046
O3
3×15.9994
47.9982
0.00051
Tableau 1: Poids atomique et incertitude de chaque élément constitutif
du Na2CO3
4.4 Répétabilité totale
Les résultats de huit déterminations répétées des protéines figurent au
tableau 3, qui couvre toutes les contributions de la pesée, minéralisation, distillation et titration.
No.
Résultats
No.
Résultats
No.
Résultats
1
38.38
4
38.50
7
38.65
2
38.41
5
38.52
8
38.68
3
38.41
6
38.58
Mean
38.52
Tableau 3 Résultats de mesures du taux de protéine (n=8 %)
4.2.5 Répétabilité ur (rep)
Les résultats de huit calibrations répétées de l’acide titrant figurent au
tableau 2.
5 Calcul de l’incertitude standard combinée
No.
Résultats
No.
Résultats
No.
Résultats
1
0.10480
4
0.10515
7
0.10428
2
0.10470
5
0.10498
8
0.10483
3
0.10483
6
0.10463
Mean
0.10478
Tableau 2 Résultats de calibration de l’acide chlorhydrique standard
(n=8,mol/l)
26
Pour une teneur en protéines de 38.52% :
Vol. 32, No 1, 2008
6 Incertitude élargie
L’incertitude élargie Uc s’obtient en multipliant l’incertitude standard
combinée par un facteur k =2 (niveau de confiance 95 %) :
Uc = 2 × u(X) = 2 × 0.073% = 0.15%
La teneur en protéine est donc (38,52 ± 0,15) %.
UX
CHCl
(V-Vo)
m (sample)
rep
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
u(x) (% protein)
Figure 2: Contributions à l’incertitude de la mesure de protéine
7 Discussion
La figure 2 montre les contributions des différents composants de l’incertitude des mesures de protéine dans le soja à un niveau de 38,5 % de
protéine. Comme on le voit, tous les composants sont importants. La
molarité de l’acide titrant ayant un effet important, la concentration de
l’acide chlorhydrique utilisé pour la titration devrait être mesurée avec
quatre décimales.
Le tableau 4 montre un résumé des valeurs et des incertitudes pour
cette mesure du taux de protéine. A partir de ces informations, on peut
prendre des mesures pour améliorer l’incertitude totale.
Description
Valeur x
u(x)
Incertitude
standard
Incertitude
rel. standard
rep
Répétabilité
1,0
0,00104 %
0,00104
m (échantillon
Poids d’échantillon t
0,2 g
0,18 mg
0,0009
(V-Vo)
volume(s)
titré(s)
8,4 ml
7,3 µl
0,000864
CHCl
concentration
d’acide
0,1048
mol/l
0,103 mmol/l
0,00098
UX
concentration
de protéine
38,52%
0,073%
0,0019
Tableau 4 : Résumé des valeurs et des incertitudes pour la mesure du
taux de protéine.
Références :
[1] ISO/IEC 17025:2005, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland; http://www.iso.org/
iso/store.htm
[2] Eurachem/Citac Guide (2000), Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement, 2nd Ed., S-L-R. Ellison, M. Rosslein, & A. Williams
(Eds), http://www.eurachem.org
[3] APLAC TC 005 Issue No. 3, 12/06 APLAC Interpretation and Guidance on the Estimation of Uncertainty of Measurement in Testing,
http://www.aplac.org/tc_series.html
Vol. 32, No 1, 2008 [4] AOAC International, Official Methods of Analysis, Method N°
936.15
[5] IUPAC Technical reports, http://www.iupac.org/publications/

par Cheng Shuwei, Gu Jinling, Pang Jing
(China Grains & Logistics Corporation Beiliang Co., Ltd., Dalian
116001)
Edité par Jürgen Möller, FOSS ([email protected])
Incertitude de mesure : Approche descendante
L’incertitude élargie de mesure (Ue) est un paramètre qui représente
la distribution des valeurs qui peuvent raisonnablement être attribuées au résultat. Cette incertitude résulte d’une distribution statistique des résultats lors d’un test interlaboratoire et peut donc, dans
une approche « descendante », être caractérisée par l’écart-type expérimental.
L’incertitude est égale à plus ou moins deux fois l’écart-type de
reproductibilité d’une étude collaborative bien conduite.
Exemple:
Pour la validation internationale de la norme mondiale sur les protéines (AOAC 2001,11, EN ISO 5983-2) quatorze échantillons
différents ont été analysés par douze laboratoires différents. Parmi
ces échantillons, le soja était également représenté, avec une teneur
moyenne en protéine brute de 38,8 %. L’écart-type de reproductibilité pour cet échantillon était de 0,4 % de protéine.
L’incertitude élargie de mesure (niveau de confiance 95 %, k = 2)
serait alors Ue = ± 0,8 % de protéine à un niveau de 38,8% de protéine. Ceci peut être considéré comme l’incertitude maximale à prévoir
dans l’application de cette méthode. Dans une validation dans un
même laboratoire, avec une approche « ascendante » et des données
de répétabilité, de meilleures valeurs devraient être obtenues.
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