Sources of Uncertainty and Influencing Factors in the Analysis of Volatile Components in Blood Using Headspace Gas Chromatography

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2024.340310

Abstract

Abstract:

Objective To use uncertainty as an indicator to evaluate the main factors affecting data quality in the quantitative analysis of 12 volatile components in blood, including ethanol and toluene, and to assess the impact of different quality parameters, such as different hardware platforms on analytical results. Methods Two established headspace gas chromatography platforms were used following the method specified in Examination Methods for Ethanol, Methanol, n-Propanol, Acetone, Isopropanol and n-Butanol in Blood and Urine （GB/T 42430—2023） for analysis. According to the requirements of Guidance on Quantifying Uncertainty in Chemical Analysis （CNAS-GL006：2019） and Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement （JJF 1059.1—2012）, the uncertainty of the whole process of 12 volatile components quantitative analysis such as ethanol and toluene in blood was calculated. The differences of individual uncertainty components and the same uncertainty components across different hardware platforms were compared sequentially, and the results were verified by quantitative analysis of actual samples. Results There was no significant difference in the uncertainty components of quantitative analysis of 12 volatile components, whether it was a hardware platform composed of domestic or imported instruments. Among them, the relative standard uncertainty of type A introduced by repeatability tests and analysts ranged from 2.81×10^-3 to 9.28×10^-3; the type B relative combined standard uncertainties introduced by the standard solution and internal standard solution were 5.65×10^-3 to 1.15×10^-2, 4.85×10^-3, respectively, the type B relative standard uncertainties introduced by the calibration curve and equipment were 1.45×10^-2 to 2.47×10^-2 and 5.00×10^-3, respectively. The overall relative combined standard uncertainty of each component ranged from 1.74×10^-2 to 3.07×10^-2. Conclusion In the analysis of 12 volatile components in blood, including ethanol and toluene, calibration curve fitting is the dominant source of uncertainty. Reasonable parallel operation can effectively control the uncertainty. The selection of different hardware platforms and other quality parameters does not significantly affect the quantitative results of 12 volatile components in blood.

Key words: forensic medicine, toxicological analysis, volatile substances, uncertainty, calibration curve fitting, gas chromatograph, data quality

CLC Number:

Qiong-ying ZHENG, Xue-yi FENG, Hong-xiao DENG, Jia-xin YU, Wen-jia DUAN, Zheng QIAO, Xin WANG, Wei LIU, Ke-ming YUN, Hang CHEN, Ping XIANG. Sources of Uncertainty and Influencing Factors in the Analysis of Volatile Components in Blood Using Headspace Gas Chromatography[J]. Journal of Forensic Medicine, 2025, 41(6): 574-584.

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Figures/Tables 7

Fig. 1 Analysis diagram of uncertainty sources

Tab. 1 The mean values of repeatability test， type A standard uncertainty andtype A relative standard uncertainty for 12 volatile components

成分	硬件条件1			硬件条件2			不同硬件条件间相对标准不确度差值的绝对值
成分	平均值^1）	标准不确定度^1）	相对标准不确定度	平均值^1）	标准不确定度^1）	相对标准不确定度	不同硬件条件间相对标准不确度差值的绝对值
甲醇	0.788	3.73×10^-3	4.73×10^-3	0.796	3.72×10^-3	4.68×10^-3	5.00×10^-5
乙醇	0.772	2.77×10^-3	3.59×10^-3	0.793	3.99×10^-3	5.03×10^-3	1.44×10^-3
异丙醇	0.768	2.15×10^-3	2.81×10^-3	0.795	2.33×10^-3	2.93×10^-3	1.20×10^-4
丙酮	0.790	2.60×10^-3	3.29×10^-3	0.791	4.11×10^-3	5.20×10^-3	1.91×10^-3
正丙醇	0.778	3.26×10^-3	4.19×10^-3	0.794	3.96×10^-3	4.99×10^-3	8.00×10^-4
异丁醇	0.775	2.78×10^-3	3.58×10^-3	0.796	7.38×10^-3	9.28×10^-3	5.70×10^-3
正丁醇	0.783	3.37×10^-3	4.30×10^-3	0.790	5.58×10^-3	7.06×10^-3	2.76×10^-3
苯	5.005	2.45×10^-2	4.89×10^-3	4.927	2.40×10^-3	4.87×10^-3	2.00×10^-5
甲苯	4.889	1.41×10^-2	2.88×10^-3	4.903	2.17×10^-2	4.42×10^-3	1.54×10^-3
对二甲苯	4.893	3.20×10^-2	6.54×10^-3	4.862	3.64×10^-2	7.50×10^-3	9.60×10^-4
间二甲苯	4.951	1.92×10^-2	3.88×10^-3	4.922	1.97×10^-2	4.00×10^-3	1.20×10^-4
邻二甲苯	4.776	2.53×10^-2	5.30×10^-3	4.839	1.77×10^-2	3.66×10^-3	1.64×10^-3

Tab. 2 The relative standard uncertainties introduced by the standard solutions of 12 volatile components

成分	相对标准不确定度	成分	相对标准不确定度	成分	相对标准不确定度
甲醇	2.99×10^-3	正丙醇	2.50×10^-3	甲苯	1.00×10^-2
乙醇	2.49×10^-3	异丁醇	2.50×10^-3	对二甲苯	2.50×10^-3
异丙醇	3.00×10^-3	正丁醇	2.50×10^-3	间二甲苯	2.50×10^-3
丙酮	3.00×10^-3	苯	2.50×10^-3	邻二甲苯	2.50×10^-3

Tab. 3 The relative combined standard uncertainties introduced by the preparation ofmixed standard solutions for 12 volatile components

成分	相对合成标准不确定度	成分	相对合成标准不确定度	成分	相对合成标准不确定度
甲醇	5.89×10^-3	正丙醇	5.65×10^-3	甲苯	1.15×10^-2
乙醇	5.65×10^-3	异丁醇	5.65×10^-3	对二甲苯	6.34×10^-3
异丙醇	5.90×10^-3	正丁醇	5.65×10^-3	间二甲苯	7.11×10^-3
丙酮	5.90×10^-3	苯	6.34×10^-3	邻二甲苯	7.10×10^-3

Tab. 4 The standard uncertainties and relative standard uncertainties introduced by calibration curve fitting

成分	硬件条件1		硬件条件2
成分	标准不确定度^1）	相对标准不确定度	标准不确定度^1）	相对标准不确定度
甲醇	1.46×10^-2	1.86×10^-2	1.94×10^-2	2.44×10^-2
乙醇	1.65×10^-2	2.14×10^-2	1.82×10^-2	2.30×10^-2
异丙醇	1.44×10^-2	1.88×10^-2	1.29×10^-2	1.63×10^-2
丙酮	1.15×10^-2	1.45×10^-2	1.49×10^-2	1.88×10^-2
正丙醇	1.92×10^-2	2.47×10^-2	1.28×10^-2	1.61×10^-2
异丁醇	1.44×10^-2	1.86×10^-2	1.74×10^-2	2.19×10^-2
正丁醇	1.24×10^-2	1.59×10^-2	1.56×10^-2	1.97×10^-2
苯	7.71×10^-2	1.54×10^-2	8.33×10^-2	1.69×10^-2
甲苯	1.00×10^-1	2.05×10^-2	9.36×10^-2	1.91×10^-2
对二甲苯	1.19×10^-1	2.43×10^-2	8.61×10^-2	1.77×10^-2
间二甲苯	8.02×10^-2	1.62×10^-2	9.60×10^-2	1.95×10^-2
邻二甲苯	9.12×10^-2	1.91×10^-2	1.16×10^-2	2.39×10^-2

Tab. 5 The relative combined standard uncertainties of 12 volatile components under two hardware conditions

成分	硬件条件1	硬件条件2	不同硬件条件间相对合成标准不确度差值的绝对值
甲醇	2.12×10^-2	2.65×10^-2	5.30×10^-3
乙醇	2.35×10^-2	2.52×10^-2	1.70×10^-3
异丙醇	2.11×10^-2	1.89×10^-2	2.20×10^-3
丙酮	1.74×10^-2	2.15×10^-2	4.10×10^-3
正丙醇	2.66×10^-2	1.91×10^-2	7.50×10^-3
异丁醇	2.09×10^-2	2.54×10^-2	4.50×10^-3
正丁醇	1.87×10^-2	2.28×10^-2	4.10×10^-3
苯	1.87×10^-2	1.99×10^-2	1.20×10^-3
甲苯	2.47×10^-2	2.38×10^-2	0.90×10^-3
对二甲苯	2.69×10^-2	2.14×10^-2	5.50×10^-3
间二甲苯	1.94×10^-2	3.07×10^-2	1.13×10^-2
邻二甲苯	2.22×10^-2	2.61×10^-2	3.90×10^-3

Tab. 6 The test results of five samples under two hardware conditions

样品	硬件条件1				硬件条件2
样品	被检出的成分	扩展不确定度^1）	检测结果^2）/ （ $x ¯$ ±s）	相对相差/ %	被检出的成分	扩展不确定度^1）	检测结果^2）/ （ $x ¯$ ±s）	相对相差/ %
1	乙醇	0.06	1.20±0.06	2.60	乙醇	0.06	1.20±0.06	2.50
2	乙醇	0.04	0.78±0.04	2.00	乙醇	0.04	0.79±0.04	2.20
3	甲醇	0.04	0.83±0.04	1.10	甲醇	0.05	0.87±0.05	3.10
	乙醇	0.02	0.48±0.02	0.40	乙醇	0.03	0.52±0.03	1.70
	丙酮	-	-	-	丙酮	-	-	-
4	甲醇	0.03	0.78±0.03	0.58	甲醇	0.04	0.83±0.04	2.80
4	乙醇	0.01	0.20±0.01	0.24	乙醇	0.01	0.24±0.01	0.16
5	甲醇	0.01	0.30±0.01	0.34	甲醇	0.02	0.32±0.02	4.50
	对二甲苯	1.10	20.10±1.10	3.50	对二甲苯	0.81	18.90±0.81	2.40
	间二甲苯^3）	3.40	87.10±3.40	0.15	间二甲苯^3）	5.30	86.50±5.30	1.10
	邻二甲苯	1.80	39.80±1.80	3.60	邻二甲苯	2.10	40.00±2.10	0.17
	二氯甲烷	/	/	/	二氯甲烷	/	/	/
	乙酸乙酯	/	/	/	乙酸乙酯	/	/	/

Tab. 6 The test results of five samples under two hardware conditions

样品	硬件条件1				硬件条件2
样品	被检出的成分	扩展不确定度^1）	检测结果^2）/ （ $x ¯$ ±s）	相对相差/ %	被检出的成分	扩展不确定度^1）	检测结果^2）/ （ $x ¯$ ±s）	相对相差/ %
1	乙醇	0.06	1.20±0.06	2.60	乙醇	0.06	1.20±0.06	2.50
2	乙醇	0.04	0.78±0.04	2.00	乙醇	0.04	0.79±0.04	2.20
3	甲醇	0.04	0.83±0.04	1.10	甲醇	0.05	0.87±0.05	3.10
	乙醇	0.02	0.48±0.02	0.40	乙醇	0.03	0.52±0.03	1.70
	丙酮	-	-	-	丙酮	-	-	-
4	甲醇	0.03	0.78±0.03	0.58	甲醇	0.04	0.83±0.04	2.80
4	乙醇	0.01	0.20±0.01	0.24	乙醇	0.01	0.24±0.01	0.16
5	甲醇	0.01	0.30±0.01	0.34	甲醇	0.02	0.32±0.02	4.50
	对二甲苯	1.10	20.10±1.10	3.50	对二甲苯	0.81	18.90±0.81	2.40
	间二甲苯^3）	3.40	87.10±3.40	0.15	间二甲苯^3）	5.30	86.50±5.30	1.10
	邻二甲苯	1.80	39.80±1.80	3.60	邻二甲苯	2.10	40.00±2.10	0.17
	二氯甲烷	/	/	/	二氯甲烷	/	/	/
	乙酸乙酯	/	/	/	乙酸乙酯	/	/	/

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