Study of uncertainty evaluation in determination of ultimate aerobic biodegradability of degradable materials under controlled composting conditions

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.09.019

Abstract

Abstract:

There is no relevant literature report about the evaluation of uncertainty in degradation performance test of degradable plastic. A measurement uncertainty of the ultimate aerobic biodegradability of materials was evaluated under controlled composting conditions of D_t. After the normalization and visualization of uncertainty components according to the combination， the main uncertainty components of f_{repeatability of test group}， f_{repeatability of blank group}， M_C round， f_{repeatability of TC}， and m_TC were confirmed. The main uncertainty components of the three A⁃class uncertainties of f_{repeatability of test group}， f_{repeatability of blank group}and_{f_{repeatability of TC} were concentrated after the optimization， and the other uncertainty components could be ignored. The standard uncertainty of D_t could be calculated quickly by three A⁃class uncertainties after simplification. This concluded more than 90 % of the u_c （D_t） by holistic computation and provided the example for the evaluation of the uncertainty in degradation performance test of degradable plastic.}

Key words: degradable plastic, degradation performance, controlled composting conditions, percentage biodegradation, uncertainty

CLC Number:

TQ320.77

LIN Jianhui, LU Jiahui, WU Xinying, FAN Xueying, DENG Guirong, GAO Liang, MEI Chengfang, YANG Yonggang. Study of uncertainty evaluation in determination of ultimate aerobic biodegradability of degradable materials under controlled composting conditions[J]. China Plastics, 2022, 36(9): 140-147.

Figures/Tables 8

不确定度分量符号	含义	值	标准不确定度	相对标准不确定度
C_TC	总碳绝对含量	7 860 μg	76.75 μg	9.77×10^-3
m_TC	总碳含量测定试验材料称样量	15.8 mg	0.408 mg	2.59×10^-2
f_TC重复性	试验材料的均匀性、称量过程、分析过程以及基体等影响	49.87 %	1.16 %	2.33×10^-2
r_TC	试验材料总碳含量	49.87 %	1.81 %	3.62×10^-2
C_TIC	总无机碳绝对含量	412.6 μg	15.0 μg	3.64×10^-2
m_TIC	总无机碳含量测定试验材料称样量	18.26 mg	0.408 mg	2.24×10^-2
f_TIC重复性	试验材料的均匀性、称量过程、分析过程以及基体等影响	2.26 %	0.266 %	0.118
r_TIC	试验材料总无机碳含量	2.26 %	0.283 %	0.125
r_TOC	试验材料总有机碳含量	47.6 %	1.83 %	3.84×10^-2
W_dm	试验材料总干固体含量	99.5 %	0.029 5 %	2.97×10^-4
C_TOT	试验材料中总有机碳与总干固体的比	47.8 g/g	1.84 g/g	3.84×10^-2

Tab.1. Uncertainty components of total organic carbon

不确定度分量符号	定义	值	标准不确定度	相对标准不确定度
c	标准滴定溶液浓度平均值（A类标准不确定度分量）	0.515 4 mg/L	7.46×10^-5 mg/L	1.45×10^-4
w	工作基准试剂碳酸钠的质量分数	100 %	0.029 %	2.89×10^-4
M	工作基准试剂碳酸钠的1/2摩尔质量	52.994 g/mol	6.75×10^-3 g/mol	1.27×10^-4
$c ¯$	标准滴定溶液浓度平均值（B类合成标准不确定度分量）	0.515 4 mg/L	4.57×10^-4 mg/L	8.88×10^-4
C_HCl	标准滴定溶液浓度平均值（合成标准不确定度）	0.515 4 mg/L	4.63×10^-4 mg/L	8.99×10^-4

不确定度分量符号	定义	值	标准不确定度	相对标准不确定度
c	标准滴定溶液浓度平均值（A类标准不确定度分量）	0.515 4 mg/L	7.46×10^-5 mg/L	1.45×10^-4
w	工作基准试剂碳酸钠的质量分数	100 %	0.029 %	2.89×10^-4
M	工作基准试剂碳酸钠的1/2摩尔质量	52.994 g/mol	6.75×10^-3 g/mol	1.27×10^-4
$c ¯$	标准滴定溶液浓度平均值（B类合成标准不确定度分量）	0.515 4 mg/L	4.57×10^-4 mg/L	8.88×10^-4
C_HCl	标准滴定溶液浓度平均值（合成标准不确定度）	0.515 4 mg/L	4.63×10^-4 mg/L	8.99×10^-4

Tab. 2. Uncertainty components of hydrochloric acid standard solution

不确定度分量符号	定义	值/g	标准不确定度/g	相对标准不确定度/g
$R c ¯$	试验材料组CO₂累积量平均值	146.96	0.202	1.37×10^-3
f_{试验组重复性}	试验材料组重复性	146.96	1.94	1.32×10^-2
$R c$	试验材料组CO₂的累计量的合成标准不确定度及相对标准不确定度	146.96	1.95	1.32×10^-2
$R c ⁃ B ¯$	空白材料组CO₂累积量平均值	62.00	0.172	2.78×10^-3
f_{空白组重复性}	空白试验组重复性	62.00	1.85	2.98×10^-2
$R c ⁃ B$	空白试验组CO₂的累计量的合成标准不确定度及相对标准不确定度	62.00	1.85	2.99×10^-2

不确定度分量符号	定义	值/g	标准不确定度/g	相对标准不确定度/g
$R c ¯$	试验材料组CO₂累积量平均值	146.96	0.202	1.37×10^-3
f_{试验组重复性}	试验材料组重复性	146.96	1.94	1.32×10^-2
$R c$	试验材料组CO₂的累计量的合成标准不确定度及相对标准不确定度	146.96	1.95	1.32×10^-2
$R c ⁃ B ¯$	空白材料组CO₂累积量平均值	62.00	0.172	2.78×10^-3
f_{空白组重复性}	空白试验组重复性	62.00	1.85	2.98×10^-2
$R c ⁃ B$	空白试验组CO₂的累计量的合成标准不确定度及相对标准不确定度	62.00	1.85	2.99×10^-2

Tab.3. Uncertainty of the cumulative amount of CO2

不确定度分量符号	定义	值	标准不确定度	相对标准不确定度
$R t$	试验材料产生的CO₂理论释放量	105.16 g	4.87 g	4.63×10^-2
$R c$	试验材料组CO₂的累计量	146.96 g	1.95 g	1.32×10^-2
$R c ⁃ B$	空白试验组CO₂的累计量	62.00 g	1.85 g	2.99×10^-2
$R c$ - $R c ⁃ B$	CO₂的累计量差值	84.96 g	2.69 g	3.16×10^-2
D_t	试验材料生物降解百分率	80.8 %	4.5 %	5.61×10^-2

不确定度分量符号	定义	值	标准不确定度	相对标准不确定度
$R t$	试验材料产生的CO₂理论释放量	105.16 g	4.87 g	4.63×10^-2
$R c$	试验材料组CO₂的累计量	146.96 g	1.95 g	1.32×10^-2
$R c ⁃ B$	空白试验组CO₂的累计量	62.00 g	1.85 g	2.99×10^-2
$R c$ - $R c ⁃ B$	CO₂的累计量差值	84.96 g	2.69 g	3.16×10^-2
D_t	试验材料生物降解百分率	80.8 %	4.5 %	5.61×10^-2

Tab.4. Uncertainty components of the percentage biodegradation

Fig.1. Proportion of uncertainty component of Dt

m_TC=15.8 mg

M_C=12 g/mol

$M C O 2$ =44 g/mol

D_t=80.8 %

u（m_TC）=0.408 mg

u（M_C）=0.289 g/mol

u（ $M C O 2$ ）=0.289 g/mol

u_c （D_t）=4.5 %

u_rel（m_TC）=2.59×10^-2

u_rel（M_C）=2.41×10^-2

u_rel（ $M C O 2$ ）=6.56×10^-3

u_crel（D_t）=5.61×10^-2

优化后

m_TC=40.00 mg

M_C=12.017 g/mol

$M C O 2$ =44.016 g/mol

D_t=80.8 %

u（m_TC）=0.408 mg

u（M_C）=8.00×10^–3 g/mol

u（ $M C O 2$ ）=8.01×10^–3g/mol

u_c （D_t）=3.5 %

u_rel（m_TC）=1.02×10^-2

u_rel（M_C）=6.66×10^-4

u_rel（ $M C O 2$ ）=1.82×10^-4

u_crel（D_t）=4.29×10^-2

优化前后

实验数据

标准不确定度

相对标准不确定度

原结果

m_TC=15.8 mg

M_C=12 g/mol

$M C O 2$ =44 g/mol

D_t=80.8 %

u（m_TC）=0.408 mg

u（M_C）=0.289 g/mol

u（ $M C O 2$ ）=0.289 g/mol

u_c （D_t）=4.5 %

u_rel（m_TC）=2.59×10^-2

u_rel（M_C）=2.41×10^-2

u_rel（ $M C O 2$ ）=6.56×10^-3

u_crel（D_t）=5.61×10^-2

优化后

m_TC=40.00 mg

M_C=12.017 g/mol

$M C O 2$ =44.016 g/mol

D_t=80.8 %

u（m_TC）=0.408 mg

u（M_C）=8.00×10^–3 g/mol

u（ $M C O 2$ ）=8.01×10^–3g/mol

u_c （D_t）=3.5 %

u_rel（m_TC）=1.02×10^-2

u_rel（M_C）=6.66×10^-4

u_rel（ $M C O 2$ ）=1.82×10^-4

u_crel（D_t）=4.29×10^-2

Tab. 5. uc（Dt） and ucrel（Dt） before and after optimization

Fig.2. Proportion of uncertainty component of Dt after optimization

简化前后	D_t/%	u_c（D_t）/%	u_crel（D_t）	U_c（D_t）（k=2）/%
简化前	80.8	3.5	4.29×10^-2	7.0
简化后	80.8	3.2	3.98×10^-2	6.4

Tab.6. uc（Dt）， ucrel（Dt） and U（Dt） before and after simplification

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