高氯酸濕消化 -原子熒光光度法測(cè)定飼料中總砷的不確定度評(píng)定

李應(yīng)東 劉耀敏 張鳳枰,2,3

(通威股份有限公司1,成都 610041)

(中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所2,西寧 810001)

(中國(guó)科學(xué)院研究生院3,北京 100049)

高氯酸濕消化 -原子熒光光度法測(cè)定飼料中總砷的不確定度評(píng)定

李應(yīng)東1劉耀敏1張鳳枰1,2,3

(通威股份有限公司1,成都 610041)

(中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所2,西寧 810001)

(中國(guó)科學(xué)院研究生院3,北京 100049)

對(duì)高氯酸濕消化法處理飼料樣品后用原子熒光光度法測(cè)定總砷含量的測(cè)量不確定度進(jìn)行了評(píng)定。通過建立測(cè)量過程中各分量的數(shù)學(xué)模型,分析、識(shí)別了不確定度來源,其測(cè)量不確定度來源于樣品測(cè)試液總體積、樣品稱量、樣品重復(fù)測(cè)定、回收率、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)曲線等因素,估算出各不確定度分量對(duì)測(cè)量不確定度的影響,在對(duì)各不確定度分量進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上,合成得到了測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。結(jié)果表明,樣品重復(fù)測(cè)定和回收率,是影響該方法不確定度的主要因素,從而為采用該方法測(cè)定飼料中總砷含量的質(zhì)量控制提供了理論依據(jù)。

測(cè)量不確定度評(píng)定 高氯酸濕消化 原子熒光光度法 總砷 飼料

高氯酸濕消化法作為樣品處理技術(shù)已在元素分析中得到了廣泛應(yīng)用,但該方法不是飼料中總砷測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法,根據(jù) ISO/IEC 17025:2005《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》和中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì) (CNAS)規(guī)定要求,檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)所采用的非標(biāo)準(zhǔn)方法、實(shí)驗(yàn)室自己設(shè)計(jì)和研制的方法、超出預(yù)定使用范圍的標(biāo)準(zhǔn)方法以及經(jīng)過擴(kuò)展和修改的標(biāo)準(zhǔn)方法,應(yīng)進(jìn)行確認(rèn),其中應(yīng)包括對(duì)測(cè)量不確定度的評(píng)估[1]。國(guó)內(nèi)有關(guān)總砷測(cè)量不確定度評(píng)定公開發(fā)表的論文較多[2-6],而以高氯酸濕消化法處理飼料樣品后以氫化物發(fā)生 -原子熒光光度法測(cè)定總砷含量測(cè)量不確定度評(píng)定,國(guó)內(nèi)未見相關(guān)報(bào)道。通過高氯酸濕消化法對(duì)飼料樣品進(jìn)行前處理、添加適量的鹽酸和硫脲后采用原子熒光光度法測(cè)定總砷含量[7],按照《CNAS-GL06:2006化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》,對(duì)測(cè)量過程中各分量不確定度來源進(jìn)行分析,建立測(cè)量過程中各分量的數(shù)學(xué)模型,估算各不確定度分量對(duì)測(cè)量不確定度的影響,旨在為采用該方法測(cè)定飼料中總砷含量的質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑和材料

AFS-9130型原子熒光光度計(jì),AFS-9x(Ver2 sion6.20)數(shù)據(jù)處理軟件:北京吉天儀器有限公司;砷空心陰極燈:北京有色金屬研究總院;EHD36型電熱消解儀:北京萊伯泰科儀器有限公司;CP224S電子分析天平:德國(guó) Sartorius公司。

飼料:市售;砷單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) (1 000 mg/L,編號(hào) GBW08611):中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;鹽酸、硝酸、高氯酸(均為優(yōu)級(jí)純):四川西隴化工有限公司;硼氫化鉀、氫氧化鉀、硫脲 (均為分析純):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;水為 Milli-Q Gradient去離子水 (電阻18MΩ以上);高純氬氣 (純度大于 99.999%)。

1.2 儀器條件

根據(jù)文獻(xiàn)[8],對(duì)儀器條件進(jìn)行了優(yōu)化,采用的最佳儀器條件見表 1。

表 1 氫化物發(fā)生 -原子熒光光度法測(cè)定儀器工作條件

1.3 測(cè)量方法

根據(jù)文獻(xiàn)[5,7],將飼料樣品粉碎并過 1 mm篩,稱取約 0.5～2.0 g(精確到 0.000 1 g)于 100 mL的玻璃消解管中,加 10 mL硝酸,通風(fēng)櫥中室溫放置2 h,加入高氯酸 2.5 mL,加玻璃蓋,在電熱消解儀升溫至 120℃,消解 1 h,取下玻璃蓋、升溫至 185℃趕酸,直至冒白煙、消解管內(nèi)剩余液體的體積約 1～2 mL時(shí)取出。若消解管中液體呈棕黑色,再加適量硝酸,直至冒白煙、消化液呈無(wú)色透明或略帶黃色,取出冷卻至室溫。加入 5 mL 6 mol/L鹽酸,將消化液轉(zhuǎn)移至 50 mL容量瓶中,再加入 50 g/L硫脲 2.5 mL,用去離子水定容,搖勻,放置 15 min以上,過濾,濾液作為測(cè)試液。

設(shè)定儀器最佳工作條件,點(diǎn)燃原子化器,穩(wěn)定 30 min后開始測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列及樣品熒光強(qiáng)度,外標(biāo)法定量。

2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)估

2.1 數(shù)學(xué)模型

式中:Y為飼料樣品中砷的含量/mg/kg;V為樣品處理后定容總體積 /mL;m為樣品質(zhì)量/g;c為待測(cè)溶液中砷測(cè)定值扣除空白后砷的含量 /μg/mL;1 000為換算系數(shù)。

2.2 不確定度來源分析

按照數(shù)學(xué)模型和測(cè)量方法,分析其不確定度來源有:樣品測(cè)試液總體積產(chǎn)生的不確定度、樣品稱量產(chǎn)生的不確定度、樣品重復(fù)測(cè)定產(chǎn)生的不確定度、回收率 (方法偏差)產(chǎn)生的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)產(chǎn)生的不確定度 (包括砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液產(chǎn)生的不確定度和稀釋過程產(chǎn)生的不確定度)以及最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求樣品濃度產(chǎn)生的不確定度。

2.3 不確定度各分量的計(jì)算

2.3.1 樣品測(cè)試液總體積 V產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vsample)

由以下 3個(gè)分量合成:容量瓶校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度 u(V1),測(cè)試液溫度與校準(zhǔn)溫度產(chǎn)生的不確定度u(V2),定容測(cè)試液至刻度變動(dòng)性產(chǎn)生的不確定度 u(V3),傳播定律為:

2.3.1.1 容量瓶校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度 u(V1)(B類不確定度評(píng)定)

樣品經(jīng)處理后定容至 50 mL(以 50 mLA級(jí)容量瓶定容),經(jīng)校正后 50 mL的 A級(jí)容量瓶最大允許誤差 ±0.05 mL[9],一般認(rèn)為是三角分布[1]。

2.3.1.2 溶液溫度與校準(zhǔn)溫度產(chǎn)生的不確定度 u(V2)(B類不確定度評(píng)定)

A級(jí)容量瓶校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溫度是 20℃,實(shí)驗(yàn)室的溫度變化范圍是 (20±5)℃,該影響引起的不確定度可以通過估算該溫度范圍和體積膨脹系數(shù)來計(jì)算。液體的膨脹系數(shù)明顯的大于容量瓶的體積膨脹,故僅考慮液體的體積膨脹。水的膨脹系數(shù)為 2.1×10-4℃-1,溫度變化取矩形分布[1],k= 3,則溫度引起的不確定度為:

2.3.1.3 定容測(cè)試液至刻度變動(dòng)性產(chǎn)生的不確定度 u(V3)(A類不確定度評(píng)定)

50mL容量瓶充滿樣品測(cè)試液定容,共進(jìn)行 10次重復(fù)測(cè)定,見表 2。

表 2 50 mL容量瓶 10次定容的體積

因?yàn)?u(V1)、u(V2)、u(V3)各自獨(dú)立 ,所以

2.3.2 樣品稱量產(chǎn)生的不確定度 u(msample)(B類不確定度評(píng)定)

據(jù)天平鑒定證書提供的數(shù)據(jù):天平的不確定度為 0.5 mg,由于減量法涉及 2次獨(dú)立的稱量 (約128 0 mg),按均勻分布[1],k= 3,由天平校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度為:

2.3.3 樣品砷含量重復(fù)測(cè)定的不確定度 u(Crep)(A類不確定度評(píng)定)

試驗(yàn)對(duì)飼料樣品 (稱取約 1 280 mg,定容成50 mL)進(jìn)行 10次重復(fù)測(cè)定,結(jié)果見表 3。

表 3 樣品測(cè)試液中砷濃度 c測(cè)定值

質(zhì)量濃度平均值為 7.842 1×10-3μg/mL;單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 u(Crep)=s/n

2.3.4 回收率 (方法偏差)產(chǎn)生的不確定度 u(Rec)(A類不確定度評(píng)定)

分析方法的偏差通常是通過研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或通過加料研究而確定的,可以表示為分析回收率(觀察值除以期望值)。用本方法進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)共 12次,回收率范圍為 86.5%～102.4%,平均回收率為 93.6%,標(biāo)準(zhǔn)偏差 s=0.061 0,見表 4。因濕消化處理后的樣品溶液所剩余高氯酸、硝酸、鹽酸濃度存在一定差異,硝酸過多會(huì)影響 AsH3形成,因而需要趕酸,消化時(shí)伴有氣體釋出,總有少量溶液損失,這可能是導(dǎo)致回收率存在一定誤差的因素。所以在樣品前處理時(shí)應(yīng)特別注意樣品處理時(shí)各項(xiàng)操作盡可能保持一致。

表 4 飼料中砷加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差:

顯著性檢測(cè)是用來確定平均回收率是否與 1.0有顯著性差異。用 t-檢驗(yàn) (σ未知)確定加標(biāo)平均回收率與 1.0有無(wú)顯著性差異,設(shè)顯著水平為α=0.05,t1-0.05(n-1)=1.796(n=12)

因此Rec與 1.0有顯著差異,必須考慮由方法引起的不確定度,回收率相對(duì)不確定度:

2.3.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)產(chǎn)生的不確定度 u(sta)

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)產(chǎn)生的不確定度包括砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液本身產(chǎn)生的不確定度 u(Cs0)、稀釋過程產(chǎn)生的不確定度 u(ds),傳播定律為:

2.3.5.1 砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液產(chǎn)生的不確定度分項(xiàng) u(Cs0)(B類不確定度評(píng)定)

1 000μg/mL砷標(biāo)準(zhǔn)溶液由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提供,為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) CRM,編號(hào)為 GBW086 11,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書上給出的擴(kuò)展不確定度為 1μg/mL。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度定值的不確定度分布服從正態(tài)分布,假設(shè)置信水平 p=95%,包含因子 k=2,根據(jù) CNAS-GL06:2006附錄 E,砷標(biāo)準(zhǔn)溶液相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

2.3.5.2 稀釋過程產(chǎn)生的不確定度 u(ds)(B類不確定度評(píng)定)

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋過程產(chǎn)生的不確定度主要包括:玻璃量具體積校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度、溶液溫度與校正溫度不同產(chǎn)生的不確定度。標(biāo)準(zhǔn)溶液由 1 000 μg/mL稀釋成 0.05μg/mL過程中,分別以 10 mL單標(biāo)線吸量管 (A級(jí))和 100 mL單標(biāo)線容量瓶 (A級(jí))各一支稀釋成 100、10、1μg/mL,最后再以 1支 5 mL單標(biāo)線吸量管 (A級(jí))和 1支 100 mL單標(biāo)線容量瓶(A級(jí))稀釋成 0.05μg/mL。

砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋過程使用的玻璃量具體積校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度一般認(rèn)為是三角分布;溶液溫度與校正溫度不同產(chǎn)生的不確定度,取矩形分布,k=3,參照 2.3.1.2,標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋過程中產(chǎn)生的不確定度,見表 5。

表 5 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋過程中產(chǎn)生的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋過程產(chǎn)生的相對(duì)不確定度為:urel(ds)=

所以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)產(chǎn)生的相對(duì)不確定度

2.3.6 最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線求樣品濃度產(chǎn)生的不確定度 u(C0)(A類不確定度評(píng)定)

由標(biāo)準(zhǔn)系列 0.00、0.005、0.010、0.020、0.040、0.050μg/mL繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,每個(gè)濃度用 AFS-9130型原子熒光光度計(jì)分別測(cè)定熒光值 3次 (儀器軟件自動(dòng)扣除標(biāo)準(zhǔn)空白熒光值,標(biāo)準(zhǔn)空白始終為零),其測(cè)量數(shù)據(jù)見表 6。

表 6 砷標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度 c和相應(yīng)的熒光值 y

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),用最小二乘法進(jìn)行擬合求出一元回歸方程和相關(guān)系數(shù):

y=a+b×c(a為截距,b為斜率),其中 a=-8.115 6,b=314 47,相關(guān)系數(shù) r=0.999 9。

對(duì)樣品重復(fù)測(cè)定 10次,其平均熒光值為 238.49,代入直線方程得到樣品質(zhì)量濃度 c=7.842 1×10-3μg/mL,則最小二乘法擬合校準(zhǔn)曲線得出 C0時(shí)所產(chǎn)生的不確定度:

式中:S為標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度的殘差的標(biāo)準(zhǔn)偏差;-c 為標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均濃度;n為標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量次數(shù);p為樣品的測(cè)量次數(shù);Scc為標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度殘差的平方和。

代入數(shù)據(jù),其中

式中:b=314 47;a=-8.115 6;c=0.020 8 μg/mL;n=18;p=10。

2.4 計(jì)算相對(duì)合成不確定度

2.5 計(jì)算相對(duì)擴(kuò)展不確定度

不確定度各分量按正態(tài)分布處理,取 k=2,置信水平 p=95%,則

2.6 測(cè)量不確定度報(bào)告

飼料中砷的含量檢測(cè)結(jié)果為:

相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel=4.6%,也可表示為:

Y=0.31±(0.31×4.6%)=(0.31±0.01)mg/kg。

3 結(jié)論

高氯酸濕消化原子熒光光度法測(cè)定飼料中砷的不確定度來源為樣品測(cè)試液總體積、樣品稱量、樣品重復(fù)測(cè)定、回收率、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)曲線等,由各不確定度分量的計(jì)算可知,其主要來源是重復(fù)測(cè)定和回收率 (方法偏差)產(chǎn)生的不確定度,而其中回收率不確定度對(duì)測(cè)量不確定度貢獻(xiàn)最大,提示分析人員在采用非標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定飼料中砷含量時(shí),應(yīng)該特別注意回收率的控制。

[1]中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL06化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南[S],2006

[2]梁志國(guó),孟曉風(fēng).擬合測(cè)量正弦信號(hào)頻率的不確定度[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2009,30(4)

[3]劉洪濤,周枝鳳,沈梅,等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定醬油中鉛和總砷含量的不確定度評(píng)定[J].廣東微量元素科學(xué),2008,15(9)

[4]方躍強(qiáng),馬冰潔,徐群英,等.氫化物原子熒光法測(cè)定生活飲用水中砷的不確定度評(píng)定 [J],中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2008,18(3)

[5]張靜,彭新然,王向軍.原子熒光光譜法測(cè)定肉類罐頭中總砷含量不確定度的評(píng)定 [J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(23)

[6]朱華興,吳超,鄭洪濤,等.氫化物發(fā)生一原子熒光法測(cè)定液態(tài)奶中總砷含量的不確定度評(píng)定[J].福建分析測(cè)試,2009,18(4)

[7]李應(yīng)東,楊發(fā)樹,張鳳枰,等.高氯酸濕消化法處理飼料樣品后測(cè)定鉛、砷和鎘含量[J].飼料研究,2009,7:28-31

[8]劉明鐘主編.原子熒光應(yīng)用手冊(cè).北京吉天儀器有限公司出版社[M],2005

[9]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG196—2006常用玻璃量器檢定規(guī)程[S],2007.

Uncertainty Evaluation ofDeter mination of TotalArsenic in Feeds byAtomic Fluorescence Spectrometry after Perchloric AcidWetDigestion

Li Yingdong1Liu Yaomin1Zhang Fengping1,2,3
(Tongwei Co.,Ltd1.,Chengdu 610041)
(Northwest Plateau Institute ofBiology,Chinese Academy of Sciences2,Xining 810001)
(Graduate University of the Chinese Academy of Sciences3,Beijing 100049)

To evaluate themeasurement uncertainty for deter mination of total arsenic in feeds by hydride genera2 tion-atomic fluorescence spectrometry after perchloric acid wet digestion treat ment,the mathematical model of each component in the process ofmeasurementwas established.The main sources of uncertaintywere analyzed and identi2 fied.The sources of uncertainty in the measurement processwere the total volume of samples test liquid,sample weig2 hing,repetitive testof samples,spike recovery,reference materials and standard curves.The impactof every uncertain2 ty component for the measurement uncertainty was esti mated.Based on the quantitative analysis of every source,the relative standard uncertainty ofmeasurement resultwas obtained.Results:The evaluation indicates thatmajor sources of uncertainty are repetitive test and recovery of samples.This evaluation provides a theoretical basis for the quality control of total arsenic content determination in feeds.

measurement uncertainty evaluation,perchloric acidwet digestio,atomic fluorescence spectrometry,total arsenic,feeds

S816.2

A

1003-0174(2011)02-0115-05

2010-03-01

李應(yīng)東,男,1972年出生,工程師,食品質(zhì)量安全檢測(cè)

張鳳枰,男,1972年出生,工程師,博士,天然藥物化學(xué)