石墨爐原子吸收法測定乳粉中鉻的不確定度

曾朝懿，唐潔，車振明

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都 610039）

石墨爐原子吸收法測定乳粉中鉻的不確定度

曾朝懿，唐潔*，車振明

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都 610039）

摘 要：采用石墨爐原子吸收分光光度法測定乳粉中鉻元素含量，探討了兩種不同的前處理方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，并對檢測過程中的不確定度的主要因素進(jìn)行了來源分析和計(jì)算。結(jié)果表明，干法灰化較微波消解處理樣品的檢測精密度更高，試驗(yàn)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好。在最優(yōu)測定條件下，乳粉中鉻元素含量的擴(kuò)展不確定度U95=0.016 04 μg/mL（K=2），影響乳粉中鉻含量測定的不確定度主要因素是由標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制和樣品測量重復(fù)性引入的不確定度產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：石墨爐原子吸收分光光度法；乳制品；鉻；干法灰化；微波消解；不確定度

牛乳中含有微量的鉻，主要來源于草原或飼料[1]；在加工環(huán)節(jié)中也會(huì)帶來一定量的鉻污染。鉻常以三價(jià)和六價(jià)的形式存在于食品中，三價(jià)鉻是人體必須的微量元素，而六價(jià)鉻具有較強(qiáng)毒性，在人體內(nèi)過量積累會(huì)致癌、致畸。違規(guī)在乳制品中添加皮革水解蛋白粉以提高乳制品中蛋白質(zhì)含量的事件常有發(fā)生[1-2]，而皮革水解蛋白粉中含有大量的鉻，將直接導(dǎo)致乳制品中的鉻含量超標(biāo)，引發(fā)食品安全問題?！禛B/T2762-2005》中規(guī)定乳粉中鉻含量不得超過2.0 mg/kg[3]；在實(shí)際檢測時(shí)，添加了皮革水解蛋白粉的乳粉樣品中，鉻含量超標(biāo)或在限量附近的情況時(shí)常發(fā)生。測量不確定度是表征合理地賦予被測量值的分散性，它是判定測量結(jié)果質(zhì)量的依據(jù)[4]。測量結(jié)果的可能性很大程度取決于其不確定度的大小[5]。因此本研究通過對乳粉干法灰化和微波消解兩種不同前處理方法的比較，確定最佳的樣品處理及測定條件，對乳粉中的鉻含量進(jìn)行檢測并對鉻含量測量的不確定度進(jìn)行評定。為乳制品中微量鉻元素的測定方法及檢測不確定度評價(jià)提供研究數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

1.1 儀器

AA-6800型石墨爐原子吸收分光光度計(jì)：日本島津；鉻空心陰極燈：北京同立；MDS-6微波消解爐：上海新儀；馬弗爐：上海意豐。

1.2 試劑

濃硝酸（優(yōu)級純）、過氧化氫（優(yōu)級純）、超純水、鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL）購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品的前處理

2.1.1 干法灰化

準(zhǔn)確稱取5.00 g乳粉樣品于50 mL瓷坩堝中，放入程序升溫高溫爐，設(shè)置10℃/min的升溫速率，炭化溫度至300℃，保持2 h，然后以相同升溫速率升至550℃保持4h進(jìn)行灰化。至完全灰化后取出冷卻，加入15 mL 80%的濃硝酸在電爐上加熱溶解殘?jiān)?，過濾后全部移入50 mL容量瓶，用超純水定容至刻度，搖勻，待用。以相同方法分別處理試劑空白和樣品空白液[2]。

2.1.2 微波消解

準(zhǔn)確稱取0.50 g乳粉樣品于微波消解罐中，加入10 mL濃硝酸預(yù)處理30 min后補(bǔ)加2 mL濃硝酸，1 mL過氧化氫，蓋好內(nèi)蓋，旋緊外蓋，放入微波消解裝置中，將預(yù)先設(shè)好的程序進(jìn)行升溫消化，消化完成后，取出消化罐。冷卻后將消化罐中的溶液轉(zhuǎn)移至25 mL的具塞刻度試管中，在沸水浴中加熱，再加10 mL超純水進(jìn)一步驅(qū)酸，然后定容至25 mL，即為試樣，以相同方法分別處理試劑空白和樣品空白[6]。

2.2 測定條件

石墨爐原子吸收的鉻空心陰極燈測定條件：波長為357.9 nm，狹縫寬度為0.5 nm，燈電流為6 mA，背景校正為塞曼效應(yīng)，點(diǎn)燈方式為D2背景，檢測信號為峰高，氣體類型為氬氣，進(jìn)樣量為10 μL，測定標(biāo)準(zhǔn)工作溶液及試樣的吸光值。繪制吸光值與標(biāo)準(zhǔn)品溶液質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線并代入該曲線求得乳粉中鉻的含量。石墨爐升溫程序[7]如表1所示。

表1 石墨爐升溫程序Table 1 Graphite furnace temperature program

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

配制鉻標(biāo)準(zhǔn)濃度梯度為 0.002、0.016、0.040、0.080、0.320 μg/mL，以吸光值為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)繪制曲線。根據(jù)擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得回歸方程為y=0.406xi+0.006，相關(guān)系數(shù)為0.999 1。

2.4 不確定度分析

2.4.1 數(shù)學(xué)模型[8]

經(jīng)過對鉻元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的測定，繪制了標(biāo)準(zhǔn)曲線。測量樣品時(shí)，只需將未知溶液自動(dòng)進(jìn)樣。即可從系統(tǒng)中讀出其濃度值。故數(shù)學(xué)模型為：

式中：x為被測溶液的濃度讀出值；y為被測溶液的濃度測定結(jié)果。

2.4.2 不確定度來源分析

采用石墨爐原子吸收分光光度法測定乳粉中的鉻元素，測定結(jié)果的不確定度主要來自校準(zhǔn)曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至使用液，包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)本身，移液、定容、重復(fù)測量樣品及測量儀器示值誤差等因素引起的相對不確定度，根據(jù)不確定度的傳遞規(guī)律[8-9]，其不確定度可由下式計(jì)算：

式中：u1為校準(zhǔn)曲線擬合的不確定度；u2為測定樣品濃度時(shí)重復(fù)性引起引入的不確定度；u3為由標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度；u4為分析儀器引入的不確定度。

3 結(jié)果與分析

3.1 消化方法的選擇

分別用干法灰化和微波消解兩種方法處理乳粉樣品，在石墨爐原子吸收的鉻空心陰極燈測定參數(shù)條件下，利用鉻溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定樣品中相應(yīng)的鉻含量，重復(fù)3次。測定結(jié)果如表2所示。

表2 不同處理方法的乳粉中鉻含量的平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 2 Different treatment method of chromium content in milk of average value and standard deviation μg/mL

從表2數(shù)據(jù)可知：由于受微波消解罐容量限制，微波消解處理樣品的量很少，測定結(jié)果鉻含量也較小，偏離平均值較遠(yuǎn)，相對偏差值較大，致使精確度不高，不適宜做方法學(xué)實(shí)驗(yàn)；而干法灰化的乳粉多次測定結(jié)果極差很小，都非常接近平均值，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，測定結(jié)果比較精確。同時(shí)，由于鉻在550℃高溫灰化的條件下都未發(fā)現(xiàn)損失，且干法灰化可以避免使用過多濃酸對石墨爐管的腐蝕作用，延長石墨管的使用壽命。雖然處理時(shí)間稍長，但其處理方法簡單、結(jié)果干擾性小[5]。因此在不確定度評定中常采用干法灰化來處理樣品。

3.2 不確定度分量的評定

3.2.1 由于校準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度u1

調(diào)節(jié)儀器測定參數(shù)條件，用空白溶液調(diào)零，分別對5種濃度不同的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行3次重復(fù)測定，數(shù)據(jù)見表3。

表3 鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與吸光值Table 3 The concentration and the absorbance of standard solution

根據(jù)測量數(shù)據(jù)用線性回歸法求出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線為y=0.406xi+0.006，相關(guān)系數(shù)r=0.999 1。對于擬合的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線非線性引起的不確定度，可用表4中列出的部分標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

標(biāo)準(zhǔn)偏差：

式中：yij為儀器各點(diǎn)響應(yīng)值；yj為回歸直線的計(jì)算值；n為濃度梯度數(shù)，數(shù)值為 5；m為每個(gè)濃度測量次數(shù)，數(shù)值為3。

表4 標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算結(jié)果Table 4 The results of standard deviation

注：xi表示鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度；yij表示鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度對應(yīng)的吸光值；yj表示由工作曲線回歸得到的吸光值。

3.2.2 由測定樣品濃度時(shí)重復(fù)性引入的不確定度u2

對乳粉中鉻含量進(jìn)行測定，重復(fù)9次，結(jié)果見表5。

表5 重復(fù)測樣結(jié)果Table 5 The results of repeat sample test

由表5計(jì)算得實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S為：

3.2.3 由標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度分量u3

1）由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制引起標(biāo)準(zhǔn)溶液定值不確定分量u31

鉻標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSB04-1723-2004）標(biāo)準(zhǔn)值：1 000μg/mL，不確定度為0.7%，屬正態(tài)分布，按K=2計(jì)算

2）由容量瓶逐級稀釋引起的標(biāo)準(zhǔn)溶液定值不確定度分量u32

先使用100 mL容量瓶（允許誤差為±0.10 mL）將標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋成1 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)中間液，再使用50 mL容量瓶（允許誤差為±0.05 mL）配制成標(biāo)準(zhǔn)工作液系列。容量瓶刻線讀數(shù)不確定度可忽略；配制溶液溫度接近25℃，溫度影響可忽略[10]。按均勻分布以K=3計(jì)算并合并得到：

3）由溶液轉(zhuǎn)移過程引起的標(biāo)準(zhǔn)溶液定值不確定度分量u33

先使用1支1 mL移液管（允許誤差為±0.30 mL）配制標(biāo)準(zhǔn)中間液，再使用另一支10 mL移液管（允許誤差為±0.50 mL）配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列，移液管刻度線讀數(shù)不確定度可忽略；配制溶液溫度接近25℃，溫度影響可忽略[10]。按均勻分布K=3計(jì)算并合成得到：

綜合以上3項(xiàng)，由標(biāo)準(zhǔn)溶液定值引起的y不確定度分量u3，按下式計(jì)算得到：

3.2.4 分析儀器的不確定度

由儀器的檢定證書提供u4=0.006。

3.3 合成不確定度

各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量見表6。

表6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量一覽表Table 6 Each component of standard uncertainty

3.4 擴(kuò)展不確定度U評定及其結(jié)果表示

對乳粉樣品進(jìn)行9次重復(fù)檢測的平均值=0.009 4 μg/mL，取包含因子 K=2，置信概率近似為95%，則

合成不確定度U（y），按下式計(jì)算：

即擴(kuò)展不確定度為0.029 2，說明在本實(shí)驗(yàn)條件下，該乳粉中鉻的含量C為（0.009 4±0.029 2）μg/mL。

4 結(jié)論

采用石墨爐原子吸收分光光度法測定乳粉中的鉻元素，探討了兩種不同的前處理方法對乳粉中鉻元素測定的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，干法灰化較微波消解處理樣品操作更簡單穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。對此方法檢測乳粉中鉻元素含量的不確定度進(jìn)行評價(jià)，分析計(jì)算了影響測定結(jié)果的各不確定度分量，包括校準(zhǔn)曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至使用液，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)本身，移液、定容、重復(fù)測量樣品及測量儀器示值誤差等因素。分析計(jì)算結(jié)果顯示，該乳粉中鉻濃度含量為（0.009 4±0.029 2）μg/mL（k=2），其中影響測量結(jié)果的不確定度的主要因素來源于標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和樣品重復(fù)性測量。

：

[1]王蓉,袁東,付大友,等.牛奶中鉻含量分析[J].食品科學(xué),2006,27(12):681

[2]郝巖平,亢美娟,王克新.石墨爐原子吸收光譜法測定乳制品中鉻的含量[J].中國食品添加劑,2006(3):151

[3]中華人民共和國衛(wèi)生部,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T2762-2005食品中污染物限量[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005:6

[4]中國合格評定國家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL06-2006化學(xué)分析中不確定度的評估指南[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006

[5]中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會(huì).中國實(shí)驗(yàn)室注冊評審員培訓(xùn)教材[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002:66

[6]但德忠.分析測試中的現(xiàn)代微波制樣技術(shù)[M].成都:四川大學(xué)出版社,2003:28-32

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[8]李慶忠,李春燕.合成不確定度的兩種評估方法[J].計(jì)量技術(shù),2007(6):59

[9]中國合格評定國家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL07-006測量不確定度評估和報(bào)告通用要求[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006:9

[10]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJG196-1990玻璃儀器檢定規(guī)程[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006:12

Uncertainty on the Determination of Chromium in Milk Powder by Atomic Absorption Spectrometry

ZENG Zhao-yi，TANG Jie*，CHE Zheng-ming
（School of Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，Sichuan，China）

Abstract：The method of Graphite furnace atomic absorption spectrophotometry was used to detest the Chromium content milk powder.Two different pretreatment methods were studied，and the main factors of measurement uncertainty were also calculated and analyzed through its sources.The results showed that dry digestion for samples pretreatment was more accurate， stable， reproducible than microwave digestion.Under the optimum conditions， the expanded uncertainty of Chromium in milk powder was U95=0.016 04 μg/mL （K=2）.The main factors affecting the uncertainty were the calibration of standard curve and determination of samples reproducibility.

Key words：atomic absorption spectrometry； milk powder； chromium； dry digestion； microwave digestion；uncertainty

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.023

西華大學(xué)食品生物技術(shù)省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助（S2D 0803-09-1）

曾朝懿（1988—），女（漢），碩士研究生，研究方向：食品安全與檢測。

唐潔（1982—），女（漢），講師，研究方向：食品安全。

2012-10-30