濕法消解—原子吸收光譜法測(cè)定玉米粉中銅?鋅含量的不確定度

單江華 高海文

摘要[目的]評(píng)定原子吸收光譜法測(cè)定玉米粉中銅、鋅含量的測(cè)量不確定度。[方法] 結(jié)合檢驗(yàn)實(shí)際工作，對(duì)原子吸收光譜法測(cè)定玉米粉中銅、鋅含量的測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立數(shù)學(xué)模型，分析該試驗(yàn)過程中測(cè)量不確定度來源，對(duì)樣品檢測(cè)過程中的樣品稱量、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移、稀釋定容、曲線擬合以及儀器測(cè)量重復(fù)性等影響不確定度的分量進(jìn)行了分析。[結(jié)果] 試驗(yàn)得出，在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的各個(gè)分量中，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和重復(fù)性試驗(yàn)引入的不確定度是對(duì)其影響最大的2個(gè)分量，必須嚴(yán)格控制好標(biāo)準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)和樣品的重復(fù)測(cè)定過程。最終計(jì)算出玉米粉中銅、鋅含量的擴(kuò)展不確定度分別為（1.38±0.08）mg/kg、（10.20±1.20）mg/kg，取包含因子k=2 。[結(jié)論]研究可為系統(tǒng)分析檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確程度和方法的可靠性研究提供參考。

關(guān)鍵詞原子吸收光譜法；不確定度；玉米粉；銅；鋅

中圖分類號(hào)S509.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）24-221-04

銅、鋅都是人體內(nèi)所必需的元素[1]。銅是動(dòng)物生長所必需的重要微量元素之一，每人日需攝銅量1.5 mg[2] 。

它參與造血過程及鐵的代謝和能量代謝，有利于血紅蛋白的合成和紅細(xì)胞的成熟；它還誘導(dǎo)合成金屬硫蛋白（MT）具有解毒功能，并且作為金屬酶的組成成分，直接參與機(jī)體代謝[2-3]，是構(gòu)成超氧化物歧化酶（SOD）的必需元素[1]。鋅是多功能元素，具有重要的生理功能和營養(yǎng)作用，正常成年人日需攝鋅量10～15 mg[2] 。正常人體內(nèi)含鋅量約為2.3 g，是人體中70 多個(gè)不同種屬的酶的組成成分。鋅能促進(jìn)維生素B 族的正常吸收并發(fā)揮其重要的作用，參與胰島素的組成和核酸的合成，是調(diào)節(jié)DNA 聚合酶的必要組成部分。此外，鋅還對(duì)味覺及食欲起促進(jìn)作用；促進(jìn)性器官正常發(fā)育和性機(jī)能的正常；保護(hù)皮膚、骨骼和牙齒的正常；維護(hù)免疫功能。因此，缺鋅會(huì)引起神經(jīng)及生長發(fā)育受抑制，味、嗅覺異常，出現(xiàn)夜盲癥，傷口不易愈合等癥狀；兒童缺鋅，易引起食欲下降，過度缺乏，會(huì)抑制生長發(fā)育，造成侏儒癥 [1，4-6] 。盡管這樣，即使是人體必需的微量元素，如吸收過量，也會(huì)對(duì)人體有害，引起中毒。因此，最安全的補(bǔ)銅、補(bǔ)鋅是通過飲食補(bǔ)充[4]。筆者研究了濕法消解-火焰原子吸收光譜法測(cè)定玉米中銅、鋅的含量，并對(duì)這2種元素含量的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料與試劑。試驗(yàn)所采用樣品為玉米粉。Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)樣品（1 000 μg/ml、GSB 04-1725-2004和GSB 04-1761-2004），國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；試驗(yàn)分析測(cè)試中所用的化學(xué)試劑硝酸、高氯酸均為優(yōu)級(jí)純；試驗(yàn)用水均為超純水。壓縮空氣，乙炔氣（工業(yè)級(jí)）。

1.1.2儀器與設(shè)備。AA6300C型原子吸收分光光度計(jì)，日本島津；HP131533型可調(diào)式電熱板，SIMAREC；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；100 ml容量瓶（A級(jí)）、1 ml移液器、10 ml分度吸管。以上儀器、器皿均經(jīng)檢定合格。

1.2環(huán)境條件室內(nèi)溫度、濕度等滿足試驗(yàn)要求，故環(huán)境變化引起的不確定度可以忽略不計(jì)。

1.3測(cè)定方法按照GB/T 14609-2008《糧油檢驗(yàn) 谷物及其制品中銅、鐵、錳、鋅、鈣、鎂的測(cè)定 火焰原子吸收光譜法》進(jìn)行。

1.4試驗(yàn)前處理

1.4.1樣品處理。玉米粉樣品過100目分子篩，備用。

1.4.2樣品濕法消解。先加入15 ml濃硝酸（HNO3）加蓋浸泡過夜，次日，放在可調(diào)式電熱板上先小火加熱（120 ℃），待反應(yīng)平穩(wěn)后，先升溫到160 ℃。一段時(shí)間后，取下，稍冷，加入4 ml硝酸（HNO3）和1 ml高氯酸（HClO4），重復(fù)1次。當(dāng)三角瓶開始冒濃密的高氯酸白煙，并持續(xù)數(shù)分鐘后，加入20 ml超純水，用超純水趕酸，直至剩余1～2 ml時(shí)，冷卻，轉(zhuǎn)移，并定容至25 ml刻度試管中，待測(cè)。處理過程中同時(shí)做2組空白試驗(yàn)。

1.5標(biāo)準(zhǔn)工作曲線繪制

取用銅（Cu）、鋅（Zn）標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)進(jìn)行稀釋后的不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)使用液，具體如表1所示，用AA6300C型原子吸收分光光度計(jì)上機(jī)測(cè)試，分別測(cè)定銅、鋅的吸光度（A），根據(jù)測(cè)定吸光值A(chǔ)及對(duì)應(yīng)的Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)液濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，具體如表1。

2數(shù)學(xué)模型

試驗(yàn)所建數(shù)學(xué)模型如下：

X=（c-c0）×V×1 000m×1 000

式中，X為試樣中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg/kg）；c為試液中元素的濃度值（mg/L）；c0為試劑空白液中元素的濃度值（mg/L）；V為試樣消解液定容體積（ml）；m為試樣質(zhì)量（g）。

3玉米粉中銅、鋅含量的不確定度評(píng)定

3.1不確定度來源分析

樣品的測(cè)量步驟主要包括取樣、樣品消化、消化液定容、儀器分析等，在上述步驟中，影響測(cè)量不確定度的因素很多，且有些還較復(fù)雜，如果一項(xiàng)一項(xiàng)將其進(jìn)行定量分析可能性很小，有些因素影響很小，完全可以將其忽略，故該試驗(yàn)只對(duì)影響結(jié)果較為顯著的因素進(jìn)行定量分析評(píng)定。從測(cè)量過程和數(shù)學(xué)模型分析，玉米粉中銅、鋅含量不確定度主要有樣品稱量、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移、稀釋定容、曲線擬合以及儀器測(cè)量重復(fù)性等。

3.2不確定度分量的計(jì)算

3.2.1銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度。

銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液編號(hào)分別為GBW08615和GBW08620，質(zhì)量濃度均為1 000 μg/ml，擴(kuò)展不確定度均為0.1%，包含因子k=2，則銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)不確定度分別為：

μrel（銅）=0.1%2=0.000 5

μrel（鋅）=0.1%2=0.000 5

3.2.2標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋引入的不確定度。

3.2.2.1標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程。

用1 ml移液器分別吸取銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/ml）1 ml至2個(gè)100 ml容量瓶中，配制成銅、鋅中間溶液10 μg/ml。然后用10 ml移液管（A級(jí)）吸取銅中間溶液1、2、4、8、10 ml至5個(gè)100 ml容量瓶中，用1%硝酸定容，配制成銅工作溶液濃度梯度0.1、0.2、0.4、08、1.0 μg/ml；用10 ml分度吸管（A級(jí)）吸取銅中間溶液2、4、8、16、20 ml至5個(gè)100 ml容量瓶中，用1%硝酸定容，配制成銅工作溶液濃度梯度0.2、0.4、0.8、1.6、2.0 μg/ml。

3.2.2.2標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度各分量。

1 ml移液器、10 ml分度吸管、100 ml容量瓶容量允差分別為±1.0%、±0.05 ml、±0.10 ml，按三角分布評(píng)定，包含因子k=6。配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中共使用6個(gè)不同的容量瓶，6個(gè)分量互相獨(dú)立不相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0。實(shí)驗(yàn)室溫度變化范圍為±3 ℃，忽略玻璃體積的變化，20 ℃時(shí)水的膨脹系數(shù)為r=2.1×10-4/℃，按均勻分布k取3。因此，標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋引入的不確定度分量如表2所示。

3.2.3樣品稱量引入的不確定度。

3.2.3.1稱量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA（m）。

樣品10次重復(fù)稱量結(jié)果見表1，采樣貝塞耳公式，單次測(cè)量稱量標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

s（m）=1n-1ni=1（mi-）2=0.000 33 g[7]

稱量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uA（m）=s（m）10=0.000 3310=0.000 11 g

3.2.3.2天平引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量uB（m）。

樣品稱量引入的不確定度主要有天平的示值誤差引起，因?yàn)榉Q量所有樣品都使用同一臺(tái)天平，天平靈敏度引起的不確定度可以忽略。天平最大允許誤差為±0.5 mg，包含區(qū)間半寬度α=0.5 mg，按均勻分布評(píng)定，包含因子k=3，由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uB（m）=αk=0.5 mg3=0.29 mg=0.000 29 g

43卷24期單江華等濕法消解-原子吸收光譜法測(cè)定玉米粉中銅·鋅含量的不確定度

3.2.3.3樣品稱量引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC（m）。至此，樣品稱量引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：

uC（m）=uA（m）2+uA（m）2=0.000 112+0.000 292=0.000 31 g

試驗(yàn)中稱量樣品的平均值為2.503 2 g，則樣品稱量的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

urel（m）=uC（m）=0.000 31 g2.503 2g=0.000 13

3.2.4消解液定容引入的不確定度。

消解液定容使用的是25 ml刻度試管，容量允差A(yù)為±0.5 ml，包含因子k=3，基于環(huán)境條件滿足要求，故不必考慮環(huán)境條件引起的不確定，所以25 ml刻度試管引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u1（管）=Aα=0.5 ml3=0.29 ml

25 ml刻度試管引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u1reL（管）=0.2925=0.012

實(shí)驗(yàn)室溫度變化范圍為±3 ℃，忽略玻璃體積的變化，20 ℃時(shí)水的膨脹系數(shù)為r=2.1×10-4/℃，按均勻分布k取3，則25 ml刻度試管由水的膨脹引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u2reL（容）=Δt×r3=0.000 37

消解液定容引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

ucreL（管）=u1reL（管）2+u2reL（管）2=0.0122+0.000 372=0.012

3.2.5標(biāo)準(zhǔn)曲線最小二乘法擬合引入的不確定度。

該試驗(yàn)所用的銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液濃度分別為0.1、0.2、0.4、0.8、10 mg/L和0.2、0.4、0.8、1.6、2.0 mg/L，5個(gè)濃度分別測(cè)量2次，結(jié)果見表3。

Cu、Zn 2種元素標(biāo)準(zhǔn)溶液線性擬合得方程分別為：ACu=B1cCu+B0和AZn=B1cZn+B0，式中Cu、Zn2種元素標(biāo)準(zhǔn)溶液線性方程最佳斜率B1分別為0.071 7和0.139，最佳截距B0分別為0.008和0.019 7。其殘差標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為：

sCu=ni=1[Ai-（B0+B1ci）]2n-2=0.001 3

sZn=nj=1[Aj-（B0+B1cj）]2n-2=0.008 9

sCuxx=ni=1（ci-cCu）2=0.6

sZnxx=nj=1（cj-cZn）2=14

式中，Ai、Aj為不同濃度銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液對(duì)應(yīng)的吸光值；ci、cj為吸光值對(duì)應(yīng)的銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度；cCu、cZn為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均值；B0為最佳截距；B1為最佳斜率。

試驗(yàn)的10個(gè)平行樣Cu、Zn含量的平均值分別為1.38和10.20 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)曲線最小二乘法擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

uCu（曲）

=sCuB11P+1n+

（cCu樣-cCu）2sCuxx

=0.001 30.071 7110+110+（1.38-0.5）20.6

=0.022 1 mg/kg

uZn（曲）=sZnB11P+1n+

（cZn樣-cZn）2sZnxx

=0.008 90.139 0110+110+（10.2-1.0）21.4

=0.502 3 mg/kg

式中，cCu樣、cZn樣為樣品檢測(cè)結(jié)果的平均值；p為測(cè)量次數(shù)；n為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)溶液次數(shù)。

曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uCureL（曲）=0.022 11.38=0.016 0

uZnreL（曲）=0.502 310.2=0.049 2

3.2.6重復(fù)性試驗(yàn)的不確定度。

該試驗(yàn)從玉米粉樣品中稱取10個(gè)平行樣進(jìn)行Cu、Zn含量的測(cè)定，得到被測(cè)元素的10次測(cè)量結(jié)果（測(cè)量過程已包括該試驗(yàn)所有的重復(fù)性，即從稱樣、樣品處理到檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)出整個(gè)過程），數(shù)據(jù)見表4、5。

其單次測(cè)量試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

s1=1n-1ni=1（ωi-i）2=0.080 0 mg/kg

重復(fù)試驗(yàn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定為：

u1（rep）=s1n=0.080 010=0.025 3 mg/kg

重復(fù)試驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u1reL（rep）=u1（rep）i=0.025 31.38=0.018 3

其單次測(cè)量試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

s2=1n-1nj=1（ωj-j）2=0.291 mg/kg

重復(fù)試驗(yàn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定為：

u2（rep）=s2n=0.29110=0.091 9 mg/kg

重復(fù)試驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定：

u2reL（rep）=u2（rep）j=0.091 910.2=0.009 0

式中，n為試樣的個(gè)數(shù)；j為試樣的鋅含量；j為試樣鋅含量的平均值。

3.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

計(jì)算合成不確定度采用將求得的各個(gè)不確定分量平方和開平方根，即：

uCuc（yCu）=ni=1uCureL（Xi）2×YCu=

0.000 52+0.004 12+0.002 13+0.001 42+0.000 132+0.0122+0.016 02+0.018 32×1.38=0.04 mg/kg

uZnc（yZn）=nj=1uZnreL（Xj）2×YZn=

0.000 52+0.004 12+0.002 13+0.001 42+0.000 132+0.0122+0.049 22+0.009 02×1020=0.60 mg/kg

式中，YCu、YZn分別為樣品中銅含量和鋅含量的平均值（mg/kg）。

3.4擴(kuò)展不確定度

根據(jù)《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》[8]，在不確定度的評(píng)定過程中取包含因子k=2，置信水平為95%，則玉米粉中銅、鋅含量的擴(kuò)展不確定度分別為：

UCu（95）=uCuc×k=0.04×2=0.08 mg/kg

UZn（95）=uZnc×k=0.6×2=1.20 mg/kg

測(cè)定結(jié)果報(bào)告為：XCu=（1.38±0.08） mg/kg，XZn=（1020±1.20） mg/kg。

4結(jié)論

從不確定度的整個(gè)評(píng)定過程中可以看出，在合成標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的各個(gè)分量中，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和重復(fù)性試驗(yàn)引入的不確定度是對(duì)其影響最大的2個(gè)分量。但在實(shí)際檢測(cè)過程中，樣品測(cè)定一般都不會(huì)測(cè)量10次，而只有2～3次，這樣重復(fù)性試驗(yàn)引入的不確定度就可能成為影響合成不確定度最大的一個(gè)分量。所以，要控制好原子吸收光譜法測(cè)定玉米粉中銅含量和鋅含量，就必須嚴(yán)格控制好標(biāo)準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)和樣品的重復(fù)測(cè)定過程。在實(shí)際檢測(cè)過程中，按規(guī)范嚴(yán)格操作。

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