石墨爐原子吸收法測(cè)定食品中鉛含量的不確定度分析

盧姍，陳中，程仕群，伍尚森，吳煒亮（. 華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 50640；.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東佛山 58300）

石墨爐原子吸收法測(cè)定食品中鉛含量的不確定度分析

盧姍2?，陳中1，程仕群2，伍尚森2，吳煒亮2
（1. 華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 510640；2.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東佛山 528300）

重金屬殘留是食品的主要污染之一。根據(jù)不同的食品種類，其標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了相應(yīng)的重金屬限量值。鉛是食品中的微量重金屬之一，因此，食品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)常常將重金屬鉛作為衡量食品是否受到重金屬污染的重要指標(biāo)之一。根據(jù)GB/T 5009.12—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測(cè)定》，采用石墨爐原子吸收法對(duì)食品中的鉛進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)其不確定度進(jìn)行分析評(píng)估。通過分析測(cè)定過程中各種不確定度的來源，計(jì)算不確定度分量，得出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.210m g/kg，擴(kuò)展不確定度為0.017 85 m g/kg（k=2），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.5%。通過石墨爐原子吸收法測(cè)定食品中鉛的不確定度的研究，有利于提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

食品；鉛；不確定度；石墨爐原子吸收法

鉛及其化合物是重要的工業(yè)原料之一，在制造工業(yè)上被廣泛應(yīng)用。但鉛屬于天然有毒微量重金屬元素，具有蓄積性、多親和性的特點(diǎn)，易通過生物鏈富集而對(duì)植物及生物造成慢性毒副作用。攝入重金屬鉛污染嚴(yán)重的食品而造成的蓄積性毒副作用，會(huì)對(duì)消費(fèi)者的腎臟、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)或生殖系統(tǒng)造成損害［1-4］。

由于食品使用的初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品原材料及其在制造或包裝過程中均有可能受到重金屬鉛的污染，因此，我國(guó)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)常常將重金屬鉛作為衡量食品是否受到重金屬污染的重要指標(biāo)之一。目前，食品中的鉛含量主要采用石墨爐原子吸收光譜法、氫化物原子熒光光譜法、火焰原子吸收光譜法、二硫腙比色法及單掃描極譜法等進(jìn)行檢測(cè)。由于石墨爐原子吸收光譜法與其他方法相比，具有前處理簡(jiǎn)便、檢出限低及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.12-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測(cè)定》將其作為檢測(cè)食品中鉛含量的第一方法［5］。

不確定度的測(cè)量是表征合理賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，其大小決定了測(cè)量結(jié)果的使用價(jià)值［6］。目前，通過對(duì)不確定度的評(píng)價(jià)，為有效控制實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量提供參考，為準(zhǔn)確評(píng)估食品或藥材中的重金屬帶來的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)方法。研究人員已對(duì)食物或藥材中重金屬的檢測(cè)方法的不確定度進(jìn)行了一定的研究陸美斌等人采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法對(duì)谷物中砷和鎘的不確定度進(jìn)行了評(píng)定［7］，此外，石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定煙葉中的鉛［8］，中藥材黃芪中的鉛［9］及稻米中的鉛［10］的不確定度分析也均有相關(guān)研究，但石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定食品中鉛含量的不確定度尚未進(jìn)行系統(tǒng)分析，因此，本文旨在通過對(duì)石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定食品中鉛含量的不確定度進(jìn)行研究，為提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性及質(zhì)量提供必要的理論參考依據(jù)［11，12］。

表1 C的重復(fù)檢測(cè)結(jié)果

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

硝酸：廣州化學(xué)試劑廠，優(yōu)級(jí)純；過氧化氫（30%）：北京化學(xué)試劑研究所，BV-III級(jí)；磷酸二氫鈉：廣州化學(xué)試劑廠，優(yōu)純級(jí)；鉛（標(biāo)準(zhǔn)品證書號(hào)：GSB G-62071-90）：國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院；硝酸鈀：天津基準(zhǔn)化學(xué)試劑有限公司；硝酸鎂：廣州化學(xué)試劑廠，優(yōu)級(jí)純。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

AA600原子吸收光譜儀：美國(guó)鉑金埃爾默儀器有限公司；ML204天平：梅特勒-托利多公司；MARS16微波消解儀：美國(guó)CEM公司；AWL-0501-U微量無機(jī)型超純水機(jī)：重慶頤洋企業(yè)發(fā)展有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 鉛標(biāo)準(zhǔn)液的配制

鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：準(zhǔn)確稱取1.000g金屬鉛（99.99%），分次加入少量的硝酸（1+1），加熱溶解，總量不超過37mL，移入1 000mL的容量瓶，加水至刻度，混勻。

鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液：吸取鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1.0mL于100mL容量瓶中，加入0.5mol/L硝酸至刻度，經(jīng)多次稀釋成50.0μg/L鉛的標(biāo)準(zhǔn)使用液。

1.2.2 試樣制備

試樣在去除雜物后，磨碎，過20目篩，儲(chǔ)于塑料瓶中，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 試樣消解

稱取2g試樣于聚四氟乙烯內(nèi)罐，加硝酸4mL浸泡過夜，再加過氧化氫（30%）3mL（總量不能超過罐容積的1/3），蓋好內(nèi)蓋，旋緊不銹鋼外套，放入微波消解儀中進(jìn)行消解處理。微波消解的程序升溫條件為初始溫度30℃，以9℃/min升至120℃，保持3min；以6.25℃/min升至170℃，保持5min；以5℃/min升至190℃，保持20min。消解完成后，聚四氟乙烯罐在箱內(nèi)自然冷卻至室溫，用滴管將消化液吸入25mL容量的瓶中，用純凈水少量多次洗滌罐，洗液合并于容量瓶中，并定容至刻度，混勻備用；同時(shí)作試劑空白。

1.2.4 試樣測(cè)定

儀器條件：波長(zhǎng)283.3nm；狹縫0.7nm；燈電流10mA；干燥溫度120℃，20s；灰化溫度800℃，持續(xù)35s；原子化溫度2 000℃，持續(xù)3s；背景校正為塞曼效應(yīng)?；w改進(jìn)劑為0.005mg硝酸鈀及0.003mg硝酸鎂。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：吸取配制的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液各10μL注入石墨爐，測(cè)得其吸光值，并求得吸光值與濃度關(guān)系的一元線性回歸方程。

試樣測(cè)定：分別吸取試樣液和試劑空白液各10μL，注入石墨爐，測(cè)得其吸光值，代入標(biāo)準(zhǔn)系列的一元線性回歸方程中求得樣液中鉛含量。

試樣中鉛含量按式（1）進(jìn)行計(jì)算。

其中，X為樣品中鉛含量，mg/kg；C1為測(cè)定樣液中鉛的濃度，μg/L；C0為測(cè)定空白液中鉛的濃度，μg/L；A為樣品質(zhì)量，g；V為定容體積，mL；F為稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 濃度（C）引起的不確定度

2.1.1 重復(fù)性引起的不確定度

依據(jù)JJG1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，用極差法［13］計(jì)算測(cè)定結(jié)果所產(chǎn)生的不確定度，重復(fù)測(cè)定產(chǎn)生的不確定度按公式（2）計(jì)算：

用公式（2）計(jì)算實(shí)測(cè)如表1所示食品消解液的10次測(cè)定結(jié)果所產(chǎn)生的不確定度。

從表1計(jì)算，結(jié)果重復(fù)測(cè)定產(chǎn)生的不確定度為3.99×10-2。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液引起的不確定度

配制標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生的不確定度的計(jì)算如公式（3），用鉛標(biāo)準(zhǔn)液按比例稀釋成為50μg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液。

按照J(rèn)JG 646-2006《移液器檢定規(guī)程》［14］和JJG 196-2006《常用玻璃量具檢定規(guī)程》［15］，按均勻分布計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。1.00mL移液管檢定證書給出的不確定范圍在±0.002mL之間，標(biāo)準(zhǔn)偏差為；重復(fù)10次測(cè)量產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006mL。溫度引起的不確定度范圍在±2℃之間，體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4（1/℃），即1.00×2×2.1×10-4=4.2×10-4mL， 按95%的 置信概率（k=1.96）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.2×10-4/ 1.96=2.14×10-4mL，得到1.00mL移液管引起的相對(duì)不確定度如公式（4）所示。

5.00mL移液管檢定證書給出的不確定范圍在±0.005mL之間，標(biāo)準(zhǔn)偏差為；重復(fù)10次測(cè)量產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006mL。溫度引起的不確定度范圍在±2℃之間，體積膨脹系數(shù) 為2.1×10-4（1/℃），即5.00×2×2.1×10-4= 2.1×10-3mL，按95%的置信概率（k=1.96）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1×10-3/1.96=1.07×10-3mL，得到5.00mL移液管引起的相對(duì)不確定度如公式（5）所示。

100mL容量瓶檢定證書給出的不確定度范圍在±0.03mL之間，標(biāo)準(zhǔn)偏差為；重復(fù)10次測(cè)量產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.008mL。溫度引起的不確定度范圍在±2℃之間，體積膨脹系數(shù) 為2.1×10-4（1/℃）， 即100×2×2.1×10-4= 4.2×10-2mL，按95%的置信概率（k=1.96）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.2×10-2/1.96 = 2.14×10-2mL，所以100mL的容量瓶引起的相對(duì)不確定度如公式（6）所示。

10mL容量瓶檢定證書給出的不確定度范圍在±0.006mL之間，標(biāo)準(zhǔn)偏差為；重復(fù)10次測(cè)量產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.007mL；溫度引起的不確定度范圍在±2℃之間，體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4（1/℃）， 即10×2×2.1×10-4=4.2×10-3mL，按95%的置信概率（k=1.96）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.2×10-3/1.96=2.14×10-3mL，得到10mL容量瓶引起的相對(duì)不確定度如公式（7）所示。

所以，

配制標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生的相對(duì)不確定度如公式（10）所示。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線引起的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)系列的2次檢測(cè)結(jié)果如表2所示，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的一元線性回歸方程為Y=0.002 6X+0.000 1，r=0.999 9，斜率b=0.002 6。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定結(jié)果

其中：P為測(cè)試C的次數(shù)，n為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)溶液次數(shù)，b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率，為測(cè)試C的平均值，為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均值。

所以，由標(biāo)準(zhǔn)曲線帶來的相對(duì)不確定度為

2.1.4 儀器引起的不確定度

儀器鑒定證書上的RSD為0.22%，按正態(tài)分布95%的置信概率計(jì)算，置信因子為1.96，即：。

2.1.5 濃度引起的不確定度

2.2 定容體積（V）引起的不確定度

消解液定容至25.0mL后測(cè)定，25.0mL的容量瓶引起的不確定度計(jì)算如下，25mL容量瓶檢定證書給出的不確定度范圍在±0.01mL之間，按均勻分布計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差為；重復(fù)10次測(cè)量產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006mL。溫度引起的不確定度范圍在±2℃之間，體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4（1/℃），即 25×2×2.1×10-4=1.05×10-2mL， 按 95%的 置信概率（k=1.96）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)偏差為：1.05×10-2/1.96=5.36×10-3mL，得到25mL容量瓶引起的相對(duì)不確定度為式（15）：

2.3 檢樣質(zhì)量（m）引起的不確定度

根據(jù)檢定證書可知所用天平的靈敏度為0.02g，按均勻分布，置信因子。被測(cè)量的可能值區(qū)間為半?yún)^(qū)間，即，則計(jì)算誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

用砝碼在天平上重復(fù)稱量10次，其極差R為0.02g，觀測(cè)列呈正態(tài)分布，查表得極差系數(shù)C為2.97，則變動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)偏差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：；稱重引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：； 10次稱樣的平均值為1.98g，得。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成與擴(kuò)展

根據(jù)JJF 1135-2005《化學(xué)分析測(cè)量不確定度評(píng)定》［16］，最終的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為式（16）。

經(jīng)過10次重復(fù)測(cè)出的w = 0.210 mg/kg，所以得出U （w）=u（w）×w=0.042 5×0.210=0.008 925mg/k取擴(kuò)展因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為0.008 925× 2=0.017 85mg/kg；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差則為。

4 結(jié)論

GB/T 5009.12-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測(cè)定》規(guī)定，在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過算術(shù)平均值的20%。本論文通過探討石墨爐原子吸收法測(cè)定食品中鉛含量的不確定度，獲得該檢測(cè)方法在前處理及檢測(cè)過程中的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.210mg/kg，擴(kuò)展不確定度為0.017 85mg/kg，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.5%。與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相比較，實(shí)驗(yàn)過程中的不確定度所產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

采用石墨爐原子吸收法測(cè)定食品中的鉛含量，主要由重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)溶液及標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)儀器、消解液的定容體積、樣品質(zhì)量等因素貢獻(xiàn)，因此，在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)通過降低檢測(cè)儀器的噪音及消除背景干擾等手段降低檢測(cè)中的不確定度，以提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

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Uncertainty Determination of Pb in Food by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

LU Shan2?,CHEN Zhong1,CHENG Shi-qun2, WU Shang-sen2,WU Wei-liang2
(1.Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangdong Guangzhou 510640; 2. Quality Supervision, Inspection and Research Institute of Guangdong Foshan, Guangdong Foshan 528300)

Heavy metal pollution is one of the main contamination of food, so depending on the type of food, its standards are prescribed limit value corresponding heavy metal. Lead is one of the main heavy metal contamination in food, so food national standards often lead pollution as an important indicator of whether food contaminated by heavy metals. The first method of graphite furnace atomic absorption spectrometry of lead in food was evaluated according to GB / T 5009.12-2010 "national food safety standard Determination of lead in food" and analyzed using an assessment of its uncertainty. Through various sources of measurement uncertainty analysis process, calculate uncertainty components, derived relative standard uncertainty of 0.210 mg / kg, the expanded uncertainty was 0.01785 mg / kg (k = 2), and the relative standard deviation 8.5%. Through study on Uncertainty Measurement of lead in food using graphite furnace atomic absorption spectrometry. it helps to improve the repeatability of test data as well as ensure the quality of test data.

Food; Lead; Uncertainty; Graphite furnace atomic absorption spectrometry

TS254.7

A

2096-0387（2015）01-0056-04

簡(jiǎn)介：盧姍（1985-），女，廣東佛山人，工學(xué)學(xué)士，工程師，研究方向：食品檢測(cè)。