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

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

(新疆伊寧市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)站，新疆伊寧 835000)

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

作者簡(jiǎn)介單江華(1983-)，男，湖南衡東人，農(nóng)藝師，碩士，從事農(nóng)業(yè)農(nóng)村工作研究。

收稿日期2015-06-11

Determination of Copper and Zinc Content Uncertainty in Maize Flour by Wet Digestion—Atomic Absorption Spectrometric Method

SHAN Jiang-hua, GAO Hai-wen(Yining City Agricultural Products Quality and Safety Inspection Station, Yining, Xinjiang 835000)

Abstract[Objective] To determine copper and zinc content uncertainty in maize flour by wet digestion—atomic absorption spectrometric method. [Method] Combined with actual work, the determination of copper and zinc content uncertainty in maize flour by atomic absorption spectrometric method was evaluated, the mathematical model was established, several factors influencing uncertainty in samples test process were analyzed, including sample weighting, standard mass transfer, dilution constant volume, curve fitting, repeatability of instrument measurement. [Result] The results showed that standard curve fitting and repeatability test are most important factors. The uncertainty of copper and zinc content in maize flour are (1.38±0.08)mg/kg, (10.20±1.20)mg/kg, respectively, inclusion factor k=2. [Conclusion] The study can provide reference for accurate of test results analysis and reliability of method.

Key wordsAtomic absorption spectrometric method; Uncertainty; Corn flour; Copper; Zinc

銅、鋅都是人體內(nèi)所必需的元素[1]。銅是動(dòng)物生長(zhǎng)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(yíng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)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。AA-6300C型原子吸收分光光度計(jì)，日本島津；HP1315-33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AA-6300C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。

表1　標(biāo)準(zhǔn)系列濃度　mg/L

2數(shù)學(xué)模型

試驗(yàn)所建數(shù)學(xué)模型如下：

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：

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、0.8、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。

表2　標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

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：

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

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：

=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：

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

消解液定容引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=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、1.0 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。

表3　標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度測(cè)定值

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：

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：

=0.022 1 mg/kg

=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：

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。

表4　銅檢測(cè)結(jié)果匯總

其單次測(cè)量試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

重復(fù)試驗(yàn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定為：

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

表5　鋅檢測(cè)結(jié)果匯總

其單次測(cè)量試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

重復(fù)試驗(yàn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定為：

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

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：

=0.04 mg/kg

=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=(10.20±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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