微波消解石墨爐原子吸收法檢測明膠中鉻的不確定度分析

劉志光，肖錫林，張桂華.湖南省疾病預(yù)防控制中心，湖南長沙　40000；.南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南衡陽　400；.湖南省株洲市疾病預(yù)防控制中心，湖南株洲　4000

微波消解石墨爐原子吸收法檢測明膠中鉻的不確定度分析

劉志光1，肖錫林2，張桂華3
1.湖南省疾病預(yù)防控制中心，湖南長沙410000；2.南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南衡陽421001；3.湖南省株洲市疾病預(yù)防控制中心，湖南株洲412000

目的建立測定明膠中鉻含量不確定度的分析方法。 方法根據(jù)《測量不確定度評定與表示》的有關(guān)規(guī)定，參考《化學(xué)分析測量不確定度評定》，對石墨爐原子吸收光譜法測定明膠中鉻含量不確定各分量進(jìn)行分析，進(jìn)而求得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度。結(jié)果該次檢測明膠鉻結(jié)果0.117 mg/kg，相對合成不確定度為0.062 6，擴(kuò)展不確定度為0.015 mg/kg（k=2），最后結(jié)果表示（0.117±0.015）mg/kg（k=2，95%置信水平）。結(jié)論運(yùn)用此不確定度分析方法控制測量過程中的關(guān)鍵步驟，嚴(yán)格操作規(guī)范，可有效地降低引入的不確定度，使測定結(jié)果更可靠，同時結(jié)果表述時采用不確定度更能體現(xiàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度。

石墨爐原子吸收法；明膠；鉻；不確定度

［Abstract］Objective To build the analysis method of measuring the uncertainty of chromium in gelatin content.Methods The components of graphite furnace atomic absorption spectrometry in measuring the chromium in gelatin content were analyzed according to the relevant regulations of evaluation and expression of uncertainty in measurement and chemical analysis evaluation of uncertainty in measurement，and then the synthetic standard uncertainty and expansion uncertainty were concluded.Results The detection showed gelatin chromium result was 0.117mg/kg，relatively composite uncertainty was 0.0626，expansion uncertainty was 0.015mg/kg（k=2），and the final result was（0.117±0.015）mg/kg（k=2，95%confidence level）.Conclusion Controlling the critical steps in the measurement process by applying the uncertainty analysis method and strict operation specifications can effectively reduce the introduction uncertainty and make the measurement results more reliable，at the same time，adopting uncertainty at the time of result presentation can more reflect the accurate degree of results.

［Key words］Graphite furnace atomic absorption；Gelatine；Chromium；Uncertainty

明膠是由動物皮膚、骨、肌膜、肌魅等結(jié)締組織中的膠原部分降解而成的一種無色無味，無揮發(fā)性、透明堅硬的非晶體物。其制作流程鞣制階段普遍采用鉻鞣制法，過程中使用了硫酸鉻粉等原料會造成鉻的殘留。人體如果攝入這種含鉻明膠，過量的鉻在體內(nèi)將對肝、腎等內(nèi)臟器官和DNA造成損傷，同時鉻在人體內(nèi)蓄積時有致癌性并可能誘發(fā)基因突變。因此明膠鉻含量檢測已成為藥品食品檢測的一個重要指標(biāo)。而測量不確定度在實(shí)際工作中具有重要意義，特別是當(dāng)結(jié)果處在衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)評價的臨界值時，不確定度對結(jié)果的判定更為重要。本文根據(jù)《測量不確定度評定與表示》（JJF1059.1-2012）［1］中的有關(guān)規(guī)定和要求，參考《化學(xué)分析測量不確定度評定》［2］，以石墨爐原子吸收法測定明膠中鉻的含量為例，分析原子吸收光譜法的不確定度，找出影響其不確定度的因素并評定各分量，最終給出測定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度和置信水平，建立適用于評定原子吸收光譜法測定鉻含量不確定度的方法，提高分析檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1　材料及方法

1.1使用儀器器皿、試劑、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

VARIAN原子吸收分光光度計（美國）；MS204DU電子天平；微波消解儀；移液管；容量瓶；鉻單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL，批號12020332，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院）；硝酸、雙氧水，均購自上海晶銳化工廠，純度UP級；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2檢測方法及儀器條件

石墨爐原子吸收光譜法測定鉻含量，儀器波長357.9 nm，狹縫0.7 am，燈電流6 mA，背景扣除-氘燈，干燥溫度120℃，灰化溫度800℃，原子化溫度2 300℃，清除2 500℃。

1.3實(shí)驗(yàn)步驟

稱取樣品0.501 2 g（精確0.1 mg），加入硝酸8.0 mL，過氧化氫2.0 mL，微波消解，待消解完全后，在加熱板上加熱去酸，至溶液近干，冷卻后，以1%硝酸定容至10 mL（精確0.01 mL）。同時按上述方法作空白對照。

1.4建立數(shù)學(xué)模型

式中：X：樣品中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（μg/kg）；

Cx：樣品溶液中鉻的質(zhì)量濃度（ng/mL）；

C0：空白溶液中鉻的質(zhì)量濃度（ng/mL）；

V：樣品溶液定容體積（mL）；

m：樣品稱樣量。

1.5不確定度分量來源的分析

石墨爐原子吸收法測定明膠鉻含量的不確定度的主要來自：標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合計算濃度過程；樣品重復(fù)性測定次數(shù)；樣品的處理過程；標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制過程。

2　結(jié)果及分析

測定原始數(shù)據(jù)見表1，標(biāo)準(zhǔn)線性擬合曲線A= 0.025C+0.015，相關(guān)系數(shù)r=0.999 6，樣品濃度由曲線計算結(jié)果5.884 ng/mL，稱重0.501 2 g，定容10.00 mL，含量按式（1）計算均值為0.117 mg/kg。

表1　石墨爐原子吸收法測定明膠鉻標(biāo)準(zhǔn)及樣品吸光度原始數(shù)據(jù)

2.1不確定度分量的評定

2.1.1最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的相對不確定度Ur（Cx） 用鉻三級標(biāo)準(zhǔn)溶液配制5個濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液以及標(biāo)準(zhǔn)空白溶 液，每個濃度測定3次，測定結(jié)果的吸光度見表1。同時對鉻標(biāo)準(zhǔn)濃度和相應(yīng)的吸光度進(jìn)行線性回歸，得到回歸方程：A=0.025C+0.015，相關(guān)系數(shù)r=0.999 6。標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度按以

公式中：SR為吸光度實(shí)際值與理論值殘差的標(biāo)準(zhǔn)偏差；B1為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率；c為樣品測定結(jié)果的均值；c。為標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度的均值；c；為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)濃度值。n1：被測溶液測量次數(shù)（n1=3）；n2：標(biāo)準(zhǔn)溶液測量總次數(shù)（n2=18）；c：標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的平均值；Aj：標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度；Cj：標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度值。

對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到結(jié)果為：U（Cx）=0.009 1。對明膠中鉻的含量進(jìn)行3次的平均值為5.884 ng/mL，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度=0.091/ 5.884=0.015 46。

Ur（Cx）=0.091/5.884=0.015 46。

2.1.2重復(fù)性測定引入的相對不確定度Ur（R） 樣品進(jìn)行3次測定，測定數(shù)據(jù)見表1。計算鉻含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.0117，重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為U（R）=0.011 7相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Ur（R）=0.006 9/ 5.884=0.001 2。

2.1.3樣品處理流程所引入的相對不確定Ur（p） ①樣品稱量所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur（m）樣品稱量所用萬分之一電子天平，其儀器檢定證書上標(biāo)示的最大允許誤差為±0.1 mg，按照均勻分布則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：樣品稱重0.5012g，則其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Ur（m）=0.0 005 774/0.5 012=0.00 115。②樣品消解后定容所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur（v10），樣品消解液用10.00mL容量瓶 （A級）定容，由JJG196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》［3］規(guī)定，其允許誤差為±0.02 mL，按均分布考慮0.01155，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Ur（v）=0.011 55/10.00= 0.001 155；③溫度對量瓶體積影響所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur（t）10.0 mL量瓶校準(zhǔn)溫度為20℃，試驗(yàn)時的室溫與校正溫度在±5℃內(nèi)，水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，按照均勻分布考慮其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u（t）=10.0×2.1×則其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Ur（t） =0.006 06/10.0=0.000 606。④樣品回收率引入的相對不確定度Ur（Rec）由于樣品消解不完全或消解過程中鉻的濺出損失或者污染及消化液轉(zhuǎn)移過程的損失等，將使明膠中鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能100%進(jìn)入到測定液中，經(jīng)查文獻(xiàn)及國標(biāo)本法鉻的消化回收率為90%～110%［4］，樣品回收率的不確定度按JJFl059.1—2012《測量確定不確定度評定與表示》計算：b上、b下分別對應(yīng)回收率的上下限。

⑤樣品處理流程所引入的相對不確定：Ur（p）=

2.1.4標(biāo)準(zhǔn)溶液配制流程所引入的相對不確定Ur（s）（1）標(biāo)準(zhǔn)儲備液的不確定度Ur（ρ）鉻單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1000 μg/mL，批號12020332，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院，其證書上給出的相對擴(kuò)展不確定度為0.7%，k=2，則鉻單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度為Ur（ρ）= 0.7%/2=o.35%。（2）標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋過程引入的不確定度Ur（d）稀釋流程：精密量取鉻單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL 置100 mL容量瓶中，加2%硝酸溶液至刻度，搖勻；再精密量取1 mL置100 mL容量瓶中，加2%硝酸溶液至刻度，搖勻；再精密量取20 mL置100 mL容量瓶中，加2%硝酸溶液至刻度，搖勻?？梢姌?biāo)準(zhǔn)貯備液經(jīng)過3次稀釋流程，其不確定度由這3次稀釋所引起的不確定組成，分別定義Ur（d1），Ur（d2），Ur（d3）。而每次稀釋所導(dǎo)入的不確定度主要來自于移液管和容量瓶。量取分別用到了2支1mL移液管（A級）、1支20 mL移液管（A級），定容分別為3個100 mL容量瓶（A級）。

①1 mL移液管引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur（p1）［5］由JJG196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》［3］規(guī)定，1 mL移液管其允許誤差為±0.007 mL，按均分布考慮U（v1）=相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：Ur（v1）= 0.004 04/1.00=0.004 04。溫度對移液管體積所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度參考②，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為Ur（t）=1.0×綜合1 mL移液管引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度r（p1）==0.004 08。

②同理20 mL移液管引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur （p20）［5］參考上述①計算Ur（p20）=0.001 06。

③同理100 mL容量瓶引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ur（p100）［5］參考上述（1）計算Ur（p100）=0.000 837。

（3）標(biāo)準(zhǔn)溶液配制流程所引入的相對不確定Ur（s）=

2.2相對合成不確定度

2.3擴(kuò)展不確定度

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ux=Urel（X）×X'0.062 6×0.117= 0.007 3取包含因子k=2（近似95%置信概率），則擴(kuò)展不確定度U≈Ux×2=0.007 3×2=0.014 6 mg/kg≈0.015 mg/kg

2.4結(jié)果表示

該次石墨爐原子吸收法檢測明膠鉻結(jié)果表示為：（0.117±0.015）mg/kg（k=2，95%置信水平）。

3　討論

測量不確定度是與測量結(jié)果關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)，用于表征合理賦予被測量的值的分散性，通過不確定度結(jié)果的評定可見，影響石墨爐原子吸收法檢測明膠鉻不確定度結(jié)果的因素是標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合計算，樣品測量的重復(fù)性，樣品消解定容過程及標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制過程。而上述因素中樣品消解定容過程所導(dǎo)入的不確定最大，其次是由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合計算樣品濃度所導(dǎo)入的不確定度。而標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制及樣品重復(fù)性測量次數(shù)所導(dǎo)入的不確定度相對較小。因此，要控制好原子吸收法測定明膠中鉻含量的準(zhǔn)確度，樣品消解定容過程十分重要，盡可能消解完全減少損失或防止鉻污染；同時校準(zhǔn)（工作）曲線線性擬合要盡可能高，即線性相關(guān)系數(shù)盡可能接近1，通常石墨爐要求線性相關(guān)系數(shù)r＞0.99以上，這樣有助于減少曲線擬合計算樣品結(jié)果時所導(dǎo)入的不確定度［6］；最后嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備及樣品測定重復(fù)次數(shù)也很重要，因?yàn)樗苯踊蜷g接影響曲線擬合程度、樣品結(jié)果。綜上所述，通過分析石墨爐原子吸收測定明膠中鉻含量不確定度，有助于了解影響不確定度的關(guān)鍵因素，以便把握測量過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，嚴(yán)格操作規(guī)范，這樣可有效地降低引入的不確定度，使測定結(jié)果更真實(shí)可靠；同時結(jié)果表述時采用不確定度更能體現(xiàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度［6］。

［1］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJF1059-2012測定不確定度評定與表示［S］.北京：中國計量出版社，2012.

［2］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJF1135-2005化學(xué)分析測量不確定度評定［S］.北京：中國計量出版社，2005.

［3］國家質(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］北京：中國計量科學(xué)研究院出版社，2006.

［4］王垮帥，舒展，成國棟.石墨爐原子吸收光度法測定明膠空心膠囊中鉻含量的不確定度分析［J］.中國當(dāng)代醫(yī)藥，2014，21（7）：67-68.

［5］王洪瑩，徐皓，王化同.石墨爐原子吸收光譜法測定化妝品乳液中鉻含量的不確定度分析［J］.中國藥師，2013，16（5）：101-103.

［6］張桂華，熊新平，羅建平，等.石墨爐原子吸收光譜法測大米中鎘含量的不確定度分析們［J］.實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2014，21 （1）：107-108.

Uncertainty Analysis of Microwave Digesting Graphite Atom Absorption in Detecting Chromium in Gelatin

LIU Zhi-guang1，XIAO Xi-lin2，ZHANG Gui-hua3
1.Center for Disease Control and Prevention，Changsha，Hunan Province，410000 China；2.School of Chemistry and Chemical Engineering，University of Nanhua，Hengyang，Hunan Province，421001 China；3.Center for Disease Control and Prevention，Zhuzhou，Hunan Province，412000 China

R197

A

1672-5654（2016）06（b）-0096-04

10.16659/j.cnki.1672-5654.2016.17.096

2016-03-12）

國家自然科學(xué)基金（31200140）。

劉志光（1979.7-），男，湖南常德人，本科，主管技師，主要從事檢驗(yàn)工作。

肖錫林（1978.5-），男，湖南岳陽人，博士研究生，教授，研究方向：環(huán)境與生命物質(zhì)分析。E-mail：631295316@qq. com。