石墨爐原子吸收光譜法測定綠茶中鎘的不確定度評定

王艷敏，周 鴻，劉 源

(江西省疾病預防控制中心，江西南昌330029)

石墨爐原子吸收光譜法測定綠茶中鎘的不確定度評定

王艷敏，周 鴻，劉 源

(江西省疾病預防控制中心，江西南昌330029)

目的對石墨爐原子吸收光譜法測定綠茶中鎘的全過程進行分析，分析不確定度的影響因素，并對其不確定度進行評定。方法按照國標方法GB 5009.15-2014進行檢測，依據(jù)JJF 1059.1-2012的要求對測量結(jié)果進行評定。結(jié)果當綠茶中鎘含量為146μg/kg時，其擴展不確定度為9.34μg/kg(k=2)。各個分量中樣品預處理對結(jié)果影響最大，占71.7%，其次是測定樣品溶液中鎘濃度的不確定度占27.6%。結(jié)論用石墨爐原子吸收光譜法評定茶葉中金屬元素的不確定度時有必要考慮樣品預處理這一項。在實際工作中嚴格控制樣品消化處理過程是降低不確定度的關(guān)鍵。

石墨爐原子吸收光譜法；綠茶；鎘；不確定度

鎘是一種人體非必需的重金屬元素，已有研究表明鎘對人類和其他動物均具有致癌性和很強的蓄積性，在人體內(nèi)半衰期長達16~30年，可損害肝腎功能，對生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)均具有毒性，還可引起骨質(zhì)疏松或軟骨癥[1，2]。美國農(nóng)業(yè)委員會已把鎘列為最重要的一種農(nóng)業(yè)環(huán)境污染物，而茶葉是一種極易富集鎘、鉛、鉻等金屬元素的植物，種植環(huán)境、土壤、水質(zhì)均對其有影響，我國部頒標準NY659-2003對茶葉中鎘限量有明確的規(guī)定[3]，給出茶葉中鎘的不確定度是為了滿足客戶要求以及便于測量者和管理科室對測量結(jié)果的可信度和準確性進行評定。

按ISO/IEC 17025《檢測和校準實驗室能力的通用要求》的規(guī)定，當檢測結(jié)果處于產(chǎn)品標準要求的臨界值即有可能判定被檢測產(chǎn)品不合格時，應當給出測量不確定度。不確定度是對測量結(jié)果可能誤差的度量，也是定量說明測量結(jié)果質(zhì)量好壞的一個參數(shù)[4]。本文采用微波消解法對綠茶進行前處理并結(jié)合石墨爐原子吸收法測定綠茶中鎘含量，依據(jù)《JJF 1059.1-2012》和《CNAS-GL05：2011》的要求對測量結(jié)果進行不確定度分析與評定[5，6]。通過不確定度的分析，建立石墨爐原子吸收法測定鎘的評定方法，找出影響測量結(jié)果不確定度的主要來源并對其各分量進行評估，并嚴格控制檢測過程中不確定度較高的環(huán)節(jié)，確保檢驗結(jié)果的可靠性和合理性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑鎘空心陰極燈（北京有色金屬研究總院）；鎘標準儲備液GBW(E)080119（中國計量科學研究院）；硝酸（優(yōu)級純），德國Meker公司；磷酸二氫銨（優(yōu)級純），國藥集團；過氧化氫（優(yōu)級純），國藥集團；GBW10052綠茶生物成分分析標準物質(zhì)（GSB-30），地球物理地球化學勘察研究所。

1.2 儀器與設備ZEEnit700原子吸收光譜儀（德國耶拿分析儀器公司，石墨爐和火焰雙檢測器）；MARS微波消解系統(tǒng)（美國CEM公司）；MS304S電子天平（梅特勒-托利多公司）。

1.3 試驗方法按照國家標準方法[7]稱取綠茶粉若干份，倒入已用酸處理好的微波消解罐中，加入6.0ml硝酸并放置過夜，然后加入1.0ml過氧化氫，用微波消解儀以800W消解（120℃持續(xù)3min，150℃持續(xù)8min，180℃持續(xù)20min），置于140℃控溫電熱消解器上加熱趕酸至近干，即取出冷卻，用超純水將消化液轉(zhuǎn)移至25.0ml容量瓶中并定容至刻度。同時做試劑空白試驗。

儀器條件如下：普通型石墨管；進樣量：10μl；定量方式：外標法定量；基體改進劑：1%磷酸二氫銨。石墨爐升溫條件：干燥溫度90℃持續(xù)20s，105℃持續(xù)20s，110℃持續(xù)10s；灰化溫度700℃，12s；原子化溫度1600℃，4s。波長228.8nm，狹縫0.8nm，燈電流5.5mA。塞曼背景校正。

2 數(shù)學模型

式中：W—樣品中鎘的含量，μg/kg；

Cs—樣品消化溶液中鎘的濃度，ng/ml；

C0—試劑空白溶液中鎘的濃度，ng/ml；

V—樣品消化液定容體積，ml；

m—樣品質(zhì)量，g。

R—測量結(jié)果的回收率。

3 測量不確定度來源

石墨爐原子吸收分光光度法測定綠茶中鎘的不確定度來源有：⑴稱量樣品引入的不確定度；⑵樣品消化液定容引入的不確定度；⑶測定樣品溶液中鎘濃度Cs引入的不確定度，該項不確定度由2部分構(gòu)成：配制標準溶液所產(chǎn)生的不確定度和由擬合的標準曲線求得Cs時引入的不確定度；⑷重復性實驗（隨機）變化引入的不確定度，包括天平重復性、體積重復性等，將各重復性分量合并為總試驗的一個分量；⑸樣品預處理產(chǎn)生的不確定度。

4 不確定度的分量評定及計算

4.2 樣品消化液定容引入的不確定度u(V)

4.3 測定樣品溶液中鎘濃度Cs引入的不確定度u (Cs)

4.3.1 配制標準溶液引入的不確定度u1(Cs)

4.3.1.2 鎘標準儲備液稀釋過程引入的不確定度吸取鎘儲備液（100μg/ml）0.50ml至100ml A級容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，得鎘標準中間液（500ng/ml），吸取鎘標準中間液0.60ml至100ml A級容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，得3.00ng/mL鎘標準應用液。采用儀器自動稀釋，分取標準溶液體積不確定度忽略。

根據(jù)JJG196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[8]，玻璃量器產(chǎn)生的不確定度主要由容量允差和溶液溫度與校正時溫度不同引入的，溫度變化一般為±4℃，水的膨脹系數(shù)為20℃時2.1×10-4/℃，以上兩項均符合均勻分布，分別計算后合成得出相對標準不確定度，如表1所示。

以上各項不確度分量相互獨立，故由標準儲備液配制標準溶液引入的標準不確定度：

4.3.2 由擬合的標準曲線求得Cs時的不確定度u2(Cs)3.00ng/ml鎘標準溶液由儀器自動稀釋成0.60、1.20、1.80、2.40和3.00ng/ml濃度系列標準溶液，表2是標準系列的兩次測定結(jié)果，對該數(shù)據(jù)進行擬合得：Y=0.034168X+0.001758，r=0.9992

截距a=0.001758，斜率b=0.034168，X=1.50

對工程實踐能力而言，深入企業(yè)頂崗鍛煉與虛擬仿真實習，參與企業(yè)技術(shù)攻關(guān)與承擔企業(yè)科研課題，企業(yè)掛職與企業(yè)調(diào)研相結(jié)合，促進工科新教師熟悉工程發(fā)展動態(tài)，豐富工程實踐經(jīng)驗，發(fā)展解決實際工程問題的能力。

根據(jù)標準溶液的濃度X利用標準曲線求得吸光度的理論值yi，計算實際吸光度Yi與理論值yi的殘差Yi-（a+bxi）。每份溶液測定2次，包括空白在內(nèi)共6份溶液，n=2×6=12，計算求得殘差的標準偏差SR：

本次評定對樣品測定液進行了7次測量，具體檢測結(jié)果見表3，由直線方程求得樣品溶液中鎘平均濃度：c=2.046ng/ml。

根據(jù)CNAS-GL06化學分析中不確定度的評估指南，標準曲線擬合引入的不確定度為：

式中：b：工作曲線斜率，b=0.034168

SR：工作曲線標準偏差，SR=0.00175

p：樣品重復測定次數(shù)，p=7

n：測試標準溶液的次數(shù)，n=12

c：測試消解液濃度Cs的平均值，c=2.046ng/ml

將上述各值代入公式得出：u2(Cs)=0.0256ng/ml

從標準曲線求水樣中鎘濃度時引入的相對不確定度

4.4 重復性實驗（隨機）變化引入的不確定度u (rep)在重復性條件下，對綠茶樣品進行了7次獨立測試，測試結(jié)果見表3。同時在試劑空白溶液中未檢測到鎘元素。

樣品重復測試引入的不確定度屬A類評定，實驗標準差s采用貝塞爾法計算：

表1 使用玻璃量器產(chǎn)生的不確定度

表2 標準曲線回歸方程擬合結(jié)果

表3 樣品重復檢測結(jié)果

則重復性實驗（隨機）變化產(chǎn)生的不確定度為

相對不確定度

4.5 樣品預處理產(chǎn)生的不確定度u(R)樣品預處理過程中存在較多不確定性因素，包括消化不完全，趕酸、轉(zhuǎn)移過程中鎘的損失或污染等情況，使樣品中鎘沒有全部進入到測定液中，從而給檢驗結(jié)果帶來偏差，本實驗擬通過標準樣品回收法進行評定，消解過程與樣品一致。已有研究表明，標樣回收法不確定度的來源有：稱量、定容、標準溶液配制、曲線擬合、標樣證書標準值、回收率重復性等[9，10]，因前四項與上述樣品評定過程有重復，本文只討論標樣證書標準值和重復性引入的不確定度。具體檢測結(jié)果見表4。

表4 綠茶標準樣品檢測結(jié)果

5 合成標準不確定度和擴展不確定度

以上各不確定度分量相互獨立，則合成相對標準不確定度為：

取擴展因子k=2，對應的置信水平大約是95%，則擴展不確定度為

U=k×u樣=2×4.67=9.34μg/kg

表5 各不確定度分量匯總表

6 結(jié)果報告

用石墨爐原子吸收分光光度法測定綠茶中鎘含量，綠茶中鎘含量為146μg/kg時，測量結(jié)果表述為（146±9.34）μg/kg，k=2。

7 討論

采用石墨爐原子吸收法測定綠茶中鎘，系統(tǒng)地分析不確定度來源并對各分量進行計算，從不確定度的整個評定過程可以看出，樣品預處理產(chǎn)生的不確定度對最終評定結(jié)果影響最大，占71.7%，其次是測定樣品溶液中鎘濃度Cs引入的不確定度對評定結(jié)果的影響，占27.6%，而其他三項引入的不確定度影響非常?。ǎ?%）。因此，要確保綠茶中鎘檢測結(jié)果的準確性，就必須嚴格控制樣品消化處理過程這一關(guān)鍵步驟，其次是標準溶液稀釋配制及標準曲線校準過程，減少重復性偏差。

目前，用各種方法檢測茶葉中金屬元素的報道較多[11-15]，但測量不確定度的報道較少[16，17]，而且有的評定過程沒有考慮消化過程的影響，從本文評定結(jié)果可看出，樣品消化回收率產(chǎn)生的不確定度對最終評定結(jié)果影響最大，在評定結(jié)果不確定度時有必要考慮這一項。此外，JJF 1059.1-2012中沒有明確回收率引入的不確定度的計算方法，各實驗室實際工作中采用的計算方法也不一致，比如采用極差法或重復性試驗的A類評定方法[17]，或按JJF1059-1999中5.8節(jié)計算公式計算[18]，按正態(tài)分布處理[19]等，這就給實際工作帶來困擾。因回收率值是一個與過程密切相關(guān)的量值，過程不同評定結(jié)果不同，如果已由實驗獲得了數(shù)據(jù)，采用A類方法更合理并更具有針對性[20]，因此在實際工作中可以采用與檢測樣品基體相似的標準樣品進行評估，這樣可以基本忽略因基體不同引起的差異。從本文評定結(jié)果可以看出，如果選用元素標準值不確定度低的標準樣品，就可以進一步降低樣品消化預處理產(chǎn)生的不確定度。

本文檢測及評定過程均按照日常檢測工作的實際情況，評定結(jié)果可以真實反映實驗室檢測水平。此次評定找到了工作中的關(guān)鍵步驟，可為實驗室質(zhì)量控制提供科學、準確的依據(jù)，同時為測量其他元素的不確定度評定提供參考，對提高測量結(jié)果的質(zhì)量有重要意義。

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Uncertainty evaluation in determination of cadmium in green tea by graphite furnace atomic absorption spectrometry

WANG Yanmin，ZHOU Hong，LIU Yuan.Jiangxi Province Center for Disease Control and Prevention，Nanchang 330029，China.

Objective To analyze the whole determination process of cadmium(Cd)in green tea by graphite furnace atomic absorption spectrometry，study the influencing factors of uncertainty，and evaluate the uncertainty.Methods The cadmium content in green tea was detected by graphite furnace atomic absorption spectrometry according to the national standard method of GB/T 5009.15-2014.The uncertainty of measurement results was evaluated in accordance with the requirements of JJF 1059.1-2012. Results The result showed that the expanded uncertainty was 9.34μg/kg(k=2)when the Cd content in green tea was 146μg/kg. The effect of sample pretreatment on the result uncertainty was 71.7%in all components，and the next in importance was the uncertainty of cadmium concentration in the sample solution，accounting for 27.6%.Conclusions It was necessary to consider the sample pretreatment for evaluating the uncertainty of metal elements in tea by graphite furnace atomic absorption spectrometry. Strict controlling of sample digestion process was the key to reduce the uncertainty in practical work.

Graphite furnace atomic absorption spectrometry；Green tea；Cadmium；Uncertainty

R155.5+1，R446

A

1674-1129(2017)01-0023-05

10.3969/j.issn.1674-1129.2017.01.007

2016-08-09；

2016-11-30)

江西省衛(wèi)生計生委科技計劃項目（20166003）；江西省衛(wèi)生計生委科技計劃項目（20166004）

王艷敏，1983年生，女，碩士研究生，主管技師，研究方向為食品中重金屬元素檢測分析

周鴻，1964年生，女，碩士研究生，主任醫(yī)師，長期從事食品檢測，E-mail：minyanwang2007@126.com