原子吸收光譜法測定山茶油中鈣、銅、鋅含量的不確定度分析

唐滿生，李治章，李文藝，吳雅麗，肖新生(湖南科技學院 化學與生物工程學院，湘南優(yōu)勢植物資源綜合利用湖南省重點實驗室，湖南 永州 425199)

不確定度[1-2]是測量方法最基本也是最重要的特性指標之一，是測量方法可靠性的重要標志。山茶油是我國南方地區(qū)常見的食用油，由于其脂肪酸組成中油酸的含量非常高，同時還富含植物甾醇、VD、VK、VE、類胡蘿卜素、茶多酚、山茶甙、角鯊烯和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，因此享有“東方橄欖油”的美譽[3-4]。盡管對于山茶油營養(yǎng)價值的研究已有很多報道[5-6]，但對于其鈣、銅、鋅含量的測定及測定方法不確定度研究較少[7]。鈣、銅、鋅是人體所需的重要金屬元素，其含量的高低也是評價山茶油品質(zhì)優(yōu)劣的指標之一。因此對山茶油中此類金屬元素含量測定方法進行不確定度分析和評定具有重要意義。

本研究采用火焰原子吸收光譜法測定山茶油中鈣、銅和鋅的含量，如實反映測定方法的置信度和準確性，確定了影響測定不確定度的原因。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

山茶油(壓榨法生產(chǎn)，5 L/桶)購于超市；硝酸(分析純)、鹽酸(分析純)等試劑購于安耐吉；鈣、銅、鋅標準液均購于探索平臺。

TAS-986型原子吸收分光光度計；SX5-18型箱式電阻爐；AVY120型電子分析天平；DK-98-II-2kW型電爐。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗用具的準備與處理

實驗要用的燒杯、容量瓶、移液管、坩堝等參考文獻[8]進行處理。

1.2.2 待測樣品的制備

分別向編號為1～7的坩堝加入1.998 9、2.033 2、2.002 0、2.036 2、2.029 8、2.014 0、2.034 3 g 山茶油。然后將坩堝置于電爐上均勻受熱，打開實驗室通風口，小火炭化至無煙。冷卻后再轉(zhuǎn)移入電阻爐中500℃灰化3 h，充分冷卻后取出用0.2%硝酸將灰分溶解，將試樣消化液分別對應轉(zhuǎn)移至已編號的25 mL容量瓶中，用0.2%硝酸多次洗滌坩堝，用二次蒸餾水定容至刻度，保存待用。

1.2.3 標準溶液配制

鈣標準溶液：用2 mL移液管分別從500 μg/mL鈣儲備液中取0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mL加入100 mL容量瓶，用蒸餾水定容，混勻，準確配制質(zhì)量濃度分別為2、4、6、8、10 μg/mL鈣標準溶液，保存待用。

銅標準溶液：用1 mL移液管分別從100 μg/mL銅儲備液中取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL加入100 mL 容量瓶，用蒸餾水定容，混勻，準確配制質(zhì)量濃度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 μg/mL銅標準溶液，保存待用。

鋅標準溶液：先用5 mL移液管從500 μg/mL鋅儲備液中取5.0 mL加入100 mL的容量瓶中，用蒸餾水定容，混勻，配成質(zhì)量濃度為25 μg/mL的鋅標準溶液。然后用2 mL移液管分別取0.8、1.6 mL，5.0 mL移液管分別取2.4、3.2、4.0、8.0、16 mL 的25 μg/mL鋅標準溶液加入100 mL容量瓶，用蒸餾水定容，混勻，準確配制質(zhì)量濃度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0 μg/mL鋅標準溶液，保存待用。

1.2.4 原子吸收分光光度計工作條件設(shè)定(見表1)

表1 原子吸收分光光度計的工作條件

2 結(jié)果與討論

2.1 不確定度來源的分析

被測樣品中金屬元素含量的數(shù)學模型為：

(1)

式中：P為樣品中金屬元素的含量， mg/kg；c為測定樣品溶液中金屬元素的質(zhì)量濃度，μg/mL；V為樣品定容后的體積，mL；m為樣品的質(zhì)量，g。

根據(jù)實驗方法和以上數(shù)學模型分析，測定不確定度的來源主要為：①樣品制備過程中產(chǎn)生的不確定度：包括樣品的稱量，稀釋過程的體積校準；②標準儲備液稀釋過程引入的不確定度；③最小二乘法擬合校準曲線：得出樣品中金屬元素質(zhì)量濃度時所產(chǎn)生的不確定度；④重復性實驗引入的不確定度。

2.2 樣品制備過程中產(chǎn)生的不確定度

2.2.1 待測樣品稱量過程引入的不確定度

待測樣品稱量時需要稱量坩堝的質(zhì)量，還需要稱量坩堝和樣品的總質(zhì)量，即需要稱量2次，在計算不確定度時需乘系數(shù)2。

在一個稱量的窄的范圍內(nèi)，不同質(zhì)量是在同一個平衡上測得的，因此u(靈敏度)是可以忽略的。分析天平的線性校正范圍是±0.2 mg；分析天平的讀數(shù)分辨率是0.1 mg[9]。

稱量樣品質(zhì)量在2 g左右，現(xiàn)令m=2 g，得urel(m)=u(m)/m×100%=0.182 6/(2×1 000)×100%=0.009 13%，數(shù)值較小，可以忽略不計。

2.2.2 樣品稀釋過程的不確定度

容量瓶體積引入的不確定度：據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器》規(guī)定，20℃時25 mL A級容量瓶的容量允差為±0.02 mL，取矩形分布,則由此帶來的不確定度為：

溫度引起的不確定度：已知水的膨脹系數(shù)a=2.1×10-4mL/℃，溫差為±4℃，置信概率為0.95，所以溫度引起的不確定度為：

0.012 1(mL)

由稀釋過程引入的相對不確定度urel(V稀)=u(V稀)/V1=0.016 7/25×100%=0.067%。

2.3 標準儲備液稀釋過程引入的不確定度

2.3.1 移液管在稀釋過程引入的不確定度

移液管引入的不確定度：據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器》規(guī)定，1 mL移液管最大允許誤差為 ±0.007 mL，取矩形分布，則該移液管引入的不確定度為：

2 mL移液管最大允許誤差為±0.010 mL，取矩形分布，則該移液管引入的不確定度為：

5 mL 移液管最大允許誤差為±0.020 mL，取矩形分布，則該移液管引入的不確定度為：

2.3.2 容量瓶在稀釋過程引入的不確定度

容量瓶體積引入的不確定度：據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器》規(guī)定，20℃時100 mL A級容量瓶的容量允差為±0.10 mL，取矩形分布，則100 mL容量瓶體積帶來的不確定度為：

溫度引起的不確定度：已知水的膨脹系數(shù)a=2.1×10-4mL/℃，溫差為±4℃，置信概率為0.95，所以溫度引起的不確定度為：

由標準液稀釋定容過程中引入的相對不確定度urel(V容)=u(V容)/V3×100%=0.075 4/100×100%=0.075%。

2.3.3 鈣標準儲備液稀釋過程引入的相對不確定度

2.3.4 銅標準儲備液稀釋過程引入的相對不確定度

2.3.5 鋅標準儲備液稀釋過程引入的相對不確定度

2.4 標準曲線最小二乘法帶來的不確定度

2.4.1 樣品溶液鈣質(zhì)量濃度測定中的不確定度評定

對上述鈣標準系列溶液進行3次重復測定[10]，分別在3次獨立開機條件下進行(銅、鋅與之相同)，測定結(jié)果見表2。

表2 鈣標準系列溶液吸光度測定結(jié)果

(2)

(3)

2.4.2 樣品溶液銅質(zhì)量濃度測定中的不確定度評定

對上述銅標準系列溶液進行3次重復測定，測定結(jié)果見表3。

表3 銅標準系列溶液吸光度測定結(jié)果

2.4.3 樣品溶液鋅質(zhì)量濃度測定中的不確定度評定

對上述鋅標準系列溶液進行3次重復測定，測定結(jié)果見表4。

表4 鋅標準系列溶液吸光度測定結(jié)果

2.5 重復性實驗引入的不確定度

對于重現(xiàn)性所產(chǎn)生的不確定度的計算，只需計算出其相對標準偏差(RSD)即可[6]。

2.5.1 鈣元素重復性實驗引入的不確定度

在重復條件下，對編號為1～7的樣品進行了7次獨立測定，分別測得樣品溶液中鈣元素質(zhì)量濃度，再根據(jù)式(1)計算，各樣品中鈣含量依次為55.41、52.38、53.57、45.43、43.11、44.31、52.60 mg/kg。

則鈣元素單次測量的不確定度為：

樣品鈣含量均值的不確定度為：

2.5.2 銅元素重復性實驗引入的不確定度

在重復條件下，對編號為1～7的樣品進行了7次獨立測定，分別測得樣品溶液中銅元素質(zhì)量濃度，再根據(jù)式(1)計算，各樣品中銅含量依次為1.126、0.984、0.749、0.859、0.862、0.869、1.352 mg/kg。

2.5.3 鋅元素重復性實驗引入的不確定度

在重復條件下，對編號為1～7的樣品進行了7次獨立測定，分別測得樣品溶液中鋅元素質(zhì)量濃度，再根據(jù)式(1)計算，各樣品中鋅含量依次為33.14、35.54、35.09、38.67、35.84、32.65、44.12 mg/kg。

2.6 相對合成標準不確定度

山茶油中鈣、銅、鋅含量的測定在樣品制備過程中、標準儲備液稀釋過程中、最小二乘法擬合校準曲線、重復性實驗引入的不確定度的分析結(jié)果見表5。

表5 鈣、銅、鋅元素各不確定度分析結(jié)果 %

2.7 擴展不確定度

在沒有特殊要求下，按國際慣例，測得結(jié)果的擴展不確定度包含因子k取2[12]。

3 結(jié) 論

通過原子吸收光譜法測定實際樣品，對山茶油中金屬元素鈣、銅、鋅含量測定的不確定度進行分析，得出當山茶油中鈣含量為49.54 mg/kg時，測定結(jié)果的不確定度為6.084 mg/kg；當山茶油中銅含量為0.972 mg/kg時，測定結(jié)果的不確定度為0.331 4 mg/kg；當山茶油中鋅含量為36.44 mg/kg時，測定結(jié)果的不確定度為3.097 4 mg/kg。其中最小二乘法擬合校準曲線和重復性實驗引入的不確定度是不確定度的主要來源。

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