原子熒光光度法測定茶葉中總砷含量的不確定度評估

魏敏芝

(江西省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心，江西 南昌 330046)

砷在自然界中以亞砷酸鹽、砷酸鹽、單甲基胂酸、二甲基胂酸、砷甜菜堿、砷膽堿等多種化合物形式存在[1]，其具有致畸、致癌、致突變性，長期或過量攝入砷會對人體健康造成嚴重威脅，其中無機砷毒性較大。茶葉從種植到加工、炮制的各個過程中，都有可能會受到砷的污染，土壤環(huán)境是茶葉中砷污染的主要來源[2]。茶葉中的砷以無機態(tài)砷和有機態(tài)砷形態(tài)存在，不同的茶葉砷的化學(xué)組成不同，目前測定樣品中總砷為評價砷安全性的前提條件[3]，測定食品中總砷的方法為氫化物原子熒光光度法，本文參考國標方法[4]，采用氫化物原子熒光光度法測定茶葉中總砷含量該方法，為保證檢測數(shù)據(jù)準確可靠，以及測量結(jié)果的表達和應(yīng)用等方面科學(xué)準確，本文依據(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[5]和CNAS-GL06《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》[6]中規(guī)定的方法和要求，對該方法進行了不確定度的評估，通過對樣品測試過程中不確定度來源進行了分析，建立了不確定度評估數(shù)學(xué)模型，對不確定度各分量進行分析計算，得到了該方法的合成不確定度和擴展不確定度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠茶As成分分析標準物質(zhì)GBW10016(GSB-7)，地球物理地球化學(xué)勘查研究所；As元素溶液標準物質(zhì)，1000μg/mL，中國計量科學(xué)研究院GBW08611-15083；氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸、抗壞血酸均為優(yōu)級純；硼氫化鉀、硫脲均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Sartorius QUINTIX213-1CN型電子天平，德國Sartorius公司；AFS-9700型雙道原子熒光光度計，北京科創(chuàng)海光儀器有限公司；高速粉碎機，濰坊埃爾派粉體技術(shù)設(shè)備有限公司；電熱板，美國Thermo Scientific公司；馬弗爐，北京盈安美誠科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標準儲備液和標準工作液的配制

精密吸取濃度為1000μg/mL的砷單元素標準溶液1.00mL，置100.0mL的容量瓶中，加1%硝酸溶液稀釋至刻度，搖勻，濃度為10.0μg/mL；再精密量取1.00mL，置100.0mL的量瓶中，加1%硝酸溶液稀釋至刻度，搖勻，即得濃度為100.0ng/mL的砷標準使用液。分別精密吸取砷標準使用液(100.0ng/mL)0.0mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL和5.00mL置100.0mL容量瓶中，加10%硫脲和10%抗壞血酸的混合液10.0mL，再加鹽酸5.0mL，加水至刻度，搖勻，標準曲線濃度為0.0ng/mL、1.0ng/mL、2.0ng/mL、3.0ng/mL、4.0ng/mL和5.0ng/mL。

1.3.2 樣品前處理

稱取約0.3g(精確至1mg)樣品置聚四氟乙烯消化管中，加入硝酸7mL，浸泡過夜，置微波消解儀中消解，消解完全后，加熱濃縮至約1mL，放冷，加入鹽酸1.25mL，再加10%硫脲和10%抗壞血酸的混合液2.5mL，用去離子水定量轉(zhuǎn)移至25.0mL容量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻，即得。同法同時制備試劑空白溶液。

1.3.3 儀器分析條件

砷元素燈電流60mA，負高壓為300V，加熱溫度為200℃，載氣流量400mL/min，屏蔽氣流量900mL/min，載氣為高純氬氣，載液：5%鹽酸溶液和2%硼氫化鉀的0.5%氫氧化鈉溶液。

1.3.4 在原子熒光分光光度計上測量熒光強度，以空白標準溶液調(diào)零，進行校準曲線法測量，采用線性回歸法計算工作曲線。然后依次測量樣品空白溶液和樣品溶液的熒光強度，通過工作曲線計算出樣品溶液的總砷濃度，總砷含量的計算如式(1)所示。

(1)

式中：

X——試樣中總砷的含量，單位為毫克每千克(mg/kg)；

c——試樣溶液測得值，單位為納克每毫升(ng/mL)；

V——試樣定容總體積，單位為毫升(mL)；

m——試樣質(zhì)量，單位為克(g)；

1000——換算系數(shù)。

1.3.5 測定不確定度來源分析

依據(jù)前述建立的方法分析茶葉中總砷時，其測量不確定度的主要來源可分為以下幾個方面：1)樣品前處理過程引入的不確定度，主要包括樣品的稱量、提取溶液的定容體積、測量結(jié)果重復(fù)性引入的不確定度；2)標準溶液引入的不確定度，包括標準儲備液、標準工作溶液的配制引入的不確定度，校準曲線的線性擬合產(chǎn)生的不確定度。

2 結(jié)果與分析

2.1 標準溶液引入的不確定度

標準配制是首先量取1.00mL濃度為1000μg/mL的As元素溶液標準物質(zhì)(中國計量科學(xué)研究院GBW08611-15083)至100.0mL容量瓶中，配制成10μg/mL的As標準溶液，然后再量取1.00mL該標準溶液至100.0mL容量瓶中，配制成100ng/mL的As標準使用液，量取2.00mL標準使用液于100.0mL容量瓶中進行配制成2.0ng/mL的標準溶液，因此該標準溶液濃度的不確定度由兩部分組成，分別為標準物質(zhì)濃度的不確定度u(cCRM)和由標準物質(zhì)溶液逐級稀釋而引入的稀釋不確定度u稀釋。

2.1.1 標準物質(zhì)濃度的不確定度u(cCRM)

由標準物質(zhì)證書可得，所使用的標準物質(zhì)中As濃度的相對擴展不確定度為1.0μg/mL(k=2)，將其轉(zhuǎn)化為相對標準不確定度則為0.05%。

2.1.2 稀釋不確定度

逐級稀釋過程中所用的1mL單標線移液管、2mL單標線移液管經(jīng)檢定合格，準確度等級為A級。移液管由JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[7]的規(guī)定進行校準，符合A級要求，假定為均勻分布，其校準的相對不確定度分別為：

(1)

(2)

100mL容量瓶標注允許誤差為±0.60mL，其相對不確定度為：

(3)

由此，標準溶液稀釋引入的標準不確定度為：

(4)

即標準溶液稀釋引入的相對標準不確定度為：

(5)

2.2 樣品稱量質(zhì)量引入的不確定度

2.2.1 天平稱量最大允許誤差

樣品稱量天平校準證書中最大允許差為1.0mg，按均勻分布，稱量兩次，則由天平稱量最大允許誤差引入的標準不確定度為：

(6)

2.2.2 稱量的重復(fù)性標準偏差為1mg，按均勻分布，稱量重復(fù)性標準不確定度為：

(7)

由此可得稱量的標準不確定度為：

(8)

樣品稱量約為0.3g，則樣品稱量的相對標準不確定度：

(9)

2.3 樣品溶液定容體積引入的不確定度

2.3.1 樣品溶液稀釋于25mL容量瓶中，25mL容量瓶允許誤差±0.20mL，按均勻分布，則樣品定容最大允許誤差引入的標準不確定度為：

(10)

2.3.2 定容重復(fù)性引入的不確定度

對25mL容量瓶進行10次定容并稱量，得到相對標準差為0.09%，將其作為定容重復(fù)性引入的標準不確定度，由此可得樣品溶液的定容體積引入的相對標準不確定度為：

(11)

2.4 測量結(jié)果重復(fù)性引入的不確定度

稱取6份綠茶成分分析標準物質(zhì)，按照上述方法進行平行測量，考察方法的重復(fù)性，測量結(jié)果及標準差見表1。

表1 綠茶As成分分析標準物質(zhì)平行測定結(jié)果

該綠茶標準物質(zhì)中As的標準值及擴展不確定度分別為0.09 mg/kg和0.01 mg/kg(k=2)，對綠茶標準物質(zhì)中As進行測量重復(fù)性測定，6次測量結(jié)果的平均值為0.076mg/kg，標準差為0.0077mg/kg，方法平均回收率R為0.076÷0.09=0.844。測量重復(fù)性引入的不確定度為：

(12)

因此，在95%置信概率和自由度為5的條件下，t0.95(5)=2.57，k為2，測量重性引入的相對不確定度為：

(13)

2.5 校準曲線的線性擬合產(chǎn)生的不確定度

對標準工作溶液進行測定，采用最小二乘法擬合標準溶液質(zhì)量濃度與熒光強度比值得到標準工作曲線，標準工作溶液系列濃度為0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ng/mL，每個質(zhì)量濃度測量3次，測定結(jié)果如表2。

表2 As系列標準工作溶液和樣品溶液重復(fù)測定結(jié)果

注：標準工作曲線方程為：Y=147.91X+4.7988，其中斜率a=147.91，截距b=4.7988，相關(guān)系數(shù)為0.9996。

同時對樣品溶液中As含量進行3次測定，由標準工作曲線求得樣品溶液中As的濃度為c0=1.82ng/mL。c0的標準不確定度可由工作曲線上樣品溶液熒光強度處濃度測量的標準差來表示：

(14)

式中：

SR：標準曲線標準偏差；

(15)

a：曲線方程斜率；

p=3：對c0進行的3次測定；

m=3：每個標準濃度進行3次測定，包括標準空白溶液；

n=6：配制標準溶液質(zhì)量濃度個數(shù)，包括標準空白溶液；

Yij：為各質(zhì)量濃度點測定的熒光值；

Yi：為工作曲線方程計算的熒光值。

由(10)-(11)式計算得：

u(c0)=0.0258ng/mL，即樣品溶液c0的相對標準不確定度為：

(16)

2.6 測量不確定度評定和報告

2.6.1 合成標準不確定度

由前述計算得到的各不確定度分量的數(shù)據(jù)合成標準不確定度為：

(17)

2.6.2 擴展不確定度

根據(jù)JJF 113.5—2005《化學(xué)分析測量不確定度評定》，在95%置信概率下取包含因子k=2，綠茶樣品中總砷的測定值為0.15mg/kg，則擴展不確定度為：

U=0.15×0.129×2=0.039mg/kg

2.6.3 測量結(jié)果及不確定度表述

按照本方法測定綠茶樣品中總砷含量測定結(jié)果為(0.15±0.039)mg/kg，k=2。

圖1 各分量相對不確定度

圖1是各不確定分量的貢獻情況比較，從圖中明顯可以看出，測量重復(fù)性對結(jié)果不確定度貢獻最大，而樣品稱量、定容體積、標準溶液對結(jié)果不確定度貢獻相對較小。

3 結(jié)論

綠茶樣品測定總砷，對其測定結(jié)果不確定度有影

響的來源主要有：標準溶液配制、樣品稱量及前處理、測定重復(fù)性，以及標準工作曲線擬合等過程，通過系統(tǒng)分析上述分量對測定結(jié)果不確定度的貢獻，得到原子熒光光度法測定綠茶中總砷的擴展不確定度，可為日常檢測結(jié)果評價及報告提供可靠的研判依據(jù)，從而保證檢測結(jié)果科學(xué)準確。

[1]孫洪欣，王偉，劉昕然，等.菊花茶中砷含量特征及砷健康風險評價[J].生態(tài)毒理學(xué)報，2013，8(2)：230-237.

[2]張清海，陸洋，林紹霞，等.貴州省典型名優(yōu)茶產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染及在茶葉中的富集[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(8)：292-294.

[3]GB 2762-2017 食品安全國家標準 食品污染物限量.

[4]GB 5009.11-2014 食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定.

[5]JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》.

[6]CNAS-GL06《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》.

[7]JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》.