原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定檳榔中鈣元素含量的不確定度評(píng)定

康志嬌 - 趙志友 - 袁 河 劉 佳 夏延斌 -

(1. 湖南省檳榔加工與食用安全工程技術(shù)研究中心，湖南 湘潭 411100；2. 湖南賓之郎食品科技有限公司，湖南 湘潭 411100；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

鈣元素對(duì)人體有至關(guān)重要的作用，不僅是人體骨骼的主要組成成分，同時(shí)還可調(diào)節(jié)人體內(nèi)多種酶的活性、體內(nèi)激素的分泌，參與神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、肌肉的活動(dòng)、血液凝固，鈣還具有調(diào)節(jié)心律、降低心血管的通透性等重要作用[1-3]，但體內(nèi)鈣含量過(guò)高亦不利于人體健康，會(huì)導(dǎo)致心機(jī)細(xì)胞損傷及死亡，引發(fā)人體結(jié)石等[4-5]。檳榔產(chǎn)于南亞、東南亞、熱帶太平洋地區(qū)和東非部分地區(qū)[6]，含有多種獨(dú)有的生物堿和多酚物質(zhì)，具有一定的神經(jīng)興奮作用，適量食用后可使思維活躍[7-9]，深受廣大司機(jī)消費(fèi)者的歡迎。而鈣在檳榔的神經(jīng)興奮作用中扮演著至關(guān)重要的角色，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明咀嚼檳榔后的輕快感只有在鈣離子存在的情況下才能更易體現(xiàn)。目前已有關(guān)于原子吸收分光光度計(jì)測(cè)量薏苡、奶粉等食品中鈣含量測(cè)定不確定度評(píng)價(jià)的報(bào)道[10-11]，但未見針對(duì)檳榔中鈣含量測(cè)定的不確定度評(píng)價(jià)。本研究采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定檳榔中鈣元素含量，分析影響測(cè)定結(jié)果的不確定度分量，根據(jù)影響較大的不確定度分量提出改進(jìn)措施，以提高檳榔中鈣元素含量測(cè)定的準(zhǔn)確度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

檳榔：老湘潭，批號(hào)20181207X 廣5491，湖南賓之郎食品科技有限公司；

鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；

其它主要試劑：分析純，國(guó)藥集團(tuán)。

1.1.2 儀器

原子吸收光譜儀：AA-6880F/AAC型，日本島津公司；

馬弗爐：SX-4-10型，天津市泰斯特儀器有限公司；

分析天平：AR224CN型，奧豪斯儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 用移液管移取適量鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液至容量瓶中，用5%硝酸溶液定容后搖勻配制成濃度為100 μg/mL的鈣標(biāo)準(zhǔn)中間液；再用5 mL移液管分別準(zhǔn)確移取2.5，2.0，1.5，1.0，0.5 mL鈣標(biāo)準(zhǔn)中間溶液至10 mL容量瓶中，在各容量瓶中加入0.5 mL鑭溶液(20 g/L)，用5%硝酸溶液定容至刻度即為鈣標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.2.2 樣品的前處理 準(zhǔn)確稱取已切碎的檳榔樣品約0.5 g 置坩堝中，先炭化，再于550 ℃灰化3～4 h，至試樣呈白灰狀；若試樣未灰化完全則加數(shù)滴硝酸后小火蒸干繼續(xù)灰化1～2 h至試樣灰化完全；用50%的硝酸溶液溶解轉(zhuǎn)移已灰化試樣至100 mL容量瓶中，加5 mL鑭溶液后用水定容至刻度，搖勻，制成鑭溶液濃度為1 g/L的待測(cè)溶液，平行操作6份，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.2.3 光譜條件 波長(zhǎng)422.7 nm，狹縫0.7 nm，燈電流10 mA，氘燈扣背景模式，空氣流量15.0 L/min，乙炔流量2.0 L/min。

1.3 數(shù)學(xué)模型的建立

檳榔中鈣含量均按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

X——試樣中被測(cè)元素含量，mg/g；

ρ——測(cè)試液中元素的質(zhì)量濃度，mg/L；

ρ0——測(cè)定空白試液中元素的質(zhì)量濃度，mg/L；

V——樣液體積，mL；

m——試樣的質(zhì)量，g。

計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來(lái)源分析

因果圖可直觀表述影響不確定度的各分量，故其在不確定度評(píng)價(jià)中應(yīng)用廣泛。根據(jù)不確定度評(píng)價(jià)的一般步驟，通過(guò)對(duì)檳榔中鈣含量測(cè)定過(guò)程的分析，其測(cè)量結(jié)果的不確定度來(lái)源見圖1，主要包括標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度、樣品質(zhì)量引入的不確定度、定容體積引入的不確定度、樣品測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度及儀器設(shè)備引入的不確定度。

2.2 各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)價(jià)

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C) 標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度及配置稀釋過(guò)程引入的不確定度組成。

圖1 不確定度來(lái)源因果圖

(1) 鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel(p)：Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書給出鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為1 000 μg/mL，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%(k=2)，則其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

urel(p)=0.007÷2=0.003 50。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過(guò)程引入的相對(duì)不確定度urel(稀釋)：在由鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制成鈣標(biāo)準(zhǔn)工作液的過(guò)程中5 mL移液管使用2次，50 mL容量瓶及10 mL容量瓶各使用1次，其不確定度均包含容量允差引入的不確定度及溫度引入的不確定度。

① 容量允差引入的不確定度：所用玻璃器具均為A級(jí)，經(jīng)查JJG 196—2006，5 mL移液管、50 mL及10 mL容量瓶在室溫下的容量允差分別為0.025，0.050，0.020 mL，故此類容量器皿引入的容量允差為：

② 溫度引入的不確定度：JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》中規(guī)定容量瓶及移液管的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃，實(shí)驗(yàn)室溫度為(20±5) ℃，水的體積膨脹系數(shù)為2.08×10-4℃-1，則5 mL移液管、50 mL容量瓶、10 mL容量瓶由溫度差引起的水的體積變化分別為5.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.005 20 mL、50.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.052 0 mL、10.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.010 4 mL，取矩形分布，則溫度對(duì)5 mL 移液管、50 mL容量瓶、10 mL容量瓶的影響所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

在標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過(guò)程5 mL移液管、50 mL容量瓶、10 mL容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

故標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過(guò)程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(3) 最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)不確定度urel(q)：配制一系列鈣標(biāo)準(zhǔn)工作液，每個(gè)濃度平行操作3份，注入原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定相應(yīng)的吸光度值(表1)，用最小二乘法對(duì)濃度和吸光值進(jìn)行擬合得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y=0.054 1x+0.033 7，r2=0.999 9。

表1 標(biāo)準(zhǔn)工作液濃度及其響應(yīng)值

本試驗(yàn)對(duì)待測(cè)試樣平行測(cè)定了6次，最終計(jì)算出待測(cè)溶液中鈣濃度c0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(2)

式中：

s(A)——標(biāo)準(zhǔn)工作液吸光度值的殘差的標(biāo)準(zhǔn)差；

c0——試樣中鈣元素濃度，mg/L；

a——標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線截距；

n——標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量次數(shù)，本試驗(yàn)為15；

p——c0的測(cè)量次數(shù)，本試驗(yàn)為6。

故標(biāo)準(zhǔn)曲線引入c0的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(3)

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(q)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(q)見表2：

表2 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 urel(q)計(jì)算表

故標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)不確定度：

2.2.2 樣品質(zhì)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(M) 樣品質(zhì)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度包括天平分辨率誤差引入的不確定度以及天平示值誤差引入的不確定度，由于天平檢定證書給出其示值誤差為0 mg，所以樣品質(zhì)量引入的不確定度即為天平分辨率誤差引入的不確定度。

檳榔中鈣的含量測(cè)定方法要求稱取樣品0.5 g，精確到0.000 1 g，使用天平的最小分度為0.000 1 g，取矩形分布，故由天平分辨率誤差引入的不確定度為：

2.2.3 定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V)

(1) 容量允差引入的不確定度：待測(cè)液采用100 mL容量瓶配制，經(jīng)查JJG 196—2006，100 mL A級(jí)容量瓶在室溫下的容量允差為±0.1 mL，故100 mL容量瓶的容量允差為：

(2) 溫度對(duì)定容體積影響所引入的不確定度：100 mL 容量瓶試驗(yàn)和校準(zhǔn)溫差最大為5 ℃，溫度引起的體積最大變化為100.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.104 mL，其不確定度取矩形分布，結(jié)果為：

因此提取液體積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.4 樣品重復(fù)測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(ωrep)

樣品重復(fù)測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度即為試驗(yàn)過(guò)程中隨機(jī)效應(yīng)所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。本試驗(yàn)中同一樣品平行測(cè)定6次，得待測(cè)樣中鈣含量的平均值ω以及單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度s(ωrep)，取矩形分布，則鈣平均含量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式(4)、(5)計(jì)算，最終樣品測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(ωrep)為0.001 82。

(4)

urel(wrep)=u(wrep)÷c。

(5)

2.2.5 儀器設(shè)備引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Y) 試驗(yàn)所用原子吸收分光光度計(jì)的校準(zhǔn)證書顯示其擴(kuò)展不確定度為0.005 μg/mL(k=2)，因此原子吸收分光光度計(jì)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

待測(cè)樣中鈣含量測(cè)定結(jié)果的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uc rel(Ca)=

uc(Ca)=uc rel(Ca)×ω=0.005 68×3.16=0.018 0。

2.4 擴(kuò)展不確定度

在沒有特殊要求的情況下，按國(guó)際慣例，取擴(kuò)展因子k=2，則檳榔中鈣含量的擴(kuò)展不確定度為：

UCa=k×uc(Ca)=0.04。

檳榔中鈣含量為：(3.16±0.04) mg/kg(k=2，置信區(qū)間95%)。

3 結(jié)論

檳榔中鈣元素含量測(cè)定結(jié)果的不確定度來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)曲線、樣品質(zhì)量、定容體積、測(cè)量重復(fù)性以及測(cè)量?jī)x器。評(píng)價(jià)結(jié)果表明在不確定度各分量中標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度貢獻(xiàn)最大，貢獻(xiàn)率為47.38%，其中標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合；其次為儀器和測(cè)量重復(fù)性，貢獻(xiàn)率分別為25.25%，18.38%；質(zhì)量引入的不確定度影響最小，基本可忽略。在今后的檢測(cè)工作中，可通過(guò)使用精密度更高的器具配制標(biāo)準(zhǔn)溶液、增加標(biāo)準(zhǔn)曲線各濃度點(diǎn)的測(cè)定次數(shù)等降低標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度；可通過(guò)加強(qiáng)原子吸收分光光度計(jì)的維護(hù)和保養(yǎng)、及時(shí)對(duì)原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行檢定校準(zhǔn)、保證原子吸收分光光度計(jì)置于適宜的溫濕度環(huán)境中等方法降低儀器的不確定度；可通過(guò)加強(qiáng)試驗(yàn)人員的動(dòng)手能力等降低測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度。