電感耦合等離子光譜法測(cè)定嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)米粉中鐵含量的不確定度評(píng)定

(江西省食品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，南昌 330001)

1 引言

鐵是身體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中必需的微量元素之一，是非常重要的一種元素；其在人體活性因子構(gòu)成中起到密切作用，如血紅蛋白、酶的輔助因子等[1，2]。鐵分布于人體中的各個(gè)部位，其中以脾和肝含量最多；一個(gè)成年人含有4～5克的鐵元素，以血紅蛋白形式存在的鐵占65～70%，這對(duì)維持身體中整個(gè)鐵的平衡和穩(wěn)定起到關(guān)鍵性作用[3]。鐵在嬰幼兒成長(zhǎng)過(guò)程扮演著很重要的角色，如果身體鐵含量吸收不足容易導(dǎo)致貧血現(xiàn)象，進(jìn)一步影響嬰幼兒的學(xué)習(xí)和行為等方面能力[4]；而且缺鐵性貧血對(duì)嬰幼兒智力發(fā)育傷害是不可逆的，即使后期針對(duì)性補(bǔ)充鐵營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑，嬰幼兒各方面能力也很難彌補(bǔ)[5]。因此，微量元素鐵對(duì)嬰幼兒生長(zhǎng)發(fā)育非常重要；同時(shí)對(duì)市面上嬰幼兒輔食中鐵含量精準(zhǔn)確定很有必要，這為含鐵產(chǎn)品選擇提供一定的參考意義。

目前對(duì)食品中元素含量檢測(cè)方法有電感耦合等離子體質(zhì)譜法(Inductively Coupled Plasma mass spectrometer，ICP-MS)[6，7]，電感耦合等離子體光譜法(Inductively Coupled Plasma spectrometer，ICP)[8]，原子吸收光譜法[9，10]，分光光度法等[11]。其中ICP-OES法具有化學(xué)干擾少，分析速度快，精密度高，靈敏度高，檢測(cè)限低等優(yōu)點(diǎn)[12]，被廣泛應(yīng)用于食品中鐵含量測(cè)定。該實(shí)驗(yàn)根據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.268-2016《食品中多元素的測(cè)定》中ICP-OES法，本文以嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)米粉為例，使用ICP-OES法測(cè)定嬰幼兒米粉中的鐵含量。依據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》評(píng)定嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)米粉中鐵的不確定度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟分析該過(guò)程中引起不確定度的原因，主要包括涉及到的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，設(shè)備儀器，玻璃器皿等，對(duì)各個(gè)不確定度進(jìn)行計(jì)算分析，給出不確定度報(bào)告。目前國(guó)內(nèi)很少關(guān)于ICP法測(cè)定食品中鐵的不確定度來(lái)源分析相關(guān)研究和報(bào)道，這為以后測(cè)定同類產(chǎn)品分析不確定度提供一定的指導(dǎo)作用和借鑒意義。

2 材料與方法

2.1 儀器和試劑

5100VDV電感耦合等離子體光譜儀(美國(guó)安捷倫公司)；ETHOS ONE微波消解儀(意大利MILESTONE公司)；GS25-20A趕酸儀(天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司)；QUINTIX124-1CN分析天平(賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司)；Synergy純水儀(美國(guó)Millipore公司)；JYL-C16V九陽(yáng)料理機(jī)(九陽(yáng)股份有限公司)。1000μg/mL鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，唯一標(biāo)識(shí)177026-1)；68%UP級(jí)硝酸(蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司)；市售嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)米粉。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1溶液配制

5%硝酸溶液：吸取50mL硝酸，加水定容至1000mL搖勻。鐵元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：用5%的硝酸溶液配制成0、0.5、1.00、2.50、4.00、5.00mg/L的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2.2樣品前處理

參考GB5009.268-2016《食品中多元素的測(cè)定》，樣品混勻后，稱取一定量樣品置于微波消解管中，加入5mL硝酸，加蓋放置1h后用蓋子蓋住旋緊，然后在微波消解儀中按照設(shè)定的程序(3min升溫至115℃，保持5min；3min升溫至150℃，保持5min；3min升溫至185℃，保持45min，結(jié)束后冷卻)進(jìn)行微波消解；待消解結(jié)束冷卻至室溫后，打開蓋子，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解管放在100℃的趕酸儀中加熱30min，冷卻后用水定容至50mL，混勻備用，同時(shí)進(jìn)行試劑空白試驗(yàn)。

2.2.3電感耦合等離子體光譜儀條件

觀察方式：徑向觀測(cè)，RF功率1.2kW，等離子氣流量：12.0L/min，輔助氣流量：1.0L/min，霧化器流量：0.7L/min，觀察高度：8mm。

2.2.4鐵含量計(jì)算公式

公式中：X為樣品中鐵的含量(mg/kg)，C為樣品溶液中鐵的濃度(μg/L)，C0為樣品空白中鐵的濃度(μg/L)，f為樣品溶液的稀釋倍數(shù)，m為樣品的質(zhì)量(g)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不確定度評(píng)估

3.1.1不確定度來(lái)源分析

根據(jù)鐵含量的計(jì)算公式以及分析測(cè)試過(guò)程，ICP-OES法測(cè)定嬰幼兒米粉中鐵含量的不確定度主要包含以下幾點(diǎn)：樣品處理過(guò)程中稱樣質(zhì)量、樣品定容體積以及樣品濃度引入的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度，加標(biāo)回收以及重復(fù)性引入的不確定度。

3.1.2不確定度分量的計(jì)算

(1)稱樣量引入的不確定度樣品稱樣量為0.5g，由分析天平計(jì)量檢定證書可以得到，其最大允許差為0.5mg。假定其為矩形(均勻)分布，換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

由于采用減量法稱重，則由稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

由稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(2)樣品定容體積引入的不確定度

在樣品處理定容過(guò)程采用的是50mL容量瓶，20℃時(shí)允許誤差為±0.05mL，取矩形(均勻)分布，則引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

樣品定容液體為5%的硝酸溶液，以水計(jì)，在20℃時(shí)水的膨脹系數(shù)為2.08×10-4/℃，根椐容量瓶檢定證書，50mL容量瓶在20℃檢定，而實(shí)驗(yàn)室溫度在±2℃之間變動(dòng)，該影響引起的不確定度可通過(guò)估算該溫度范圍和體積膨脹系數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)只考慮溶劑即可。忽略溫度對(duì)容量瓶容積的影響。溶劑為1%的硝酸溶液，99%的水，因此按水的體積膨脹系數(shù)算為2.08×10-4/℃，取矩形分布，則由溫度變化引起的定容體積標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

由定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.000626

(3)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可知，所使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鐵(1000mg/L)的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%，k=2，則由標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.000626

由溫度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：

200μL移液槍吸取25μL，50μL，125μL，200μL時(shí)由溫度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.00000600μL

=0.0000120μL

=0.0000300μL

=0.0000480μL

據(jù)此，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制過(guò)程中引入的各個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.00920

=0.00576

因此，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制過(guò)程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(4)加標(biāo)回收率引入的不確定度

對(duì)樣品進(jìn)行了6次處理和6次加標(biāo)回收處理，考察加標(biāo)回收引入的不確定度。表1為處理的12次結(jié)果。

根據(jù)CNAS-GL06-2006化學(xué)分析中不確定度評(píng)估指南以及JJF1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示，取置信概率95%，在自由度為5時(shí)臨界值t(95%，5)=2.57, 說(shuō)明回收率與1之間無(wú)顯著性差異，不必采用fR修正結(jié)果。

表1 樣品加標(biāo)回收率數(shù)據(jù)

(5)樣品重復(fù)測(cè)定引入的不確定度

(6)標(biāo)準(zhǔn)曲線最小二乘法擬合計(jì)算濃度引入的不確定度

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量與樣品所設(shè)定的參數(shù)相同，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度測(cè)定兩次，表2是標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定結(jié)果響應(yīng)值。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程參數(shù)

C0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以根據(jù)工作曲線上樣品溶液響應(yīng)值處的濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算，計(jì)算公式如下：

3.1.3 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度

根據(jù)上述不確定度分量的分析，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表3所示。

表3 鐵含量測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

則合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

則鐵含量的擴(kuò)展不確定度為：

3.1.4 測(cè)量不確定度報(bào)告與表示

食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.268-2016《食品中多元素的測(cè)定》中ICP-OES法測(cè)定嬰幼兒米粉中的鐵含量測(cè)定結(jié)果為(58.3±6.9)mg/kg(k=2)。

4 結(jié)論

從嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)米粉中的鐵含量測(cè)定中的各個(gè)不確定度分量計(jì)算可以看出，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大的是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液的配制，由其引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0542；其次是標(biāo)準(zhǔn)曲線最小二乘法擬合計(jì)算濃度，由其引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0215；而樣品稱量、樣品溶液定容、加標(biāo)回收、樣品重復(fù)測(cè)定對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較小。對(duì)各個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行合成，計(jì)算得出擴(kuò)展不確定度為6.859mg/kg，最終ICP-OES法測(cè)定嬰幼兒米粉中的鐵含量不確定度報(bào)告表示為(58.3±6.9)mg/kg(k=2)。在本研究中，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制過(guò)程由于使用了200μL的移液槍吸取少量體積的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，造成吸取的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)體積誤差比較大，從而影響實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果；這種誤差可通過(guò)吸取多大體積的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用多大的移液槍解決。標(biāo)準(zhǔn)曲線最小二乘法擬合計(jì)算濃度由于樣品空白有一定的響應(yīng)值，再則樣品、標(biāo)液測(cè)定次數(shù)及選取的點(diǎn)少，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也造成了一定的影響；可以選取雜質(zhì)含量更少的優(yōu)級(jí)純硝酸和超純水、增加標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度點(diǎn)和測(cè)定次數(shù)以及增加樣品測(cè)量次數(shù)降低實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的誤差，使得測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。通過(guò)各個(gè)影響不確定度因素分析和研究，這為電感耦合等離子體光譜法測(cè)定食品鐵含量中易產(chǎn)生較大實(shí)驗(yàn)誤差的因素進(jìn)行更好控制和采取規(guī)避措施。