氣相色譜法測定嬰幼兒食品和乳品中碘含量的不確定度評定

王燕燕 丁 輝

(1.江西核工業(yè)環(huán)境保護(hù)中心，江西 南昌 330012；2.江西貫通檢測有限公司，江西 南昌 330012)

引言

碘是一種用來制造甲狀腺激素的必需營養(yǎng)元素。在人體中，甲狀腺激素負(fù)責(zé)了一些代謝過程。在正常生長、骨骼形成、大腦發(fā)育和能量代謝都需要甲狀腺激素。人體的碘主要來自膳食，母乳中也含有碘，在引進(jìn)輔助食品前(引進(jìn)固體食物的過渡期通常大約在6月齡)，母乳是純母乳喂哺嬰兒膳食碘的唯一食物來源。如果已選擇以嬰兒配方奶粉代替部分或全部母乳，嬰兒配方奶粉中的碘含量就會(huì)影響嬰兒的膳食碘攝入量。世界衛(wèi)生組織建議0至12月齡的嬰兒的膳食碘攝入量為每日每公斤體重15微克(假設(shè)一個(gè)體重6公斤的6月齡嬰兒，即每日90微克)。然而，如果其碘攝入量少于世衛(wèi)組織建議的三分之一(即每日每公斤體重5微克)，則有可能影響其甲狀腺功能，如果甲狀腺功能顯著受損，不排除嬰兒腦部發(fā)育可能受影響。我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)嬰兒配方食品(GB 10765-2010)規(guī)定了嬰兒配方食品中碘含量為2.5μg/100KJ～14.0μg/100KJ(10.5μg/100kcal～58.6μg/100kcal)；食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)較大嬰兒和幼兒配方食品(GB 10767-2010)規(guī)定了較大嬰兒和幼兒配方食品碘含量最小值為1.4μg/100KJ(5.9μg/100kcal)，最大值沒有特別說明。由于測定結(jié)果不可避免的具有不確定度，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，并按照GB/T 27418-2017《測量不確定度評定和表示》的相關(guān)要求，現(xiàn)對碘含量130μg/100g左右的嬰幼兒奶粉進(jìn)行化學(xué)測量不確定度的評定，并最終給出了檢測結(jié)果的不確定度表達(dá)式。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

氣相色譜儀：Clarus 580，配ECD檢測器，PerkinElmer；

電子天平：AL204，感量0.1mg，METTLER；

碘化鉀：優(yōu)級純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；

實(shí)驗(yàn)室所用正己烷為色譜純，其他試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)室用水為一級水。

1.2 測量原理

試樣中的碘在硫酸條件下與丁酮反應(yīng)生成丁酮與碘的衍生物，經(jīng)氣相色譜分離，電子捕獲檢測器檢測，外標(biāo)法定量。

測試流程圖見圖1：

圖1 奶粉中碘測試流程圖

1.3 數(shù)學(xué)模型：

采用外標(biāo)法定量，按式(1)計(jì)算奶粉中碘的量。

X=(C*100)/M

(1)

式中：X：樣品中碘含量，μg/100g；

C：樣品溶液上機(jī)測得相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)液碘的質(zhì)量，μg；

M：樣品稱樣量，g。

2 不確定度分量的主要來源及分析

(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的不確定度：配制標(biāo)準(zhǔn)溶液及標(biāo)準(zhǔn)系列衍生化反應(yīng)引入的不確定度；

(2)樣品制備引入的不確定度：樣品前處理引起的不確定度；

(3)測試過程隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度：樣品多次測量的重復(fù)性引起的不確定度；

(4)校準(zhǔn)曲線引入的不確定度：校準(zhǔn)曲線擬合引起的不確定度。

3 測量不確定度評定

3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度主要來源包括標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制過程和標(biāo)準(zhǔn)系列的配制及衍生化反應(yīng)過程。

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制過程引入的不確定度

3.1.1.1 1000μg/mL碘標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制：

稱量引起的不確定度：準(zhǔn)確稱取131.0mg碘化鉀至100mL容量瓶中，超純水溶解并定容至刻度。碘化鉀標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)使用優(yōu)級純試劑，純度按100%計(jì)，使用萬分之一天平稱量，天平允許誤差為±0.3mg，按均勻分布計(jì)算，考慮到本次稱量是分兩次完成，一次皮重，一次毛重，由稱量標(biāo)準(zhǔn)品引入的不確定度和相對不確定度分別為：

urel(m1)=0.2449/131.0=0.00187

定容產(chǎn)生的不確定度：100mLA級單標(biāo)容量瓶，校準(zhǔn)證書給出的允差為±0.1mL，校準(zhǔn)溫度為20℃，按三角分布計(jì)算，其引入的相對不確定度是：

3.1.1.2 100μg/mL碘標(biāo)準(zhǔn)中間液配制過程引入的不確定度

配制過程：準(zhǔn)確移取10.00mL碘標(biāo)準(zhǔn)儲備液，用水定容到100mL，得到100ug/mL碘標(biāo)準(zhǔn)中間溶液。使用10mL A移液管，校準(zhǔn)誤差0.1mL，故引入的不確定度為

定容使用100mLA級容量瓶，則定容過程

故配制100ug/mL碘標(biāo)準(zhǔn)中間液相對不確定度為

u(s1)=[urel(v0)2+urel(v)2]1/2=0.00410

3.1.1.3 1.0μg/mL碘標(biāo)準(zhǔn)使用液配制過程引入的不確定度

配制過程：準(zhǔn)確移取1.00ml 100μg/mL碘標(biāo)準(zhǔn)中間溶液至100ml容量瓶中，得到1.0μg/mL碘標(biāo)準(zhǔn)使用液，使用1mLA級移液管操作，允差0.01mL，則移取1ml該液帶來的不確定度為：

按JJG 196-2006規(guī)定，20℃時(shí)100mL容量瓶(A級)的容量允差△為±0.1mL，按三角分布則100m容量瓶帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

故1.0μg/mL標(biāo)準(zhǔn)使用液配制過程引入的不確定度

u(s2)=[urel(v2)2+urel(v3)2]1/2=0.00410

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制過程引入的不確定度包括標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制過程(稱量和定容)、中間液和使用液稀釋過程，對上述不確定度的各個(gè)分量合成得到該不確定度的合量應(yīng)為

u(s)=[urel(m1)2+urel(v1)2+urel(s1)2+urel(s2)2]1/2=0.00611

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)系列的配制及衍生化反應(yīng)過程引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)系列配制與衍生過程：用移液管分別吸取1.00、2.00、4.00、6.00、8.00mL 1.0μg/mL碘標(biāo)準(zhǔn)液至100mL容量瓶中，加入5ml 109g/L亞鐵氰化鉀和5mL 219g/L乙酸鋅溶液，水定容至刻度，搖勻，靜置10min，濾紙過濾取10mL溶液加入硫酸、雙氧水和丁酮衍生化，正己烷萃取兩次，水洗滌2-3次無水硫酸鈉脫水定容至50mL。標(biāo)準(zhǔn)系列相當(dāng)于含1.0μg、2.0μg、4.0μg、6.0μg、8.0μg的碘。

以移取4.00mL 1.0μg/mL碘標(biāo)準(zhǔn)液為例，使用5mLA移液管，校準(zhǔn)誤差0.05mL，故引入的不確定度為：

定容使用100mLA級容量瓶，則定容過程：

移取10mL濾液使用10mL移液管，允差0.1mL，

衍生化后定容至50mL引入的不確定度：

定容使用50mLA級容量瓶，則定容過程：

則該濃度引入的不確定度為：

Urel(S1)=0.00656

故標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制及衍生過程產(chǎn)生的不確定度如表1所示：

表 1 標(biāo)準(zhǔn)系列配制及衍生引入的不確定度

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的不確定度來源主要包含配制標(biāo)準(zhǔn)使用液的過程及標(biāo)準(zhǔn)系列配制和衍生化過程，對上述不確定度的分量進(jìn)行合成并計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的相對不確定度為：

3.2 樣品制備引入的不確定度

樣品制備過程引入的不確定度來源包括：樣品的稱量、定容、衍生化萃取過程等。

樣品的稱量：稱取5g，使用萬分之一天平，天平允許誤差為±0.3mg，按均勻分布計(jì)算，考慮到本次稱量是分兩次完成，一次皮重，一次毛重，由稱量樣品引入的不確定度和相對不確定度分別為：

urel(m1)=0.2449/5000=0.000049

定容產(chǎn)生的不確定度：使用100mLA級單標(biāo)容量瓶，校準(zhǔn)證書給出的允差為±0.1mL，校準(zhǔn)溫度為20℃，按三角分布計(jì)算，其引入的相對不確定度是：

同標(biāo)準(zhǔn)系列處理，過濾后移取10mL濾液使用10mL移液管允差0.1mL，其不確定度為：

衍生化后定容至50mL引入的不確定度：定容使用50mLA級容量瓶，則定容過程的不確定度為：

綜上所述，樣品制備過程引入的不確定度來源包括：樣品的稱量、定容、衍生化萃取過程。對上述各分量進(jìn)行合成并計(jì)算，則樣品制備過程引入的相對不確定度為：

ur(Y)=[urel(m1)2+urel(v1)2+urel(v0)2+urel(v)2]1/2=0.00412

3.3 測試過程隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度：

主要是樣品多次測量的重復(fù)性引起的不確定度，其他隨機(jī)性如衍生化效率等不考慮。對樣品進(jìn)行6次重復(fù)試驗(yàn)，奶粉中碘含量見表2所示。

表2 奶粉中碘含量測定結(jié)果

按A類進(jìn)行評定試驗(yàn)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定u(X)，試驗(yàn)次數(shù)為6，標(biāo)準(zhǔn)偏差S(X平均)為3.00μg/100g。奶粉中碘重復(fù)測試引入的不確定度為：

重復(fù)測試引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.4 校準(zhǔn)曲線引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)工作液1.0μg、2.0μg、4.0μg、6.0μg、8.0μg，對每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液測量3次，共測15次，測得的濃度與峰面積的對應(yīng)值如表3所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)系列測得的峰面積

對樣品進(jìn)行了6次測定，根據(jù)校正曲線所得結(jié)果分別為，6.61、6.52、6.63、6.58、6.68、6.66μg，平均值為6.6μg。由p=15，n=6，則

4 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

綜上所述，碘的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

奶粉中碘標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度為：

5 擴(kuò)展不確定度

在沒有特殊要求的情況下，按國際慣例，取擴(kuò)展因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

U=UC×k=5.1μg/100g

6 測量結(jié)果表示

7 結(jié)果與討論

各不確定度的分量如圖2所示。

圖2 不確定度分量的來源

從不確定度分量的評估過程可以看出，對合成相對不確定度貢獻(xiàn)最大的分量為標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度和測量重復(fù)性帶來的不確定度。標(biāo)準(zhǔn)系列的制備繁瑣，涉及多步驟的稀釋與定容，還有衍生化等操作，故此過程帶來的不確定度最大。因此，制備標(biāo)準(zhǔn)系列應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法每個(gè)系列點(diǎn)都隨樣品一同處理，這樣得到的校正曲線才會(huì)更準(zhǔn)確。樣品測量重復(fù)性帶來的不確定度同樣是由于樣品制備也需要經(jīng)過多個(gè)步驟，而奶粉的蛋白質(zhì)沉淀處理好壞直接影響后面過濾定容的結(jié)果，故奶粉測定需多次平行測定以消除偏差。