硫酸亞鐵法測定食鹽中亞鐵氰化鉀含量的不確定度評定

□ 黎穎欣 趙金利 葉春常 林少揚 陳 韻 廣州市食品檢驗所

精制鹽和部分粉碎洗滌精制鹽的顆粒度較細且不均勻，而鹽本身又具有吸濕性，隨著存儲時間的延長，逐漸由松散的顆粒結(jié)成硬塊，對儲存、運輸和使用造成不便，因此需要添加適量的抗結(jié)劑。亞鐵氰化鉀又稱黃血鹽、黃血鹽鉀，由于價格低、所需用量少、抗結(jié)效果好，成為國內(nèi)食鹽生產(chǎn)企業(yè)的首選抗結(jié)劑[1—2]。依據(jù)GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》[3]規(guī)定，亞鐵氰化鉀在鹽及代鹽制品的最大使用量為0.01 g/kg（以亞鐵氰根計）。實驗室對亞鐵氰化鉀的檢測結(jié)果，往往用作判定是否符合國標要求的依據(jù)。檢測結(jié)果準確度的重要性不言而喻。測量不確定度是評估檢測結(jié)果準確度和可信度的有效方法。

本研究按照GB 5009.42—2016《食品安全國家標準 食鹽指標的測定》[4]中的硫酸亞鐵法測定食鹽中的亞鐵氰化鉀，并根據(jù)CNAS—CL01—G003:2019《測量不確定度的要求》[5]、CNAS—GL006:2019《化學分析中不確定度的評估指南》[6]、JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[7]和JJF 1135—2005《化學分析測量不確定度評定》[8]的相關(guān)要求和方法，分析檢測過程的不確定度來源并分別量化，用以計算測量不確定度。此外，通過分析不確定度的主要來源，實驗室可采取相應(yīng)的措施，減小測量不確定度，提高結(jié)果的可信度和可靠性[9—11]。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

食鹽：市售，加碘精制鹽；亞鐵氰化鉀（K4[Fe（CN）6]·3H2O）、硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）、硫酸：分析純，廣州化學試劑廠。

1.2 主要儀器與設(shè)備

MS304TS 電子天平：梅特勒—托利多儀器（上海）有限公司；BSA2202S電子天平：賽多利斯（上海）貿(mào)易有限公司；7230G 可見分光光度計：上海精密科學有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 標準溶液和工作液的配制

準確稱取0.199 3 g 亞鐵氰化鉀，溶于少量水，轉(zhuǎn)移入100 mL 容量瓶中，加水稀釋至刻度，得1.0 mg/mL 亞鐵氰根[Fe（CN）6]4—標準溶液。吸取上述標準溶液10.0 mL 置于100 mL 容量瓶中，加水稀釋至刻度，得0.10 mg/mL亞鐵氰根標準工作液。

1.3.2 標準工作曲線的繪制

分別吸取亞鐵氰根標準工作液0、0.1、0.2、0.3 mL、0.4 mL 與0.5 mL，相當于0、10.0、20.0、30.0、40.0 μg與50.0 μg 亞鐵氰根，分別置于25 mL比色管中，各加水至25 mL。以亞鐵氰根質(zhì)量為橫坐標，對應(yīng)的吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。

1.3.3 試樣的制備和測定

稱取10.00 g 食鹽樣品溶于水后轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，加水至刻度，混勻后過濾，棄去初濾液，然后吸取25.0 mL 濾液于比色管中。試樣管與標準管分別加2 mL 硫酸亞鐵溶液，混勻后放置20 min。用3 cm 比色杯，以零管調(diào)節(jié)零點，于波長670 nm 處測吸光值。根據(jù)試樣的吸光度，根據(jù)工作標準曲線計算測定用樣液中亞鐵氰根的含量。

1.3.4 回收率

準確稱取10.00 g食鹽樣品10份，在相同的實驗條件下進行制備和測定，計算回收率。

1.3.5 數(shù)學模型的建立

試樣中亞鐵氰化鉀的含量可按式（1）計算。

式（1）中：X 為試樣中亞鐵氰化鉀（以[Fe（CN）6]4—計）的 含 量，g/kg；c 為測定用樣液中亞鐵氰根的質(zhì)量，μg；m 為樣品質(zhì)量，g；V1為樣品制備過程的定容體積；V2為用于試驗的濾液體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來源的識別和分析

為了更好地識別所有的不確定度來源，本研究通過繪制因果關(guān)系圖，以亞鐵氰化鉀含量計算公式中的參數(shù)作為主要分支，再細致分析各參數(shù)的不確定度來源，將更多影響因素添加到此圖上。重復(fù)性評估作為一個整體，是對檢測全過程的評估，因此不再分別考慮樣品質(zhì)量m、定容體積V1、濾液體積V2等參數(shù)中的重復(fù)性分量。為考察實驗過程的偏倚，增加了回收率評估。與亞鐵氰化鉀含量測定相關(guān)的不確定度來源分析見圖1。

圖1 亞鐵氰化鉀含量測定不確定度來源圖

2.2 不確定度分量的量化

2.2.1 樣品質(zhì)量m 引入的不確定度urel（m）

稱取食鹽樣品10.00 g。天平不確定度來源，靈敏度和校準函數(shù)的線性。由于稱量使用的是同一臺天平，且稱量范圍很小，靈敏度帶來的不確定度忽略不計。天平制造商給出的線性數(shù)值為20 mg。線性分量被假設(shè)成矩形分布，換算成標準不確定度為：上述分量應(yīng)計算兩次，因為稱量分兩次，一次去皮，一次為凈重。每一次稱重均為獨立的觀測結(jié)果，兩者的線性影響互不相關(guān)。因此樣品質(zhì)量m 引入的標準不確定度和相對標準不確定度分別為：

2.2.2 定容體積V1和濾液體積V2引入的不確定度urel（V1）和urel（V2）

食鹽樣品溶解后定容至50 mL，過濾后吸取25 mL 用作測定。這兩個體積都有兩個相同的主要影響因素：玻璃器皿的允差和環(huán)境溫度的波動。依據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器》[12]，標準溫度20 ℃時，A 級50 mL 單標線容量瓶與25 mL 單標線吸量管的容量允差分別為±0.05 mL和±0.030 mL。假設(shè)容量允差呈三角形分布，則其定容體積V1和濾液體積V2引入的標準不確定度分別為：

實驗室溫度控制在（20±4）℃。溫度波動引起液體的體積膨脹明顯大于容量瓶與單標管，故此處只考慮前者。水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10—4/℃，在50 mL 和25 mL 溶液中產(chǎn)生的體積變化分別為：±（50×4×2.1×10—4）=±0.042 mL，±（25×4×2.1×10—4）=±0.021 mL。假設(shè)溫度的變化服從矩形分布，其在定容體積V1和濾液體積V2引入的標準不確定度分別為：

兩種分量合成得到定容體積V1和濾液體積V2的標準不確定度，并以此計算相對標準不確定度：

2.2.3 標準溶液引入的不確定度urel（R）

標準溶液有3 個不確定度來源，標準物質(zhì)的純度、標準物質(zhì)的稱量和標準溶液的稀釋。

（1）標準物質(zhì)純度引入的不確定度urel（Rp）。亞鐵氰化鉀的純度≥99.5%，假設(shè)為矩形分布，則標準物質(zhì)純度引入的標準不確定度和相對標準不確定度為：

（2）標準物質(zhì)稱量引入的不確定度urel（Rm）。稱取0.199 3 g 亞鐵氰化鉀，所用天平的線性數(shù)值為0.2 mg。參照2.2.1，計算標準物質(zhì)稱量引入的標準不確定度和相對標準不確定度：

（3）標準溶液稀釋引入的不確定度urel（Rv）。標準溶液稀釋過程中的體積受玻璃量器的容量允差和實驗室溫度的波動影響。依據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器》和JJG 10—2005《專用玻璃量器》[13]檢定規(guī)程，查得各玻璃量器的容量允差。標準溶液稀釋所用溶劑均為純水。參照2.2.2，可計算各分量的相對標準不確定度（見表1），進而合成得標準溶液稀釋引入的相對標準不確定度：

表1 各玻璃量器的相對標準不確定度

（4）合并上述各不確定度分量，計 算標準溶液引入的相對合成標準不確 定度為：

2.2.4 樣液中亞鐵氰根的質(zhì)量c引入的不確定度urel（c）

為使用繪制的校準曲線計算樣液中亞鐵氰根的質(zhì)量，需要分別測定6個濃度校準溶液的吸光值。此處c 的不確定度計算反映的是由于吸光度隨機變異產(chǎn)生的不確定度，即標準曲線擬合引入的不確定度，標準溶液的不確定度已于前文分析計算，此處不重復(fù)考慮。測定6 個濃度點的標準溶液時，每個點重復(fù)3 次，結(jié)果見表2。采用最小二乘法進行擬合，繪制得亞鐵氰化鉀標準曲線為y=0.004 7x+0.003 3，相關(guān)系數(shù)r2為0.998 2。依公式（2）計算標準曲線殘余標準偏差S。

式（2）中：yi為各標準溶液實際測得的吸光值；Y 為各標準溶液濃度代入線性方程計算所得的吸光值；n 為標準溶液測定的總次數(shù)，即為標準曲線濃度點數(shù)×測量重復(fù)次數(shù)。

制備10 個平行樣，測得樣液中亞鐵氰化鉀的平均質(zhì)量c 為23.6 μg。根據(jù)公式（3）計算標準曲線擬合引入的不確定度，即樣液中亞鐵氰根質(zhì)量引入的標準不確定度和相對標準不確定度。

式（3）中：S 為標準曲線殘余標準偏差；b 為標準曲線斜率；p 為測試樣液的

次數(shù)；n 為標準溶液測定的總次數(shù)；c 為樣液中亞鐵氰化鉀的質(zhì)量；ci為各標準溶液的濃度；為不同濃度標準溶液的平均值。

2.2.5 樣品測定重復(fù)性引入的不確定度urel（r）

重復(fù)測定食鹽樣品10 次，檢測結(jié)果見表3。則樣品測定重復(fù)性引入的標準不確定度和相對標準不確定度可按公式（4）（5）計算：

其中：Xi為樣品中亞鐵氰化鉀的 含量；為10 次測定樣品結(jié)果的平均 值；n 為重復(fù)測定樣品的次數(shù)。

表2 亞鐵氰化鉀標準系列濃度與吸光值

表3 樣品測定與回收率結(jié)果

在10 個食鹽樣品中加入亞鐵氰化鉀，添加量為30 μg，進行重復(fù)試驗，回收率結(jié)果見表3。平均回收率為96.0%，參照2.2.5 計算回收率引入的標準不確定度為1.4%。以t 檢驗確認平均回收率與1.0 是否有顯著性差異。檢驗統(tǒng)計量t 為：

95% 置信度，自由度為9 下的雙側(cè)臨界值t9為2.26。由于t ≥t9，與1.0 有顯著性差異，檢測結(jié)果需用回收率進行修正，修正后的結(jié)果為0.004 7/96.0%=0.004 9 g/kg。 回收率引入的相對標準不確定度為：

2.3 計算合成標準不確定度

各不確定度分量相應(yīng)的相對標準不確定度見表4，合成標準不確定度為：

表4 各分量的相對保準不確定度

2.4 擴展不確定度

在95%置信水平下，設(shè)定包含因 子k=2， 擴 展 不 確 定 度U（X）=0.000 23×2=0.000 5 g/kg。由上所述，食鹽樣品中亞鐵氰化鉀的含量可表示為（0.004 9±0.000 5）g/kg（k=2）。

2.5 數(shù)據(jù)分析

圖2 展示了各不確定度分量對測量不確定度的貢獻，將每個分量的大小與合成不確定度進行比較，可知對總不確定度貢獻最大的是標準溶液引入的不確定度，回收率、重復(fù)性和樣液中亞鐵氰根質(zhì)量計算引入的不確定度僅約為最大貢獻分量的1/3，樣品質(zhì)量、定容體積和濾液體積的分量影響太小，可忽略不計。針對標準溶液分量進行分析，見圖3，可知稀釋過程引入的不確定度最大，可選取誤差更小、精密度更高的量器，以減小其引入的不確定度。

圖2 測定亞鐵氰化鉀含量的不確定度分量大小

圖3 標準溶液的不確定度分量大小

3 結(jié)論

本研究通過測定食鹽中亞鐵氰化鉀的含量以及評定其不確定度，得出其亞鐵氰化鉀含量為0.004 9 g/kg，擴展不確定度U（X）=0.000 5 g/kg，食鹽中亞鐵氰化鉀的含量結(jié)果表示為（0.004 9±0.000 5）g/kg（k=2）。在全部不確定度分量中，標準溶液中溶液稀釋引入的不確定度貢獻最大。在后續(xù)實驗中，可考慮更換精密度更高的量器，對減小不確定度分量有重要意義。此外，適當增加重復(fù)試驗次數(shù)、選擇平均濃度與待測樣液含量接近的標準溶液系列等措施，均能有效減小不確定度，提高檢測結(jié)果的準確性。