微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定藜麥中鉛含量的不確定度評(píng)定

◎ 柳櫻華，吳繼強(qiáng)

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730060）

藜麥，生長(zhǎng)于海拔較高的高原或山地地區(qū)，因其富含維生素、多酚、類黃酮類、蛋白質(zhì)、多種氨基酸（尤其是富含植物中缺乏的賴氨酸）及礦物元素等物質(zhì)，在眾多傳統(tǒng)的糧食作物中，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高?；诖?，藜麥也被認(rèn)為是最適宜人類食用的全營(yíng)養(yǎng)食品[1-2]。鉛是一種有毒重金屬，對(duì)人體危害極大[3-4]。因此準(zhǔn)確快速測(cè)定藜麥中的鉛含量逐漸成為學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)藜麥中的鉛含量進(jìn)行了測(cè)定，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)影響測(cè)定準(zhǔn)確性的不確定度進(jìn)行計(jì)算、評(píng)定，同時(shí)為提高此類鉛含量的測(cè)定準(zhǔn)確度提出了建議和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藜麥（甘肅天祝）；硝酸（優(yōu)級(jí)純，上海阿拉丁化學(xué)有限公司）；過(guò)氧化氫30%（分析純，北京化學(xué)試劑有限公司）；硝酸鉛（分析純，北京化學(xué)試劑有限公司）；高氯酸（分析純，上海阿拉丁化學(xué)有限公司）；去離子水。

TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；MARS6高通量密閉微波消解儀（美國(guó)CEM）；EHD-12趕酸儀（北京東航科儀儀器有限公司）；電子天平（梅特勒-托利多儀器上海有限公司ML503）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司）；吸量管、容量瓶、燒杯（江蘇三愛(ài)思科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

藜麥樣品的前處理工作參照參考文獻(xiàn)[5]進(jìn)行，稱取3份樣品0.50 g（精確至0.000 1 g）進(jìn)行消解，待結(jié)束后，將消解液加去離子水定容至10 mL的具塞比色管中，空白實(shí)驗(yàn)也按同樣的處理步驟進(jìn)行。

1.2.2 溶液配制

在配制 1 000 μg·mL-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，100 μg·mL-1的鉛中間標(biāo)準(zhǔn)使用液和5.0 μg·mL-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液時(shí)參考《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測(cè)定》（GB 5009.12—2017）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行稀釋配制[6]。

鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別吸取0 mL、0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL和0.5 mL的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液于100 mL容量瓶中，用5%硝酸稀釋并定容至刻度，得到濃度分別為 0 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、15.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1和 25.0 μg·L-1的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.3 樣品測(cè)定

石墨爐原子吸收光譜儀工作參數(shù)：波長(zhǎng)283.3 nm，光譜帶寬0.5 nm，燈電流2.0 mA，進(jìn)樣量10 μL，背景校正塞曼效應(yīng)[7]。

測(cè)定后，藜麥中鉛的測(cè)定結(jié)果按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測(cè)定》（GB 5009.12—2017）中的計(jì)算方法進(jìn)行處理。得出鉛含量及不確定度的數(shù)學(xué)模型為：

式中：X為試樣中鉛的含量，單位為mg·kg-1；m1為試樣溶液中鉛的質(zhì)量，單位為μg；m0為空白溶液中鉛的質(zhì)量，單位為μg；m2為試樣稱樣量，單位為g。

1.2.4 不確定度來(lái)源

在本實(shí)驗(yàn)測(cè)定過(guò)程中，因參考國(guó)標(biāo)方法，故只考慮與實(shí)驗(yàn)室操作有關(guān)的不確定度分量[8-13]。具體的不確定度來(lái)源主要有樣品稱量引入的不確定度urel(1)、配制鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel(2)、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(3)、樣品重復(fù)測(cè)定引入的不確定度urel(4)和檢測(cè)儀器引入的不確定度urel(5)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品稱量引入的不確定度urel(1)

在對(duì)藜麥中鉛含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，分別稱取0.500 3 g、0.500 1 g、0.499 8 g的藜麥試樣，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差，因此會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度造成一定的影響。在稱量時(shí)，分析天平的最小精度為0.000 1 g，按照分析天平的相關(guān)規(guī)定，最大允許的誤差為±0.001 g，且服從均勻分布，包含因子標(biāo)準(zhǔn)不確定度為稱樣過(guò)程需要兩次完成，對(duì)應(yīng)的相對(duì)不確定度為：

2.2 配制鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel(2)

在配制系列鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，首先采用逐級(jí)稀釋（10×20）的方式，將 1 000 μg·mL-1的鉛儲(chǔ)備液稀釋至 5.0 μg·mL-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液；再將 5.0 μg·mL-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋成不同濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。根據(jù)《常用玻璃量器》（JJG 196—2006）[14]。配制過(guò)程中所使用的量器引入的不確定度分析結(jié)果如表1所示。

表1 配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)程中量器引入的不確定度分析結(jié)果表

2.2.1 第一級(jí)稀釋引入的不確定度urel(2-1)

在第一級(jí)稀釋過(guò)程中，將1 000 μg·mL-1的鉛儲(chǔ)備液稀釋至質(zhì)量濃度為100 μg·mL-1的鉛中間標(biāo)準(zhǔn)使用液，采用的是A級(jí)10 mL分度吸量管和A級(jí)100 mL容量瓶進(jìn)行稀釋。此時(shí)，引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.2 第二級(jí)稀釋引入的不確定度urel(2-2)

在第二級(jí)稀釋過(guò)程中，將100 μg·mL-1的鉛中間標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋至質(zhì)量濃度為5 μg·mL-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液，采用的是A級(jí)5 mL分度吸量管和A級(jí)100 mL容量瓶進(jìn)行稀釋。此時(shí)，引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋至標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel(2-3)

將5 μg·mL-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋至系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用的是A級(jí)1 mL分度吸量管和A級(jí)100 mL容量瓶進(jìn)行稀釋。此時(shí)，由標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋至標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.4 溫度引入的不確定度urel(2-4)

由于實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)會(huì)對(duì)玻璃儀器產(chǎn)生一定的影響，因此測(cè)定結(jié)果也會(huì)受到影響。通常，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室溫度為（20±5）℃，水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，忽略玻璃的體積膨脹。此時(shí)，服從均勻分布，包含因子使用的量器A級(jí)1 mL、5 mL、10 mL分度吸量管和A級(jí)100 mL容量瓶的相對(duì)不確定度均為由溫度對(duì)各量器體積影響所引入的不確定度為：

考慮溶液稀釋和溫度對(duì)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的綜合影響，引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(3)

將系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液分別在儀器上平行3次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表2所示。以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，經(jīng)線性最小二乘法擬合，可得標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y=0.003 0x+0.001 6，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 1。同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行8次平行測(cè)定，由線性方程可獲得樣品中鉛含量的平均濃度為8.26 μg·mL-1。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定結(jié)果表

依據(jù)貝塞爾公式，計(jì)算繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差SR為：

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(3)為：

式中：p為樣品溶液平行測(cè)量次數(shù)，p=8；n為標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的測(cè)量次數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)曲線系列溶液濃度平均值，c0為樣品溶液平均濃度，c0=8.26 μg·L-1；ci為系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度；b為工作曲線的斜率，b=0.003 0；a為工作曲線的截距，a=0.001 6。

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的相對(duì)不確定度為：

2.4 樣品重復(fù)測(cè)定引入的不確定度urel(4)

取樣品中的其中一份，對(duì)其平行8次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果分別為 0.163 2 mg·kg-1、0.156 7 mg·kg-1、0.163 5 mg·kg-1、0.161 0 mg·kg-1、0.171 2 mg·kg-1、0.168 8 mg·kg-1、0.170 4 mg·kg-1和 0.165 2 mg·kg-1，此時(shí)藜麥中鉛含量的平均值為0.165 2 mg·kg-1。平行8次的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

式中：Xi為試樣中鉛的含量，mg·kg-1；為試樣中鉛的平均含量，mg·kg-1。

2.5 檢測(cè)儀器引入的不確定度urel(5)

本實(shí)驗(yàn)所使用的原子吸收光譜儀擴(kuò)展不確定度經(jīng)查為U=4.2×10-2，k=2，此時(shí)由儀器校準(zhǔn)引入的不確定度而溫度對(duì)原子吸收光譜儀產(chǎn)生的的不確定度因此由測(cè)定儀器引入的不確定度為

2.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度

在藜麥中鉛含量的測(cè)定過(guò)程中，存在的具體不確定來(lái)源如表3所示，為了評(píng)定綜合不確定度，需要將表3中的不確定度分量進(jìn)行合成。

表3 測(cè)定樣品中鉛含量時(shí)產(chǎn)生的不確定度一覽表

u合成的相對(duì)不確定度為：

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u總=urel(總)·X=0.034 547×0.165 2=0.005 706 mg·kg-1。當(dāng)包含因子k=2，則藜麥中鉛含量的擴(kuò)展不確定度為U=u總×k=0.005 706×2=0.011 41 mg·kg-1。

通過(guò)計(jì)算可知，鉛含量的擴(kuò)展不確定度為U=0.011 41 mg·kg-1；因此本實(shí)驗(yàn)中藜麥中鉛含量的測(cè)量結(jié)果可表示為X=（0.165 2±0.011 41）mg·kg-1，k=2。根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 762—2017）[15]規(guī)定，藜麥中鉛的限量值為0.2 mg·kg-1，本次樣品中鉛含量低于限量值，因此鉛含量未超標(biāo)。

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)微波消解-石墨爐原子吸收光譜法對(duì)藜麥中的鉛含量進(jìn)行了測(cè)定，并建立數(shù)學(xué)模型對(duì)測(cè)定過(guò)程中的不確定度進(jìn)行了分析評(píng)定。研究結(jié)果表明，當(dāng)取樣量為0.500 1 g時(shí)，藜麥中鉛含量為（0.165 2±0.011 41）mg·kg-1，k=2。在測(cè)定過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、檢測(cè)儀器、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制這3個(gè)因素對(duì)總的不確定度貢獻(xiàn)最大。因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要注重標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制（建立合理的工作曲線）、優(yōu)化原子吸收光譜儀的測(cè)定參數(shù)及重視對(duì)儀器維護(hù)和保養(yǎng)，同時(shí)考慮盡可能地使用準(zhǔn)確級(jí)別較高的玻璃量器配制溶液，以減小對(duì)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。