液液萃取-石墨爐原子吸收法測(cè)定食鹽中鉛含量的不確定度評(píng)定

◎ 鄒勇平，周元元，楊 嘉，胡 云，周可欣，梁志春，王 帥

（揚(yáng)州市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇 揚(yáng)州 225100）

食鹽是人們?nèi)粘Ｉ钪兄匾恼{(diào)味品，其重金屬污染狀況始終是食品安全監(jiān)管中的重要內(nèi)容。由于高濃度的鈉離子存在，痕量重金屬如鉛、鎘和鉻等元素在檢測(cè)時(shí)面臨很大的背景干擾，直接導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確[1-3]。為減少背景干擾，食鹽等高鹽基質(zhì)中鉛的測(cè)定可以采用基體改進(jìn)劑法[4]、液液萃取法[5-6]、固液萃取法[7-8]等。在常用食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，所用的消解方法（如濕法消解、微波消解等）和使用基體改進(jìn)劑的方法并不能消除高鹽基質(zhì)帶來(lái)的背景干擾[9]。因此，食鹽中鉛的檢測(cè)通常采用液液萃取[6]前處理方法，即在一定的pH條件下，利用Pb2+與二乙基二硫代氨基 甲 酸 鈉（Sodium Diethyldithiocarbamate，DDTC）可以高效地絡(luò)合，再以4-甲基-2-戊酮（Methyl Isobutyl Ketone，MIBK）進(jìn)行萃取，使得鉛離子與高鹽基質(zhì)分離，最終采用石墨爐原子吸收法測(cè)定。

相對(duì)于傳統(tǒng)方法，液液萃取檢驗(yàn)程序復(fù)雜，會(huì)對(duì)結(jié)果的不確定度帶來(lái)新的影響。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，并未發(fā)現(xiàn)針對(duì)本方法標(biāo)準(zhǔn)的食鹽中鉛元素測(cè)定的不確定度研究[10-11]。為了探究液液萃取中多次定容操作對(duì)不確定度的影響，同時(shí)為滿(mǎn)足食鹽中鉛檢驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量控制的要求，依據(jù)JJF 1059.1—2012和CNAS—GL006：2019，本文對(duì)GB 5009.42—2016中規(guī)定的液液萃取法測(cè)定食鹽中鉛的不確定度進(jìn)行評(píng)估。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

某品牌市售食鹽；硝酸（優(yōu)級(jí)純）、高氯酸（優(yōu)級(jí)純）、檸檬酸銨（分析純）、溴百里酚藍(lán)（分析純）、硫酸銨（分析純）、二乙基二硫代氨基甲酸鈉（DDTC）（分析純）、氨水（分析純）和4-甲基-2-戊酮（MIBK）（分析純），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg·L-1），國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

1.2 儀器與設(shè)備

PinAAcle 900T原子吸收光譜儀（美國(guó)Perkin-Elmer公司）；Milli-Q Reference超純水儀（美國(guó)Merck公司）；XSR204電子分析天平（瑞士梅特勒公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

用移液管吸取0.5 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1）于50 mL的容量瓶（A級(jí)）中，用硝酸溶液（5+95）稀釋至刻度，得鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（10 μg·mL-1）。再用移液管吸取5.0 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（10 μg·mL-1）于50 mL容量瓶（A級(jí)）中，用硝酸溶液（5+95）稀釋至刻度，得1 μg·mL-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液。再分別移取0 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL、1.50 mL及2.00 mL的鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液置于一組50 mL A級(jí)容量瓶中，配制成 濃 度 為0 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、20 μg·L-1、30 μg·L-1及40 μg·L-1的鉛標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.3.2 樣品處理

取10 g（精確至0.01 g）試樣于100 mL燒杯中，加水溶解，以少量混合酸（硝酸∶高氯酸=9∶1），加熱煮沸，放冷后全部轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，稀釋至刻度，得到備用試樣溶液。移取樣液及試劑空白液，分別置于125 mL分液漏斗中。依次加入檸檬酸銨溶液（250 g·L-1）2 mL，溴百里酚藍(lán)溶液（1 g·L-1）5滴，用1∶1氨水調(diào)節(jié)溶液顏色由黃變藍(lán)。再加入硫酸銨溶 液（300 g·L-1）10.0 mL和DDTC溶 液（50 g·L-1）10 mL，搖勻。靜置5 min，加入MIBK 10.0 mL后振蕩萃取1 min，靜置。棄水層，將有機(jī)層轉(zhuǎn)入10 mL容量瓶。

分別取鉛標(biāo)準(zhǔn)系列工作液10.0 mL于125 mL分液漏斗中，與試樣相同方法萃取。同時(shí)做試劑空白。將儀器調(diào)節(jié)至最佳條件，分別測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液萃取液、試樣空白萃取液和試樣萃取液的吸光度。計(jì)算公式如下：

式中：X為試樣中鉛含量，mg·kg-1；C為由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得試樣溶液中鉛離子濃度（已扣除空白），μg·L-1；m為試樣取樣量，g；V為試樣溶液定容體積，mL。

1.3.3 光譜參數(shù)

石墨爐原子吸收光譜儀經(jīng)優(yōu)化的工作參數(shù)如下。鉛的分析譜線：283.31 nm；狹縫寬度：0.7 nm；燈電流：10 mA；載氣：氬氣；升溫程序：干燥溫度90 ℃、120 ℃、140 ℃，干燥時(shí)間5 s、20 s、30 s，灰化溫度500 ℃，灰化時(shí)間20 s，原子化溫度1 600 ℃，原子化時(shí)間5 s，凈化溫度2 450 ℃，凈化時(shí)間3 s。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來(lái)源的識(shí)別

根據(jù)計(jì)算公式中各項(xiàng)參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響，得到本次實(shí)驗(yàn)的不確定度來(lái)源主要有樣品稱(chēng)量結(jié)果重復(fù)性、待測(cè)溶液定容體積、工作曲線、標(biāo)準(zhǔn)溶液定容和測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性的不確定度。值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液經(jīng)過(guò)2次定容，2次定容的準(zhǔn)確度對(duì)實(shí)驗(yàn)的不確定度均具有一定的影響。因此，在各自的不確定度分量中需要疊加計(jì)算。

2.2 不確定度評(píng)定

2.2.1 樣品稱(chēng)量結(jié)果不確定度urel(m)

由檢定證書(shū)查得儀器最大允差為±0.5 mg，按矩形分布，引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為由于稱(chēng)量時(shí)存在去皮操作，所以此標(biāo)準(zhǔn)不確定度需計(jì)算2次。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定稱(chēng)量樣品10.00 g，所得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.2 待測(cè)溶液定容體積不確定度urel(V)

試樣溶液定容需要考慮以下3個(gè)不確定度分量。

（1）初次定容器具的不確定度。定容使用的50 mL容量瓶經(jīng)校準(zhǔn)符合A級(jí)要求，其允許誤差為±0.05 mL[12]。假設(shè)均勻分布，取由此產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（2）二次定容器具引入的不確定度。實(shí)驗(yàn)程序中采用10 mL移液管移取MIBK。移液管經(jīng)檢定符合A級(jí)要求，其允許誤差為±0.020 mL。假定矩形分布，取引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（3）溫度引入的不確定度。在（20±5）℃溫度下進(jìn)行定容時(shí)，水的體積膨脹系數(shù)以2.1×10-4℃-1計(jì)。按矩形分布，得到的相對(duì)不確定度為在同樣溫度條件下，MIBK的體積膨脹系數(shù)為1.16×10-3℃-1[13]。假定為矩形分布，其相對(duì)不確定度均為

則待測(cè)溶液定容體積帶來(lái)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3 工作曲線擬合的不確定度urel(cal)

將鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)MIBK萃取后進(jìn)行測(cè)定，以峰高和標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度分別為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，經(jīng)最小二乘法擬合得到線性回歸方程y=0.003 84x+0.031 84，線性系數(shù)為0.998 889。標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與吸光度數(shù)據(jù)表

對(duì)單個(gè)樣品進(jìn)行3次平行測(cè)定，濃度分別為32.43 μg·L-1、34.31 μg·L-1、33.24 μg·L-1。由工作曲線擬合所產(chǎn)生的不確定度u(cal)按公式計(jì)算：

式中：c0為樣品溶液的平均濃度，33.33 μg·L-1；為不同標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均濃度（n×m次），17.5 μg·L-1；b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率；P為單個(gè)樣品溶液的測(cè)量次數(shù)，P=3；n為標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)，n=6；m為單個(gè)測(cè)量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量次數(shù)，m=3；S為標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算公式及結(jié)果為：

將上述各值代入公式得出u(cal)=0.87 μg·L-1。則由工作曲線帶來(lái)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.4 校準(zhǔn)溶液濃度不確定度urel(c)

校準(zhǔn)溶液濃度不確定度需要考慮以下3個(gè)不確定度分量。

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入。鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg·L-1）的相對(duì)擴(kuò)展不確定度U=0.7%，包含因子k=2，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（2）標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入。由于標(biāo)準(zhǔn)工作液還需要經(jīng)過(guò)MIBK萃取過(guò)程，所以還應(yīng)考慮二次定容，包括使用10 mL移液管吸取標(biāo)準(zhǔn)工作液和MIBK。參閱JJG 196—2006，各玻璃量具示值允差假定以矩形分布評(píng)定，取算得其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量（表2）。得到標(biāo)準(zhǔn)溶液配制使用的量具校準(zhǔn)帶來(lái)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u2(cv)=0.013。

（3）配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液時(shí)溫度變化引入。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度控制在（20±5）℃。將液體體積膨脹影響假定矩形分布，取，水的膨脹系數(shù)為a=2.1×10-4℃-1，MIBK的膨脹系數(shù)為b=1.16×10-3℃-1。計(jì)算可得配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液時(shí)溫度變化帶來(lái)的不確定度分量（表3）。將表3中數(shù)據(jù)合成，得到配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3(ct)=0.012。

表3 配制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線時(shí)溫度變化引入的不確定度數(shù)據(jù)表

將3個(gè)分量數(shù)據(jù)合成，得到標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.2.5 測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性不確定度urel(frep)

選擇同一個(gè)樣品，均在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下平行測(cè)定5次，得到所含鉛含量結(jié)果為0.137 mg·kg-1、0.131 mg·kg-1、0.140 mg·kg-1、0.142 mg·kg-1和0.130 mg·kg-1。則平均含量X為0.136 mg·kg-1。結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.005 34。每個(gè)試樣測(cè)定3次，取平均值。可得測(cè)量重復(fù)性帶來(lái)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

各相對(duì)不確定度分量經(jīng)合成，得到的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4 擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

選擇95%的置信度水平，k=2的擴(kuò)展因子來(lái)衡量，擴(kuò)展不確定度U=k×X×urel(X)=0.011 mg·kg-1。

2.5 不確定度結(jié)果

按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食鹽指標(biāo)的測(cè)定》（GB 5009.42—2016）使用液液萃取-石墨爐原子吸收法測(cè)定食鹽中鉛含量，測(cè)定結(jié)果不確定度表述為X=(0.136±0.011) mg·kg-1。

3 結(jié)論

通過(guò)評(píng)估，從各個(gè)分量的影響程度可以看出，采用液液萃取的方法，測(cè)定結(jié)果的不確定度主要來(lái)源依次為工作曲線擬合、測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性和校準(zhǔn)溶液濃度，總占比達(dá)到93.7%，與文獻(xiàn)報(bào)道的順序基本一致。與不使用液液萃取的石墨爐原子吸收法方法相比，本方法中工作曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度和待測(cè)溶液定容體積帶來(lái)的不確定度分量均有不同程度的增加[10-11]。在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，選擇合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以減少稀釋定容的次數(shù)，可以減少標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度帶來(lái)的不確定度。儀器的穩(wěn)定型和標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍的選擇也影響著工作曲線引入不確定度。因此，實(shí)驗(yàn)中不僅應(yīng)關(guān)注樣品制樣的均勻度以降低測(cè)定重復(fù)性引入的不確定度，還應(yīng)該關(guān)注選擇穩(wěn)定的儀器響應(yīng)狀態(tài)和合適的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。