濕法消解-火焰原子吸收光譜法測(cè)定刺梨果汁中鋅含量的不確定度評(píng)定

陳 露, 游元丁, 李躍紅, 趙 陽(yáng), 徐孟懷, 焦彥朝

（1.六盤水市口岸服務(wù)中心，貴州 六盤水 553000；2.貴陽(yáng)海關(guān)綜合技術(shù)中心果蔬實(shí)驗(yàn)室（六盤水），貴州 六盤水 553000；3.貴陽(yáng)海關(guān)綜合技術(shù)中心，貴州 貴陽(yáng) 550081）

刺梨為薔薇科薔薇屬多年生落葉小灌木，多見(jiàn)于云貴地區(qū)［1］，富含維生素C、超氧化物岐化酶和10 余種對(duì)人體有益的微量元素［2-3］。傳統(tǒng)的刺梨鮮果味道酸澀，大眾接受度低。因此市場(chǎng)上多見(jiàn)以果脯形式為主的果肉和榨汁后的果汁等刺梨制品［4］。刺梨鮮果制成的果汁中含有鋅元素，鋅有助于維持人體正常的生命活動(dòng)，在人體生長(zhǎng)發(fā)育、免疫、內(nèi)分泌等生理過(guò)程中起著關(guān)鍵作用［5-7］。因此，鋅一直是食品、飼料、環(huán)境、藥物等的重要檢測(cè)項(xiàng)目之一［8］。在鋅的檢測(cè)過(guò)程中，由于受儀器設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、技術(shù)水平等多種因素影響，分析結(jié)果必定存在誤差，需要進(jìn)行不確定度分析［9-11］。測(cè)量不確定度是指根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)。其能反映出檢測(cè)過(guò)程中各影響因素對(duì)結(jié)果不確定度的影響程度，也用來(lái)科學(xué)有效地評(píng)價(jià)檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量［12-14］。因此測(cè)量不確定度成為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過(guò)程及判定測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的重要參考指標(biāo)［15-16］。依據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（JJF 1059.1—2012）［12］和《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（GB/T 27418—2017）［13］的要求和規(guī)定，采用濕法消解-火焰原子吸收光譜法對(duì)刺梨果汁中鋅含量進(jìn)行不確定度評(píng)定，分析測(cè)量不確定度來(lái)源的貢獻(xiàn)，以期為實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可、質(zhì)量控制提供科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確的理論依據(jù)，同時(shí)為果汁飲料中其他微量元素的不確定度分析提供借鑒，確保實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果的公正性與權(quán)威性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)原料 高原魔梨金刺梨汁（貴州安順）。

1.1.2 試驗(yàn)試劑 高氯酸、硝酸（優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB 04-1761-2004，1 000 mg/L，有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）；乙炔（99.99%）。

1.1.3 試驗(yàn)儀器 原子吸收光譜儀（島津AA-7000，配火焰原子化器，日本島津公司）；可調(diào)式電熱板（萊伯泰科EG35A PLUS，萊伯泰科北京有限公司）；超純水系統(tǒng)（熱電UV/UF，美國(guó)Thermo Fisher 公司）；移液管和容量瓶等所有玻璃器皿均為A級(jí)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 準(zhǔn)確吸取鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L）1.00 mL 于100 mL 容量瓶中，用5%硝酸溶液定容，混勻，即得到鋅標(biāo)準(zhǔn)中間液（10 mg/L）。再分別向100 mL 容量瓶中準(zhǔn)確吸取10 mg/L 的鋅標(biāo)準(zhǔn)中間液0.00 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、8.00 mL 和10.00 mL，用5%硝酸溶液定容至刻度，混勻。即得到質(zhì)量濃度分別為0.000 mg/L、0.100 mg/L、0.200 mg/L、0.400 mg/L、0.800 mg/L 和1.00 mg/L 的鋅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

1.2.2 樣品前處理 依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鋅的測(cè)定火焰原子吸收光譜法》（GB 5009.14—2017），準(zhǔn)確移取5 mL 高原魔梨金刺梨汁液體試樣于錐形瓶中，加入硝酸20 mL、高氯酸1 mL，在可調(diào)式電熱板上消解至冒白煙，消化液若呈無(wú)色透明或稍帶黃色，取下錐形瓶，冷卻后用超純水定容至50 mL，搖勻待上機(jī)檢測(cè)。同時(shí)做樣品空白試驗(yàn)。

1.2.3 儀器條件 火焰原子吸收光譜儀儀器條件：波長(zhǎng)213.9 nm，狹縫寬0.7 nm，燈電流8.0 mA，燃燒頭高度7 mm，助燃?xì)鈮毫?.35 MPa，乙炔壓力0.09 MPa。

1.2.4 鋅濃度計(jì)算 根據(jù)GB 5009.14—2017，采用濕法消解對(duì)刺梨汁進(jìn)行前處理，原子吸收光譜儀進(jìn)行測(cè)定；用最小二乘法線性擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，待測(cè)樣品中鋅的濃度由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得出，計(jì)算公式：

式中，X 為樣品中鋅的含量，mg/L；C 為樣品溶液中鋅的濃度，mg/L；C0為空白溶液中鋅的濃度，mg/L；Vd為樣品消化液的定容體積，mL；V為樣品移取體積，mL。

設(shè)Cx為扣除空白后刺梨汁中鋅的實(shí)際濃度，即Cx=C－C0，則式（1）可簡(jiǎn)化為式（2）：

1.2.5 不確定度來(lái)源識(shí)別 根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，測(cè)定刺梨果汁中鋅含量的不確定度來(lái)源主要包括2 部分：樣品前處理和樣品測(cè)定。樣品前處理包括樣品量取、樣品定容；樣品測(cè)定包括儀器測(cè)量、回收率、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合和重復(fù)性。不確定度來(lái)源分析如圖1。

圖1 刺梨果汁中鋅含量測(cè)定不確定度因素來(lái)源

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來(lái)源的量化

2.1.1 樣品前處理引入的不確定度u(C1)

用5 mL 移液管量取5 mL 樣品，樣品經(jīng)濕法消解后定容至50 mL，所用玻璃器皿為5 mL 移液管和50 mL 的容量瓶，玻璃器皿引入的不確定度包括刻度誤差與溫度變化引入的不確定度組成，參照《常用玻璃儀器》（JJG 196—2006），假設(shè)按均勻分布，樣品前處理過(guò)程中引入的不確定度見(jiàn)表1。 則合成樣品前處理過(guò)程引入的相對(duì)不確定度：

表1 樣品前處理過(guò)程引入的不確定度

2.1.2 鋅質(zhì)量濃度引入的不確定度u（C2）

1）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度u（C2-1）。測(cè)量使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，鋅的質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，根據(jù)鋅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書得鋅濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確度urel（C2-1）=0.007，包含因子k=2。

2）稀釋鋅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液引入的不確定度u（C2-2）。用1 mL 移液管移取1 000 mg/L 的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL 于100 mL 容量瓶中，定容得到10 mg/L 鋅標(biāo)準(zhǔn)中間液。按均勻分布，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由稀釋過(guò)程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

表2 稀釋過(guò)程引入的不確定度

3）配置系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度u（C2-3）。用10 mL 移液管分別移取10 mg/L鋅標(biāo)準(zhǔn)中間液0 mL、1 mL、2 mL、4 mL、8 mL、10 mL 于100 mL 中容量瓶中，定容得到鋅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，按均勻分布，該過(guò)程引入的不確定見(jiàn)表3，計(jì)算100 mL 容量瓶引入的不確定度。由表計(jì)算稀釋鋅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4）擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度u（C2-4）。在測(cè)定不同質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液之前，原子吸收光譜儀使用空白標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行吸光度調(diào)零，將配制的6個(gè)不同質(zhì)量濃度的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液上機(jī)測(cè)定，分別重復(fù)測(cè)定3 次，采用最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線各標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的濃度和吸光度值（表4）。

表4 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合結(jié)果

線性擬合得到校準(zhǔn)曲線方程：A=0.163 83C+7.216 5×10-5（R2=0.999 9），測(cè)得刺梨汁樣品中鋅的平均質(zhì)量濃度為Cx=0.44 mg/L。擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度由式（3）～（5）［17］計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度

式中，SA為校準(zhǔn)溶液的殘余標(biāo)準(zhǔn)偏差；Ai為各標(biāo)準(zhǔn)溶液?jiǎn)未螠y(cè)量的吸光度值；a 為校準(zhǔn)曲線的截距；b 為校準(zhǔn)曲線的斜率；Ci為各標(biāo)準(zhǔn)溶液中鋅的濃度；為各標(biāo)準(zhǔn)溶液中鋅的平均質(zhì)量濃度；n 為標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量總次數(shù)，n=18；p 為樣液的測(cè)量次數(shù)，p=3。由鋅質(zhì)量濃度產(chǎn)生的相對(duì)不確定度：urel(C2)=0.044 5

2.1.3 重復(fù)性測(cè)定引入的不確定度u（C3） 重復(fù)測(cè)定6次刺梨汁樣液后進(jìn)行定量，考察其重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度，定量結(jié)果見(jiàn)表6。重復(fù)性測(cè)定引入的不確定度按式（7）和式（8）計(jì)算。

表6 樣液中鋅含量測(cè)量結(jié)果

2.1.4 回收率引入的不確定度u(C4) 對(duì)刺梨汁樣品添加水平為0.1 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照前處理方法處理后，進(jìn)行6次加標(biāo)回收率測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 刺梨汁中鋅加標(biāo)回收率試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

加標(biāo)回收率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，按式（9）進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)k 為在計(jì)算測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度時(shí)所使用的包含因子，假設(shè)測(cè)量結(jié)果服從正態(tài)分布，在95%置信概率下k=1.96。設(shè)t =存在顯著性差異，必須考慮由回收率引起的不確定度，則回收率相對(duì)不確定度按式（10）計(jì)算。

2.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

不確定度的各分量及數(shù)值見(jiàn)表8。將各不確定度的分量進(jìn)行合成：=0.048

表8 各分量的相對(duì)不確定度

2.3 擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

刺梨汁樣品中鋅含量的最終檢測(cè)結(jié)果：X=Cxv/m=0.044×50/5=0.44mg/L。因此，uc（X）=X×urel（X）=0.44×0.048=0.021 mg/L，則在置信概率P=95%，k=2時(shí)，擴(kuò)展不確定度為U=kuc（X）=2×0.021=0.042。

由此可知，高原魔梨金刺梨汁樣品中的鋅含量為（0.44±0.042）mg/L，k=2。

3 小結(jié)

濕法消解-火焰原子吸收光譜法測(cè)定高原魔梨金刺梨果汁中鋅含量為（0.44±0.042）mg/L，k=2。通過(guò)不確定度評(píng)估過(guò)程可知，該法測(cè)定刺梨果汁中鋅含量過(guò)程中，樣品前處理過(guò)程、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配置過(guò)程及標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、測(cè)量的重復(fù)性及回收率等每一環(huán)節(jié)均會(huì)引入不確定度，由分析結(jié)果可知，鋅質(zhì)量濃度及回收率對(duì)測(cè)量不確定度的貢獻(xiàn)較大，分別占比62.2%和22.8%。其中在分析鋅質(zhì)量濃度引入的不確定度過(guò)程中，配置系列標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)程對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)最大，因此試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制；其次加標(biāo)回收率對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)比重較大，在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注重這一環(huán)節(jié)。試驗(yàn)過(guò)程中每個(gè)步驟均會(huì)引入測(cè)量不確定度，因此應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)操作訓(xùn)練，提高檢測(cè)人員檢測(cè)能力，定期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和儀器進(jìn)行期間核查，做好儀器的日常維護(hù)保養(yǎng)均可減少不確定度的影響。