液相色譜-原子熒光光譜法測定稻谷中 無機(jī)砷含量的不確定度評定

胡桂英，鄒邵華，汪文姝

（長春市糧油衛(wèi)生檢驗(yàn)監(jiān)測站，吉林長春 130103）

砷是一種類金屬物質(zhì)，存在于自然界中或由人類活動(dòng)而產(chǎn)生，分為無機(jī)砷和有機(jī)砷[1]。無機(jī)砷具有較高的毒性，對人體健康有很多嚴(yán)重的危害，如導(dǎo)致心血管疾病、癌癥等[2]。水稻比其他谷物更容易積累更多的砷，研究表明，稻米累積無機(jī)砷的量可以超過大麥和小麥的10倍[3-5]。在GB 2762—2017中規(guī)定，稻谷中無機(jī)砷（以糙米計(jì)）限量為0.2 mg·kg-1，因此準(zhǔn)確分析稻谷中無機(jī)砷的含量對評價(jià)人群無機(jī)砷攝入風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義?；贑NAS—GL01—G003：2021 測量不確定度的要求[6]中第6條要求，本文參照J(rèn)JF 1059.1—2012[7]，依據(jù)GB 5009.11—2014[8]對整個(gè)檢測過程進(jìn)行了不確定度的評價(jià)，以期為提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

糙米，將稻谷脫殼制備成糙米。

亞砷酸根As（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[編號：GBW08666；質(zhì)量濃度：以砷（As）計(jì)，為（75.7±1.2） μg·g-1，以亞砷酸根（AsO33-）計(jì)，為（124.3±2.0） μg·g-1]，中國計(jì)量科學(xué)院；砷酸根As(Ⅴ)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（編號：GBW08667；質(zhì) 量 濃 度：以 砷（As）計(jì)，為（17.5±0.4） μg·g-1， 以砷酸根（AsO53-）計(jì)，為（32.4±0.7） μg·g-1]，中國計(jì)量科學(xué)院；硝酸、鹽酸、氫氧化鉀，均為優(yōu)級純，北京化工廠；硼氫化鉀（分析純），aladdin試劑；磷酸二氫銨、磷酸氫二銨，均為優(yōu)級純，北京化工廠；實(shí)驗(yàn)用水（自制）。

SAP-50-LC/AFS-8330型液相原子熒光儀，北京吉天儀器；TD5E型離心機(jī)，長沙英泰儀器有限公司；DHG-9053A型電熱恒溫箱，上海申賢恒溫設(shè)備廠；PHS-3E型pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；JA2003型電子天平，上海精科天平廠； GM-0.33A型隔膜真空泵，天津市津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；有機(jī)濾膜（孔徑為0.45 μm），上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 方法標(biāo)準(zhǔn)

無機(jī)砷測定的標(biāo)準(zhǔn)方法為GB 5009.11—2014第二篇 第一法：液相色譜-原子熒光光譜法[8]。

1.2.2 儀器條件

（1）SAP-50-LC條件。色譜柱：陰離子交換色譜柱（柱長250 mm，內(nèi)徑4 mm）；流動(dòng)相：1 L水中加入1.725 g磷酸二氫銨和0.206 4 g磷酸氫二銨，混合均勻，pH值約為5.99；流速：1.0 mL·min-1；進(jìn)樣體積：100 μL。

（2）原子熒光光譜儀條件。載氣流速： 400 mL·min-1；負(fù)高壓：295 V；燈電流：90 mA；載液：7%鹽酸；輔助氣流速：400 mL·min-1；還原劑：2% KBH4+0.5% KOH。

1.2.3 試樣前處理

按照GB 5009.11—2014第二篇 第一法：液相色譜-原子熒光光譜法（Liquid Chromatography-Atomic Fluorescence Spectroscopy，LC-AFS）法[8]中27.2.1的方法進(jìn)行處理。

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

（1）三價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液配制。稱取三價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)0.330 7 g，置于25 mL容量瓶中，用水定容至刻度（濃度為1.0 μg·mL-1，以As計(jì)）。

（2）五價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液配制。稱取五價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1.428 9 g，置于25 mL容量瓶中，用水定容至刻度（濃度為1.0 μg·mL-1，以As計(jì)）。

（3）混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液配制。準(zhǔn)確吸取2.5 mL三價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，2.5 mL五價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，一起置于25 mL容量瓶，用水定容至刻度（其中，AsO33-為100 ng·mL-1，AsO53-為100 ng·mL-1， 以As計(jì)）。

（4）混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制。分別取混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液0 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、5.0 mL和10.0 mL，置于10 mL容量瓶中，配制成濃度為0 ng·mL-1、5.0 ng·mL-1、10.0 ng·mL-1、20.0 ng·mL-1、30.0 ng·mL-1、50.0 ng·mL-1和100.0 ng·mL-1的 混 合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)學(xué)模型

無機(jī)砷含量計(jì)算的數(shù)學(xué)模型為

式中：X為三價(jià)砷與五價(jià)砷含量，mg·kg-1；C為試樣中三價(jià)砷和五價(jià)砷濃度，ng·mL-1；C0為樣品空白溶液中的三價(jià)砷和五價(jià)砷濃度，ng·mL-1；V為稻谷試樣提取液體積，mL；m為糙米質(zhì)量，g； 1 000為換算系數(shù)；取三價(jià)砷與五價(jià)砷之和作為無機(jī)砷含量。

2.2 測量不確定度來源分析

通過文獻(xiàn)[9-16]，分析不確定度主要來自：①標(biāo)準(zhǔn)溶液因素帶入的不確定度，包括標(biāo)準(zhǔn)溶液證書給出不確定度、標(biāo)準(zhǔn)溶液稱量、標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋、配制標(biāo)準(zhǔn)溶液、配制定容過程中溫度變化和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合等因素產(chǎn)生的不確定度；②制備樣品、前處理過程帶入的不確定度，包括樣品均勻性、提取液體積、前處理過程中樣品回收率等因素帶入的不確定度；③稱量樣品引入的不確定度；④重復(fù)性測量引入的不確定度。

2.3 無機(jī)砷不確定度各分量評定

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液因素帶入的不確定度，urel(d)

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液自身引入的不確定度，urel(d1)。使用的亞砷酸根As（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，證書給出質(zhì)量濃度以砷（As）計(jì)，為（75.7±1.2） μg·g-1。砷 酸根As（Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[質(zhì)量濃度：以砷（As）計(jì)，為（17.5±0.4） μg·g-1]，按均勻分布考慮，k=則三價(jià)砷標(biāo)液自身引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為；五價(jià)砷標(biāo)液自身引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為=1.32×10-2；標(biāo)準(zhǔn)溶液自身不確定性所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（2）稱量標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度，urel(d2)。分別稱取0.330 7 g三價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、1.428 9 g五價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，萬分之一天平檢定證書給出的最大允許誤差為0.5 mg。假設(shè)為矩形分布，則稱量三價(jià)砷標(biāo)液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不 確定度為稱量 五價(jià)砷標(biāo)液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為由標(biāo)準(zhǔn)溶液稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（3）稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液、配制標(biāo)準(zhǔn)系列過程中，計(jì)量器具引入的不確定度，urel(d3)。稀釋標(biāo)液、配制標(biāo)準(zhǔn)系列過程中，用到的玻璃器具的容量允許誤差依據(jù)JJG 196—2006[17]確定，容量瓶按三角分布，吸量管按矩形分布計(jì)算，各不確定度來源和計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋、配制過程中由計(jì)量器具引入的 不確定度

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，計(jì)算稀釋標(biāo)液、配制標(biāo)準(zhǔn)系列過程中，計(jì)量器具引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（4）定容標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中，溫度變化引入的不確定度，urel(d4)。實(shí)驗(yàn)室溫度在（20±5） ℃內(nèi)變化，玻璃量器的膨脹系數(shù)很小，因此只考慮液體的體積膨脹。純水在20 ℃的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，按均勻分布，則定容標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中，溫度變化引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為配制標(biāo)準(zhǔn)系列定容引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（5）曲線擬合過程帶入的不確定度，urel(d5)。①對標(biāo)準(zhǔn)系列溶液分別進(jìn)行測定，每個(gè)點(diǎn)測3次，采用最小二乘法進(jìn)行擬合，測定結(jié)果見表2和表3。由表2、表3可知，三價(jià)砷與五價(jià)砷的標(biāo)準(zhǔn)曲線分別為Y= 2 023.1C-913.41，R2=0.999 5和Y=1 289.3C+532.68，R2=0.999 9。②本實(shí)驗(yàn)對樣品溶液測定6次，由三價(jià)砷和五價(jià)砷的標(biāo)準(zhǔn)曲線測得As3+平均濃度為 4.493 0 ng·mL-1，As5+平均濃度為2.233 4 ng·mL-1，無機(jī)砷的平均含量為0.134 mg·kg-1。

由標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度計(jì)算公式為

式中：n為試樣測定次數(shù)，n=6；p為標(biāo)準(zhǔn)溶液測定的總次數(shù)，p=21；Cj為各標(biāo)準(zhǔn)溶液中三價(jià)砷和五價(jià)砷的濃度，ng·mL-1；C—為標(biāo)準(zhǔn)溶液濃的平均濃度值，ng·mL-1；C—0為實(shí)測樣品溶液的平均濃度值，ng·mL-1；a為標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距；b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率。

經(jīng)計(jì)算，Sy(As3+)=1 890.05 ng·mL-1；Scc(As3+)= 6 220.83 ng·mL-1；Scc(As5+)=6 220.83 ng·mL-1；Sy(As5+)=607 62 ng·mL-1。

則三價(jià)砷和五價(jià)砷曲線擬合過程引入的不確定度分別為

無機(jī)砷含量測定中由曲線擬合過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

表2 三價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)曲線測定結(jié)果

表3 五價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)曲線測定結(jié)果

2.3.2 樣品制備、前處理過程引入的不確定度，urel(q)

（1）樣品均勻程度引入的不確定度，urel(q1)。根據(jù)GB 5009.11—2014[8]的規(guī)定，糙米試樣去雜后粉碎，混合均勻，裝入潔凈的聚乙烯瓶中，密封保存?zhèn)溆?。稱量前攪勻，可以認(rèn)為樣品是均勻的，由此引入的不確定度可忽略不計(jì)。

（2）提取液體積引入的不確定度，urel(q2)。JJG 196—2006[17]規(guī) 定，20 mL單 標(biāo) 線 吸 量 管（A級）的 最大允許誤差為±0.030 mL，假設(shè)為矩形分布，則由移取提取液過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為，因20 ℃時(shí)檢定20 mL單標(biāo)線吸量管（A級），而本實(shí)驗(yàn)室溫度在（20±5） ℃，而液體膨脹系數(shù)，明顯大于吸量管膨脹系數(shù)，所以考慮液體膨脹的影響。提取液濃度僅為0.15 mol·L-1，可忽略其體積膨脹的影響。純水在20 ℃的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，由樣品提取液受溫度影響引入的相對不確定度為，則由 提取液體積引入的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（3）樣品的回收率引入的不確定度，urel(q3)。上機(jī)前處理樣品過程步驟很多，會引起很多不確定度，這一過程通過回收率測定評定?；厥章蕼y定結(jié)果見表4。

表4 回收率測定結(jié)果

2.3.3 樣品稱量引入的不確定度，urel(m)

稱 取 糙 米 試 樣 約1.0 g（.1精 確 到0.001 g），使用的千分之一電子天平，檢定證書給出最大允 許 誤 差 為±0.5 mg，取k=3，則 稱 量 樣 品時(shí)，由天平的不確定度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3.4 重復(fù)測量引入的不確定度，urel(r)

對6份 平 行 樣 品 測 定，結(jié) 果 見 表4，由此得到的重復(fù)測量引入的不確定度為則重復(fù)測量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定為

2.4 合成不確定度

將以上各項(xiàng)相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度用方和根法合成，得到

無機(jī)砷的合成不確定度為u=urel×X—=0.042 4× 0.134=0.005 68 mg·kg-1。

2.5 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為U=k×u=2×0.005 68=0.011 mg·kg-1。

2.6 不確定度報(bào)告

液相色譜-原子熒光光譜法測定無機(jī)砷含量為（0.134±0.011） mg·kg-1，k=2。

3 結(jié)論

本文采用液相色譜-原子熒光光譜法，測定稻谷中無機(jī)砷的含量，結(jié)果為（0.134±0.011） mg·kg-1， k=2。符合國標(biāo)GB 5009.11—2014[8]中“29”精密度要求。

通過各分量評定，稻谷中無機(jī)砷含量不確定度主要來自標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的不確定度，其次為樣品制備、前處理過程引入的不確定度以及稀釋配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)由計(jì)量器具引入的不確定度，而樣品稱量和重復(fù)測定產(chǎn)生的不確定度很小，可忽略不計(jì)。因此，在今后測定中要注意對主要影響因素的控制，確保檢驗(yàn)檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。