微波消解-分光光度法測定月餅中鋁的不確定度評定

周芥鋒，邱潤華，胡明霞，李春容，徐春紅，李曉瓊

（1.長寧縣產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心，四川宜賓 644300；2.四川省竹類產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心，四川宜賓 644300）

月餅是我國中秋節(jié)的傳統(tǒng)食品，生產(chǎn)商在制作月餅的過程中因工藝需要可以使用硫酸鋁鉀或硫酸鋁銨作為食品膨松劑或穩(wěn)定劑[1-2]?！妒称钒踩珖覙?biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）規(guī)定，焙烤食品中鋁的殘留量小于100 mg·kg-1[3]。此外，在食品鋁殘留量的檢驗過程中，鋁含量的測定值極易受到樣品處理方法、儀器狀態(tài)、檢測環(huán)境的影響[4]。不確定度是與測定結(jié)果緊密聯(lián)系的參數(shù)，能反映出測定值的分散性，對實際結(jié)果評定具有重要意義[5]?；诖耍允惺墼嘛灋檠芯繉ο?，采用微波消解-分光光度法測定月餅中的鋁殘留量，分析不確定度來源，并對不確定度的各分量進(jìn)行分析，計算出合成不確定度和擴展不確定度。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料

月餅樣品，四川省長寧縣產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心委托檢驗樣品。將月餅樣品用粉碎機粉碎后取30 g置于85 ℃下干燥4 h備用。

1.1.2 試劑

鋁標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（1 000 μg·mL-1），國家有色金屬及電子材料分析測試中心GSB 04-1713-2004；實驗玻璃儀器均使用5%硝酸溶液浸泡；對硝基苯酚、氨水、硝酸、抗壞血酸、鉻天青S、TritonX-100、溴代十六烷基吡啶、乙二胺-鹽酸，均是分析級純試劑；實驗用水均為一級水。

1.1.3 儀器與設(shè)備

UV-1800PC可見/紫外分光光度計，上海美譜達(dá)；TPOEX+微波消解儀，屹堯；BSA224S電子天平，賽多利斯。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液的配制

用5%的硝酸水溶液稀釋1 000 μg·mL-1的鋁標(biāo)準(zhǔn)儲備液，分別得到100.00 μg·mL-1鋁中間溶液1、1.00 μg·mL-1鋁中間溶液2和系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.2.2 月餅的前處理

準(zhǔn)確稱取月餅樣品0.516 3 g于聚四氟乙烯消解內(nèi)管中，加入10 mL硝酸，浸泡過夜。次日置于120 ℃智能控溫電加熱器上預(yù)消解約30 min，冷卻后，置于微波消解儀上消解。消解結(jié)束后，再次置于120 ℃智能控溫電加熱器上趕酸至體積約0.5 mL，冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，不定容。

微波消解程序：在80 ℃、120 ℃、150 ℃和180 ℃分別保溫2 min，在200 ℃保溫30 min。

1.2.3 試樣顯色處理

在轉(zhuǎn)移好樣品的比色管中滴加1滴對硝基苯酚乙醇溶液（1 g·L-1），混勻，滴加氨水溶液（1+1）至淺黃色，滴加硝酸溶液（2.5%）至黃色剛消失，再多加1 mL，加入1 mL抗壞血酸溶液（10 g·L-1），混勻后加入3 mL鉻天青S溶液（1 g·L-1），混勻后加1 mL TritonX-100溶液（3%），3 mL溴代十六烷基吡啶溶液（3 g·L-1），3 mL乙二胺-鹽酸緩沖溶液，加水定容至25 mL，搖勻，靜置40 min后，在620.0 nm波長下上機分析。按相同的方法制備空白樣液。

1.2.4 數(shù)學(xué)模型及不確定度來源分析

根據(jù)測定原理，分析不確定度來源。測定月餅中鋁含量的計算公式為

式中：ρ為鋁含量，mg·kg-1；m1為測定試樣消化液中鋁的質(zhì)量，μg；m0為空白值，μg；m為樣品質(zhì)量，g；v為樣品溶液的定容體積，mL；v1為測定用體積，mL。

通過式（1）分析，各個影響測定結(jié)果的參數(shù)相互獨立，各參數(shù)的不確定度直接對測定結(jié)果的不確定度產(chǎn)生影響。微波消解-分光光度法測定月餅中鋁的不確定度主要來源如表1所示。

表1 不確定度的來源分析

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m)

月餅樣品稱樣量（m）為0.516 3 g，即516.3 mg。本實驗使用的是BSA224S萬分之一精度級別的電子天平。從長寧縣計量測試所出具的天平檢定證書上獲得，當(dāng)稱量范圍在0～50 g時的最大允許誤差為±0.5 mg。該不確定度分量需要稱量3次（1次空盤歸零，1次放聚四氟乙烯消解內(nèi)管歸零，1次稱樣），因使用同一臺電子天平，故3次稱量具有較大相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)約定為1[6]。假設(shè)服從均勻分布，包含因子取，則稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(m)=（3×0.5）/=0.866 mg，相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2 樣品消解后定容引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V)

2.2.1 25 mL比色管所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

月餅樣品消解后用25 mL比色管定容，按照《專用玻璃量器檢定規(guī)程》（JJG 10—2005）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，25 mL比色管的容量允差為0.25 mL。按均勻分布計算，則由比色管容量帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（V1）

2.2.2 溫度效應(yīng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

25 mL比色管是在20 ℃下校準(zhǔn)合格，實際定容時的溫度為22 ℃。已知液體的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，溫度波動產(chǎn)生的體積變化區(qū)間為±（25×2.1×10-4×2）=±0.010 5 mL。假設(shè)服從均勻分布，則由溫度效應(yīng)所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V2)=

考察上述兩個不確定度可知，二者相互獨立，故合成兩個分量。得到樣品消解后定容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

樣品消解后定容引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Q)

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液質(zhì)量濃度引入的不確定度urel(ρ)

鋁元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液證書濃度為1 000 μg·mL-1，依據(jù)證書其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.7%（包含因子K=2），則其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel(ρ)=0.7%/2=0.003 5。

2.3.2 鋁標(biāo)準(zhǔn)中間溶液稀釋引入的不確定度

（1）100.00 μg·mL-1的鋁標(biāo)準(zhǔn)中間溶液稀釋引入的不確定度urel(Z1)。移取1.00 mL鋁標(biāo)準(zhǔn)儲備液，用5%的硝酸溶液定容于10 mL A級容量瓶中搖勻。配制過程中使用1 000 μL移液器和10 mL A級容量瓶，實驗室溫度變化為±2 ℃。參照《移液器檢定規(guī)程》（JJG 646—2006），1 000 μL移液器移取體積為1 000 μL時，最大允差為±1.0%，測量重復(fù)性為0.5%。查得《常用玻璃量器檢定規(guī)程》（JJG 196—2006）知，10 mL容量瓶的最大允差為±0.020。假設(shè)服從均勻分布。移液器的最大允差相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.005 78；測量重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.5%/=0.002 89。10 mL容量瓶的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.001 18，見表2。

100.00 μg·mL-1的鋁中間液1引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（2）1.00 μg·mL-1鋁標(biāo)準(zhǔn)中間溶液稀釋引入的不確定度urel（Z2）。移取1.00 mL鋁中間液1，用5%的硝酸溶液定容于100 mL A級容量瓶中搖勻。配制過程中使用1 000 μL移液器和100 mL A級容量瓶，實驗室溫度變化為±2 ℃。假設(shè)服從均勻分布。移液器的最大允差相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.005 78，測量重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.5%/=0.002 89。100 mL容量瓶的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.000 626，見表2。

1.00 μg·L-1的鋁中間液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（3）鋁標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（elG）。取6支25 mL比色管，一次準(zhǔn)確加入0 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL和5.0 mL中間液2，加入1%的硫酸溶液1 mL，加水至10 mL，按照1.2.3試樣顯色處理，制得鋁質(zhì)量分別為0 μg、1.0 μg、2.0 μg、3.0 μg、4.0 μg 和 5.0 μg 的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。鋁標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制過程用到5 000 μL移液器、25 mL比色管，實驗室溫度波動變化為±2 ℃。5 000 μL移液器的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表2所示，為0.003 47。由《移液器檢定規(guī)程》（JJG 646—2006）知，5 000 μL移液器移取體積≤2 000 μL時最大允差≤1.0%，測量重復(fù)性≤0.5%；當(dāng)移取體積在3 000 μL≤V≤4 000 μL的最大允差≤0.5%，測量重復(fù)性≤0.2%。移取體積等于5 000 μL時最大允差≤0.6%，測量重復(fù)性≤0.2%。假設(shè)服從均勻分布。移液器移取體積≤2 000 μL時測量重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.5%/=0.002 89；移取體積在3 000 μL≤V≤4 000 μL時測量重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.2%/=0.001 15，移取體積等于5 00

表2 移取和容量引入的不確定度

表3 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度

鋁標(biāo)準(zhǔn)工作曲線稀釋過程中引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

則標(biāo)準(zhǔn)曲線配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(J)

采用6個標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量點建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，每個標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量點測量3次，取吸光度（A）其平均值，并由平均值得到吸光度與質(zhì)量（m）的關(guān)系方程，即A=0.161 9m-0.021 9，相關(guān)系數(shù)為0.997。測定結(jié)果見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定結(jié)果

樣品平行測試兩次，吸光度分別為0.189和0.197，試劑空白吸光度為0.008。帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，得到鋁的質(zhì)量分別為1.25 μg和1.30 μg，平均質(zhì)量為1.28 μg。

擬合曲線的偏差為

標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度的殘差平方和為

式中：n為測量校準(zhǔn)溶液的次數(shù)，n=18；a為擬合曲線的截距，a=-0.021 9；b為擬合曲線斜率，b=0.161 9；mi為鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液鋁的質(zhì)量，μg；Ai為鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度；P為樣品測量次數(shù)，P=2；m為被測物平行測定的平均值，m=0.66 μg；m—為標(biāo)準(zhǔn)曲線中鋁濃度的平均值，m—=2.5 μg。

其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(J)=0.078 8/1.28=0.061 6

2.5 儀器測定重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(R)

對月餅樣品溶液進(jìn)行6次重復(fù)測定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程和1.2.4數(shù)學(xué)模型計算出月餅中鋁平均含量為 61.18 mg·kg-1，見表5。

表5 樣品的測定結(jié)果

根據(jù)貝塞爾公式，測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為

式中：s為標(biāo)準(zhǔn)偏差；n為樣品重復(fù)測定次數(shù)，n=6；Xj為樣品第j次測定的鋁含量，mg·kg-1；X—為樣品測定6次的鋁平均含量，mg·kg-1。

測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.6 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴展不確定度

將鋁元素的各個分量進(jìn)行合成，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

取置信區(qū)間p=95%，K=2，則擴展不確定度為U=61.18×0.065 2×2=7.98 mg·kg-1。

2.7 測量不確定度報告

實驗測定月餅中鋁含量為X=（61.18±7.98）mg·kg-1；K=2。

3 結(jié)論

采用可見/紫外分光光度法測定月餅中鋁，當(dāng)月餅的稱樣質(zhì)量為0.516 3 g時，鋁的含量為（61.18±7.98）mg·kg-1，該樣品符合國家標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）中鋁含量的要求。通過分析并計算主要不確定度來源發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的配制和標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合是主要的不確定度來源，因而在配制標(biāo)液的過程應(yīng)當(dāng)格外注意。