原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定檳榔中鈉的不確定度評(píng)定

劉 佳，袁 河，趙志友，夏延斌

（1.湖南省檳榔加工與食用安全工程技術(shù)研究中心，湖南賓之郎食品科技有限公司，湖南 湘潭 411201；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

鈉是人體中一種重要的無機(jī)元素，是維持機(jī)體正常生理機(jī)能和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的必要元素之一[1]，鈉通常以氯化鈉的形式存在，是鈉攝入的主要來源（約90%）[2-3]。鈉離子是人體體液中濃度最高、交換最迅速的離子。其主要功能是調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓并保持細(xì)胞內(nèi)的最佳水平。同時(shí)，葡萄糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨著“鈉泵”功能輸入細(xì)胞，還對(duì)傳遞神經(jīng)信息和維持血液和腎臟的酸堿平衡至關(guān)重要[4-6]。

檳榔（Areca catechuL.）為棕櫚科（Palmaceae）檳榔屬（Areca）常綠喬木，又名仁頻、賓門、橄欖子、大腹子、青仔、榔玉等，廣泛分布于我國(guó)南部熱帶、亞熱帶地區(qū)及南亞、東南亞等國(guó)家[7-11]。檳榔藥用歷史悠久，是我國(guó)四大南藥之一，其種子、花、果皮均可入藥[12]?！侗静菥V目》記載，檳榔具有“降水腫、強(qiáng)筋骨、健脾調(diào)環(huán)境、治心絞痛”等功效[13-14]；性味辛、苦，性溫，屬胃大腸經(jīng)，具有消積、殺蟲、行濕、降氣之功效。主要治療人體腸道寄生蟲、積食、腹痛、水腫等[15-17]。隨著檳榔產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，檳榔不再局限于藥用，而越來越成為一種休閑食品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界約有6 億人咀嚼檳榔，在印度和中國(guó)等地區(qū)廣為人知[18]。研究基于GB/T 5009.91—2017《食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉀、鈉的測(cè)定》中第一法 火焰原子吸收光譜法測(cè)定食用檳榔鈉含量，然后依據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[19]，分析評(píng)估測(cè)量過程中可能出現(xiàn)的不確定性，為以后的理論決策提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑

檳榔（張三瘋檳榔），湖南賓之郎食品科技有限公司提供；鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL），國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供；氯化銫（分析純），上海麥克林生化科技有限公司提供；硝酸（分析純），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

AA-6880F/AAC 型原子吸收分光光度計(jì)，日本島津企業(yè)管理有限公司產(chǎn)品；SX-4-10 型馬弗爐，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；AR224CN 型分析天平，奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.91—2017《食品國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉀、鈉的測(cè)定》第一法火焰原子吸收光譜法。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

（1）鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（100 μg/mL）。準(zhǔn)確移取10.0 mL 鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，貯存于容量瓶中，于4 ℃下保存。

（2）鈉標(biāo)準(zhǔn)系列工作液。準(zhǔn)確吸取鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（100 μg/mL）0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mL 于50 mL 容量瓶中，加氯化銫溶液2.0 mL，用水定容至刻度，混勻。此標(biāo)準(zhǔn)系列工作液中鈉質(zhì)量濃度分別為0，0.200，0.400，0.600，0.800，1.000 μg/mL。

1.3.3 樣品的前處理

準(zhǔn)確稱取已切碎的檳榔樣品0.5 g（精確至0.001 g）置于坩堝中，在電爐上微火炭化至無煙，將坩堝轉(zhuǎn)移至馬弗爐中，于525±25 ℃下灰化5～8 h，冷卻，取出，對(duì)于灰化不徹底的試樣，加數(shù)滴硝酸，小火加熱小心蒸干，再轉(zhuǎn)入馬弗爐中繼續(xù)灰化至試樣呈白灰狀，冷卻至室溫，取出，用適量硝酸溶液溶解，轉(zhuǎn)移至容量瓶中，用少量水洗滌坩堝內(nèi)罐和內(nèi)蓋2～3 次，合并洗滌液并用水定容至刻度。根據(jù)試樣溶液中被測(cè)元素的含量，需要時(shí)將試樣溶液用水稀釋至適當(dāng)濃度，并在空白溶液和試樣最終測(cè)定液中加入一定量的氯化銫溶液，使氯化銫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.2%。同時(shí)，做空白試驗(yàn)。

1.3.4 光譜條件

波長(zhǎng)589.0 nm，狹縫0.5 nm，燈電流8 mA，燃?xì)饬髁?.1 L/min，測(cè)定方式為吸收。

1.4 數(shù)學(xué)模型的建立

檳榔中鈉含量計(jì)算公式：

式中：X——樣品中鈉的含量，mg/100 g；

C——試樣待測(cè)液中鈉的質(zhì)量濃度，mg/L；

C0——空白溶液中鈉的質(zhì)量濃度，mg/L；

V——試樣消化液的體積，mL；

f——試樣消化液的稀釋倍數(shù)；

100，1 000——換算系數(shù)；

m——樣品質(zhì)量，g。

計(jì)算結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。

2 不確定度分量的主要來源

檳榔鈉含量測(cè)定的不確定度主要是由于標(biāo)準(zhǔn)曲線、樣品稱量、樣品定容、樣品測(cè)量重復(fù)性、設(shè)備提供的不確定度。

3 不確定度的分量的評(píng)估

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度Urel(C)

（1）鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度Urel(p)。鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)證書給出的鈉標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%（k=2），則其相對(duì)不確定度為：Urel(p)=0.7%/2=0.035 0。

（2）標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程引入的相對(duì)不確定度Urel(s)。試驗(yàn)過程中，由鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制成鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的過程中，使用10 mL 移液管1 次，100 mL容量瓶1 次；由鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋配制成鈉標(biāo)準(zhǔn)系列工作液的過程中，使用1 mL 移液管1 次，2 mL移液管1 次，50 mL 容量瓶1 次，其不確定度均含有容量允差引入的不確定度及溫度引入的不確定度。

①容量允差引入的不確定度，試驗(yàn)過程中所使用的玻璃器皿均為A 級(jí)，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[20]，在20±5 ℃時(shí)，10 mL 移液管、2 mL 移液管、1 mL 移液管、100 mL 容量瓶、50 mL 容量瓶的容量允差分別為±0.05，±0.012，±0.008，±0.10，±0.05，假設(shè)其為矩形分布，則該類容量器皿引入的不確定度分別為：

②溫度引入的不確定度。在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》中規(guī)定容量瓶及移液管的標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃，實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃，水的膨脹系數(shù)為2.08×10-4℃-1，則10 mL 移液管、2 mL 移液管、1 mL 移液管、100 mL 容量瓶、50 mL 容量瓶由溫度差異引起的體積變化分別為：

假設(shè)符合矩形分布，則溫度影響所引入的不確定度分別為：

在標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制過程中，10 mL 移液管、2 mL移液管、1 mL 移液管、100 mL 容量瓶、50 mL 容量瓶，引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

故標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋配制過程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)不確定度Urel(q)。配制一系列鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液，每個(gè)質(zhì)量濃度平行操作3 次，注入原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其相應(yīng)的吸光度，用最小二乘法對(duì)濃度和吸光度進(jìn)行擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：Y=0.305 74X+0.022 862，R2=999 6。

鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液質(zhì)量濃度及其吸光度見表1。

表1 鈉標(biāo)準(zhǔn)工作液質(zhì)量濃度及其吸光度

試驗(yàn)對(duì)待測(cè)樣品平行測(cè)定6 次，最終計(jì)算出待測(cè)液中鈉質(zhì)量濃度C0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

Scc——標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的殘差的平方和，Scc=

C0——試樣中鈉元素質(zhì)量濃度，mg/L；

a——標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線截距；

n——標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量次數(shù)，試驗(yàn)為15 次；

p——C0的測(cè)量次數(shù)，試驗(yàn)為6 次。

故標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)不確定度為：

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度U(q)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(q)見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度U(q)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(q)

故標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)不確定度為：

3.2 樣品質(zhì)量引入的相對(duì)不確定度Urel(M)

檳榔中鈉含量測(cè)定稱樣量為0.5 g（精確到0.000 1 g）使用天平的最小分度為0.000 1 g，根據(jù)分析天平校準(zhǔn)證書給出的示值誤差為0.000 3 g，假設(shè)其為矩形分布，故由分析天平分辨率誤差引入的相對(duì)不確定度為：

3.3 待測(cè)樣品的定容體積引入的相對(duì)不確定度Urel(V)

3.3.1 配制待測(cè)樣濃溶液引入的不確定度Urel(V1)

容量瓶的不確定度，包括容量瓶容量允差引入的不確定度及溫度對(duì)定容體積的影響所引入的不確定度。

①容量允差引入的不確定度。待測(cè)液采用50 mL容量瓶配制，試驗(yàn)過程中所使用的玻璃器皿均為A級(jí)，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》，在20±5 ℃時(shí)，50 mL 容量瓶容量允差為±0.05，假設(shè)其為矩形分布，則此類容量器皿引入的不確定度為：

②溫度引入的不確定度。在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》中規(guī)定容量瓶標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃，實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃，水的膨脹系數(shù)為2.08 10-4℃-1，則50 mL 容量瓶由溫度引起的體積變化為：

假設(shè)其為矩形分布，則溫度影響所引入的不確定度為：

在配制待測(cè)樣濃溶液的過程中，50 mL 容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.3.2 濃溶液稀釋成測(cè)試樣品時(shí)引入的不確定度Urel(V2)

容量瓶和移液管引入的不確定度，包括容量瓶和移液管的容量允差引入的不確定度，以及溫度對(duì)定容體積的影響所引入的不確定度。

（1）容量瓶定容體積引入的不確定度。

①容量瓶的不確定度，待測(cè)液采用50 mL 容量瓶稀釋定容，實(shí)驗(yàn)過程中所使用的玻璃器皿均為A級(jí)，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》，在20±5 ℃時(shí)，50 mL 容量瓶容量允差為±0.05，假設(shè)其為矩形分布，則此類容量器皿引入的不確定度為：

②溫度引入的不確定度，在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》中規(guī)定容量瓶標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃，實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃，水的膨脹系數(shù)為2.08 10-4℃-1，則50 mL 容量瓶由溫度引起的體積變化為：

假設(shè)其為矩形分布，則溫度影響所引入的不確定度為：

在濃溶液稀釋成測(cè)試樣品的過程中，50 mL 容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2）移液管引入的不確定度。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196—2006，1 mL 移液管（A 級(jí)）容量允差為±0.008 mL，按矩形分布，則1 mL分度吸量管不確定度：

②溫度引入的不確定度，在JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》 中規(guī)定容量瓶標(biāo)準(zhǔn)溫度為20 ℃，實(shí)驗(yàn)室溫度為20±5 ℃，水的膨脹系數(shù)為2.08×10-4℃-1，則1 mL 移液管（A 級(jí)）由溫度引起的體積變化為：

取矩形分布，則溫度對(duì)定容體積影響所引入的不確定度為：

在濃溶液稀釋成測(cè)試樣品的過程中，1 mL 移液管引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

因此，在濃溶液稀釋成測(cè)試樣品的過程中，定容體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

因此，提取液的定容體積引入的相對(duì)不確定度為：

3.4 樣品重復(fù)測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel（ω）

試驗(yàn)過程中隨機(jī)效應(yīng)所引入的相對(duì)不確定度的測(cè)量。試驗(yàn)中同一樣品平行測(cè)定6 次得到待測(cè)液中鈉含量的平均值ω 及單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度S（ω）。

檳榔樣品平行測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 檳榔樣品平行測(cè)定結(jié)果/mg·（100 g）-1

取矩形分布，則測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.5 儀器設(shè)備引入的相對(duì)不確定度Urel(E)

試驗(yàn)所用的設(shè)備是原子吸收分光光度計(jì)，其校準(zhǔn)證書顯示擴(kuò)展不確定度為0.005 μg/mL（k=2），因此原子吸收分光光度計(jì)引入的相對(duì)不確定度為:

3.6 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

試驗(yàn)中鈉含量測(cè)量的各個(gè)不確定度分量匯總表見表4。

表4 試驗(yàn)中鈉含量測(cè)量的各個(gè)不確定度分量匯總表

待測(cè)樣中鈉含量測(cè)定結(jié)果的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.7 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，得相對(duì)擴(kuò)展不確定度為:

檳榔樣品中鈉含量為531 mg/100 g，得擴(kuò)展不確定度為：

綜上可得檳榔樣品中鈉含量的測(cè)量結(jié)果可表示為531±28.46 mg/100 g（k=2）。

4 結(jié)論

檳榔鈉含量測(cè)定的不確定度主要是由于標(biāo)準(zhǔn)曲線、樣品稱量、樣品定容、樣品測(cè)量重復(fù)性、設(shè)備提供的不確定度。通過對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響最大的，影響率為73%，而標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度主要來源是標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合；樣品的定容體，影響率為13%；測(cè)量重復(fù)性和儀器設(shè)備影響率分別是5%和7%；最后，樣品質(zhì)量引入的不確定度影響最小，只有1%，基本可以忽略不計(jì)。在未來的工作中，可以通過一些方式來達(dá)到降低測(cè)量結(jié)果不確定度的目標(biāo)：①加強(qiáng)對(duì)原子分光光度計(jì)的維護(hù)保養(yǎng)，提高設(shè)備的精度和準(zhǔn)確度；②使用高精度儀器配制溶液；③保持環(huán)境溫度和濕度的穩(wěn)定，設(shè)備在適當(dāng)?shù)墓ぷ鳝h(huán)境中；④加強(qiáng)操作人員的專業(yè)能力。