劉慧敏 章麗麗 陳雪琪
(江蘇澄信檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證股份有限公司,江陰 214434)
砷是一種高毒性常見(jiàn)的非金屬元素,其在自然界中的存在形式多是化合物,按其性質(zhì)可分為有機(jī)砷和無(wú)機(jī)砷(統(tǒng)稱為總砷)[1,2];有機(jī)砷主要包含砷甜菜堿、砷膽堿、一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)和砷糖等,無(wú)機(jī)砷主要包含亞砷酸鹽[As(Ⅲ)] 和[As(Ⅴ)][3,4]。研究表明無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷均具有毒性,而且無(wú)機(jī)砷比有機(jī)砷的毒性高很多,其中As(Ⅲ)的毒性是As(Ⅴ)的60 倍[5]。大米及其他農(nóng)作物相比易積累砷元素,稻米累積無(wú)機(jī)砷的量甚至超過(guò)大、小麥的10倍,隨著食物鏈進(jìn)入人體,經(jīng)人體消化吸收,隨血液與血紅蛋白結(jié)合,累積在各個(gè)器官,造成異變[6,7]。在GB2762—2022 中規(guī)定,稻谷中無(wú)機(jī)砷(以糙米計(jì))的限量為0.35 mg/kg[8],所以準(zhǔn)確分析稻谷中無(wú)機(jī)砷含量對(duì)評(píng)價(jià)無(wú)機(jī)砷攝入風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。
檢測(cè)過(guò)程中,在各種因素的作用下產(chǎn)生許多不確定因素,使得測(cè)量值與真實(shí)值存在一定的偏差。測(cè)量不確定度在定量分析結(jié)果中是不可缺少的組成部分,是現(xiàn)代誤差理論的重要內(nèi)容。本文參考GB 5009.11-2014[9]第二篇食品中無(wú)機(jī)砷的測(cè)定中第一法液相色譜-原子熒光光譜(LC-AFS)法對(duì)米粉中的無(wú)機(jī)砷含量進(jìn)行測(cè)定,根據(jù)CNASCL01-G003:2021《測(cè)量不確定度的要求》[10]和JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[11],對(duì)糙米粉中無(wú)機(jī)砷含量的測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)估,分析評(píng)價(jià)了影響測(cè)量結(jié)果的主要因素,為日后的檢測(cè)活動(dòng)提供相應(yīng)的不確定度報(bào)告。
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根據(jù)GB 5009.11-2014 第二篇第一法液相色譜-原子熒光光譜(LC-AFS)法[9]處理樣品。
(1)混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液配制。準(zhǔn)確稱取1.4294 g 砷形態(tài)混合溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和0.3370 g 亞砷酸根溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于25 mL 的容量瓶中,用0.15 mol/L 稀硝酸溶液定容至刻度,得到五價(jià)和三價(jià)砷濃度分別為1000 ng/mL、1020 ng/mL。
(2)混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制。吸取適量混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液,得到五價(jià)砷的濃度為 1.00 ng/mL、5.00 ng/mL、10.00 ng/mL、15.00 ng/mL、20.00 ng/mL 和30.00 ng/mL,三價(jià)砷的濃度為1.01 ng/mL、5.10 ng/mL、10.20 ng/mL、15.30 ng/mL、20.40 ng/mL 和30.60 ng/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。
液相色譜條件:色譜柱:As Spec Guard + Fast(50 mm×4.0 mm);流動(dòng)相:A:50 mmol/L 三水合磷酸氫二鉀溶液(pH=10.9),B:450 mmol/L三水合磷酸氫二鉀溶液(pH=9.2);洗脫方式:梯度洗脫,洗脫程序見(jiàn)表1;流速:1.2 mL/min;進(jìn)樣體積:100 μL。
表1 洗脫程序Table 1 Elution procedure
原子熒光光度計(jì)條件:負(fù)高壓285 V;燈電流為50 mA;載氣流量為400 mL/min;屏蔽氣流量為900 mL/min;載流為5%鹽酸;還原劑為1%硼氫化鉀和0.5%氫氧化鉀。
無(wú)機(jī)砷含量計(jì)算的數(shù)學(xué)模型為:
式中:X——樣品中無(wú)機(jī)砷的含量(以As 計(jì)),單位為毫克每千克(mg/kg);
C——測(cè)定溶液中無(wú)機(jī)砷化合物濃度,單位為納克每毫克(ng/mL);
C0——空白溶液中無(wú)機(jī)砷化合物濃度,單位為納克每毫克(ng/mL);
V——試樣消化液體積,單位為毫升(mL);
m——試樣的質(zhì)量,單位為克(g);
1000——換算系數(shù)。
參考文獻(xiàn)[2,12-20]并根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),確認(rèn)不確定度主要來(lái)自幾個(gè)方面,見(jiàn)表2。
表2 不確定度來(lái)源分析Table 2 Analysis of sources of uncertainty
3.3.1 樣品稱量及前處理過(guò)程中引入的不確定度
(1)樣品稱量引入的不確定度
使用的萬(wàn)分之一電子天平,稱取約1.0 g(精確至0.001 g)的試樣,天平檢定證書(shū)表示其誤差最大為±0.5 mg。當(dāng)取k=時(shí),樣品稱量過(guò)程中天平引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
(2)樣品前處理引入的不確定度
用10 mL 的移液槍吸取20 mL 的0.15 mol/L的稀硝酸溶液于離心管中。10 mL 的移液槍允差為±0.06 mL,按照均勻分布(k=)計(jì)算,使用一次10 mL 移液槍產(chǎn)生的不確定度為:
(3)溫度引入的不確定度
隨著溫度的變化,樣品中溶出物的含量隨之變化。本實(shí)驗(yàn)的操作溫度是(20±5)℃,在20℃時(shí)液體的膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于槍頭的膨脹系數(shù),由此只考慮液體的膨脹體積。提取液為0.15 mol/L 的稀硝酸,其體積膨脹造成的影響可忽略不計(jì)。20℃超純水的膨脹系數(shù)已知,為2.1×10-4/℃,所以由樣品提取液受溫度影響帶入的相對(duì)不確定度為:
(4)樣品前處理引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度
綜上,樣品的稱量、前處理引入的合成相對(duì)不確定度為:
3.3.2 配制標(biāo)準(zhǔn)溶液帶入的不確定度
(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液自身引入的不確定度
使用亞砷酸根As(Ⅲ)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液,證書(shū)給出的質(zhì)量濃度以砷(As)計(jì),為75.7 μg/g,擴(kuò)展不確定度為1.2 μg/g(k=2);砷形態(tài)(Ⅴ)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液質(zhì)量濃度:以砷(As)計(jì),為17.5 μg/g擴(kuò)展不確定度為0.4 μg/g,(k=2),因此由三價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液自身引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
由標(biāo)準(zhǔn)溶液自身不確定性引入的相對(duì)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
分別稱取1.4294 g 砷酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及0.3370 g 亞砷酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),本實(shí)驗(yàn)室天平檢定證書(shū)給出的最大允許誤差為±0.05 mg。按照均勻分布(k=),則稱量三價(jià)砷和五價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為:
由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液的稱量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
(3)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋過(guò)程中引入的不確定度
在稀釋標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液、配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液過(guò)程中,依據(jù)JJG196-2006[21]確定用到的器具容量允許誤差,其中25 mL 的塑料容量瓶允差為±0.040 mL,按照三角分布(k=)計(jì)算,25 mL塑料容量瓶刻度產(chǎn)生的不確定度為:U1=0.04/=0.01633;10 mL 塑料容量瓶允差為±0.040 mL,按三角分布(k=)計(jì)算,10 mL 塑料容量瓶刻度產(chǎn)生的不確定度為U2=0.04/=0.01633;0.05 mL 移液槍的允差為±0.0015 mL,按照均勻分布(k=)計(jì)算,使用一次0.05 mL 移液槍產(chǎn)生的不確定度為U3=0.0015/=0.000866;0.1 mL 移液槍的允差為±0.002 mL,按照均勻分布(k=)計(jì)算,使用一次0.1 mL 移液槍產(chǎn)生的不確定度為U4=0.002/=0.001155;0.2mL 移液槍的允差為±0.003 mL,按照均勻分布(k=)計(jì)算,使用一次0.2 mL 移液槍產(chǎn)生的不確定度為U5=0.003/=0.001732。
綜上,在標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程中,由計(jì)量器具引入的不確定度為:
(4)擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線過(guò)程中帶入的不確定度
分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行測(cè)定,每個(gè)點(diǎn)測(cè)1次,以無(wú)機(jī)砷的濃度為橫坐標(biāo),響應(yīng)值為縱坐標(biāo),通過(guò)線性擬合三價(jià)砷與五價(jià)砷的回歸方程曲線,分別為Y=3498.2156C-1775.2046,R2=0.9998 和Y=2481.3712C+1073.8512,R2=0.9994。其測(cè)定結(jié)果分別見(jiàn)表3 和表4。
表3 三價(jià)砷標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果Table 3 Results of standard curve determination of arsenic trivalent
樣品溶液測(cè)定2 次,三價(jià)砷和五價(jià)砷的平均濃度分別為5.397 ng/mL、2.3509 ng/mL,無(wú)機(jī)砷的平均含量為0.1456 mg/kg。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 代表樣品的測(cè)定次數(shù),n=2;p 代表標(biāo)液測(cè)定的總次數(shù),p=6;Cj代表各標(biāo)液三價(jià)砷、五價(jià)砷的濃度,ng/mL;為標(biāo)液的平均濃度值,ng/mL;為實(shí)測(cè)樣品溶液的平均濃度值,ng/mL;a 為標(biāo)曲的截距;b 為標(biāo)曲的斜率。
計(jì)算得,Sy(As3+)=816.2,Sy(As5+)=929.5 ng/mL;Scc(As3+)=580.3,Scc(As5+)=557.5。
由此得三價(jià)砷、五價(jià)砷曲線擬合過(guò)程引入的相對(duì)不確定度分別為:
無(wú)機(jī)砷含量測(cè)定中由曲線擬合過(guò)程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
(5)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液帶入的不確定度
配制標(biāo)準(zhǔn)溶液帶入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
3.3.3 回收率引入的不確定度分析
以無(wú)機(jī)砷濃度為0.5 mg/kg 標(biāo)準(zhǔn)溶液加標(biāo)方式作為樣品中無(wú)機(jī)砷進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 回收率測(cè)定結(jié)果Table 5 Recovery test result
表3 可知,上機(jī)前處理引入的不確定度為:
3.3.4 重復(fù)測(cè)量引入的不確定度
對(duì)某一濃度加標(biāo)樣品重復(fù)測(cè)定7 次,結(jié)果見(jiàn)表5,由此得到樣品重復(fù)測(cè)量引入的不確定度為:
則重復(fù)測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
將以上各項(xiàng)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度用方和根法合成,得到合成相對(duì)不確定度,結(jié)果為:
根據(jù)JJF 1059.1-2012[11],在95%置信區(qū)間,包含因子k=2 時(shí),樣品無(wú)機(jī)砷含量平均值為0.15 mg/kg,樣品中無(wú)機(jī)砷測(cè)定值的擴(kuò)展不確定度為:U=ρ ×Ur=0.15×0.094=0.014 mg/kg。
液相色譜-原子熒光光譜法測(cè)定無(wú)機(jī)砷含量為(0.15±0.014)mg/kg,k=2。
本試驗(yàn)糙米粉中無(wú)機(jī)砷的測(cè)量結(jié)果在k=2 時(shí)為(0.15±0.014)mg/kg。對(duì)糙米粉中無(wú)機(jī)砷含量的不確定度進(jìn)行評(píng)估,得到其不確定度為0.014 mg/kg,通過(guò)以上討論并建立數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行一系列分析可以得出擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線是此方法不確定度的主要來(lái)源,其次是重復(fù)測(cè)量??梢酝ㄟ^(guò)減少工作溶液的濃度梯度數(shù)量、重復(fù)測(cè)量次數(shù)、規(guī)范試驗(yàn)人員的操作等來(lái)降低引入的不確定度,提高檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。