食品檢驗(yàn)中測(cè)定質(zhì)控樣糙米粉無(wú)機(jī)砷含量的不確定度評(píng)定

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）

1. 引言

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。

2. 材料與方法

2.1 材料與試劑

?

2.2 儀器與設(shè)備

?

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

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。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

（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。

2.5 儀器條件

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。

3. 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)學(xué)模型

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)。

3.2 測(cè)量不確定度來(lái)源分析

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 無(wú)機(jī)砷不確定度各分量評(píng)定

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：

3.4 合成不確定度

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：

3.5 擴(kuò)展不確定度

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。

3.6 不確定度報(bào)告

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。

4. 結(jié)論

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。