離子選擇電極法測定食品添加劑磷酸中氟化物含量的不確定度評定

吳雪英，江 荊*，伍斯靜，魏雅娟，葉玲玲

（1.中國檢驗認證集團廣西有限公司，廣西南寧 530000；2.廣西中檢檢測技術服務有限公司，廣西防城港 538001）

食品添加劑磷酸已在食品工業中廣泛使用，食品安全國家標準GB 1886.15——2015[1]中規定食品添加劑磷酸中氟的限量為10 mg·kg-1，食品中氟含量是食品安全關注的重要指標。目前食品添加劑磷酸中氟含量測定的常見分析方法有離子選擇電極法、頂空氣相色譜法[2]等，其中前者方法因其選擇性好、適用范圍寬、快速準確、操作簡便、能克服色澤干擾等優點而被廣泛應用，是目前測定氟化物含量最常用的方法，食品添加劑磷酸中氟含量的檢測主要采用國家標準方法GB 1886.15——2015中規定的氟離子選擇電極法進行測定。

測量不確定度屬于測量結果的一部分，是對被測量量值分散性的表征[3]，不確定度的大小影響了測量結果的可信性、可比性和可接受性，是評價測量活動和測量結果的一個重要指標。作為第三方檢驗檢測機構，當測量不確定度與測量結果應用有關時，當檢測標準有要求時，當客戶有要求時，或者進行符合性判定時[4]，都需要檢測機構進行不確定度的評估并提供不確定度。通過對整個實驗過程進行不確定度評估，檢測機構可以找出對檢測結果影響最大的因素[5]，從而為檢測機構提高實驗室管理和質量控制提供重要的評價依據[6]。

本文以GB 1886.15——2015為依據，用氟離子選擇電極法測定食品添加劑磷酸中氟的含量，依據標準JJF 1059.1——2012[7]，對該方法的測量不確定度來源進行詳細分析，計算出測量結果的不確定度。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

氟離子選擇電極（PHS-3C）；分析天平AB204-S型；100 mL容量瓶（A級）；50 mL容量瓶（A級）；10 mL移液管（A級）；氟標準溶液（1 000 mg·L-1）；檬酸-檸檬酸三鈉緩沖溶液（pH=5.5～6.0）；溴甲酚綠指示液（1 g·L-1）。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理和測定

稱取10 g試樣（精確至0.01 g）置于100 mL燒杯中，加入少量水稀釋，用氫氧化鈉溶液（200 g·L-1)調至中性，轉移至100 mL容量瓶，用水稀釋至刻度，混勻。移取10.00 mL該溶液置于50 mL容量瓶中，加入1 mL鹽酸溶液（1+1）、5滴檸檬酸-檸檬酸三鈉緩沖溶液和2滴溴甲酚綠指示液，先用氫氧化鈉溶液調至藍色，再用硝酸溶液（1+15）調至恰呈黃色，隨后加入20 mL緩沖溶液，再用水稀釋至刻度，搖勻。電位計調零后，將溶液倒入50 mL干燥的燒杯中，置于攪拌器上，插入工作電極和參比電極，攪拌片刻，記錄平衡時的電位值。

1.2.2 標準曲線的繪制

用移液管移取1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、10.00 mL氟標準溶液，分別置于50 mL干凈的容量瓶中，按照1.2.1樣品處理和測定方法繪制標準曲線。

1.3 數學模型

樣品中氟化物含量的計算公式為

式中：ω為樣品中氟化物（以F-計）含量，mg·kg-1；m為測試溶液中氟化物的質量，μg；V2為測試溶液的體積，mL；m0為試樣的質量，g；V1為移液管移取的測試溶液的體積，mL。

2 測量不確定度的來源識別及其分量的評定

2.1 不確定度的來源分析

根據檢測過程和數學模型，不確定度的主要來源有以下幾個方面：①試樣稱量引入的相對標準不確定度urel(m0)；②100 mL容量瓶定容過程引入的相對標準不確定度urel(V100)；③10 mL移液管移取過程引入的相對標準不確定度urel(V10)；④50 mL容量瓶稀釋過程引入的相對標準不確定度urel(V50)；⑤工作曲線查得的氟質量引入的相對標準不確定度urel(m)；⑥測量重復性引入的相對標準不確定度urel(R)。

2.2 測量不確定度計算

2.2.1 稱量引入的相對標準不確定度urel(m0)

稱量的不確定度主要來自稱量的誤差。天平的線性誤差為±0.001 g，實驗中所有質量均由差量法測得，按照矩形分布計算，稱量標樣引入的標準不確定度為

稱樣量為10.0 g，估算稱量帶來的相對標準不確定度為

2.2.2 100 mL容量瓶定容過程引入的相對標準不確定度urel(V100)

100 mL A級容量瓶示值允許差±0.10 mL，按照均勻分布計算，

假設溫度變化為均勻分布，則溫度引起的標準不確定度為

2.2.3 10 mL移液管移取過程引入的相對標準不確定度urel(V10)

10 mL A級無分度移液管允許差±0.020 mL，按均勻分布計算，

溫度引起的不確定度為

則10 mL無分度移液管帶來的不確定度為

2.2.4 50 mL容量瓶稀釋過程引入的相對標準不確定度urel(V50)

50 mL容量瓶的不確定度計算同100 mL容量瓶的不確定計算類似，50 mL容量瓶的不確定度為

2.2.5 工作曲線查得的氟質量引入的相對標準不確定度urel(m)

m的不確定度主要來自4個方面：①氟離子標準溶液的相對標準不確定度urel(ρ)；②標準溶液配制過程的相對標準不確定度urel(D)；③標準曲線非線性的相對標準不確定度urel(c)；④氟離子選擇電極儀器本身的相對標準不確定度urel(E)。

（1）氟離子標準溶液濃度引入的不確定度urel(ρ)。查標準證書可知，氟標準溶液（1 000 mg·L-1）的擴展不確定度為4 μg·mL-1（k=2）；則標準溶液的相對標準不確定度為

（2）系列標準溶液配制過程引入的不確定度urel(D)。繪制標準曲線時，首先將1 000 μg·mL-1氟標準儲備液依次配制成20 μg·mL-1氟標準儲備溶液，再配制成2 μg·mL-1氟標準工作溶液；隨后用10 mL單標線移液管（A級移取）配制成氟標準工作溶液。該過程使用50 mL容量瓶5個；100 mL容量瓶2個；使用2 mL無分度移液管1次，使用10 mL分度移液管6次，10 mL無分度移液管1次。

按照前面容量瓶和移液管的計算過程得出：①50 mL容量瓶引入的相對標準不確定度為0.000 84；②100 mL容量瓶引入的相對標準不確定度為0.000 84；③10 mL無分度移液管引入的相對標準不確定度為0.001 4；④2 mL無分度移液管的相對標準不確定度為0.003 0；⑤10 mL 分度移液管引入的相對標準不確定度為0.003 0。則

（3）標準曲線非線性引入的不確定度urel(c)。樣品測量結果是利用最小二乘法擬合直線得到的。按照實驗步驟，分別測量5個系列標準溶液的電位值，標準溶液濃度依次為0.04 μg·mL-1、0.12 μg·mL-1、0.20 μg·mL-1、0.28 μg·mL-1、0.40 μg·mL-1；對應的電位值分別為-299.6 mV、-282.0 mV、-274.2 mV、-268.6 mV、-262.7 mV；用線性回歸方程求得校準曲線，擬合的回歸方程為y=bx+a=36.767x-248.24；相關系數R2=0.999 8；測定樣品電位值均值y=-270.3，x=-0.60。

利用最小二乘法擬合標準曲線產生的不確定度為

式中：S為工作曲線的標準偏差；b為工作曲線的斜率；p為樣品測量的次數（本方法測量2次）；n為測定標準溶液的總次數（本方法為5次）；xi為通過工作曲線查得標準溶液濃度的對數值；x——為標準溶液濃度對數值的平均值（x——=-0.793 7）；yi為工作曲線電位值；a為擬合曲線的截距。

將上述數值代人urel(c)公式，計算得

（4）儀器本身引入的不確定度urel(E)。pHS-3C酸度計的誤差為0.1 mV，按照均勻分布，標準不確定度為被測樣品電位值為-270.3 mV；儀器本身引入的相對標準不確定度為

綜上所述，得出工作曲線上查得的氟質量m引入的相對標準不確定度為

2.2.6 測量重復性引入的相對標準不確定度urel(R)

為獲得重復性測量的不確定度，對同一磷酸樣品中氟量進行了9次平行測定，重復性測量的平均值由貝塞爾公式計算標準偏差（n=9）為S=0.085；則

3 計算合成不確定度

相對合成標準不確定度為

則合成標準不確定度為

4 計算擴展不確定度

在置信概率95%的情況下，U=k×u(ω)=2×0.12=0.24 mg·kg-1。

5 不確定度結果表示

樣品磷酸中氟的測定結果可表示為ω=(12.4±0.3) mg·kg-1，k=2。

6 結論

依據試驗過程，建立數學模型，隨后利用計量學方法對食品添加劑磷酸中氟量的各個不確定度分量進行逐一評定，計算出合成不確定度，給出了檢測結果的置信區間為[12.1，12.7]。在不確定度的評定過程中，發現系列標準溶液的配制、校準曲線擬合、重復性測量對檢測結果的影響最大，是關鍵影響因素，因此在實驗過程中要嚴格按照規范進行操作。