濕法消解—原子吸收光譜法測定玉米粉中銅?鋅含量的不確定度

單江華 高海文

摘要[目的]評定原子吸收光譜法測定玉米粉中銅、鋅含量的測量不確定度。[方法] 結合檢驗實際工作，對原子吸收光譜法測定玉米粉中銅、鋅含量的測量不確定度進行評價，建立數學模型，分析該試驗過程中測量不確定度來源，對樣品檢測過程中的樣品稱量、標準物質溶液轉移、稀釋定容、曲線擬合以及儀器測量重復性等影響不確定度的分量進行了分析。[結果] 試驗得出，在合成標準不確定度的各個分量中，標準曲線擬合和重復性試驗引入的不確定度是對其影響最大的2個分量，必須嚴格控制好標準曲線校準和樣品的重復測定過程。最終計算出玉米粉中銅、鋅含量的擴展不確定度分別為（1.38±0.08）mg/kg、（10.20±1.20）mg/kg，取包含因子k=2 。[結論]研究可為系統分析檢測結果的準確程度和方法的可靠性研究提供參考。

關鍵詞原子吸收光譜法；不確定度；玉米粉；銅；鋅

中圖分類號S509.9文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）24-221-04

銅、鋅都是人體內所必需的元素[1]。銅是動物生長所必需的重要微量元素之一，每人日需攝銅量1.5 mg[2] 。

它參與造血過程及鐵的代謝和能量代謝，有利于血紅蛋白的合成和紅細胞的成熟；它還誘導合成金屬硫蛋白（MT）具有解毒功能，并且作為金屬酶的組成成分，直接參與機體代謝[2-3]，是構成超氧化物歧化酶（SOD）的必需元素[1]。鋅是多功能元素，具有重要的生理功能和營養作用，正常成年人日需攝鋅量10～15 mg[2] 。正常人體內含鋅量約為2.3 g，是人體中70 多個不同種屬的酶的組成成分。鋅能促進維生素B 族的正常吸收并發揮其重要的作用，參與胰島素的組成和核酸的合成，是調節DNA 聚合酶的必要組成部分。此外，鋅還對味覺及食欲起促進作用；促進性器官正常發育和性機能的正常；保護皮膚、骨骼和牙齒的正常；維護免疫功能。因此，缺鋅會引起神經及生長發育受抑制，味、嗅覺異常，出現夜盲癥，傷口不易愈合等癥狀；兒童缺鋅，易引起食欲下降，過度缺乏，會抑制生長發育，造成侏儒癥 [1，4-6] 。盡管這樣，即使是人體必需的微量元素，如吸收過量，也會對人體有害，引起中毒。因此，最安全的補銅、補鋅是通過飲食補充[4]。筆者研究了濕法消解-火焰原子吸收光譜法測定玉米中銅、鋅的含量，并對這2種元素含量的不確定度進行了評定。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料與試劑。試驗所采用樣品為玉米粉。Cu、Zn標準樣品（1 000 μg/ml、GSB 04-1725-2004和GSB 04-1761-2004），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；試驗分析測試中所用的化學試劑硝酸、高氯酸均為優級純；試驗用水均為超純水。壓縮空氣，乙炔氣（工業級）。

1.1.2儀器與設備。AA6300C型原子吸收分光光度計，日本島津；HP131533型可調式電熱板，SIMAREC；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；100 ml容量瓶（A級）、1 ml移液器、10 ml分度吸管。以上儀器、器皿均經檢定合格。

1.2環境條件室內溫度、濕度等滿足試驗要求，故環境變化引起的不確定度可以忽略不計。

1.3測定方法按照GB/T 14609-2008《糧油檢驗 谷物及其制品中銅、鐵、錳、鋅、鈣、鎂的測定 火焰原子吸收光譜法》進行。

1.4試驗前處理

1.4.1樣品處理。玉米粉樣品過100目分子篩，備用。

1.4.2樣品濕法消解。先加入15 ml濃硝酸（HNO3）加蓋浸泡過夜，次日，放在可調式電熱板上先小火加熱（120 ℃），待反應平穩后，先升溫到160 ℃。一段時間后，取下，稍冷，加入4 ml硝酸（HNO3）和1 ml高氯酸（HClO4），重復1次。當三角瓶開始冒濃密的高氯酸白煙，并持續數分鐘后，加入20 ml超純水，用超純水趕酸，直至剩余1～2 ml時，冷卻，轉移，并定容至25 ml刻度試管中，待測。處理過程中同時做2組空白試驗。

1.5標準工作曲線繪制

取用銅（Cu）、鋅（Zn）標準溶液逐級進行稀釋后的不同濃度的標準使用液，具體如表1所示，用AA6300C型原子吸收分光光度計上機測試，分別測定銅、鋅的吸光度（A），根據測定吸光值A及對應的Cu、Zn標準液濃度繪制標準工作曲線，具體如表1。

2數學模型

試驗所建數學模型如下：

X=（c-c0）×V×1 000m×1 000

式中，X為試樣中元素的質量分數（mg/kg）；c為試液中元素的濃度值（mg/L）；c0為試劑空白液中元素的濃度值（mg/L）；V為試樣消解液定容體積（ml）；m為試樣質量（g）。

3玉米粉中銅、鋅含量的不確定度評定

3.1不確定度來源分析

樣品的測量步驟主要包括取樣、樣品消化、消化液定容、儀器分析等，在上述步驟中，影響測量不確定度的因素很多，且有些還較復雜，如果一項一項將其進行定量分析可能性很小，有些因素影響很小，完全可以將其忽略，故該試驗只對影響結果較為顯著的因素進行定量分析評定。從測量過程和數學模型分析，玉米粉中銅、鋅含量不確定度主要有樣品稱量、標準物質溶液轉移、稀釋定容、曲線擬合以及儀器測量重復性等。

3.2不確定度分量的計算

3.2.1銅、鋅標準溶液引入的不確定度。

銅、鋅標準溶液編號分別為GBW08615和GBW08620，質量濃度均為1 000 μg/ml，擴展不確定度均為0.1%，包含因子k=2，則銅、鋅標準溶液引入的相對不確定度分別為：

μrel（銅）=0.1%2=0.000 5

μrel（鋅）=0.1%2=0.000 5

3.2.2標準溶液逐級稀釋引入的不確定度。

3.2.2.1標準溶液稀釋過程。

用1 ml移液器分別吸取銅、鋅標準溶液（1 000 μg/ml）1 ml至2個100 ml容量瓶中，配制成銅、鋅中間溶液10 μg/ml。然后用10 ml移液管（A級）吸取銅中間溶液1、2、4、8、10 ml至5個100 ml容量瓶中，用1%硝酸定容，配制成銅工作溶液濃度梯度0.1、0.2、0.4、08、1.0 μg/ml；用10 ml分度吸管（A級）吸取銅中間溶液2、4、8、16、20 ml至5個100 ml容量瓶中，用1%硝酸定容，配制成銅工作溶液濃度梯度0.2、0.4、0.8、1.6、2.0 μg/ml。

3.2.2.2標準溶液稀釋引入的不確定度各分量。

1 ml移液器、10 ml分度吸管、100 ml容量瓶容量允差分別為±1.0%、±0.05 ml、±0.10 ml，按三角分布評定，包含因子k=6。配制標準溶液過程中共使用6個不同的容量瓶，6個分量互相獨立不相關，相關系數為0。實驗室溫度變化范圍為±3 ℃，忽略玻璃體積的變化，20 ℃時水的膨脹系數為r=2.1×10-4/℃，按均勻分布k取3。因此，標準溶液逐級稀釋引入的不確定度分量如表2所示。

3.2.3樣品稱量引入的不確定度。

3.2.3.1稱量重復性引入的標準不確定度分量uA（m）。

樣品10次重復稱量結果見表1，采樣貝塞耳公式，單次測量稱量標準偏差為：

s（m）=1n-1ni=1（mi-）2=0.000 33 g[7]

稱量重復性引入的相對標準不確定度為：

uA（m）=s（m）10=0.000 3310=0.000 11 g

3.2.3.2天平引入的標準不確定分量uB（m）。

樣品稱量引入的不確定度主要有天平的示值誤差引起，因為稱量所有樣品都使用同一臺天平，天平靈敏度引起的不確定度可以忽略。天平最大允許誤差為±0.5 mg，包含區間半寬度α=0.5 mg，按均勻分布評定，包含因子k=3，由此引起的標準不確定度為：

uB（m）=αk=0.5 mg3=0.29 mg=0.000 29 g

43卷24期單江華等濕法消解-原子吸收光譜法測定玉米粉中銅·鋅含量的不確定度

3.2.3.3樣品稱量引入的合成相對標準不確定度uC（m）。至此，樣品稱量引入的合成相對標準不確定度如下：

uC（m）=uA（m）2+uA（m）2=0.000 112+0.000 292=0.000 31 g

試驗中稱量樣品的平均值為2.503 2 g，則樣品稱量的合成相對標準不確定度：

urel（m）=uC（m）=0.000 31 g2.503 2g=0.000 13

3.2.4消解液定容引入的不確定度。

消解液定容使用的是25 ml刻度試管，容量允差A為±0.5 ml，包含因子k=3，基于環境條件滿足要求，故不必考慮環境條件引起的不確定，所以25 ml刻度試管引起的標準不確定度為：

u1（管）=Aα=0.5 ml3=0.29 ml

25 ml刻度試管引起的相對標準不確定度為：

u1reL（管）=0.2925=0.012

實驗室溫度變化范圍為±3 ℃，忽略玻璃體積的變化，20 ℃時水的膨脹系數為r=2.1×10-4/℃，按均勻分布k取3，則25 ml刻度試管由水的膨脹引起的相對標準不確定度為：

u2reL（容）=Δt×r3=0.000 37

消解液定容引入的合成相對標準不確定度為：

ucreL（管）=u1reL（管）2+u2reL（管）2=0.0122+0.000 372=0.012

3.2.5標準曲線最小二乘法擬合引入的不確定度。

該試驗所用的銅、鋅標準曲線溶液濃度分別為0.1、0.2、0.4、0.8、10 mg/L和0.2、0.4、0.8、1.6、2.0 mg/L，5個濃度分別測量2次，結果見表3。

Cu、Zn 2種元素標準溶液線性擬合得方程分別為：ACu=B1cCu+B0和AZn=B1cZn+B0，式中Cu、Zn2種元素標準溶液線性方程最佳斜率B1分別為0.071 7和0.139，最佳截距B0分別為0.008和0.019 7。其殘差標準偏差分別為：

sCu=ni=1[Ai-（B0+B1ci）]2n-2=0.001 3

sZn=nj=1[Aj-（B0+B1cj）]2n-2=0.008 9

sCuxx=ni=1（ci-cCu）2=0.6

sZnxx=nj=1（cj-cZn）2=14

式中，Ai、Aj為不同濃度銅、鋅標準曲線溶液對應的吸光值；ci、cj為吸光值對應的銅、鋅標準溶液濃度；cCu、cZn為測試標準溶液的平均值；B0為最佳截距；B1為最佳斜率。

試驗的10個平行樣Cu、Zn含量的平均值分別為1.38和10.20 mg/kg，標準曲線最小二乘法擬合引入的標準不確定度分別為：

uCu（曲）

=sCuB11P+1n+

（cCu樣-cCu）2sCuxx

=0.001 30.071 7110+110+（1.38-0.5）20.6

=0.022 1 mg/kg

uZn（曲）=sZnB11P+1n+

（cZn樣-cZn）2sZnxx

=0.008 90.139 0110+110+（10.2-1.0）21.4

=0.502 3 mg/kg

式中，cCu樣、cZn樣為樣品檢測結果的平均值；p為測量次數；n為測試標準溶液次數。

曲線擬合引入的相對標準不確定度為：

uCureL（曲）=0.022 11.38=0.016 0

uZnreL（曲）=0.502 310.2=0.049 2

3.2.6重復性試驗的不確定度。

該試驗從玉米粉樣品中稱取10個平行樣進行Cu、Zn含量的測定，得到被測元素的10次測量結果（測量過程已包括該試驗所有的重復性，即從稱樣、樣品處理到檢測數據報出整個過程），數據見表4、5。

其單次測量試驗標準偏差為：

s1=1n-1ni=1（ωi-i）2=0.080 0 mg/kg

重復試驗引入的標準不確定為：

u1（rep）=s1n=0.080 010=0.025 3 mg/kg

重復試驗的相對標準不確定度：

u1reL（rep）=u1（rep）i=0.025 31.38=0.018 3

其單次測量試驗標準偏差為：

s2=1n-1nj=1（ωj-j）2=0.291 mg/kg

重復試驗引入的標準不確定為：

u2（rep）=s2n=0.29110=0.091 9 mg/kg

重復試驗的相對標準不確定：

u2reL（rep）=u2（rep）j=0.091 910.2=0.009 0

式中，n為試樣的個數；j為試樣的鋅含量；j為試樣鋅含量的平均值。

3.3合成標準不確定度

計算合成不確定度采用將求得的各個不確定分量平方和開平方根，即：

uCuc（yCu）=ni=1uCureL（Xi）2×YCu=

0.000 52+0.004 12+0.002 13+0.001 42+0.000 132+0.0122+0.016 02+0.018 32×1.38=0.04 mg/kg

uZnc（yZn）=nj=1uZnreL（Xj）2×YZn=

0.000 52+0.004 12+0.002 13+0.001 42+0.000 132+0.0122+0.049 22+0.009 02×1020=0.60 mg/kg

式中，YCu、YZn分別為樣品中銅含量和鋅含量的平均值（mg/kg）。

3.4擴展不確定度

根據《化學分析中不確定度的評估指南》[8]，在不確定度的評定過程中取包含因子k=2，置信水平為95%，則玉米粉中銅、鋅含量的擴展不確定度分別為：

UCu（95）=uCuc×k=0.04×2=0.08 mg/kg

UZn（95）=uZnc×k=0.6×2=1.20 mg/kg

測定結果報告為：XCu=（1.38±0.08） mg/kg，XZn=（1020±1.20） mg/kg。

4結論

從不確定度的整個評定過程中可以看出，在合成標準標準不確定度的各個分量中，標準曲線擬合和重復性試驗引入的不確定度是對其影響最大的2個分量。但在實際檢測過程中，樣品測定一般都不會測量10次，而只有2～3次，這樣重復性試驗引入的不確定度就可能成為影響合成不確定度最大的一個分量。所以，要控制好原子吸收光譜法測定玉米粉中銅含量和鋅含量，就必須嚴格控制好標準曲線校準和樣品的重復測定過程。在實際檢測過程中，按規范嚴格操作。

參考文獻

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[8] 中國合格評定委員會.化學分析中不確定度的評估指南[S].北京：中國計量出版社，2006.