連續光源火焰原子吸收法同時測定薏苡中銅、鐵、鈣和錳的不確定度評價

梁藝馨，劉康書，蔡 秋，王興寧，李 娜（貴州出入境檢驗檢疫局綜合技術中心，貴州 貴陽　550081）

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連續光源火焰原子吸收法同時測定薏苡中銅、鐵、鈣和錳的不確定度評價

梁藝馨，劉康書，蔡 秋，王興寧，李 娜
（貴州出入境檢驗檢疫局綜合技術中心，貴州 貴陽550081）

摘 要：分析連續光源火焰原子吸收法測定薏苡中銅、鐵、鈣和錳含量的過程，建立相應的數學模型。對樣品測量過程中稱量、稀釋、定容、曲線擬合以及重復性等影響不確定度的因素進行了分析評定，最終計算合成和擴展各不確定度分量。本方法數理清晰，可對同時檢測食品中多種金屬元素的不確定度提供參考。

關鍵詞：連續光源火焰原子吸收法；薏苡；金屬元素；不確定度

引文格式：

梁藝馨, 劉康書, 蔡秋, 等. 連續光源火焰原子吸收法同時測定薏苡中銅、鐵、鈣和錳的不確定度評價[J]. 食品科學, 2016, 37(12): 134-138. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612023. http://www.spkx.net.cn

LIANG Yixin, LIU Kangshu, CAI Qiu, et al. Uncertainty evaluation for the simultaneous determination of Cu, Fe, Ca and Mn in coix seeds by HR-CS-FAAS[J]. Food Science, 2016, 37(12): 134-138. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612023. http://www.spkx.net.cn

薏苡又名薏苡仁、薏仁米、六谷子、起實等，為禾本科植物，既是一種中藥藥材，也是日常生活常見的食物。近年來已有大量的研究證明，薏苡含有豐富的生物活性成分，例如甘油三酯、薏苡內酯、薏苡多糖、甾醇類化合物等有效成分[1]，這些有效成分使薏苡在抗癌、抗衰老、降血壓和降血糖方面有顯著療效。此外，薏苡中無機元素含量較高[2]，無機元素在人及動物體內總量不超過體質量的4%～5%，但卻是人體不可缺少的成分，不同元素對身體的健康起著重要作用。由此可見，薏苡在保健食品方面研究開發具有巨大的潛力和空間，因此，能夠準確測定薏苡中無機元素的含量是十分重要的。

目前，火焰原子吸收法[3-7]已成為無機元素定量分析應用的基本方法之一，其選擇性強、靈敏度高、精密度好、抗干擾能力強等特點已得到廣泛認同。連續光源原子吸收法與普通原子吸收相比，能更精確地校正背景，達到的檢出限更低，在同時測量多種元素時，大大地提高了檢測效率和實驗分析的靈敏度。測量不確定度在實際工作中對評定測定結果具有重要意義，用于表征合理賦予被測量的值的分散性，是評價檢測結果可信性、可比性和可接受性的重要指標[8]。目前與原子吸收法不確定度評價相關的研究有很多[9-18]，但有關連續光源火焰原子吸收光譜法測定結果不確定度的評價報道較少，本實驗采用經典濕法消解，以貴州薏苡為樣品，連續光源火焰原子吸收光譜法測定其Ca、Mg、Fe和Zn含量，根據國家計量技術規范JJF 1059.1—2012 《測量不確定度評定與表示》[19]，對測定過程的不確定度進行評定分析，建立評定方法，為測定薏苡無機元素方法不確定度的評價提供依據。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

薏苡貴州省興仁縣薏仁米種植基地。

ContrAA300連續光源火焰原子吸收光譜儀德國耶拿分析儀器股份公司；PL203電子天平瑞士Mettler Toledo公司；硝酸（優級純）；高氯酸（優級純）；LaCl3（分析純）國藥集團化學試劑有限公司；Cu、Fe、Ca、Mn標準儲備液（1 000 μg/mL）國家有色金屬及電子材料分析測試中心；超純水實驗室自制。

1.2方法

1.2.1測定條件

ContrAA300連續光源火焰原子吸收光譜儀測定Cu、Fe、Ca、Mn元素的儀器條件及參數如表1所示。

表1　連續光源火焰原子吸收光譜儀工作條件Table 1　Working conditions of HR-CS-FAAS

1.2.2混合標準溶液的配制

分別將1 000 mg/L Cu、Fe、Ca、Mn標準儲備溶液用20 g/L LaCl3溶液[20-21]進行逐級稀釋，配制成Cu、Fe、Ca、Mn混合標準溶液質量濃度如表2所示。

表2　混合標準溶液各元素質量濃度Table 2 Metal element concentrations in mixed standard solutions

1.2.3樣品處理

將樣品磨碎打漿儲存于食品級聚乙烯包裝袋中，采用濕法消解。稱取0.5 g（精確至0.1 mg）試樣置于廣口錐形瓶中，加入20 mL混合酸（V（硝酸）∶V（高氯酸）=4∶1）后加蓋浸泡過夜，置于電熱板上，加熱至150 ℃進行消解，直至樣品在錐形瓶中冒白煙，消化液逐漸變為無色透明，180 ℃條件下趕酸直至消化液近干，消解完全。待冷卻至室溫后，用滴管將20 g/L氯化鑭溶液少量多次洗滌錐形瓶，把樣品消化液洗入25 mL容量瓶中，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，搖勻，同時制備試劑空白。

2　結果與分析

2.1建立數學模型

式中：X為樣品中元素的含量/（mg/kg）；C為樣品消化液中扣除試劑空白后的元素質量濃度/（mg/L）；V為樣品定容體積/mL；m為樣品質量/g。

2.2不確定度來源分析及分量

由數學模型可知，影響薏苡中各元素含量測定的不確定度分量包括樣品稱量質量引入的不確定度、樣品定容體積引入的不確定度、樣品消化液中各元素含量的不確定度3 個方面。依據實驗過程，樣品消化液中各元素含量的不確定度與標準貯備液及標準溶液配制過程引入的不確定度，曲線擬合引入的不確定度，樣品消化液重復性測定的不確定度和回收率引入的不確定度有關。

2.3不確定度分量的評定

2.3.1樣品稱量質量引入的不確定度

按《電子天平》[22]檢定規程，實驗所用Mettler PL203電子天平，由檢定證書提供的最大允許誤差為5 mg，重復性誤差為10 mg。最大允許誤差屬于均勻分布，，標準偏差為；重復偏差由于在實驗中只稱量一次，標準偏差為。所以u（m）==6.46 mg，相對不確定度urel（m）= u（m）/m=6.46/500=0.012 9。

2.3.2樣品定容體積引入的不確定度

2.3.2.1容量瓶體積偏差的不確定度

樣品消化液和樣品空白液分別用2個25.00 mL容量瓶（A級，（25.00±0.04）mL）定容，屬于均勻分布，，該分量不確定度u（V1）=（0.04×2）= 0.046 mL。

2.3.2.2定容重復性的不確定度

通過該容量瓶的典型樣品的重復性實驗來評估其重復性引起的不確定度。連續在25 mL容量瓶中加純水至刻度線，用天平稱量每次定容后純水質量，重復10 次，計算出10 次標準偏差為σ=0.032 8 mL，所以u（V2）= 0.032 8/=0.010 4 mL。

2.3.2.3容量瓶因溫度變化引起誤差的不確定度

根據容量瓶生產商提供的信息，該容量瓶已在20 ℃校準，實驗室室溫在（20±3）℃變化。此過程引起的不確定度可通過其溫度范圍和體積膨脹系數來計算。液體的體積膨脹明顯大于容量瓶的體積膨脹，因此容量瓶體積膨脹可以忽略不計[23]。水的體積膨脹系數為2.1×10－4℃－1，所以產生的體積變化為±（25×3×2.1×10－4）= ±0.015 8 mL，假設溫度是均勻變化，則標準偏差為0.015 8=0.009 12 mL。所以u（V3）=0.009 12 mL。

根據以上計算結果，樣品定容體積引入的不確定度：

則相對不確定度urel（V）= u（V）/V=0.048/25=0.001 92。

2.3.3樣品消化液中各元素含量的不確定度

2.3.3.1Cu、Fe、Ca、Mn標準溶液與吸光度擬合直線方程計算各元素含量的不確定度

表3　標準溶液的質量濃度和平均吸光度Table 3 Concentrations and average absorbance of standard solutions

對混合標準溶液各元素分別進行3 次平行測定，結果用最小二乘法對數據進行擬合，測定結果見表3。對樣品溶液中各元素含量進行6 次平行測定，由各元素直線方程計算出各元素平均質量濃度，再通過校準曲線計算各元素質量濃度時引入的不確定度u（c1）：

曲線擬合引入的相對標準不確定度：

表4　4種元素的不確定度Table 4 Uncertainties in curve fitting of 4 elements

2.3.3.2Cu、Fe、Ca、Mn標準貯備液及標準溶液配制過程引入的不確定度

以配制Cu標準溶液過程為例，包含以下兩個過程：標準儲備液稀釋過程，將1 000 μg/mL標準儲備稀釋成100 μg/mL標準溶液過程中，需要使用1 次10.00 mL單標線吸量管（A級，（10±0.02） mL），1 個100 mL容量瓶（A級，（100±0.1）mL）按1∶10逐級進行稀釋得到100 μg/mL標準溶液以備使用。標準溶液配制過程，將100 μg/mL標準溶液按表3所示質量濃度使用5 次2 mL （A級，（2±0.03）mL）分度吸量管，6 個100 mL容量瓶（A級，（100±0.1）mL）分別按0.2∶100、0.5∶100、1∶100、1.5∶100、2∶100稀釋得到標準溶液。因此分別對10 mL分度移液管（A級）、5 mL吸量管（A級）、100 mL容量瓶（A級）的不確定度進行評估。

實驗過程中所有標準溶液的稀釋和配制使用10 mL單標線吸量管、2 mL分度吸量管、5 mL分度吸量管、10 mL分度吸量管及100 mL容量瓶的不確定度均根據JJG 196—2006《常用玻璃量器》規定[24]，取矩形分布，各分量的計算如下：

以配制Cu標準溶液時使用10 mL單標線吸量管引入的不確定度為例：

允差：（10±0.02）mL，由檢定證書提供，標準不確定度u1=0.02/=0.012 mL；溫度：實驗室在（20±3） ℃變化，按95%置信概率時體積區間變化：3 ℃×2.1×10－4℃－1×10 mL=6.3×10－3mL，則標準不確定度u2=6.3×10－3mL/1.96=3.21×10－3mL；10 mL單標線吸量管標準偏差：s=u3=0.004 0 mL。

單次使用10 mL單標線吸量管吸取標準溶液引入的相對標準不確定度：

同理，計算每次配制各元素標準溶液分別所用器具引入的標準不確定度如表5所示。

表5　所用容量器具的不確定度Table 5 Uncertainties of pipettes and volumetric flasks

由以上數據得，以配制混合標準溶液時Cu過程為例，計算配制Cu標準溶液時引入的相對不確定度：

同理可計算配制混合標準溶液各元素分別所用器具引入的標準不確定度如表6所示。

表6　配制混合標準溶液過程各元素的相對不確定度Table 6 Relative uncertainties in the preparation of mixed standard solutions

2.3.4樣品消化液重復性測定的不確定度

表7　樣品溶液重復測定引入的不確定度Table 7 Uncertainties caused by sample detection repeatability

2.3.5回收率引入的不確定度

分析方法的偏差通常是通過研究測定器相關標準物質或加標實驗來確定，即回收率的測定。在質量濃度為0.2～2.0 mg/L范圍內4種元素各自分別進行了3 個添加水平的回收率實驗，消解完全后在1.2.1節條件下進行測定，用所得結果計算回收率，結果見表8。

表8　薏苡中4種元素加標回收率測定結果Table 8 Results of recoveries of four elements in spiked coix seeds

表9　回收率引入的不確定度Table 9　Uncertainties caused by recoveries

2.3.6合成相對不確定度urel

根據以上7種不確定度的主要來源所示結果可計算出合成不確定度：

各元素合成相對不確定度結果如表10所示。

表10　4種元素的合成相對不確定度Table 10 Combined relative uncertainties for four elements

2.3.7擴展不確定度

按國際慣例，取置信區間95%，k=2[26]，則相對擴展不確定度u=k×urel（單位mg/kg），結果如表11所示。

表11　4種元素的擴展不確定度Table 11　Expanded uncertainties for four elements

2.3.8銅、鐵、鈣和錳含量的測定結果

薏苡中銅、鐵、鈣和錳含量的測定結果如表12所示。

表12　薏苡中銅、鐵、鈣和錳含量的測定結果Table 12 Contents of Cu, Fe, Ca and Mn in coix seeds

3　討 論

本實驗以薏苡為樣品，用高分辨率連續光源火焰原子吸收光譜法同時測定Cu、Fe、Ca、Mn含量，對測定結果不確定度來源及各分量進行分析探討。從結果可以看出，該方法的不確定度主要來源于樣品稱量質量引入的不確定度、樣品定容體積引入的不確定度、樣品消化液中各元素含量的不確定度、標準貯備液及標準溶液配制過程引入的不確定度、樣品消化液重復性測定的不確定度曲線擬合引入的不確定度，樣品消化液重復性測定的不確定度和回收率引入的不確定度幾個方面，其中標準溶液與吸光度擬合直線方程計算各元素含量的不確定度和回收率引入的不確定度對合成不確定度貢獻最大，然后是重復性測定引入的不確定度。實驗結果的從整個實驗過程可知，要最大程度減少測量結果的不確定度，必須注意標準曲線的配制，控制好消解過程、標準曲線校準和優化儀器工作條件以及樣品的重復測定過程，從而保證實驗結果的可靠性和準確性。

參考文獻：

[1] 金黎明, 劉垠孜, 趙曉蕾, 等. 薏苡仁有效成分研究進展[J]. 安徽農業科學, 2011, 39(10): 5734-5734; 5750. DOI:10.3969/ j.issn.0517-6611.2011.10.024.

[2] 王穎, 趙興娥, 王微, 等. 薏苡不同部位營養成分分析及評價[J]. 食品科學, 2013, 34(5): 255-259.

[3] 吳則業, 岑劍偉, 楊賢慶, 等. NO-C2H2火焰原子吸收光譜法檢測海蜇中鋁含量[J]. 食品與發酵工業, 2015, 41(2): 184-188. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201502032.

[4] 李華, 鄧林. 大西洋鮭肌肉中9種礦物質元素含量的測定及營養評價[J]. 食品與機械, 2012, 28(1): 62-64; 96. DOI:10.3969/ j.issn.1003-5788.2012.01.015.

[5] 劉敬勇, 孫水裕. 微波消解-火焰原子吸收法測定廣州市污水污泥中重金屬的活性形態[J]. 環境化學, 2011, 30(4): 880-884.

[6] 趙永強, 孫曉薇, 胡崗, 等. 火焰原子吸收法測定木耳中鋅、鎂、鐵、錳的含量[J]. 湖北農業科學, 2012, 51(9): 1872-1873. DOI:10.3969/j.issn.0439-8114.2012.09.043.

[7] 張建萍, 陳尚龍, 劉恩岐, 等. 連續光源火焰原子吸收光譜法快速順序測定味精中金屬元素[J]. 中國調味品, 2013, 38(11): 72-76. DOI:10.3969/j.issn.1000-9973.2013.11.020.

[8] 國家質量技術監督局. 測量不確定度評定與表示指南[M]. 北京: 中國計量出版社, 1999.

[9] 楊清清. 火焰原子吸收光譜法測定保健品中鈣含量不確定度評定[J]. 現代測量與實驗室管理, 2014(1): 23-26. DOI:10.3969/ j.issn.1673-8764.2014.01.008.

[10] 呂尚, 魏惠珍, 饒毅, 等. 原子吸收火焰法測定藥用輔料山梨醇中的鎳元素及其不確定度評價[J]. 中國實驗方劑學雜志, 2011, 17(20): 52-55. DOI:10.3969/j.issn.1005-9903.2011.20.018.

[11] 張亞冬, 韓北琦. 石墨爐原子吸收法測定大米中鎘含量的不確定度評定[J]. 河南工業大學學報(自然科學版), 2012, 33(2): 74-77.

[12] 羅艷玲. 石墨爐原子吸收測定大米中的鉛不確定度評定[J]. 糧油食品科技, 2014, 22(1): 76-78. DOI:10.3969/ j.issn.1007-7561.2014.01.018.

[13] 鮮青龍, 武洪麗, 王琴, 等. 火焰原子吸收光譜法測定食品調味粉中鋅含量的不確定度評定[J]. 計量與測試技術, 2013, 40(10): 23-25. DOI:10.3969/j.issn.1004-6941.2013.10.013.

[14] 李艷蘋, 劉小騏, 潘獻輝, 等. 火焰原子吸收光譜法測定人工海水中鐵的不確定度評定[J]. 光譜實驗室, 2011, 28(3): 1283-1286. DOI:10.3969/j.issn.1004-8138.2011.03.073.

[15] 陳妙瑞, 閆鶴, 石磊, 等. 石墨爐原子吸收法測定肉制品中鎘的過程中的不確定度評定[J]. 現代食品科技, 2012, 28(6): 709-711; 715. DOI:10.3969/j.issn.1673-9078.2012.06.028.

[16] 熊善波, 丁捷, 陽慶華, 等. 混合酸濕法消化-原子(石墨爐)吸收測定醬腌菜中鉛含量的不確定度評定[J]. 中國調味品, 2014, 39(3): 98-102. DOI:10.3969/j.issn.1000-9973.2014.03.025.

[17] 王江蓉, 胡飛俊, 梅廣, 等. 微波消解-石墨爐原子吸收法測定糧食中鉛含量的測量不確定度評定[J]. 食品與發酵工業, 2013, 39(9): 189-194.

[18] 毋永龍, 聶繼云, 李靜, 等. 微波消解-火焰原子吸收法測定鮮果中鈣含量的不確定度評定[J]. 食品科學, 2012, 33(4): 182-185.

[19] 全國法制計量管理計量技術委員會. JJF 1059.1—2012 測量不確定度評定與表示[S]. 北京: 中國質檢出版社, 2013.

[20] 楊海英, 弓巧娟. 火焰原子吸收光譜法測定黑花生中微量元素[J]. 光譜實驗室, 2011, 28(4): 1892-1896. DOI:10.3969/ j.issn.1004-8138.2011.04.078.

[21] 金旭忠, 何良興, 謝靈燕, 等. FAAS直接進樣測定黃酒中的氧化鈣[J]. 光譜實驗室, 2012, 29(3): 1908-1911. DOI:10.3969/ j.issn.1004-8138.2012.03.147.

[22] 中國計量科學研究院. JJG 1036—2008 電子天平檢定規程[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008.

[23] 蔡秋. 原子熒光光譜法測定方便米飯中砷的測量不確定度評定[J].理化檢驗-化學分冊, 2007, 43(2): 122-125; 127. DOI:10.3321/ j.issn:1001-4020.2007.02.011.

[24] 中國國家標準化委員會. JJG 196—2006 常用玻璃量器[S]. 北京: 中國質檢出版社, 2007.

[25] 占永革, 龔劍, 黃湘燕, 等. 關于化學分析回收率不確定度評估公式的思考[J]. 廣州大學學報(自然科學版), 2014, 13(3): 40-46.

[26] 袁玉靜, 錢紹圣. 擴展不確定度分析與評定[J]. 中國計量學院學報, 2004, 15(3): 181-185. DOI:10.3969/j.issn.1004-1540.2004.03.002.

Uncertainty Evaluation for the Simultaneous Determination of Cu, Fe, Ca and Mn in Coix Seeds by HR-CS-FAAS

LIANG Yixin, LIU Kangshu, CAI Qiu, WANG Xingning, LI Na
(Technology Center, Guizhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Guiyang550081, China)

Abstract:A mathematical model was established to analyze the uncertainty for the simultaneous determination of copper (Cu), ferrum (Fe), cadmium (Ca) and manganese (Mn) in coix seeds by high resolution-continuum source-flame atomic absorption spectrometry (HR-CS-FAAS). In the estimation of uncertainty, the sample weighing, constant volume dilution, curve fitting, and repeatability that may affect the uncertainty of analytical data were taken into account. The uncertainty components were used to calculate the combined and expanded uncertainties. The method proposed in this study is concise and can provide a useful reference for evaluating the uncertainty in the simultaneous determination of several metal elements in food samples.

Key words:high resolution-continuum source-flame atomic absorption spectrometry (HR-CS-FAAS); coix seed; metal elements; uncertainty

收稿日期：2015-08-19

基金項目：國家質檢總局科技計劃項目（2014IK112）；貴州省科技廳科技計劃項目（黔科合NZ字[2013]3006）

作者簡介：梁藝馨（1990—），男，助理工程師，碩士，研究方向為食品、化妝品等理化分析檢測。E-mail：leungaku@163.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612023

中圖分類號：O657.31

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）12-0134-05