原子吸收法測定金銀花中銅的不確定度分析

辜忠春，姚勝海，楊柳，李光榮，楊志斌，李愛華

（1.湖北省林業科學研究院，國家林業局林產品質量檢驗檢測中心（武漢），湖北武漢430075；2.湖北省林業科學研究院鶴峰森林藥材研究所，湖北恩施445800）

原子吸收法測定金銀花中銅的不確定度分析

辜忠春1，姚勝海2，楊柳1，李光榮1，楊志斌1，李愛華1

（1.湖北省林業科學研究院，國家林業局林產品質量檢驗檢測中心（武漢），湖北武漢430075；2.湖北省林業科學研究院鶴峰森林藥材研究所，湖北恩施445800）

建立火焰原子吸收光譜法測定金銀花中銅含量的不確定度評定方法。通過分析試驗過程，確立數學模型，識別各不確定度分量，計算合成標準不確定度和擴展不確定度。結果表明，金銀花中銅含量測定結果為（1.6±0.2）mg/kg，k=2；影響金銀花中銅含量測量不確定度的最大因素是由擬合標準曲線求銅含量產生。該評定模型可為火焰原子吸收光譜法的測量不確定度評估提供參考。

不確定度；金銀花；銅；火焰原子吸收光譜法

金銀花為忍冬科植物忍冬（Lonicera japonica Thunb.）的干燥花蕾或帶初開的花[1]，作為傳統飲料金銀花露的主要原料，具有清熱解毒等作用[2]。其生長過程中易受到大氣污染、農藥、化肥等影響，會造成其重金屬銅等污染，影響使用安全性。銅過剩可使人體血紅蛋白變性，損傷細胞膜，抑制部分酶的活性，影響機體的正常代謝，還會導致心血管系統疾病[3]。因此金銀花安全性檢測中銅含量有嚴格限量[1，4]，對檢測結果的可信程度衡量，通常采用測量不確定度來進行評估。不確定度評定技術近年來在食品等領域越來越受到關注[5-7]。目前，關于金銀花中銅含量測定的研究較多[8]，但關于金銀花中銅含量測定的不確定度分析的還鮮見報道。本研究參照國家標準GB/T 5009.13-2003《食品中銅的測定》[9]，以火焰原子吸收光譜法對金銀花中的污染物銅進行測定，依據不確定度理論[10-12]對各個不確定度分量進行分析和評定，以建立火焰原子吸收光譜法測定金銀花中銅含量的不確定度的評估方法。通過不確定度分析，找出影響不確定度的主要因素，并對這些因素進行重點控制，以降低所引入的不確定度分量，為準確檢測金銀花中銅含量提供參考指導。

1 材料與方法

1.1 儀器

ZEENIT700P原子吸收光譜儀：德國耶納公司；SL602N型電子天平：上海民橋公司；SX2-4-9型馬弗爐：上海索譜公司。

1.2 樣品與試劑

金銀花采自湖北省林業科學研究院試驗林場山坡的野生金銀花植株上，除去雜物后，分別用自來水、超純水沖洗干凈，晾干后于65℃的烘箱中烘干，粉碎，混合均勻，儲于潔凈聚乙烯瓶中備用。

銅標準溶液：100mg/L（GNM-SCU-002-2013，國家有色金屬及電子材料分析測試中心），相對擴展不確定度為0.7%（k=2）；硝酸（優級純）：國藥化學試劑公司。

1.3 樣品前處理

按國標GB/T 5009.13-2003《食品中銅的測定》進行，其中試樣稱量2.00 g，干灰化后定容于25mL容量瓶中，即為待測溶液。

1.4 銅標準曲線繪制

用A級5mL單標線吸量管準確吸取5mL銅標準溶液于A級100mL容量瓶中，以5%（體積分數）的硝酸液定容搖勻，即配制成為5.00mg/L的銅標準使用液。分別準確吸取0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL的5.00mg/L銅標準使用液于A級50mL容量瓶中，以5%（體積分數）的硝酸液定容搖勻，即配制成為0.00、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mg/L的銅標準系列工作溶液，上機測定，以銅的質量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線。

1.5 原子吸收光譜儀測定條件[9]

波長324.8 nm，光譜通帶0.5 nm，燈電流6.0mA，空氣流量5 L/min，乙炔流量2 L/min。

2 數學模型的建立與結果計算

依據試驗方法，銅含量計算公式為：ω=c×V/m。式中：ω為試樣中銅含量，mg/kg；c為待測消解液中銅的質量濃度，mg/L；V為樣品消解液定容體積，mL；m為稱樣質量，g。

按GB/T 5009.13-2003要求，計算結果保留兩位有效數字，但在各不確定度分量評定時，多保留一些位數以避免連續計算中修約誤差引入不確定度[10]。

3 不確定度來源分析

根據檢測方法，試驗主要過程為采樣、粉碎、樣品稱量、前處理、定容、曲線配制、光譜儀測定、重復測定、結果計算等，結合檢測經驗分析和數學模型，金銀花中銅含量的測量不確定度來源主要有6個方面：①測量重復性引入的不確定度；②樣品稱量誤差引入的不確定度；③消解液定容量器校準引入的不確定度；④樣品前處理引入的不確定度；⑤測定消解液中銅含量引入的不確定度；⑥計算結果數值修約引入的不確定度。因果關系圖見圖1。

圖1 不確定度來源的因果關系圖Fig.1 Causal relationship of thesourcesof uncertainty

4 不確定度各分量分析

4.1 樣品測量重復性不確定度urel（A）

在重復性條件下，試樣銅含量ω重復測定結果（n=7）分別為：1.62、1.61、1.59、1.53、1.65、1.65、1.57mg/kg，平均值為=1.6mg/kg。此項不確定度采用貝塞爾公式計算，試驗標準偏差為：0.048 5mg/kg，該試驗標準偏差S1表征了測得值ω的分散性，測量重復性用S1來表征[10]，則樣品測量重復性引入的標準不確定度為：0.018 1（mg/kg），相對標準不確定度為：urel（A）=u（A）/=1.131%。

測量重復性不確定度基本涵蓋了儀器讀數的變異性、樣品的非完全均勻性與隨機取樣、稱量等方面的隨機性影響，故在其它相應的不確定度分量評定中不必重復考慮各自的隨機影響。

4.2 樣品稱量誤差引入的不確定度urel（B）

該不確定度主要有2因素的不確定度組成：天平校準最大允差（MPE）和天平讀數的變動性。讀數的變動性不確定度已包含在測量重復性不確定度之中，因而只考慮天平最大允差因素。

檢測標準[9]要求試樣稱量為1.00 g～5.00 g，即可用百分之一天平稱量，此次試驗稱量2.00 g，天平經計量檢定MPE=±0.05 g，服從矩形分布，其包含因子k=，稱量讀兩次平衡點（一次空盤清零，一次稱樣），則稱量引入的標準不確定度為0.040 8（g），相對標準不確定度為：urel（B）=0.040 8/ 2.00=2.040%。

4.3 消解液定容量器校準引入的不確定度urel（C）

該項不確定度主要有2因素的不確定度組成：容量瓶容量允差、溫度波動影響。玻璃量器的校準是在20℃室溫下進行[13]，本次試驗的實驗室室溫為（20±1）℃，±1℃的室溫波動引入的不確定度很小，可忽略溫度波動影響，僅評估容量瓶容量允差引入的不確定度。同理，以下量器校準的不確定度評定均忽略溫度波動影響。

消解液定容于A級25mL容量瓶中，其容量允差為±0.03mL[13]，因容量瓶作為單值量器，即靠近示值的數值比接近兩邊界的更加可能[10]，可視為三角分布，其包含因子，則消解液定容量器校準引入的標準不確定度為：=0.012 2（mL），相對標準不確定度為：urel（C）=u（C）/25=0.049%。

4.4 樣品前處理引入的不確定度urel（D）

前處理時，因樣品可能沒有灰化完全，加上樣品灰化時銅的損失、沾污，以及轉移加熱時銅的損失、沾污等因素，導致試樣中的銅難以100%獲得，該項不確定度來源復雜且難以直接量化，可以通過加標回收率的不確定度來間接表征。加標回收率R分別為（n=6）：90.3%、95.5%、89.6%、86.9%、93.3%、103.1%，回收率平均值為：R=93.1%，標準偏差為：S2==0.057 3，則樣品前處理引入的標準不確定度為相對標準不確定度為：urel（D）=u（D）/R=2.513%。

4.5 測定消解液中銅含量引入的不確定度urel（E）

該項不確定度主要有4個因素組成：原子吸收光譜儀的測量誤差urel（E1）、標準物質urel（E2）、配制標準系列溶液所用量器校準urel（E3）、擬合標準曲線求銅含量urel（E4）。

4.5.1 原子吸收光譜儀的測量誤差引入的不確定度urel（E1）

查檢定報告，原子吸收光譜儀的測量擴展不確定度為：UFAAS=2.3%（k=2），則測量誤差引入的相對標準不確定度urel（E1）=UFAAS/k=1.15%。

4.5.2 標準物質引入的不確定度urel（E2）

該項不確定度主要有2個因素組成：標準物質認定值、配制銅標準使用液所用量器校準。

4.5.2.1 標準物質認定值的不確定度urel（E2-1）

銅標準溶液證書給出信息：認定值相對擴展不確定度為0.7%，k=2，則標準物質認定值的相對不確定度urel（E2-1）=0.7%/2=0.35%。

4.5.2.2 配制銅標準使用液所用量器校準的不確定度urel（E2-2）

配制銅標準使用液時，使用A級5mL單標線吸量管和A級100mL容量瓶各一次。

A級5mL單標線吸量管容量允差為±0.015mL，視為三角分布，其包含因子，則吸量管容量允差的標準不確定度為=0.006 1mL，相對標準不確定度為：urel（E2-2-1）=u（E2-2-1）/5=0.122%。

A級100mL容量瓶容量允差為±0.10mL，視為三角分布，其包含因子，則容量瓶容量允差的標準不確定度為：=0.040 8mL，相對標準不確定度為：urel（E2-2-2）=u（E2-2-2）/100=0.041%。

吸量管和容量瓶的影響因素彼此獨立不相關，則合成配制銅標準使用液所用量器校準的相對標準不確定度為=0.129%。

4.5.2.3 標準物質引入的不確定度合成

標準物質認定值和配制銅標準使用液所用量器2因素彼此獨立，則合成標準物質引入的相對標準不確定度為=0.373%。

4.5.3 配制標準系列溶液所用量器校準引入的不確定度urel（E3）

配制標準系列溶液時，各曲線點分別使用A級2mL或10mL分度吸量管和A級50mL容量瓶，2、10mL分度吸量管容量允差分別為±0.025mL、±0.05mL，容量瓶容量允差為±0.05mL，按4.5.2.2的評估方法，配制0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/L的標準系列溶液所用量器校準引入的相對標準不確定度分別為：0.492%、0.250%、0.513%、0.344%、0.260%、0.210%，則合成配制標準系列溶液所用量器校準引入的相對標準不確定度，以近似均方根計算[11]：

4.5.4 擬合標準曲線求銅含量引入的不確定度urel（E4）

對標準系列溶液上機，重復3次測定，測定結果見表1。

表1 標準曲線測定結果Table1 Standard curvemeasurement results

曲線的線性回歸方程以最小二乘法得到：A=0.0066+ 0.121 6c，r=0.999 6，a=0.006 6，b=0.121 6mg/L。對消解液重復7次測定，消解液平均吸光度A=0.022 2，代入方程，擬合曲線得出消解液中銅的質量濃度為：c0= 0.128mg/L，則由擬合曲線求消解液中銅含量引入的標準不確定度u（E4）和相對標準不確定度urel（E4）分別為[11-12]：

4.5.5 測定消解液中銅含量引入的不確定度的合成

測定消解液中銅含量的4項影響因素來源彼此獨立，則合成測定消解液中銅含量引入的相對不確定度為

4.6 計算結果數值修約引入的不確定度urel（F）

5 標準不確定度的合成與擴展

各分量標準不確定度的分析結果匯總見表2。

該6個分量的不確定度來源彼此獨立不相關，則金銀花中銅含量測量的相對合成標準不確定度urel為：

表2 各分量的標準不確定度分析結果Table2 Analysis resultof each com ponentof uncertainty

取包含概率P=95%，包含因子k=2，則擴展不確定度為：U=k×uc（ω）=0.2mg/kg。

火焰原子吸收光譜法測定金銀花中銅含量的測量結果表示為：（1.6±0.2）mg/kg，k=2。

6 結論與討論

1）本試驗以金銀花為樣品，依據國標GB/T5009.13-2003，用火焰原子吸收光譜法測定銅含量結果為：（1.6±0.2）mg/kg（k=2），其中擴展不確定度U=0.04mg/kg是由標準不確定度uc（ω）=0.02mg/kg和包含因子k= 2的乘積得到；銅含量測定結果符合相關標準[1，4]中≤20 mg/kg的限量要求，表明此次測定的金銀花中的銅殘留量較低，處于安全范圍內，且離限量值差距較遠，可能是由于所采金銀花長于山坡，沒有使用化肥和農藥等因素所致，具體原因有待進一步研究。

2）依據GB/T 5009.13-2003中的檢測方法，稱樣量為1.00 g～5.00 g，即可用百分之一天平進行稱量，本實驗稱量為2.00 g，稱量誤差的相對標準不確定度為2.041%，該分量不確定度較大。如果用千分之一天平稱量為2.000 g，則相對標準不確定度為0.204%；用萬分之一天平稱量為2.000 0 g，則相對標準不確定度為0.020%；不確定度均大為降低甚至可忽略不計，從而可減少稱量因素對測量準確度的不利影響；況且目前實驗室基本配備有千分之一天平或萬分之一天平，因此，建議國標GB/T 5009.13-2003中將稱樣量修訂為1.000 g～5.000 g或1.000 0 g～5.000 0 g。

3）數值修約引入的不確定度容易被忽視[5]。依據GB/T 5009.13-2003的要求，計算結果保留2位有效數字，則本項實驗的數值修約引入的相對標準不確定度為1.812%；該分量不確定度較大。若計算結果保留3位有效數字，則其相對不確定度為1.60）=0.181%，該項不確定度便可顯著降低可忽略不計。因此，為降低該項不確定度，計算結果可保留為3位有效數字。

4）綜合分析結果可見，本次試驗的測量不確定度6個主要來源中，比較其對總不確定度的相對貢獻，以測定消解液中銅含量引入的不確定度居首位（主要由子分量擬合曲線求銅含量引入），其次為：樣品前處理、稱量誤差、數值修約引入的不確定度，而測量重復性、消解液定容量器校準引入的不確定度較小。因此，在測定標準曲線過程中應嚴格按國標方法進行操作；并優化前處理方法，完善回收率；建議使用高精度天平精密稱量；擴大計算結果的有效位數。通過不確定度評估分析，找出影響測量準確度的主要因素，進而有針對性地優化試驗方案，從而保證測量結果的準確可靠。

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Evaluation of Uncertainty for Determ ination of Copper in Lonicera japonica Flos by FAAS

GU Zhong-chun1，YAOSheng-hai2，YANG Liu1，LIGuang-rong1，YANG Zhi-bin1，LIAi-hua1
（1.HubeiAcademy of Forestry，ForestProductsQuality Inspection Centerof the State Forestry Bureau（Wuhan），Wuhan 430075，Hubei，China；2.Hefeng ForestMedical InstituteofHubeiAcademy of Forestry，Enshi445800，Hubei，China）

The content of copper in Lonicera japonica flos was determined by flame atomic absorption spectrometry（FAAS），the uncertainty evaluation wasestablished.The experimental processwasanalyzed to establishmathematicalmodel.Each uncertainty componentwas recognized，and then the standard uncertainty and extended uncertainty was calculated.Results showed that the content of copper in lonicera japonica flos was（1.6±0.2）mg/kg，k=2，the standard curve fitting was used to calculate the contentof copper，which was the biggest influence factor for testing uncertainty for the contentof copper in lonicera japonica flos determined by FAAS.The evaluationmodel could providea reference for FAAS testing uncertainty evaluation.

uncertainty；Lonicera japonica flos；copper；flameatomicabsorption spectrometry

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.024

2016-11-17

中央財政林業科技推廣示范項目（[2016]HBTG17）

辜忠春（1970—），男（漢），高級工程師，大專，研究方向：儀器分析。