ICP-AES測定食品接觸用不銹鋼中Mn遷移量的不確定度評定

聞誠，倪永標，諸葛海濤，費淞

（江蘇省產品質量監督檢驗研究院，南京 21007）

綠色包裝研究
Green Packaging Research

ICP-AES測定食品接觸用不銹鋼中Mn遷移量的不確定度評定

聞誠，倪永標，諸葛海濤，費淞

（江蘇省產品質量監督檢驗研究院，南京 21007）

采用電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）測定食品接觸用不銹鋼中錳的遷移量，分析了該方法測定過程中的不確定度來源，并計算了各標準不確定度分量，以及合成不確定度和擴展不確定度。結果表明，工作曲線擬合引起的不確定分量是影響錳遷移量測定不確定度的主要原因。

不確定度；錳遷移量；食品接觸用不銹鋼；電感耦合等離子體發射光譜法

不確定度是對測量結果的量值分散性的定量表征，是評定檢測結果的可信度、可比性和實驗室測試能力的重要指標。測量結果是否準確，關鍵取決于其測量不確定度的大小，因此，不能給出不確定度的測量結果是毫無意義的[1-5]。

電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）是痕量檢測的分析方法之一，由于其具有檢出限低、準確度高、線性范圍寬、多種元素同時測定等優點，與原子吸收光譜法(AAS)、原子熒光光譜法(AFS)等其他分析技術相比，有較強的競爭力。目前，ICPAES廣泛應用于食品接觸用不銹鋼中元素遷移量的測定[6,7]。本文對ICP-AES測定食品接觸用不銹鋼中錳遷移量的不確定度進行了評定，以加強錳遷移量測定的準確性和可靠性，為評定測量結果質量提供科學依據。

1.實驗方法

1.1主要儀器與試劑

Optima 7000DV全譜直讀等離子體發射光譜儀（美國PerkinElmer公司）；

Mn標準溶液：1000mg/L（國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；

4%乙酸：量取4mL乙酸，加水稀釋至100mL。

1.2實驗步驟

樣品前處理：選取表面光潔、無蝕斑樣品，裁取面積50cm2,放入合適體積的燒杯中，把煮沸的4%乙酸100mL倒入盛有樣品的燒杯中，加玻璃蓋，小火煮沸0.5h，補充4%乙酸至原體積，室溫放置24h。

標準工作曲線繪制：準確吸取相應體積的Mn標準溶液，配制成0.1mg/L、0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/ L、0/5mg/L標準系列工作溶液。啟動儀器，調整儀器工作條件和測量參數至最佳狀態。將標準溶液依次導入等離子體發射光譜儀，測量分析波長的光譜信號，得到工作曲線。

樣品測定：將4%乙酸浸泡液導入全讀直譜等離子體發射光譜儀，測量錳元素光譜強度，依據工作曲線，得出錳元素的濃度。

2.測量數學模型

食品接觸用不銹鋼中錳遷移量用全譜直讀等離子體發射光譜儀進行測定，其計算公式為：

X=A

式中：X—樣品浸泡液中錳的濃度，mg/L；

A—由標準曲線上查出樣品浸泡液中錳的濃度，mg/L。

3.不確定度來源

3.3 樣品加入4%乙酸浸泡液體積引入的標準不確定度

3.4 樣品浸泡液濃度測量引入的不確定度

主要來源有標準工作溶液配制的不確定度，標準曲線擬合的不確定度，儀器校準的不確定度。

4.輸入量的標準不確定度評定

同一被測樣品浸泡液，在相同條件下平行測定11次，錳析出量的平均值為0.204 mg/L，具體測定結果見表1。

表1樣品11次平行試驗結果

所以，測量重復性引入的標準不確定度

4.2 取樣面積引入的標準不確定度us

取樣面積50cm2其體積不確定度有：鋼直尺示值誤差引入的不確定度u（S1）和由操作者所引入的測量不確定度u（S2）。

4.2.1鋼直尺示值誤差引入的不確定度u（S1）

使用鋼直尺量取a=5cm正方形樣品（5cm×5cm）2塊，面積為50cm2。鋼直尺的最大允許誤差為±0.5cm，以均勻分布估計，

由于S=2a2，則由鋼直尺示值誤差引入的不確定度

4.2.2 操作者所引入的測量不確定度u（S2）

根據經驗估計，由操作者引入的測量誤差在±0.1cm范圍內，以均勻分布估計，

以上分量彼此獨立，則合成不確定為：

取樣面積50cm2的相對標準不確定度為：

所以，取樣面積引入的標準不確定度為：

4.3 樣品加入4%乙酸浸泡液體積引入的標準不確定度uv

樣品用100.0mL移液管加入4%乙酸，其體積不確定度有：移液管校準產生的不確定度和實驗室溫度波動引入的不確定度（移取溶液的重復性已考慮，溫度變化對移液管的容積大小略有影響，根據經驗，該變化可以忽略不計）。

所用100.0mL移液管的校準證書給出的結果為“符合A級”，相應的體積允差為±0.08mL，按平均分布，則：

該移液管的校準溫度為20℃，水的膨脹系數為2.1×10-4,實驗室室溫為（20±5）℃，溫度變化為平均分布，則：

樣品加入4%乙酸浸泡液體積引入的合成不確定度為：

移取100mL4%乙酸浸泡液的相對標準不確定度為：

所以，樣品加入4%乙酸浸泡液體積引入的標準不確定度為：

4.4 樣品浸泡液濃度測量引入的不確定度uc

采用ICP進行錳析出濃度的測定，首先是對系列標準工作溶液測定，根據測得的響應值，按最小二乘法線性回歸，建立回歸方程并繪制標準曲線，然后對試劑空白和樣品溶液進行測定，得到浸泡液中錳析出的濃度。

4.4.1 標準工作溶液配制的不確定度u（C1）

首先用1.00mL移液管移取標準溶液1000mg/L，定容至100mL容量瓶中，得10mg/L標準儲備溶液。再分別用10.00mL移液管移取1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL和5.0mL標準儲備液，用4%乙酸溶液定容至100mL，得到0.1mg/L、0.2 mg/L、0.3 mg/L、0.4 mg/L和0.5mg/L標準工作曲線。

該系列標準工作溶液的不確定度來源有：1000 mg/L錳標準溶液，1.00mL移液管1次，10.00mL移液管5次，100mL容量瓶6次。

（1）錳標準溶液是國家鋼鐵材料測試中心的有證標準物質，濃度為1000μg/mL，標準物質證書給出的擴展不確定度U（k＝2）為4μg/mL，則：

標準溶液的相對標準不確定度為：

（2）1.00mL移液管不確定度

所用1.00mL移液管的校準證書給出的相對體積允差為±0.007mL，按平均分布，則：

該移液管的校準溫度為20℃，水的膨脹系數為2.1×10-4,實驗室室溫為（20±5）℃，溫度變化為平均分布，則：

合成不確定度：

所以，1.00mL移液管的相對標準不確定：

（3）10.0mL移液管（分度吸量管）不確定度

所用10.0mL移液管（分度吸量管）的校準證書給出的相對體積允差為±0.05mL，按平均分布，則：

該移液管的校準溫度為20℃，水的膨脹系數為2.1×10-4,實驗室室溫為（20±5）℃，溫度變化為平均分布，則：

合成不確定度：

所以，10.0mL移液管的相對標準不確定：

（4）100mL容量瓶的不確定度

所用100mL容量瓶的校準證書給出的相對體積允差為±0.10mL，按平均分布，則：

該容量瓶的校準溫度為20℃，水的膨脹系數為2.1×10-4,實驗室室溫為（20±5）℃，溫度變化為平均分布，則：

合成不確定度：

所以，100mL容量瓶的相對標準不確定：

標準工作溶液的相對標準不確定度為：

所以，標準工作溶液配制的不確定度：

4.4.2 標準曲線擬合的不確定度u（C0）

分別對錳5種不同濃度的標準溶液進行3次重復測定，其測定數據如表2所示。

由上述測量數據，用線性回歸法求出標準曲線，其回歸直線方程為：y=5085000C-10991.4，其中：斜率B1=5085000，截距B0=-10991.4

由標準曲線的變動性引起樣品析出量的標準不確定度為：

式中：S（y）—標準曲線的標準差；

表2 標準工作溶液測定結果

P—樣品溶液的測定次數，p=11；

n—標準溶液的測定次數；

C0—樣品中錳析出量，C0=0.204mg/L；—不同標準溶液濃度的平均值，mg/L。

根據上述公式，計算得到由標準曲線擬合引入的標準不確定度為：

4.4.3 儀器校準的不確定度u（C2）

根據ICP校準證書，錳的檢出限為0.00003 mg/ L，檢出限校準結果的擴展不確定度為urel=2%（k=2）。則檢出限校準結果的相對標準不確定度為：

儀器校準的不確定度為：

所以，樣品浸泡液濃度測量引入的不確定度為：

4.5 合成不確定度和擴展不確定度

根據以上的不確定度分量的數值，計算合成標準不確定度：

取k=2，擴展不確定度為：

4.6 測量不確定度結果報告

根據以上不確定度評定結果，采用ICP-AES測定食品接觸用不銹鋼中Mn遷移量結果應表示為：X=（0.204±0.017）mg/L（k=2）。

5.結語

本文通過對食品接觸用不銹鋼中錳遷移量的測定，較全面地分析了樣品測試過程中不確定度的來源，并計算各不確定度分量，從不確定度評定過程可以看出，標準曲線擬合對總不確定度的影響最大，而加入浸泡液體積引入的不確定度較小。因此，測定過程中購置高純度標準溶液，控制標準工作溶液配制過程，建立合適的工作曲線范圍，可以進一步減小結果的不確定度，保證測定結果的準確性和可靠性。

[1]國家質量技術監督局計量司組.測量不確定度評定與表示指南[S].北京：中國計量出版社，2000.

[2]中國實驗室國家認可委員會.化學分析中不確定度的評估指南[M].北京：中國計量出版社，2002.

[3]耿維明.測量誤差與不確定度評定（第二版）[S].北京：中國質檢出版社，2015.

[4]國家質量技術監督局.測量不確定度的評定與表示[M]. JJF 1059-1999.北京：中國計量出版社，1999.

[5]王英.電感耦合等離子體發射光譜儀測定不確定度的研究[D].武漢：華中科技大學碩士論文,2006.

[6]李千.ICP-AES法測定不銹鋼中Mn的不確定度評定[J].檢查與測量，2013,4:47-50.

[7]周利英，周錦帆，王娟，等. ICP-AES法測定玩具中可遷移重金屬含量的不確定度評定[J].光譜實驗室，2012,6(29):3731-3742.

Evaluation of Uncertainty for Determination the Migration of Mn Element in Stainless Steel Intended to Come into Contact with Foodstuffs by ICP-AES

WEN Cheng, NI Yong-biao, ZHUGE Hai-tao, FEI Song

The contents of migrated Mn element in stainless steel intended to come into contact with foodstuffs were determined by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES). The uncertainty sources in process of measurement are analyzed. The component standard uncertainty, combined uncertainty and expanded standard uncertainty are calculated. The results showed that the leading reason infuencing the determination uncertainty was caused by the uncertainty of the calibration curve.

uncertainty; determination the migration of Mn element; stainless steel intended to come into contact with foodstuffs; ICP-AES

TS206

A

1400 (2017) 04-0035-05

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.04.001

聞誠（1985-），女，碩士，江蘇省產品質量監督檢驗研究院工程師，主要研究方向食品包裝材料檢測和分析。