原子熒光光譜法測定香菇中砷的不確定度評定

辜忠春，李光榮，李軍章，杜業云

（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）

原子熒光光譜法測定香菇中砷的不確定度評定

辜忠春，李光榮，李軍章，杜業云

（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）

通過以原子熒光光譜法對香菇中的砷進行測定，分析和識別測定過程中各個不確定度分量，確立評定函數模型，計算合成標準不確定度和擴展不確定度，從而建立香菇中砷測定的不確定度評定方法。評定結果表明：樣品制備對實驗的測量不確定度影響最大，因此樣品制備過程中應嚴謹操作，注意樣品消解條件的控制。該評定模型可為采用此方法測定香菇中砷的質量控制提供參考。

砷；香菇；不確定度；原子熒光光譜法

Abstract：Determination of arsenic inLentinus edodesby atomic fluorescence spectrometry，uncertainty components in testing processes were analyzed and recognized，evaluation of function model was established，combined standard uncertainty and expanded uncertainty were calculated.The method of uncertainty evaluation for determination of arsenic inLentinus edodeswas established.The results showed that the most affected for laboratory uncertainty was sample preparation.Therefore，the process of sample preparation should be strict in operation，the digestion conditions should be controlled carefully.This evaluation model can provide reference for the quality control adopting this method to determine the content of arsenic inLentinus edodes.

Key words：arsenic；Lentinus edodes；uncertainty；atomic fluorescence spectrometry

砷污染嚴重危害人類健康[1-2]，在食品污染物檢測中被列為重點檢測元素之一[3]，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定[4]。不確定度評定近年來在食品中的成份分析[5]、食品添加劑檢測[6]、重金屬測定[7]、農藥殘留檢驗[8]等領域越來越受到關注。目前，關于香菇（Lentinus edodes）中污染物砷測定的研究有很多[9-10]，但鮮見原子熒光光譜法測定香菇中砷的不確定度評定的報道。本研究按照國標GB 5009.11-2014《食品安全國家標準食品中總砷及無機砷的測定》[11]中經典濕法消解香菇樣品，以原子熒光光譜法對香菇中的污染物砷進行測定，依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度的評定與表示》[4]和CNAS-GL06：2006《化學分析中不確定度的評估指南》[12]對測定過程引入的各個不確定度分量進行分析和評定，以建立原子熒光光譜法測定香菇中砷的不確定度的評定方法。通過對香菇中砷含量測量不確定度的評定，既可定量地表示出測量結果的可信程度，又可明確各個不確定度分量對試驗結果的影響大小，這對進一步優化檢測方法、提高實驗室檢測水平和出具準確公正的檢測報告提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

香菇：干樣，市售，取可食部分粉碎混勻備用。

鹽酸、硝酸、高氯酸、硼氫化鉀、氫氧化鉀均為優級純，硫脲為分析純：國藥化學試劑公司；實驗用水為湖北省林業科學研究院實驗室自制超純水。

砷標準溶液（1 000±1）μg/mL（GBW08611）：國家標準物質研究中心，逐級稀釋為100 ng/mL的砷標準使用液。

AFS-830型雙道原子熒光光譜儀：北京吉天儀器公司；BS210S型電子天平：德國賽多利斯儀器公司。

1.2 方法

1.2.1 不確定度的評定

1）概述試驗過程；2）確立數學模型；3）根據試驗過程和數學模型獲得各不確定度分量來源；4）各分量不確定度計算；5）標準不確定度的合成與擴展。

1.2.2 試驗方法概述

1.2.2.1 原子熒光光譜儀工作條件[13]

光電倍增管負高壓275 V；燈電流75 mA；原子化器高度8 mm；載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min；進樣量0.5 mL；讀數時間 13 s，延遲時間1 s；讀數方式為峰面積，測量方式為標準曲線法。載流HCl濃度為5%（體積分數）；還原劑溶液為20 mg/mL KBH4+5 mg/mLKOH的混合溶液，現用現配。

1.2.2.2 樣品測定[11]

準確稱取香菇粉碎樣品1.000 0 g置于100 mL三角瓶中，加入15 mL混合酸（HNO3+HClO4體積比為5∶1），蓋上小漏斗置于通風櫥過夜。次日于電熱板上先低溫加熱，當溶液變為無色清亮并冒白煙時，再消煮約30 min，然后提高電熱板溫度，繼續消解至剩余體積約1.5 mL～2 mL時，取下冷卻；加超純水趕酸數次，冷卻后，無損地洗入50 mL容量瓶，再分別加入2.5 mL濃鹽酸、10 mL的50 mg/mL硫脲溶液，定容搖勻，放置30 min后上機測定，標準曲線法定量；同時作空白試驗。

1.2.2.3 標準曲線繪制

分別準確吸取 0.00、1.00、2.00、5.00、7.00、10.00 mL的100 ng/mL砷標準使用液于50 mL容量瓶中，分別加入2.5 mL濃鹽酸、10 mL50 mg/mL硫脲溶液，定容搖勻，即配制成為 0.0、2.0、4.0、10.0、14.0、20.0 ng/mL 的砷標準系列溶液。放置30 min后上機測定。以砷濃度為橫坐標，熒光值為縱坐標繪制標準曲線。

1.2.3 數學模型[12]

根據上述測定方法，測定結果與有關參數有如下函數關系：W=（c×V/m）×rep。式中：W為香菇試樣中砷的質量分數，mg/kg；c為由擬合標準曲線得到消解液中砷的質量濃度，ng/mL；V為樣品消解液定容體積，mL；m為稱樣質量，g；rep為測定總重復性因子。

2 結果與分析

2.1 不確定度來源計算

由試驗過程和數學模型可知，香菇中砷含量的測量不確定度來源主要有4個方面：樣品重復測定引入的不確定度、樣品制備引入的不確定度、消解液中砷的質量濃度測定引入的不確定度、計算結果數值修約引入的不確定度。因果關系如圖1所示。

圖1 不確定度的因果關系圖Fig.1 The causal relationship graph of the uncertainty for determination of arsenic

從數學模型和因果關系圖看出，各影響因素彼此獨立不相關，各因素不確定度分量直接對被測量W的不確定度產生影響，則合成相對標準不確定度urel為：

2.2 不確定度各分量分析

2.2.1 樣品重復測定引入的不確定度

測定總重復性因子由重復性測定試驗得到。對同一香菇樣品重復6次測量其砷含量，一般測試次數較少時，可采用極差法[4]評估重復測定引入的不確定度，結果見表1。

表1 樣品的重復測定引入的不確定度Table 1 The uncertainty caused by the samples repeated measurements

此項分量綜合體現了隨機取樣、稱量、儀器讀數的變動性等各方面的隨機影響，因此，在其它分量評定時不用再重復考慮其隨機影響。

樣品的重復測定引入的標準不確定度為：u（rep）=，相對標準不確定度為：0.01 43。

2.2.2 樣品制備引入的不確定度

此項不確定度主要由3項子分量組成：①樣品稱量引入的不確定度；②消解液定容體積校準引入的不確定度；③樣品消解回收率引入的不確定度。

2.2.2.1 樣品稱量引入的不確定度

樣品稱量為1.000 0 g，天平的最大允差為0.001 g，一般稱量讀兩次平衡點（一次清零，另一次稱重），引入的不確定度按照矩形分布（包含因子），則稱量引入的標準不確定度為：0.000 82（g），相對標準不確定度為：urel（m）=0.000 82/1=0.000 8。

2.2.2.2 消解液定容體積校準引入的不確定度

該分量由容量瓶最大允差引入的不確定度與室溫波動引入的不確定度2項次分量合并而成。

消解液定容于A級50 mL容量瓶中，A級50 mL容量瓶的最大允差[14]為0.05 mL，假設允差呈三角形分布（包含因子），則允差引入的標準不確定度為，相對標準不確定度為：urel（V1）=0.020 41/50=0.000 4。

實驗室室溫為（20±3）℃，水的膨脹系數為2.1×10-4mL/℃，假設室溫波動為矩形分布（包含因子k=），則室溫波動引入的標準不確定度為：u（V2）=，相對標準不確定度為：urel（V2）=0.018 19/50=0.000 4。

上述2項次分量的近似彼此獨立，則合成消解液定容體積校準引入的相對標準不確定度urel（V）=

2.2.2.3 樣品消解回收率引入的不確定度

在前處理過程中，因樣品消解不完全及樣品消解時砷的損失、沾污等因素，導致待測目標物砷難以100%獲得，此次試驗測定回收率R為90.3%～103.9%，則樣品消解回收率引入的不確定度[15]為：urel（R）=

上述3項子分量彼此獨立，則合成樣品制備引入的相對標準不確定度為：

2.2.3 消解液中砷的質量濃度測定引入的不確定度

此項不確定度主要由4項子分量組成：①標準物質引入的不確定度u（C1），②配制標準系列溶液體積校準引入的不確定度u（C2），③原子熒光光譜儀的測量誤差引入的不確定度u（C3），④擬合標準曲線求砷含量引入的不確定度u（C4）。

2.2.3.1 標準物質引入的不確定度

該分量由標準物質認定值的不確定度與配制標準使用液體積校準引入的不確定度合并而成。

砷標準溶液證書所給認定值為1 000 μg/mL，擴展不確定度為1 μg/mL，包含因子k=2，則認定值相對標準不確定度urel（C1-0）=1/1000/2=0.000 5。

由標準溶液逐級稀釋為100ng/mL的砷標準使用液時，使用1 mL的A級單標線吸量管和100 mL的A級容量瓶各2次，按上述2.2.2.2的評估方法，1 mL吸量管、100 mL容量瓶體積校準引入的相對標準不確定度分別為：0.002 9、0.000 6，則合成配制標準使用液體積校準引入的相對不確定度urel（C1-1）=

上述2項次分量互不相關，則合成標準物質引入的相對標準不確定度為：

2.2.3.2 配制標準系列溶液體積校準引入的不確定度

各曲線點的溶液體積校準引入的不確定度，均由量器允差引入的不確定度和室溫波動引入的不確定度組成。各量器允差[14]引入的相對標準不確定度見表2。

表2 配制標準使用液所用量器允差引入的標準不確定度Table 2 The permitting introduction standard uncertainty of glass measuring tools for preparation standard liquid

室溫波動引入的相對標準不確定度為0.000 4。按上述2.2.2.2的評估方法，配制2.0、4.0、10.0、14.0、20.0 ng/mL的標準溶液體積校準引入的相對標準不確定度分別為：0.0029、0.0051、0.0017、0.0029、0.0009。則合成標準系列溶液體積校準引入的相對標準不確定度可用近似均方根計算[16]：

2.2.3.3 原子熒光光譜儀的測量誤差引入的不確定度

原子熒光光譜儀檢定證書給出儀器的測量擴展不確定度為：UAFS=0.025（k=2），則光譜儀的測量誤差引入的相對標準不確定度urel（C3）=UAFS/k=0.012 5。

2.2.3.4 擬合標準曲線求砷含量引入的不確定度

標準曲線平行3次測定，由儀器自動扣熒光值空白，結果見表3。

表3 標準曲線測定結果Table 3 Standard curve measurement results

用最小二乘法進行擬合，得到回歸方程I=132c-1，R2=0.999 5，本試驗對香菇樣品進行6次重復測定，得試樣消解液平均熒光值為：I=928，代入回歸方程，由曲線擬合得出試樣溶液中的砷質量濃度為：c0=7.02 ng/mL，則擬合標準曲線求消解液中砷質量濃度引入的不確定度 u（C4）為[12]：

則擬合標準曲線求砷含量引入的相對標準不確定度為：urel（C4）=u（C4）/c0=0.078/7.02=0.011 2。

2.2.3.5 消解液中砷的質量濃度測定引入的不確定度的合成

上述4項子分量的不確定度互不相關，則合成消解液中砷的質量濃度測定引入的相對標準不確定度為：

2.2.4 計算結果數值修約引入的不確定度

本次試驗測量結果的數值修約間隔為0.01（mg/kg），修約半寬為0.01/2=0.005，即數值修約最大誤差為0.005，修約誤差呈矩形分布，不確定度為，則計算結果數值修約引入的相對標準不確定度為：urel（P）=0.002 9/0.35=0.008 3。

2.3 標準不確定度的合成和擴展

上述4個分量的相對標準不確定度見表4。

表4 各分量相對標準不確定度匯總Table 4 The table of relative standard uncertainty of components

根據公式（1），則合成香菇中砷含量測量的相對標準不確定度為：

合成標準不確定度uc（w）為：

一般檢測取包含概率P=95%，包含因子k=2，則擴展不確定度為：U=k×uc（w）=0.04 mg/kg。

香菇中砷含量的測量結果為：（0.35±0.04）mg/kg（k=2）。

3 結論與討論

1）原子熒光光譜法測定香菇中砷含量為：（0.35±0.04）mg/kg，其中擴展不確定度U=0.04 mg/kg是由標準不確定度uc（w）=0.02 mg/kg和包含因子k=2的乘積得到。香菇中砷含量符合國家強制性標準GB 2762-2012《食品安全國家標準食品中污染物限量》0.5 mg/kg的限量要求[3]。

2）在標準系列溶液體積校準引入的不確定度合成時，若采用文獻[17]中由各曲線點相對標準不確定度的方和根法進行合成（按此法，本試驗則為：0.006 8，這就意味著曲線點越多，合成不確定度會越大，即擬合度越差，這種方和根合成法便值得商榷；因為在一般情況下，測定標準曲線時，曲線點越多，標準曲線線性關系會越滿意。而依據文獻[16]用近似均方根合成法（即本文中：urel（C2）=0.003 1便較為合理。

3）通過分析、評定香菇中砷的測量不確定度可知，不確定度的主要來源有4個方面，按照貢獻大小排序依次為樣品制備、消解液測定、樣品重復測定及數值修約；其中制樣引入的不確定度又主要由樣品消解不完全及砷的損失或污染等引起的。因此樣品制備過程應引起高度重視，需優化前處理方法，盡可能徹底消解樣品，減少砷的損失及污染，完善回收率，降低不確定度，從而保證實驗室檢測質量。

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辜忠春（1970—），男（漢），高級工程師，大專，研究方向：儀器分析。