原子吸收分光光度計測定檳榔中鈣元素含量的不確定度評定

康志嬌 - 趙志友 - 袁 河 劉 佳 夏延斌 -

(1. 湖南省檳榔加工與食用安全工程技術研究中心，湖南 湘潭 411100；2. 湖南賓之郎食品科技有限公司，湖南 湘潭 411100；3. 湖南農業大學食品科技學院，湖南 長沙 410128)

鈣元素對人體有至關重要的作用，不僅是人體骨骼的主要組成成分，同時還可調節人體內多種酶的活性、體內激素的分泌，參與神經遞質的釋放、肌肉的活動、血液凝固，鈣還具有調節心律、降低心血管的通透性等重要作用[1-3]，但體內鈣含量過高亦不利于人體健康，會導致心機細胞損傷及死亡，引發人體結石等[4-5]。檳榔產于南亞、東南亞、熱帶太平洋地區和東非部分地區[6]，含有多種獨有的生物堿和多酚物質，具有一定的神經興奮作用，適量食用后可使思維活躍[7-9]，深受廣大司機消費者的歡迎。而鈣在檳榔的神經興奮作用中扮演著至關重要的角色，實踐經驗表明咀嚼檳榔后的輕快感只有在鈣離子存在的情況下才能更易體現。目前已有關于原子吸收分光光度計測量薏苡、奶粉等食品中鈣含量測定不確定度評價的報道[10-11]，但未見針對檳榔中鈣含量測定的不確定度評價。本研究采用原子吸收分光光度計測定檳榔中鈣元素含量，分析影響測定結果的不確定度分量，根據影響較大的不確定度分量提出改進措施，以提高檳榔中鈣元素含量測定的準確度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

檳榔：老湘潭，批號20181207X 廣5491，湖南賓之郎食品科技有限公司；

鈣標準溶液：1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；

其它主要試劑：分析純，國藥集團。

1.1.2 儀器

原子吸收光譜儀：AA-6880F/AAC型，日本島津公司；

馬弗爐：SX-4-10型，天津市泰斯特儀器有限公司；

分析天平：AR224CN型，奧豪斯儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 標準溶液的配制 用移液管移取適量鈣標準溶液至容量瓶中，用5%硝酸溶液定容后搖勻配制成濃度為100 μg/mL的鈣標準中間液；再用5 mL移液管分別準確移取2.5，2.0，1.5，1.0，0.5 mL鈣標準中間溶液至10 mL容量瓶中，在各容量瓶中加入0.5 mL鑭溶液(20 g/L)，用5%硝酸溶液定容至刻度即為鈣標準工作液。

1.2.2 樣品的前處理 準確稱取已切碎的檳榔樣品約0.5 g 置坩堝中，先炭化，再于550 ℃灰化3～4 h，至試樣呈白灰狀；若試樣未灰化完全則加數滴硝酸后小火蒸干繼續灰化1～2 h至試樣灰化完全；用50%的硝酸溶液溶解轉移已灰化試樣至100 mL容量瓶中，加5 mL鑭溶液后用水定容至刻度，搖勻，制成鑭溶液濃度為1 g/L的待測溶液，平行操作6份，同時做試劑空白試驗。

1.2.3 光譜條件 波長422.7 nm，狹縫0.7 nm，燈電流10 mA，氘燈扣背景模式，空氣流量15.0 L/min，乙炔流量2.0 L/min。

1.3 數學模型的建立

檳榔中鈣含量均按式(1)計算：

(1)

式中：

X——試樣中被測元素含量，mg/g；

ρ——測試液中元素的質量濃度，mg/L；

ρ0——測定空白試液中元素的質量濃度，mg/L；

V——樣液體積，mL；

m——試樣的質量，g。

計算結果保留3位有效數字。

2 結果與分析

2.1 不確定度來源分析

因果圖可直觀表述影響不確定度的各分量，故其在不確定度評價中應用廣泛。根據不確定度評價的一般步驟，通過對檳榔中鈣含量測定過程的分析，其測量結果的不確定度來源見圖1，主要包括標準曲線引入的不確定度、樣品質量引入的不確定度、定容體積引入的不確定度、樣品測量重復性引入的不確定度及儀器設備引入的不確定度。

2.2 各分量標準不確定度評價

2.2.1 標準曲線引入的相對標準不確定度urel(C) 標準曲線引入的不確定度由標準曲線擬合引入的不確定度、標準溶液的不確定度及配置稀釋過程引入的不確定度組成。

圖1 不確定度來源因果圖

(1) 鈣標準溶液引入的不確定度urel(p)：Ca標準溶液標準物質證書給出鈣標準溶液濃度為1 000 μg/mL，其相對擴展不確定度為0.7%(k=2)，則其相對標準不確定度為：

urel(p)=0.007÷2=0.003 50。

(2) 標準溶液稀釋過程引入的相對不確定度urel(稀釋)：在由鈣標準溶液稀釋配制成鈣標準工作液的過程中5 mL移液管使用2次，50 mL容量瓶及10 mL容量瓶各使用1次，其不確定度均包含容量允差引入的不確定度及溫度引入的不確定度。

① 容量允差引入的不確定度：所用玻璃器具均為A級，經查JJG 196—2006，5 mL移液管、50 mL及10 mL容量瓶在室溫下的容量允差分別為0.025，0.050，0.020 mL，故此類容量器皿引入的容量允差為：

② 溫度引入的不確定度：JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規程》中規定容量瓶及移液管的標準溫度為20 ℃，實驗室溫度為(20±5) ℃，水的體積膨脹系數為2.08×10-4℃-1，則5 mL移液管、50 mL容量瓶、10 mL容量瓶由溫度差引起的水的體積變化分別為5.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.005 20 mL、50.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.052 0 mL、10.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.010 4 mL，取矩形分布，則溫度對5 mL 移液管、50 mL容量瓶、10 mL容量瓶的影響所引入的相對標準不確定度為：

在標準溶液稀釋過程5 mL移液管、50 mL容量瓶、10 mL容量瓶引入的相對標準不確定度分別為：

故標準溶液稀釋過程引入的相對標準不確定度為：

(3) 最小二乘法擬合標準曲線引入的相對不確定度urel(q)：配制一系列鈣標準工作液，每個濃度平行操作3份，注入原子吸收分光光度計測定相應的吸光度值(表1)，用最小二乘法對濃度和吸光值進行擬合得標準曲線方程y=0.054 1x+0.033 7，r2=0.999 9。

表1 標準工作液濃度及其響應值

本試驗對待測試樣平行測定了6次，最終計算出待測溶液中鈣濃度c0的標準不確定度為：

(2)

式中：

s(A)——標準工作液吸光度值的殘差的標準差；

c0——試樣中鈣元素濃度，mg/L；

a——標準曲線斜率；

b——標準曲線截距；

n——標準溶液的測量次數，本試驗為15；

p——c0的測量次數，本試驗為6。

故標準曲線引入c0的相對標準不確定度為：

(3)

標準曲線擬合引入的標準不確定度u(q)和相對標準不確定度urel(q)見表2：

表2 相對標準不確定度 urel(q)計算表

故標準曲線引入的相對不確定度：

2.2.2 樣品質量引入的相對標準不確定度urel(M) 樣品質量引入的相對標準不確定度包括天平分辨率誤差引入的不確定度以及天平示值誤差引入的不確定度，由于天平檢定證書給出其示值誤差為0 mg，所以樣品質量引入的不確定度即為天平分辨率誤差引入的不確定度。

檳榔中鈣的含量測定方法要求稱取樣品0.5 g，精確到0.000 1 g，使用天平的最小分度為0.000 1 g，取矩形分布，故由天平分辨率誤差引入的不確定度為：

2.2.3 定容體積引入的相對標準不確定度urel(V)

(1) 容量允差引入的不確定度：待測液采用100 mL容量瓶配制，經查JJG 196—2006，100 mL A級容量瓶在室溫下的容量允差為±0.1 mL，故100 mL容量瓶的容量允差為：

(2) 溫度對定容體積影響所引入的不確定度：100 mL 容量瓶試驗和校準溫差最大為5 ℃，溫度引起的體積最大變化為100.00 mL×5 ℃×2.08×10-4℃-1=0.104 mL，其不確定度取矩形分布，結果為：

因此提取液體積的相對標準不確定度為：

2.2.4 樣品重復測量引入的相對標準不確定度urel(ωrep)

樣品重復測量引入的相對標準不確定度即為試驗過程中隨機效應所引入的相對標準不確定度。本試驗中同一樣品平行測定6次，得待測樣中鈣含量的平均值ω以及單次測量的標準不確定度s(ωrep)，取矩形分布，則鈣平均含量的標準不確定度及相對標準不確定度按式(4)、(5)計算，最終樣品測量重復性引入的相對標準不確定度urel(ωrep)為0.001 82。

(4)

urel(wrep)=u(wrep)÷c。

(5)

2.2.5 儀器設備引入的相對標準不確定度urel(Y) 試驗所用原子吸收分光光度計的校準證書顯示其擴展不確定度為0.005 μg/mL(k=2)，因此原子吸收分光光度計的相對標準不確定度為：

2.3 合成相對標準不確定度

待測樣中鈣含量測定結果的相對合成標準不確定度為：

uc rel(Ca)=

uc(Ca)=uc rel(Ca)×ω=0.005 68×3.16=0.018 0。

2.4 擴展不確定度

在沒有特殊要求的情況下，按國際慣例，取擴展因子k=2，則檳榔中鈣含量的擴展不確定度為：

UCa=k×uc(Ca)=0.04。

檳榔中鈣含量為：(3.16±0.04) mg/kg(k=2，置信區間95%)。

3 結論

檳榔中鈣元素含量測定結果的不確定度來源于標準曲線、樣品質量、定容體積、測量重復性以及測量儀器。評價結果表明在不確定度各分量中標準曲線引入的不確定度貢獻最大，貢獻率為47.38%，其中標準曲線引入的不確定主要來源于標準曲線擬合；其次為儀器和測量重復性，貢獻率分別為25.25%，18.38%；質量引入的不確定度影響最小，基本可忽略。在今后的檢測工作中，可通過使用精密度更高的器具配制標準溶液、增加標準曲線各濃度點的測定次數等降低標準曲線引入的不確定度；可通過加強原子吸收分光光度計的維護和保養、及時對原子吸收分光光度計進行檢定校準、保證原子吸收分光光度計置于適宜的溫濕度環境中等方法降低儀器的不確定度；可通過加強試驗人員的動手能力等降低測量重復性引入的不確定度。