硫酸亞鐵法測定食鹽中亞鐵氰化鉀含量的不確定度評定

□ 黎穎欣 趙金利 葉春常 林少揚(yáng) 陳 韻 廣州市食品檢驗(yàn)所

精制鹽和部分粉碎洗滌精制鹽的顆粒度較細(xì)且不均勻，而鹽本身又具有吸濕性，隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長，逐漸由松散的顆粒結(jié)成硬塊，對儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用造成不便，因此需要添加適量的抗結(jié)劑。亞鐵氰化鉀又稱黃血鹽、黃血鹽鉀，由于價(jià)格低、所需用量少、抗結(jié)效果好，成為國內(nèi)食鹽生產(chǎn)企業(yè)的首選抗結(jié)劑[1—2]。依據(jù)GB 2760—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[3]規(guī)定，亞鐵氰化鉀在鹽及代鹽制品的最大使用量為0.01 g/kg（以亞鐵氰根計(jì)）。實(shí)驗(yàn)室對亞鐵氰化鉀的檢測結(jié)果，往往用作判定是否符合國標(biāo)要求的依據(jù)。檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的重要性不言而喻。測量不確定度是評估檢測結(jié)果準(zhǔn)確度和可信度的有效方法。

本研究按照GB 5009.42—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食鹽指標(biāo)的測定》[4]中的硫酸亞鐵法測定食鹽中的亞鐵氰化鉀，并根據(jù)CNAS—CL01—G003:2019《測量不確定度的要求》[5]、CNAS—GL006:2019《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》[6]、JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[7]和JJF 1135—2005《化學(xué)分析測量不確定度評定》[8]的相關(guān)要求和方法，分析檢測過程的不確定度來源并分別量化，用以計(jì)算測量不確定度。此外，通過分析不確定度的主要來源，實(shí)驗(yàn)室可采取相應(yīng)的措施，減小測量不確定度，提高結(jié)果的可信度和可靠性[9—11]。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

食鹽：市售，加碘精制鹽；亞鐵氰化鉀（K4[Fe（CN）6]·3H2O）、硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）、硫酸：分析純，廣州化學(xué)試劑廠。

1.2 主要儀器與設(shè)備

MS304TS 電子天平：梅特勒—托利多儀器（上海）有限公司；BSA2202S電子天平：賽多利斯（上海）貿(mào)易有限公司；7230G 可見分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液和工作液的配制

準(zhǔn)確稱取0.199 3 g 亞鐵氰化鉀，溶于少量水，轉(zhuǎn)移入100 mL 容量瓶中，加水稀釋至刻度，得1.0 mg/mL 亞鐵氰根[Fe（CN）6]4—標(biāo)準(zhǔn)溶液。吸取上述標(biāo)準(zhǔn)溶液10.0 mL 置于100 mL 容量瓶中，加水稀釋至刻度，得0.10 mg/mL亞鐵氰根標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

分別吸取亞鐵氰根標(biāo)準(zhǔn)工作液0、0.1、0.2、0.3 mL、0.4 mL 與0.5 mL，相當(dāng)于0、10.0、20.0、30.0、40.0 μg與50.0 μg 亞鐵氰根，分別置于25 mL比色管中，各加水至25 mL。以亞鐵氰根質(zhì)量為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 試樣的制備和測定

稱取10.00 g 食鹽樣品溶于水后轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，加水至刻度，混勻后過濾，棄去初濾液，然后吸取25.0 mL 濾液于比色管中。試樣管與標(biāo)準(zhǔn)管分別加2 mL 硫酸亞鐵溶液，混勻后放置20 min。用3 cm 比色杯，以零管調(diào)節(jié)零點(diǎn)，于波長670 nm 處測吸光值。根據(jù)試樣的吸光度，根據(jù)工作標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算測定用樣液中亞鐵氰根的含量。

1.3.4 回收率

準(zhǔn)確稱取10.00 g食鹽樣品10份，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行制備和測定，計(jì)算回收率。

1.3.5 數(shù)學(xué)模型的建立

試樣中亞鐵氰化鉀的含量可按式（1）計(jì)算。

式（1）中：X 為試樣中亞鐵氰化鉀（以[Fe（CN）6]4—計(jì)）的 含 量，g/kg；c 為測定用樣液中亞鐵氰根的質(zhì)量，μg；m 為樣品質(zhì)量，g；V1為樣品制備過程的定容體積；V2為用于試驗(yàn)的濾液體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度來源的識(shí)別和分析

為了更好地識(shí)別所有的不確定度來源，本研究通過繪制因果關(guān)系圖，以亞鐵氰化鉀含量計(jì)算公式中的參數(shù)作為主要分支，再細(xì)致分析各參數(shù)的不確定度來源，將更多影響因素添加到此圖上。重復(fù)性評估作為一個(gè)整體，是對檢測全過程的評估，因此不再分別考慮樣品質(zhì)量m、定容體積V1、濾液體積V2等參數(shù)中的重復(fù)性分量。為考察實(shí)驗(yàn)過程的偏倚，增加了回收率評估。與亞鐵氰化鉀含量測定相關(guān)的不確定度來源分析見圖1。

圖1 亞鐵氰化鉀含量測定不確定度來源圖

2.2 不確定度分量的量化

2.2.1 樣品質(zhì)量m 引入的不確定度urel（m）

稱取食鹽樣品10.00 g。天平不確定度來源，靈敏度和校準(zhǔn)函數(shù)的線性。由于稱量使用的是同一臺(tái)天平，且稱量范圍很小，靈敏度帶來的不確定度忽略不計(jì)。天平制造商給出的線性數(shù)值為20 mg。線性分量被假設(shè)成矩形分布，換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：上述分量應(yīng)計(jì)算兩次，因?yàn)榉Q量分兩次，一次去皮，一次為凈重。每一次稱重均為獨(dú)立的觀測結(jié)果，兩者的線性影響互不相關(guān)。因此樣品質(zhì)量m 引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

2.2.2 定容體積V1和濾液體積V2引入的不確定度urel（V1）和urel（V2）

食鹽樣品溶解后定容至50 mL，過濾后吸取25 mL 用作測定。這兩個(gè)體積都有兩個(gè)相同的主要影響因素：玻璃器皿的允差和環(huán)境溫度的波動(dòng)。依據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器》[12]，標(biāo)準(zhǔn)溫度20 ℃時(shí)，A 級50 mL 單標(biāo)線容量瓶與25 mL 單標(biāo)線吸量管的容量允差分別為±0.05 mL和±0.030 mL。假設(shè)容量允差呈三角形分布，則其定容體積V1和濾液體積V2引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

實(shí)驗(yàn)室溫度控制在（20±4）℃。溫度波動(dòng)引起液體的體積膨脹明顯大于容量瓶與單標(biāo)管，故此處只考慮前者。水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10—4/℃，在50 mL 和25 mL 溶液中產(chǎn)生的體積變化分別為：±（50×4×2.1×10—4）=±0.042 mL，±（25×4×2.1×10—4）=±0.021 mL。假設(shè)溫度的變化服從矩形分布，其在定容體積V1和濾液體積V2引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

兩種分量合成得到定容體積V1和濾液體積V2的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，并以此計(jì)算相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel（R）

標(biāo)準(zhǔn)溶液有3 個(gè)不確定度來源，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的稱量和標(biāo)準(zhǔn)溶液的稀釋。

（1）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度引入的不確定度urel（Rp）。亞鐵氰化鉀的純度≥99.5%，假設(shè)為矩形分布，則標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱量引入的不確定度urel（Rm）。稱取0.199 3 g 亞鐵氰化鉀，所用天平的線性數(shù)值為0.2 mg。參照2.2.1，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（3）標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度urel（Rv）。標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過程中的體積受玻璃量器的容量允差和實(shí)驗(yàn)室溫度的波動(dòng)影響。依據(jù)JJG 196—2006《常用玻璃量器》和JJG 10—2005《專用玻璃量器》[13]檢定規(guī)程，查得各玻璃量器的容量允差。標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋所用溶劑均為純水。參照2.2.2，可計(jì)算各分量的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度（見表1），進(jìn)而合成得標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

表1 各玻璃量器的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（4）合并上述各不確定度分量，計(jì) 算標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確 定度為：

2.2.4 樣液中亞鐵氰根的質(zhì)量c引入的不確定度urel（c）

為使用繪制的校準(zhǔn)曲線計(jì)算樣液中亞鐵氰根的質(zhì)量，需要分別測定6個(gè)濃度校準(zhǔn)溶液的吸光值。此處c 的不確定度計(jì)算反映的是由于吸光度隨機(jī)變異產(chǎn)生的不確定度，即標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度已于前文分析計(jì)算，此處不重復(fù)考慮。測定6 個(gè)濃度點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，每個(gè)點(diǎn)重復(fù)3 次，結(jié)果見表2。采用最小二乘法進(jìn)行擬合，繪制得亞鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.004 7x+0.003 3，相關(guān)系數(shù)r2為0.998 2。依公式（2）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線殘余標(biāo)準(zhǔn)偏差S。

式（2）中：yi為各標(biāo)準(zhǔn)溶液實(shí)際測得的吸光值；Y 為各標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度代入線性方程計(jì)算所得的吸光值；n 為標(biāo)準(zhǔn)溶液測定的總次數(shù)，即為標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度點(diǎn)數(shù)×測量重復(fù)次數(shù)。

制備10 個(gè)平行樣，測得樣液中亞鐵氰化鉀的平均質(zhì)量c 為23.6 μg。根據(jù)公式（3）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度，即樣液中亞鐵氰根質(zhì)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

式（3）中：S 為標(biāo)準(zhǔn)曲線殘余標(biāo)準(zhǔn)偏差；b 為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；p 為測試樣液的

次數(shù)；n 為標(biāo)準(zhǔn)溶液測定的總次數(shù)；c 為樣液中亞鐵氰化鉀的質(zhì)量；ci為各標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度；為不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均值。

2.2.5 樣品測定重復(fù)性引入的不確定度urel（r）

重復(fù)測定食鹽樣品10 次，檢測結(jié)果見表3。則樣品測定重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按公式（4）（5）計(jì)算：

其中：Xi為樣品中亞鐵氰化鉀的 含量；為10 次測定樣品結(jié)果的平均 值；n 為重復(fù)測定樣品的次數(shù)。

表2 亞鐵氰化鉀標(biāo)準(zhǔn)系列濃度與吸光值

表3 樣品測定與回收率結(jié)果

在10 個(gè)食鹽樣品中加入亞鐵氰化鉀，添加量為30 μg，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，回收率結(jié)果見表3。平均回收率為96.0%，參照2.2.5 計(jì)算回收率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.4%。以t 檢驗(yàn)確認(rèn)平均回收率與1.0 是否有顯著性差異。檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t 為：

95% 置信度，自由度為9 下的雙側(cè)臨界值t9為2.26。由于t ≥t9，與1.0 有顯著性差異，檢測結(jié)果需用回收率進(jìn)行修正，修正后的結(jié)果為0.004 7/96.0%=0.004 9 g/kg。 回收率引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各不確定度分量相應(yīng)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表4，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表4 各分量的相對保準(zhǔn)不確定度

2.4 擴(kuò)展不確定度

在95%置信水平下，設(shè)定包含因 子k=2， 擴(kuò) 展 不 確 定 度U（X）=0.000 23×2=0.000 5 g/kg。由上所述，食鹽樣品中亞鐵氰化鉀的含量可表示為（0.004 9±0.000 5）g/kg（k=2）。

2.5 數(shù)據(jù)分析

圖2 展示了各不確定度分量對測量不確定度的貢獻(xiàn)，將每個(gè)分量的大小與合成不確定度進(jìn)行比較，可知對總不確定度貢獻(xiàn)最大的是標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度，回收率、重復(fù)性和樣液中亞鐵氰根質(zhì)量計(jì)算引入的不確定度僅約為最大貢獻(xiàn)分量的1/3，樣品質(zhì)量、定容體積和濾液體積的分量影響太小，可忽略不計(jì)。針對標(biāo)準(zhǔn)溶液分量進(jìn)行分析，見圖3，可知稀釋過程引入的不確定度最大，可選取誤差更小、精密度更高的量器，以減小其引入的不確定度。

圖2 測定亞鐵氰化鉀含量的不確定度分量大小

圖3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度分量大小

3 結(jié)論

本研究通過測定食鹽中亞鐵氰化鉀的含量以及評定其不確定度，得出其亞鐵氰化鉀含量為0.004 9 g/kg，擴(kuò)展不確定度U（X）=0.000 5 g/kg，食鹽中亞鐵氰化鉀的含量結(jié)果表示為（0.004 9±0.000 5）g/kg（k=2）。在全部不確定度分量中，標(biāo)準(zhǔn)溶液中溶液稀釋引入的不確定度貢獻(xiàn)最大。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，可考慮更換精密度更高的量器，對減小不確定度分量有重要意義。此外，適當(dāng)增加重復(fù)試驗(yàn)次數(shù)、選擇平均濃度與待測樣液含量接近的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列等措施，均能有效減小不確定度，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。