微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定稻谷中鎘含量的不確定度評(píng)估及分析*

王 穎

(張家港市糧食質(zhì)量監(jiān)測(cè)站 215600)

測(cè)量不確定度，根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)[1]，是實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制、實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證及開(kāi)發(fā)新檢測(cè)方法的需要[2]。鎘是我國(guó)稻谷出(入)庫(kù)糧食食品安全檢測(cè)中必檢項(xiàng)目，其限量為≤0.2 mg/kg[3]，為提升稻谷中鎘含量的檢測(cè)能力，完善實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理工作，本實(shí)驗(yàn)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[4]，應(yīng)用微波消解-石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)測(cè)定稻谷樣品中鎘的含量。分析測(cè)量結(jié)果不確定度來(lái)源，并對(duì)不確定度進(jìn)行評(píng)定。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

PE-900T原子吸收光譜儀(美國(guó)產(chǎn))；WX-8000微波消解儀及趕酸器(上海產(chǎn))；BSA224S萬(wàn)分之一電子天平(北京產(chǎn))；硝酸(優(yōu)級(jí)純)；糙米粉中As、Cd、Pb成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)100377(鎘含量0.261 mg/kg)；鎘液體標(biāo)準(zhǔn)溶液1000 μg·mL-1(樣品編號(hào)GSB 04-1721-2004，唯一標(biāo)識(shí)209021-4，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)；錘式旋風(fēng)磨(瑞典產(chǎn))，純水機(jī)(arium mini)；純水,實(shí)驗(yàn)室自制，符合二級(jí)水要求。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

粳稻谷樣品經(jīng)混合均勻后，分取約300 g。礱谷后，用錘式旋風(fēng)磨磨粉。稱取混合均勻的糙米粉0.4000 g于微波消解罐中，加6 mL硝酸，經(jīng)微波消解后，將消化液趕酸至近干，用1%硝酸溶液沖洗消解罐并轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶，定容至刻度，均勻備用；同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)[4]。

1.3 溶液配制

1.3.1 鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液(100 ng/mL) 吸取鎘液體標(biāo)準(zhǔn)溶液10.0 mL于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液(1%)定容至刻度，如此經(jīng)多次稀釋成每毫升含100.0 ng鎘的標(biāo)準(zhǔn)使用液。

1.3.2 鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線工作液 吸取鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液3.0 mL至100 mL容量瓶中，用硝酸溶液(1%)定容于刻度，制備3.0 ng/mL鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線工作液。

1.4 儀器條件優(yōu)化與選擇

在優(yōu)化儀器工作條件下，儀器工作參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 石墨爐原子吸收光譜儀工作參數(shù)

1.5 鎘含量的測(cè)定

優(yōu)化儀器條件下，鎘測(cè)定需提前預(yù)熱儀器，待GFAAS穩(wěn)定后，以3.0 ng/mL為母液自動(dòng)稀釋繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。編輯儀器序列，設(shè)置樣品信息，通過(guò)外標(biāo)法，測(cè)定樣液中鎘的含量并計(jì)算最終結(jié)果。

2 評(píng)定測(cè)量不確定度

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

①

式中，X—測(cè)試樣品中鎘的含量，mg/kg；C測(cè)—經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試所得到樣品消化液中鎘含量，μg/L；C空—樣品空白液中鎘含量，μg/L；V—定容體積，mL；m—樣品的稱樣質(zhì)量，g；1000為換算系數(shù)。

2.2 不確定度的來(lái)源分析

經(jīng)數(shù)學(xué)模型分析，可知該方法不確定度來(lái)源，見(jiàn)表2。

表2 不確定度標(biāo)識(shí)及來(lái)源

2.2.1 樣品稱量帶來(lái)的不確定度 查電子天平檢定證書(shū)，該天平準(zhǔn)確度σ=0.1 mg，按矩形分布計(jì)，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

稱量實(shí)際為兩次，一次皮重(清零)，一次總重，即稱量的相對(duì)不確定度為：

2.2.2 鎘液體標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 由鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg·mL-1)證書(shū)查得，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度Ur為0.7%(k=2)，鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋引起的不確定度 逐級(jí)稀釋過(guò)程中的不確定度，包括溶液體積與溫度兩方面影響。吸量管和容量瓶均根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 196-2006《常用玻璃量器》的規(guī)定進(jìn)行了校準(zhǔn)[5]，均符合A級(jí)要求。

=0.00125

分別計(jì)算得出單次使用5 mL分度吸量和100 mL 容量瓶的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.00180

=0.000754

按1.3，將1000 μg/mL的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋得到3 ng/mL，共使用10.0 mL單標(biāo)線吸量管4次，5 mL分度吸量管1次，100 mL容量瓶5次，故標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u3rel=

2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引起的不確定度 對(duì)6個(gè)濃度的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液分別進(jìn)行2次測(cè)定，測(cè)得的吸光度A，采用最小二乘法進(jìn)行擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與吸光度的線性方程為A=0.07378C+0.00466，相關(guān)系數(shù)r=0.999100。A為溶液測(cè)得的吸光度；C為溶液中鎘的濃度(μg/L)，其中B=0.07378，D=0.00466。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度計(jì)算吸光度值結(jié)果表

對(duì)假設(shè)待測(cè)樣品進(jìn)行2次測(cè)定，最小二乘法標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合過(guò)程引入的不確定度的計(jì)算如下：

②

③

經(jīng)計(jì)算得出SR=0.00325，u4=0.0370，u4rel=0.0370÷2.3765=0.0156

2.2.5 方法回收率的不確定度 選用糙米粉中As、Cd、Pb成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)100377平行稱取6份進(jìn)行微波消解，通過(guò)GFAAS測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 糙米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)量值和回收率結(jié)果表

由于稻谷樣品經(jīng)礱谷粉碎后，經(jīng)微波消解過(guò)程中或消解不完全，或因操作不當(dāng)引入污染，故樣品中的鎘無(wú)法完全進(jìn)入到測(cè)定液中。在方法確認(rèn)階段，可通過(guò)采用與待測(cè)樣品特性量濃度水平、基本相似的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及相同的測(cè)量程序來(lái)進(jìn)行方法回收率的不確定度評(píng)定[6]。按JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》計(jì)算，以均勻分布計(jì)，可能值區(qū)間的半寬為(98.08%～89.27%)/2=4.406%

其中：

根據(jù)t檢驗(yàn)法，判斷方法回收率與1.0之間是否有顯著性差異，以此判斷是否需要對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行修正。

查t分布表，可知置信概率95%下，自由度為5的臨界值為2.57，計(jì)算t值2.48小于該值，即回收率平均值與1.0之間無(wú)顯著性差異，不需要用回收率對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，反之需用回收率校正因子對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。

2.2.6 使用10 mL容量瓶定容引起的不確定度

2.2.6.2 容量瓶校準(zhǔn)引起的不確定度 10 mL容量瓶準(zhǔn)確度為0.05 mL按均勻分布計(jì)算其相對(duì)不確定度為：

2.2.7 儀器校準(zhǔn)的不確定度 查儀器校準(zhǔn)證書(shū)，該原子吸收光譜儀校準(zhǔn)鎘時(shí)，擴(kuò)展不確定度U=0.2 pg，進(jìn)樣量20 μL，包含因子k=2，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u7=0.2÷20÷2=0.005 μg/L。

2.2.8 測(cè)量重復(fù)性引入不確定度 在重復(fù)性條件下，對(duì)該樣品進(jìn)行10次獨(dú)立測(cè)量，其鎘的含量分別為0.0614 mg/kg、0.0574 mg/kg、0.0588 mg/kg、0.0582 mg/kg、0.0588 mg/kg、0.0575 mg/kg、0.0583 mg/kg、0.0591 mg/kg、0.0587 mg/kg、0.0600 mg/kg。

日常工作中，常以2次平行雙樣測(cè)量結(jié)果平均值作為測(cè)量的結(jié)果，故假設(shè)2次測(cè)量結(jié)果為0.0574 mg/kg和0.0614 mg/kg，采用極差法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

鎘重復(fù)測(cè)定帶來(lái)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 合成相對(duì)不確定度

=0.0489

2.4 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2,測(cè)定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U=uc×2=0.0060 mg/kg,故稻谷樣品中鎘含量為(0.0594±0.0060)mg/kg，k=2。

2.5 各不確定度分量比例圖

圖1 各相對(duì)不確定度分量分布圖

由圖1可知，對(duì)不確定度影響占比較大的3個(gè)分量為測(cè)量重復(fù)性(占比33%)，方法回收率(26%)以及標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合(15%)。

3 討論與結(jié)論

微波消解-GFAAS法測(cè)定稻谷樣品中鎘含量為(0.0594±0.0060)mg/kg，k=2。該方法中鎘的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按照影響大小排序依次為：測(cè)量重復(fù)性(n=2)>方法回收率>標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合>定容>儀器校準(zhǔn)>標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋>鎘液體標(biāo)準(zhǔn)溶液>樣品稱量。日常工作中，常以雙實(shí)驗(yàn)平均值作為報(bào)告結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)假設(shè)10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果的最大值與最小值為雙實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，并進(jìn)行不確定度評(píng)定。發(fā)現(xiàn)測(cè)量重復(fù)性(n=2時(shí))的相對(duì)不確定度影響最大，故在今后工作中，可通過(guò)增加測(cè)量次數(shù)提高結(jié)果準(zhǔn)確性。其次，方法回收率的影響方面，應(yīng)盡量?jī)?yōu)化前處理方法，提升方法回收率，提升人員操作水平，減少損失和避免污染。再次，也要注意線性擬合對(duì)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響，可通過(guò)增加測(cè)量次數(shù)使線性回歸方程的系數(shù)盡可能接近1，減少擬合引入的不確定度。